环境科学  2019, Vol. 40 Issue (1): 219-227   PDF    
引用本文
丁瑶, 欧阳莉莉, 石清, 高平川, 赖承钺, 陈舒平, 贾滨洋, 姚刚. 特大城市河流表层沉积物磷形态分布及有效性:以成都市为例[J]. 环境科学, 2019, 40(1): 219-227.
DING Yao, OUYANG Li-li, SHI Qing, GAO Ping-chuan, LAI Cheng-yue, CHEN Shu-ping, JIA Bin-yang, YAO Gang. Distribution and Bioavability of Phosphorus in Surface Sediments in Megalopolis: A Case Study of Chengdu[J]. Environmental Science, 2019, 40(1): 219-227.
特大城市河流表层沉积物磷形态分布及有效性:以成都市为例
丁瑶1,2, 欧阳莉莉1, 石清1, 高平川1, 赖承钺1, 陈舒平1, 贾滨洋1, 姚刚2,3     
1. 成都市环境保护科学研究院, 成都 610072;
2. 四川大学建筑与环境学院, 成都 610065;
3. 德国亚琛工业大学环境工程研究所, 德国 北威州 100600
收稿日期: 2018-05-23; 修订日期: 2018-07-09
基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2014ZX07504-005);成都市环境保护局专项
作者简介: 丁瑶(1988~), 女, 博士研究生, 主要研究方向为河流污染源解析, E-mail:dingyao1220@163.com
通信作者: 贾滨洋, E-mail:sisyang@126.com
摘要: 为研究河流沉积物内源污染与人类活动的响应关系，采集成都市内33个点位的河流表层沉积物，采用SMT和DGT方法监测沉积物中各形态磷及生物有效性磷含量，结合多元统计方法分析其空间分布特征，计算沉积物及其孔隙水中有效态磷的释放通量.结果表明，成都市河流表层沉积物各形态磷存在空间差异性；成都市河流表层沉积物TP的平均含量为1132.41 mg·kg-1，高于成都市土壤背景值365.00 mg·kg-1，Ca-P为最主要磷形态，平均占TP的70.58%；研究区域可划分为3类，第1、3类的磷形态结构差异大，而第2类小，且第1、3类各形态磷含量普遍高于第2类；ω（DGT-P）分别与水体ω（DTP）、具有生物有效性的ω（Fe/Al-P）和ω（OP）均有良好的相关性，DGT技术可作为快速原位检测沉积物生物有效磷含量的可靠方法；有效态磷释放量较高的为N8 > W11 > N2，分别为20.05、17.13、14.79 mg·（m2·d）-1，其释放能力与人类活动密切相关.
关键词: 特大城市      沉积物      磷形态      生物有效性      多元统计分析     
Distribution and Bioavability of Phosphorus in Surface Sediments in Megalopolis: A Case Study of Chengdu
DING Yao1,2 , OUYANG Li-li1 , SHI Qing1 , GAO Ping-chuan1 , LAI Cheng-yue1 , CHEN Shu-ping1 , JIA Bin-yang1 , YAO Gang2,3     
1. Chengdu Institute of Environmental Protection, Chengdu 610072, China;
2. College of Architecture & Environment, Sichuan University, Chengdu 610065, China;
3. Institute for Environmental Engineering of RWTH Aachen University, Nordrhein-Westfalen 100600, Germany
Abstract: A total of 33 surface sediments were collected from rivers in Chengdu. The content of phosphorus species was measured with the chemical continuous extraction method (SMT) and in situ monitoring techniques (DGT). Multivariate statistical analysis was used to analyze the spatial distribution of phosphorus species in sediments. The release flux of DGT-P in sediments and their pore water was calculated in this study. It is helpful to understand the influence of sediment endogenous pollution and human activities on the environment. The results show that the phosphorus species have a spatial variability. The average content of TP in the surface sediments is 1132.41 mg·kg-1, which is higher than the background value of 365.00 mg·kg-1 in Chengdu. The Ca-P is the most dominant species, accounting for 70.58% of the TP on average. The study area is divided into three groups based on spatial clustering. Groups 1 and 3 show large differences of phosphorus morphological structures, while Group 2 is small. The contents of phosphorus in the surface sediment of Groups 1 and 3 are generally higher than those of Group 2. The DGT-P concentration has a good correlation with the soluble DTP concentration, bioavailable Fe/Al-P, and OP concentration, respectively. The DGT technology can be used as a fast, in situ, reliable method for measurements of the bioavailable content of sediments. The higher release fluxes of bioavailable phosphorus are N8, W11, and N2, which are 20.05, 17.13, and 14.79 mg·(m2·d)-1 respectively. The available phosphorus release capacity is closely related to human activities.
Key words: megalopolis      sediment      phosphorus form      bioavability      multivariate statistical analysis     

