2021, Vol. 42
2. 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 湖泊与环境国家重点实验室, 南京 210008;
3. 中国科学院大学, 北京 100049
2. State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography & Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
富营养化是全球淡水生态系统主要的环境问题[1~3].水体中的氮、磷等营养盐浓度过高被认为是富营养化的主要原因[4], 其中, 磷是淡水生态系统生产力和蓝藻水华形成的限制因素[5, 6], 而氮的加入则有助于藻类大量繁殖[2, 7, 8].水体富营养化严重时会暴发蓝藻“水华”, 形成“水华”的藻类可以产生多种有害物质, 如藻毒素等, 危及饮用水安全[9, 10].
沉积物是湖泊生态系统氮、磷等营养元素的重要蓄积库.沉积物表面的磷主要来源于上覆水中颗粒态磷的沉降, 多以有机态存在, 随后通过各种生物化学过程最终沉积到沉积物中或释放出溶解态磷到间隙水中并与上覆水磷发生交换[11].通常情况下, 沉积物间隙水溶解态磷与固相磷维持动态平衡, 当沉积物发生厌氧时, 弱吸附态磷和铁铝结合态磷等会释放部分溶解态磷, 并向上覆水梯度扩散, 有助于蓝藻水华的暴发[12, 13]; 此外, 当入湖营养盐负荷量减少或完全被截污以后, 水体依然能够观察到富营养化现象, 甚至出现“水华”[14, 15].可见, 由沉积物营养盐释放导致的二次污染不容忽视, 沉积物及其间隙水中氮磷含量可以作为评价水体健康与否的重要指标[16, 17], 明确其含量、形态及空间分布对湖泊内源控制具有重要意义.
巢湖是我国第五大淡水湖泊, 在支撑当地发展方面发挥着重要作用.巢湖近年来一直处于较高的富营养水平, 频发蓝藻水华[18], 沉积物内源污染可能是一个重要原因.目前, 相关学者在主要入湖河流沉积物营养盐分布特征方面开展了大量研究[17, 19~27], 对湖体沉积物的研究多集中在重金属[28, 29]和重污染汇流湾区的营养盐[30, 31]方面, 对于整个湖体沉积物及间隙水营养盐含量也开展了部分研究[32~37], 但针对全湖沉积物氮磷含量长时间序列变化及污染评价相关研究较少[38], 加之近年来湖体部分点位及双桥河等重污染入湖河流采取了疏浚工程, 巢湖沉积物氮磷污染水平现状有待进一步探讨.本文对整个巢湖沉积物氮和磷的分布情况开展研究, 通过揭示沉积物氮磷污染的时空分布特征, 以期为沉积物内源污染治理提供参考.
1 材料与方法 1.1 研究区概况及样品采集巢湖(31°34′N, 117°26′E)位于长江水系中下游, 安徽省境内(图 1), 每天为巢湖市提供150 000~200 000 m3饮用水和多种生态效益[39], 如娱乐、渔业和交通运输等.巢湖湖体面积约为770 km2, 东西向长54.5 km, 南北向长15.1 km, 平均水深为3.06 m[40].巢湖属于亚热带季风气候, 年平均气温为15~16℃, 年平均降雨为1 100 mm[41], 主导风向为夏季东南风、冬季西北风.巢湖周边杭埠河、南淝河、白石天河、派河和柘皋河入湖流量占全年河流总入湖流量的90%以上[41].裕溪河是巢湖唯一的出湖河流(除兆河个别时间段的出湖流量), 并与长江连通.
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图 1 巢湖沉积物采样点分布示意 Fig. 1 Distribution of Lake Chaohu sediment sampling sites |
自1963年裕溪河口的巢湖闸建立后, 巢湖水体更替周期约为170 d[42], 巢湖与长江之间的年均水体交换量(通过裕溪河)由13.6×108 m3降为1.6×108 m3[41], 年平均水位由7.36 m (aMSL, 1956~1960年)增加为9.13 m (aMSL, 2014~2018年)[43], aMSL定义为高于长江水系吴淞站平均海平面的高度, 年平均水位波动由2.94 m降低为1.55 m(不包括2016年)[44, 45].此外, 巢湖流域常住人口由1950的310万人增加至2013年的740万人[46].与此同时, 城市用地面积由1985年的987.84 km2增加至2013年的1 886.37 km2[47, 48], 巢湖流域的化肥使用量从1950年的7.5 kg ·hm-2增加到1990年的1 200 kg ·hm-2[45, 49].
以上人口增长、工业化快速发展等变化造成的生活污水、工业废水及农田氮素流失使排入湖体的氮磷含量逐渐增加, 湖体水质受到严重污染, 沉积物储存大量氮、磷污染物.从1986~2018年, 巢湖水体年均氮磷浓度及氮磷比变化幅度分别为1.3~6.0 mg ·L-1、0.03~0.42 mg ·L-1和6.1~43.5[50~53] [图 2 (a)].从2002~2018年, 巢湖水体年平均叶绿素a (Chl-a)浓度变化范围为4~112 μg ·L-1[52~55] [图 2 (b)].根据文献[12, 32, 34, 35, 37, 40, 41, 49, 52, 56~65], 自1980s以来, 巢湖表层沉积物TN [图 3 (a)]和TP [图 3 (b)]平均含量变化范围分别为：532~2 080 mg ·kg-1和358~1 127 mg ·kg-1.这些指标浓度变化表明巢湖近年来水质得到了一定的提升, 但湖体沉积物氮磷储量较高, 水体仍存在较高的富营养化风险.
