豐樂河夏季非洪水期與洪水期河水和底泥不同形態磷研究

孫 玥，高 敏，姜曉霞，儲 茵

（安徽農業大學 資源與環境學院，合肥 230036）

巢湖是我國五大淡水湖之一，位于安徽省中部，流域面積13486km2，屬于大型淺水湖泊［1］，自20世紀80年代以來，富營養化問題逐漸嚴重，為我國重點治理的“三湖”之一。 2019年巢湖全湖平均為輕度富營養狀態，總磷為其主要污染指標［2］。 磷是湖泊中藍藻等水生生物暴發的主要限制性營養鹽之一［3-4］，而降雨—徑流等過程引起的氮磷等營養元素通過入湖河流輸送是受納水體污染物的主要來源［5］，因此，針對巢湖富營養化問題， 更應研究對其富營養化元素有影響的入湖河流， 包括入湖河流河水和底泥中的磷形態及其含量。

流域磷的輸出包括磷的累積和輸送兩個主要過程，流域自然特征的空間差異，加上人類活動、降雨和徑流的動態變化，使得河流磷輸出具有復雜的時空變化特征［6-7］。 非洪水期，不同來源的磷會在陸面和河道底部累積，河流輸送能力相對較小，而在洪水期，隨著降雨和徑流強度的加強，沖刷和輸送污染物的能力也在增強，造成污染物輸出濃度及總量的增多。 已有研究普遍認為，磷進入底泥后并不只是單純累積，還可能隨著環境條件的改變向水體中釋放，底泥既是磷的“源”也是磷的“匯”［8-9］。 磷的不同形態和含量變化不僅能夠反映區域環境變化的程度，也有助于評估對水生態環境的影響。 從環境的角度，針對底泥磷形態的提取方法也一直在發展中，其中SMT（standards measurements and testing）［10］法因實驗誤差較小、 數據可比性高而被國內外廣泛應用［4，11］。

本研究以巢湖入湖河流豐樂河為研究對象，通過對河水和底泥進行分布式采樣并測定， 分析夏季非洪水與洪水期不同形態磷含量變化特征， 以期為巢湖的污染防治提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 流域概況

豐樂河，古稱桃溪，位于巢湖西面，是巢湖主要支流之一（圖1），發源于六安市金安區張店鎮境內，在下游與杭埠河匯合后注入巢湖。 上游河流寬約30m，而中、下游為沖積平原，河寬約100m。 以位于豐樂河中下游的桃溪水文站控制斷面為流域出口，流域面積1579km2，整個流域以農業用地為主。

1.2 樣品的采集和處理

依據豐樂河水系、子流域和土地利用特征，并通過實地考察確定了14個采樣點（圖1），于2019年7月14日和8月11日分別對豐樂河河水和底泥進行了分布式采樣。其中，巢湖流域7月大多為陰天或晴天，降水量很少，桃溪控制斷面整體水位較低，因此將該監測時段定為非洪水期。8月10日臺風“利奇馬”在浙江省登陸，受其影響，浙江、山東、江蘇等地均出現極端強降雨天氣。 桃溪控制斷面8月2日水位9.10m，8月12日水位達到最高10.65m，因此將8月11日在豐樂河的采樣定為洪水期。

圖1 采樣點位置

水樣和底泥樣均采用多點法， 根據采樣點河道斷面寬度和取樣難易程度，確定3～5個點進行樣品采集。 水樣采集時， 用水質采樣器分別采集水面以下0.3～0.5m處的表層水樣，混合后裝入500mL的聚乙烯塑料瓶中，放置低溫冷藏保溫箱，帶回實驗室低溫保存并在24h內分析測定。 底泥樣品采集時，用抓斗式采泥器分別采集河道的底泥， 混合并去掉石塊等雜物，混合樣品封裝于聚乙烯塑料袋中，帶至實驗室。將采集的底泥自然風干后，過1mm（16 目）篩后裝入塑封袋中標號待測。

1.3 樣品的分析方法

采用鉬酸銨分光光度法（GB/T 11893—1989）測定水樣原水和原水經0.45 μm濾膜過濾液，分別得到河水總磷（TP）和可溶性磷（DP）含量［12］；底泥中不同形態磷的測定方法運用歐洲標準測試委員會發布的SMT［10］法分別進行分級提取，采用鉬酸銨分光光度法（GB/T 11893—1989）測定提取液磷含量。 SMT分級測定步驟如圖2。

圖2 底泥磷形態SMT分級測定法［12］

1.4 數據處理方法

使用軟件Excel 2016與SPSS 26對數據進行統計分析，在Origin 2017軟件中完成繪圖。

2 結果與分析

2.1 非洪水與洪水期河水磷含量變化

如圖3可知， 非洪水期豐樂河各采樣點河水TP含量介于0.032～0.292mg/L之間，均值0.095mg/L；DP含量介于0.028～0.262mg/L之間，均值0.063mg/L；DP占TP比例的均值為65.9%， 說明河水中磷的主要成分是可溶性磷。 可溶性磷易被藻類及其他水生生物吸收，占比越大，富營養化風險也就愈大。 水體富營養化分級標準規定TP含量在0.02～0.5mg/L之間為富營養化［13］，由此可以得出豐樂河存在著富營養化風險。