成都市是我国西南地区特大城市之一, 2017年成都市常住人口1 604.47万人, 比2012年增长了近200万人口, 现主城区人口近600万人(数据来源：成都市统计局).经济飞速发展, 人口不断聚集, 成都市城区不断向郊区延伸, 人类活动强度不断增大, 水环境污染问题日益突出.从2012~2017年以来, 随着环保截污工作的不断推进, 污染物的陆源排放量减少, 成都市地表水中高锰酸盐指数和氨氮(NH4+-N)质量浓度逐年下降, 总磷(TP)质量浓度却不降反升(图 1).磷是水体富营养化的主要限制性因子, 高负荷磷在河道中可以引起藻类大量繁殖, 水质恶化, 致使生态系统失衡[1~3].已有研究普遍认为在特性的环境条件下, 富集在沉积物中的磷会重新迁移至水体, 即使没有外来磷源的输入, 也会造成水中溶解性磷质量浓度升高[4, 5].沉积物内源磷有可能是水体磷的重要来源[6~9], 所以研究沉积物磷释放对上覆水体的水质影响尤为重要.

图 1 2012~2017年成都市地表水平均水质状况 Fig. 1 Surface water quality of Chengdu City from 2012 to 2017

沉积物中磷主要以吸附态、有机态、铁/铝结合态、钙结合态等形式存在, 而只有具有生物有效性的磷才能够促进藻类生长致使水体富营养化[10~12].沉积物磷的释放潜力、生态效应均取决于其赋存形态(及生物可利用态)而非其总量[13, 14].传统的化学法测试沉积物形态磷, 采用欧洲标准测试委员会建立的淡水沉积物磷形态分离法, 即SMT法[15, 16].该方法提取生物有效性磷操作繁琐, 易改变磷形态, 却有着重现性好, 适用范围广, 利于研究结果相互比较的优点.由英国兰开斯特大学(Lancaster University)的Bill Davison和张昊研发的梯度扩散薄膜技术(diffusive gradients in thin films)[17], 是一种原位被动采样技术, 广泛应用于生物有效性元素研究.该方法是以Fick第一定律为基础, 通过模拟植物根系细胞吸收过程对在一定时间内穿过特性厚度扩散膜的某一离子进行定量化检测并计算得出准确浓度值[18].该方法可有效避免主动采样存在的操作繁琐、扰动较大等缺点, 相较渗析(pore water equilibrators, Peeper)、薄膜扩散平衡(diffusive equilibrium in thin films, DET)等技术具有更高分辨率、更短的平衡时间和离子选择性[19~22].本研究利用SMT法的测试结果分析河流表层沉积物空间分布特征, 同时以DGT技术测定沉积物中有效态磷含量, 并估算生物有效态磷的释放通量, 研究结果在一定程度上有助于分析人类活动对河流的影响, 并为河流沉积物内源磷释放风险评价提供参考依据.国内外关于沉积物中磷赋存形态的研究主要集中于湖泊、水库、海洋等区域, 对河流沉积物磷赋存形态的研究鲜见报道.

1 材料与方法 1.1 研究区背景

本研究区域为成都市市域范围, 位于四川省中部, 四川盆地西部, 介于东经102°54′~104°53′, 北纬30°05′~31°26′之间.全市东西长192 km, 南北宽166 km, 总面积12 390 km2, 地势西北高, 东南低.成都市境内河网密度1.22 km·km-2, 流经河流属岷江和沱江两大水系(图 2).都江堰鱼嘴将岷江分为两支, 其西侧为外江, 实为岷江正流, 东侧为内江, 为引水干渠, 二江于新津汇流后, 复称岷江, 多年平均径流量(紫坪铺水文站)约为145.00亿m3·a-1.自都江堰渠首又可分为蒲阳河、柏条河、走马河、江安河、沙沟河、黑石河六大河渠系统, 多年平均径流量分别为26.42、11.76、26.61、9.65、11.80、7.69亿m3·a-1.沱江基本呈南北流向, 穿过成都市东隅, 上源分三条水流, 多年平均径流量分别为：东源绵远河(天河王场)4.61亿m3·a-1, 中源石亭江(高景关站)6.73亿m3·a-1, 西源湔江(关隘站)7.14亿m3·a-1, 于金堂县赵镇相汇, 成沱江主干流.沱江接纳岷江水源近25亿m3·a-1, 故为非封闭型流域, 多年平均径流量(三皇庙站)约为76.40亿m3·a-1.成都市大部分地域属岷江流域, 面积占全市幅员面积的70.4%, 流域面积为9 169 km2; 沱江流域面积占29.6%, 流域面积为3 221 km2.

图 2 研究区域水系示意 Fig. 2 Water system in the study area

1.2 样品采集与处理

于2016年10月下旬, 在成都市行政区范围内的河流上布设33个采样点进行采样, 具体如图 3所示.

图 3 研究区域采样点位示意 Fig. 3 Sampling sites in the study area

采用有机玻璃采水器采集河流中层水水样, 置入聚乙烯塑料采样瓶中, 调节水样pH至2左右, 在4℃条件下保存, 24 h内测定溶解性总氮(DTN)、溶解性总磷(DTP)及其他指标.采用抓斗式不锈钢采泥器采集距岸边2~3 m的表层沉积物样品, 每个点位采集3次样品混合成样, 挑拣除去植物残体等杂物, 置于聚乙烯塑料自封袋中, 避光密封保存.沉积物样品送至实验室后分成两部分, 一部分经冷冻干燥后, 用玛瑙研钵充分研磨, 再过100目筛, 放入玻璃瓶置于阴凉干燥处用于磷形态分析; 另一部分沉积物样品置于室温下棕色玻璃瓶内, 待进行DGT试验.

1.3 样品分析方法

现场使用HACH HQ40d和HQ11d测试pH、溶解氧(DO)指标.水样经0.45 μm孔隙滤膜过滤, 分别用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法(HJ 636-2012)和钼锑抗分光光度法(GB 11893-1989)测定DTN和DTP质量浓度, 使用岛津TOC-L测定可溶性总有机碳(DOC)质量浓度, 高锰酸盐指数依照GB 11892-1989测定.沉积物中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、氢氧化钠提取态磷(Fe/Al-P)、盐酸提取态磷(Ca-P)含量采用SMT方法测定.沉积物中总氮(TN)含量使用碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度计法测定, 有机质(TOC)含量依照NY/T 1121.6-2006测定, 颗粒粒度依照GB/T 50123-1999测定, 含水率依照HJ 613-2011测定.

DGT装置购自DGT研究有限公司(英国兰卡斯特大学), 采用的吸附膜为铁氧化物凝胶, 吸附膜上覆盖着0.78 mm厚度的水凝胶扩散层以及0.14 mm厚的0.45 μm孔隙滤膜, 该装置暴露面积为3.14 cm2. DGT装置保存在4℃冰箱中, 试验前将DGT装置置于室温过夜, 使其温度与环境温度一致.使用时将滤膜方向朝下轻按入沉积物样品中, 使DGT表面的滤膜与沉积物充分接触24 h, 并记录试验前后样品温度.取出后用去离子水冲洗DGT表面, 去除表面附着的沉积物颗粒, 然后将装置拆开取出吸附膜.用5 mL 0.25 mol·L-1 H2SO4浸提吸附膜8 h, 采用美国标准方法EPA method 365.3(钼酸铵分光光度法)测定浸提液磷质量浓度.