圖3 非洪水與洪水期河水TP和DP含量箱線

洪水期各采樣點TP含量介于0.063～0.341mg/L之間， 均值0.174mg/L；DP含量介于0.046～0.181mg/L之間，均值0.085mg/L；DP占TP比例的均值48.4%。 與非洪水期相比，洪水期各采樣點TP和DP含量均有顯著增加，各點TP含量總體變幅也增大（圖3），但DP占TP的比例均值下降了17.5%。 這主要是因為非洪水期河流以地下水和生活污水等排放補給為主， 流量及變幅較小，攜帶污染物能力也小［14］，而在洪水期地表徑流是主要補給，流量激增，加上降雨和徑流對地表和河道的侵蝕作用，河水攜帶和輸送能力大大增強，使河水污染物， 特別是懸浮態的污染物濃度顯著增大，導致河水中的TP和DP含量增多，而TP增幅相對更大［15］。

由圖4（a）和（b）可知，TP和DP含量在各采樣點均有一定差異，在洪水期差異更大。除采樣點F14，其余各點TP含量均表現為洪水期高于非洪水期， 而各點DP含量除采樣點F8和F14，也表現出相同特點。 這主要是因為這次采樣主要在洪水的漲水時段， 以侵蝕和輸送作用為主，稀釋作用為輔，使很多點TP和DP含量增加，但在少數點，由于侵蝕作用減弱，以稀釋作用為主，所以表現為磷含量的降低。

圖4 非洪水與洪水期河水TP和DP含量

2.2 非洪水與洪水期底泥磷含量變化

由圖5和圖6（a）可知，非洪水期采樣點底泥TP含量介于229.82～1437.41mg/kg之間，均值520.09mg/kg，中值432.10mg/kg，由于異常值的影響均值高于中值。從磷的不同形態來看，IP含量遠高于OP含量，而在IP中，NaOH-P平均含量要略低于HCL-P含量 （圖5）。HCL-P一般被認為是生物不可利用的磷， 其主要來源于碎屑巖或本地自生［16］，不易釋放，而NaOH-P被認為是可為生物所利用的磷，與人類活動密切相關，主要來源于家庭或工業廢水［10］，說明豐樂河受生活污水和工業廢水等影響相對較小。 不同采樣點NaOH-P含量最大和最小值相差近9倍， 反映了人類活動對不同區域的影響程度不同。

圖5 非洪水與洪水期底泥不同形態磷含量箱線

洪水期采樣點底泥TP含量介于223.23～900.43mg/kg之間，均值495.96mg/kg，中值463.20mg/kg。與非洪水期相比，底泥中不同形態磷總體含量水平之間與非洪水期類似， 但OP和IP不同采樣點之間的差異減小（圖5）。 另外，洪水期各采樣點不同形態磷含量都沒有異常值出現，表明一方面洪水期通過降雨徑流對河道的水體擾動作用較強，可使部分底泥發生再泛起隨水流走［6，17］，另一方面由于沉淀作用同時存在，從整個上下游水系的底泥來說，又可能有一定的整體均衡作用。 由于豐樂河河道整體坡度較小，因此非洪水與洪水期底泥磷含量總體水平相差較小。

非洪水與洪水期TP含量在不同采樣點都有較大差異， 不同點洪水底泥TP含量比非洪水期有的增大有的減少［圖6（a）］。 磷形態分布在各采樣點也有不同， 不同點洪水底泥磷形態變化也差別較大 ［圖6（b）］，這反映出特定點的變化與局地坡度、水流、上游來水等具體條件有關。

圖6 非洪水與洪水期底泥不同磷形態含量

2.3 相關性分析

相關分析表明（表1～表2），河水TP與底泥中各形態磷在非洪水與洪水期均無相關性， 這可能是由于河流中底泥和河水是一個開放的系統， 受上游來水影響很大，而且在不斷變化中。非洪水期底泥中TP含量與NaOH-P含量的相關性最好， 與OP含量也有較好的相關性，均達到極顯著水平，但與HCL-P含量相對較差， 表明底泥中TP含量的增加與NaOH-P和OP的增加相關。 在各形態磷中，OP含量與NaOH-P含量呈極顯著相關， 這可能與這兩種形態主要都是人為來源有關。

表1 豐樂河非洪水期底泥各形態磷及河水TP之間的相關性分析

表2 豐樂河洪水期底泥各形態磷及河水TP之間的相關性分析

洪水期底泥TP含量與NaOH-P、HCL-P含量呈極顯著相關，與OP含量基本不相關。 在各形態磷中，OP含量與NaOH-P、HCL-P含量也基本不相關，NaOH-P與HCL-P含量呈顯著相關， 這可能與在洪水沖刷與沉淀過程中，NaOH-P與HCL-P的遷移輸送特征相似有關。

3 結語

（1）豐樂河在非洪水期河水TP、DP均值含量分別為0.095，0.063mg/L，DP占TP的均值比例為65.9%，根據富營養化分級標準可知豐樂河存在著富營養化風險。非洪水期底泥TP平均含量為520.09mg/kg，其中IP含量顯著高于OP含量，NaOH-P含量略低于HCL-P。

（2）在洪水期，豐樂河河水TP、DP均值含量分別為0.174，0.085mg/L，顯著高于非洪水期，洪水期河水對磷的輸送更強。 DP占TP的比例均值為48.4%，低于非洪水期。 豐樂河非洪水與洪水期底泥磷含量總體水平相差較小。

（3）非洪水和洪水期河水和底泥在不同采樣點都有較大差異，表明局地來源、坡度、水流等具體特征的影響較大。