吸附膜上目标物的质量可由方程(1)计算得到[20]：

(1)

式中, ce为洗脱液中目标物质量浓度, mg·L-1, 可由稀释液中质量浓度乘以稀释倍数获得; Vacid为所用洗脱液体积, mL; Vgel为Fe-oxide吸附膜体积(0.25 mL); fe为目标物的洗脱效率, PO43-在Fe-oxide膜中的fe为1.

溶液中可被DGT测得的质量浓度(cDGT)可通过方程(2)计算得到：

(2)

式中, Δg为扩散层厚度, 一般为扩散膜的厚度(0.78 mm)与滤膜的厚度(0.014 cm)之和; D为各种目标物在扩散层中的扩散系数(本研究试验时温度为21℃, 查表得D为5.42×10-6 cm2·s-1[23]); t为放置时间(s); A为DGT装置的采样窗口面积(3.14 cm2).

沉积物以及沉积物孔隙水中的某离子被选择性地固定在吸附膜上, 依据Fick第一定律, 在一定时间内通过扩散膜被吸附膜固定的某离子的通量F可以用方程(3)计算得到：

(3)

式中, F为有效态磷从沉积物界面到上覆水的释放通量, μg·(cm2·d)-1; D和Δg同方程(2); cDGT为在一定时间内DGT装置界面与水或空隙水中离子的浓度, mg·L-1.

1.4 数据处理与分析

采用SPASS 18.0软件进行数据的统计描述分析、聚类分析及相关性分析.借鉴Barbour的评价方法[24]比较箱形图中位数和四分位数范围, 根据箱体不同的重叠情况分别赋予不同的值, 没有重叠, IQ=3;各自中位数值均在对方箱体四分位数范围之外, IQ=2;仅一方中位数值在对方箱体范围之内, IQ=1;各自中位数值均在对方箱体范围之内, IQ=0.采用R语言进行数据的非度量多维尺度分析(nonmetric multidimensional scaling, NMDS).采用Arcgis 10.0和Origin 8.5软件绘图.

2 结果与讨论 2.1 水质及沉积物指标分析

对本研究区域33个点位水质及沉积物指标进行统计分析(表 1).除N5以外, 各点位水体pH变化不明显, 在7.26~8.20之间浮动, 呈弱碱性, N5的pH为6.77, 呈弱酸性, 推测周边餐饮废水进入水体所致. DOC、高锰酸盐指数、BOD5指标均反映水体有机物的污染程度, T5这3个指标均处于高水平, 周围多为农业用地, 推测为有机肥农药污染所致.

表 1 河流水质及表层沉积物监测数据统计描述 Table 1 Descriptive statistics of the water quality and surface sediment content at different sections of the river

本研究区域沉积物的ω(TOC)为(12.93±11.94) g·kg-1. ω(TN)为(886.36±646.30) mg·kg-1, 均值约为成都市土壤氮背景值(373 mg·kg-1)的2.4倍. ω(TP)为(1 132.41±487.45) mg·kg-1, 均值约为成都市土壤磷背景值(365 mg·kg-1)的3.1倍.与其他河流表层沉积物ω(TP)相比, 成都市河流表层沉积物的磷营养水平高于自然河道, 总体处于一般水平(表 2).根据加拿大安大略环境和能源部1992年制定的沉积物质量评价指南为标准, 其中ω(TP)超过600 mg·kg-1能够引起最低级别生态毒性效应, 超过2 000 mg·kg-1能够引起严重级别生态毒性效应, 可知大部分点位存在一定的生态环境风险, 其中N7和W9为严重级别.

表 2 研究区域河流沉积物总磷含量与其他地区比较/mg·kg-1 Table 2 Total phosphorus content of river sediments in the study area compared with other areas/mg·kg-1

本研究区域有29个点位的沉积物中60%以上的粒径小于0.25 mm, 以砂和粉粒为主.共有21个点位的沉积物中半数以上的粒径为2~0.075 mm的砂.共有11个点位的沉积物中半数以上的粒径为小于0.075 mm的粉粒.大部分点位的沉积物中含有少量粒径为10~2 mm的砾, 而W7含有46.35%的砾, 该点位位于研究区域西侧, 周边主要以农田为主.粉粒颗粒较小, 容易进一步风化, 营养元素含量丰富.石砾及砂粒粒径大, 抗风化, 有效养分贫乏[25].

2.2 沉积物空间聚类分析

按照采样点地理位置的相似性和差异性, 通过空间尺度的聚类分析可将研究区域划分为3类(图 4).第1类为沱江流域(T2~T10)以及城市中心区域(N5~N9).其中, T2~T6为沱江重污染支流毗河上点位, T2为毗河上游来水点位, 水质状况较好, 随着毗河自西向东汇入沱江干流, 污染程度不断加剧, 该段污染物来源复杂多样; T7、T8为沱江支流中河、北河上点位, 受上游德阳磷化工业的影响, 磷污染突出; T9、T10为沱江干流上点位, 接纳上游3条支流(毗河、中河和北河)来水而受污染; N5~N9位于城市中心位置, 河道三面硬化, 周边人口密度高.第2类为全域上游(T1, N1~N4, W1), 均为自然河道, 水质及沉积物营养水平基本保持自然状态.第3类为内江下游(N10, N11)及外江流域(W2~W12).其中, N10、N11位于内江下游, 属城市开拓发展中区域, 人类活动频繁, 城乡结合污染问题突出, 加上承接中游来水, 水质受到污染, 而沉积物营养水平趋于稳定; W2~W9自西向东分布于外江干流西侧支流上, 污染程度也随河流流向加剧, W9点位接纳了上游来水, 同时周边人类活动频繁, 污染来源复杂且污染程度大; W10为外江干流上游点位, 污染主要以农业源为主; W11、W12为内江重污染支流杨柳河上点位, 常年接纳周边城镇生活污水及周边农业地表径流.

图 4 采样点聚类树状图和空间聚类区域划分 Fig. 4 Dendrogram of the sampling sites and area division by spatial clusters

2.3 沉积物磷形态的空间差异性

如图 5和表 3所示, 第1类和第3类点位沉积物各形态磷含量普遍高于第2类.第1类和第2类的磷形态存在明显差异, 主要体现在TP、IP和Fe/Al-P指标上.第2类与第3类仅在Fe/Al-P指标上存在明显差异.沉积物各形态磷均值呈现第1类>第3类>第2类趋势.第1类与第3类仅在TP和IP指标上有较大差异, Fe/Al-P指标差异不显著.总体上, 3个类在TP、IP和Fe/Al-P指标上差异显著, 而Fe/Al-P是IP中最为活跃的一种形态, IP是TP中的无机形态, 进而推测Fe/Al-P是决定各断面差异性的最主要指标. Ca-P含量虽高, 但其差异不显著.

图 5 研究区域表层沉积物磷形态箱线图 Fig. 5 Phosphorus box diagram of surface sediments in the study area

表 3 IQ评分[24] Table 3 Values of IQ

本研究区域表层沉积物ω(TP)最高值出现在N7, 属第1类位于主城区中心位置, 最低值出现在W2, 属第3类位于外江蒲江河上游.沉积物ω(TP)总体呈第1类(1 413.05 mg·kg-1)>第3类(992.03 mg·kg-1)>第2类(781.75 mg·kg-1). IP和OP是TP的两种形态, ω(IP)占ω(TP)的平均质量分数为89.36%, 是TP的主要赋存形态. ω(IP)最高值出现位置与ω(TP)相同, 最低值出现在W5, 属第3类位于外江南河上游位置.而Fe/Al-P和Ca-P是构成IP的主要形态, 分别占IP的平均质量分数为12.92%和80.17%, Ca-P为主要赋存形态. Fe/Al-P被认为是沉积物中主要活性磷成分, 来源与人类活动有关, 易释放进入上覆水体. Ca-P被认为是沉积物中的惰性磷成分, 难以被生物利用, 且受人类活动干扰小, 不易被释放进入上覆水体[11]. ω(OP)占ω(TP)的平均比例为10.64%, 占比小. ω(OP)最高值出现位置与ω(TP)相同, 最低值出现在N1, 属第2类位于全域河流源头. OP包括来自于陆源排放的难降解性有机磷物质和死亡的水生生物尸体的可降解性有机磷物质, 部分有机磷化合物可被磷酸酶水解转化为无机磷进而被藻类或微生物等利用, OP也是重要的有效态磷[34].

2.4 DGT-P与各形态磷相关性分析

如表 4所示, DGT-P与水体和沉积物中部分形态磷具有一定的相关性. ρ(DGT-P)与ω(Fe/Al-P)呈极显著相关(R=0.467, P < 0.01), ρ(DGT-P)与ω(OP)呈显著正相关(R=0.424, P < 0.05). ρ(DGT-P)与ω(Ca-P)没有相关性. ρ(DGT-P)与水体ω(DTP)、与具有生物有效性的两种形态磷ω(Fe/Al-P)和ω(OP)均有良好的相关性, 证明DGT技术可作为快速原位检测沉积物生物有效磷含量的可靠方法.龚莹等[35]在巢湖的研究沉积物磷形态及有效性时发现沉积物中DGT-P与高活性AAP、Fe/Al-P、OP和DIP显著相关, 这与本研究的结果一致.

表 4 沉积物中各形态磷以及上覆水体中可溶性有机磷之间的相关性1) Table 4 Correlation between various phosphorus species in sediments and soluble organic phosphorus in the overlying water

利用多元统计分析中NMDS方法对各点位表层沉积物磷形态结构进行研究. NMDS是利用相似性数据的排位信息, 将各种事物间的感觉相似信息, 通过适当的降维方法, 用低维度空间距离表示, 以体现事物间的相似性[36].本研究利用各点位沉积物磷形态(DGT-P、Fe/Al-P、Ca-P和OP)之间的相异性来构造多维空间上点的相对坐标(图 6), 如果2个点位沉积物磷形态越相似, 它们对应空间上的点之间的距离就越近.

图 6 流域表层沉积物DGT-P、Fe/Al-P、Ca-P和OP非度量多维尺度分析 Fig. 6 NMDS of surface sediments DGT-P, Fe/Al-P, Ca-P and OP in the watershed

由图 6可知, 大部分点位沉积物因内部磷形态结构、含量相近而聚集在一起.而N7、T3、W9和W2位于图形边缘, 其分别含有最高的OP、Ca-P、Fe/Al-P以及最低的Ca-P含量, 且W2其他形态磷含量均处于较低水平.综合分析认为, 第一维(第一象限)主要反映沉积物中高Ca-P含量; 第二维(第四象限)主要反映沉积物中高OP和Fe/Al-P含量; 第三维(第二、三象限)主要反映沉积物中各形态磷含量低.

第1类点位较为分散, 沉积物磷形态差异较大.其中N5、T8~T10形成小范围集中, 均含有较高的ω(Ca-P), 较低的ρ(DGT-P), 说明沉积物生物活性低, 潜在内源污染风险小.其他点位围绕该区域分散, T6因高生物有效性磷含量而向y轴负方向偏离. N8、T7、T3分别因为较高的ρ(DGT-P)、ω(Fe/Al-P)和ω(Ca-P)而偏离.第2类点位分布较集中, 沉积物磷形态特征较为接近, 沉积物各形态磷含量较低, 而点N2因有较高的ρ(DGT-P)而与其他点位分离.第3类点位较为分散, 沉积物磷形态差异较大.其中N10、W11、W9点位因ω(OP)与ω(Fe/Al-P)逐渐增大而不断偏离, N10和W11因高ρ(DGT-P)而靠近y轴.综上所述, N8、T6、N2、N10与W11均含有较高含量的生物有效性磷, 内源污染风险较大, 且水体营养程度高, 应注意加强管理避免有效磷污染的输入, 对已造成污染的河道进行清淤处理.

2.5 河流水-沉积物界面磷释放通量

利用DGT原位监测技术计算得到沉积物在河流水-沉积物界面附近的表观释放通量.如图 7所示, 研究区域内有效态磷释放通量较大的是N8>W11>N2, 分别为20.05、17.13和14.79 mg·(m2·d)-1, 同时在图 5中这3个点位均由于较高ρ(DGT-P)而分散分布.不同点位沉积物有效态磷释放能力不同, 这与水-沉积物界面浓度梯度、沉积物理化性质及粒径等有关, 这些环境因素易受人类活动影响而变化.第1类有效态磷释放通量较大的为N8>T6>N9, N8和N9位于高新区城市化建设快速发展区域, 近年来人口不断增长, 人类活动加剧; T6是重污染毗河下游点位, 其水体营养程度较高, 周边人口集中且餐饮业发达; 但是N5、N6、N7均位于老城区人口密集区域内, 其有效态磷释放量低, 主要由于环保截污工作到位, 成熟片区内较少施工项目, 河道水体功能主要为景观用水, 人为干扰小.第2类点位中除N2以外, 其他点位有效态磷释放通量低, N2位于城乡交界处, 随着周边城镇化建设和旅游业的发展, 建设施工对河道干扰强烈.第3类有效态磷释放通量较大的为W11>N10>W9, W11上游不到10 km有成都机场和双流客运站, 人流量大, 且区域管理不善, 散乱污排放问题严重; N10周边为天府新区政府重点打造区域, 施工建设项目多, 对河道沉积物扰动较大; W9是重污染南河下游点位, 位于新津县城人口密集区域, 长期接纳上游污染来水.综上所述, 沉积物有效态磷释放通量大的点位普遍为受人类活动干扰较强的区域, 一些周边人烟稀少的点位有效态磷释放通量则较小, 能说明河流沉积物中有效态磷的释放量与人类活动密切相关.随着城镇化推进, 部分区域人口快速增长, 人类活动日渐频繁, 进而促进沉积物中有效态磷的释放, 对生态环境产生一定的影响.

图 7 河流水-沉积物界面磷释放通量 Fig. 7 Phosphorus release fluxes at the river water-sediment interface

3 结论

(1) 成都市河流表层沉积物TP的平均含量为1 132.41 mg·kg-1, 高于成都市土壤背景值365.00 mg·kg-1, 具有一定的生态环境风险.

(2) 研究区域按照空间聚类可划分为3类, 第1类为沱江流域(T2~T10)以及城市中心区域(N5~N9), 第2类为全域上游(T1、N1~N4、W1), 第3类为内江下游(N10、N11)及外江流域(W2~W12).

(3) 沉积物形态磷含量和结构存在空间差异性, 各指标均值呈现第1类>第3类>第2类趋势.根据NMDS分析可知, 第1、3类磷形态结构差异大, 第2类磷形态结构相似.其中N8、T6、N10与W11生物有效态磷含量大, 应注意加强管理和对河道清淤.

(4) ρ(DGT-P)与水体ω(DTP)、与具有生物有效性的ω(Fe/Al-P)和ω(OP)均有良好的相关性, 证明DGT技术可作为快速原位检测沉积物生物有效磷含量的可靠方法.

(5) 研究区域河流沉积物有效态磷释放通量最大的是N8>W11>N2, 分别为20.05、17.13、14.79 mg·(m2·d)-1, 释放量与人类活动密切相关.可见, 河流沉积物内源污染及人类活动对生态环境有局部影响.

参考文献
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