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图 2 巢湖水体年平均总氮、总磷和叶绿素a浓度 Fig. 2 Annual average total nitrogen, total phosphorus, and chlorophyll a concentrations in Lake Chaohu water |
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2006年数据为4~6月，2013-04分别引自文献[12]和文献[38] 图 3 巢湖表层沉积物总氮和总磷年平均含量 Fig. 3 Annual average total nitrogen and total phosphorus content of surface sediments in Lake Chaohu |
本研究于2015年12月对巢湖进行现场沉积物样品采集, 利用全球卫星定位系统(GPS)在全湖布设31个沉积物采样点位(图 1).为了更好地研究巢湖氮磷分布的空间差异, 本研究将湖区分为3部分[66], 其中1~10位于姥山岛西部, 为西湖区样点, 11~17为中湖区样点, 18~31为东湖区样点.使用沉积物柱状采样器(Φ90 mm×500 mm)采集无扰动柱状样品, 由于3号点位已清淤, 没有采集到沉积物样品.考虑到沉积物活性层厚度约为30 cm[67], 本研究依据上顶法将柱状沉积物分为表层(0~15 cm)和底层(15~30 cm)样品, 将分层样品混匀后置于低温保温箱内保存, 在24 h内带回实验室4℃下冷藏.同时, 根据采集的柱状沉积物测定出沉积物厚度, 使用竹竿测定大于50 cm的沉积物厚度.
1.2 样品处理与分析由于沉积物的内源释放主要受表层(0~15 cm)营养盐浓度的影响, 且底层(15~30 cm)沉积物间隙水量较少, 难以满足测试体积需求, 故本研究仅提取了表层沉积物(0~15 cm)的间隙水样品.去除沉积物样品中的沙石和动物残体, 将一部分表层沉积物样品离心并使用0.45 μm的纤维素滤膜(Whatman)过滤, 获取间隙水, 进行溶解态总氮(DTN)、溶解态总磷(DTP)和磷酸根(PO43-)含量测定, 溶解态有机磷(DOP)为DTP与PO43-的差值.将其余沉积物样品风干、研磨, 过100目尼龙筛后装入样品袋冷藏保存, 用于沉积物总氮和总磷含量测定.其中, 总氮含量使用元素分析仪(EA3000)测定, 总磷含量使用电感耦合等离子体色谱仪(ICP-AES)测定, 间隙水中DTN、DTP和PO43-含量的测定方法详见文献[68], 所有比色过程使用紫外分光光度计(TU-1810PC, China).
1.3 沉积物氮磷储量与污染指数评价巢湖沉积物氮磷总储量计算公式[57]为：
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(1) |
式中, M为沉积物氮(磷)总储量(t), H为沉积物厚度(cm), A为巢湖面积(770 km2), C为沉积物氮(磷)含量(mg ·kg-1), φ为沉积物含水率(47%)[57], ρ为沉积物密度(0.7 g ·cm-3)[57].
综合污染指数可由单项污染指数公式(2)和公式(3)计算得到[69]：
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(2) |
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(3) |
式中, Si为单项评价指数(i代表TN或TP), Si大于1表示该指标含量超过评价标准值; Ci为评价因子i的实测含量; Cs为评价因子i的标准含量, 其中TN的Cs为1 000 mg ·kg-1, TP的为420 mg ·kg-1[70]; FF为综合污染指数; F为2项评价因子的评价指数平均值(STN和STP的平均值); Fmax为最大单项评价指数(STN和STP的最大值).参照沉积物综合污染程度分级标准(表 1), 得到巢湖表层沉积物总氮和总磷的污染等级.
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表 1 沉积物综合污染程度分级标准[71] Table 1 Standards of comprehensive pollution levels in lake sediments |
1.4 数据处理
数据处理与分析采用Excel 2013和SPSS 20.0软件, 图表绘制使用Origin 2018和ArcGIS 10.2软件.
2 结果与讨论 2.1 沉积物总氮和总磷分布特征巢湖沉积物总氮和总磷总体呈西部湖区最高、东部次之、中部最低且北部高、南部低的空间分布特征(图 4).对于TN, 表层沉积物TN含量在400~2 127 mg ·kg-1之间, 平均值为1 088 mg ·kg-1; 底层沉积物TN含量在280~1 873 mg ·kg-1之间, 平均值为666 mg ·kg-1, 全湖表层沉积物TN平均含量显著高于底层(P<0.01).其中, 西湖区表层沉积物TN平均含量为1 342 mg ·kg-1, 显著高于中湖区(797 mg ·kg-1, P<0.01)和东湖区(1 069 mg ·kg-1, P<0.05);而西湖区底层TN平均含量为814 mg ·kg-1, 与中湖区(551 mg ·kg-1)和东湖区(628 mg ·kg-1)均没有显著差异.对于TP, 表层沉积物TP含量在263~1 194 mg ·kg-1之间, 平均值为585 mg ·kg-1; 底层沉积物TP含量在190~1 184 mg ·kg-1之间, 平均值为509 mg ·kg-1.全湖表层沉积物TP平均含量与底层之间没有显著差异(P=0.15).其中, 西湖区表层沉积物TP平均含量为754 mg ·kg-1, 显著高于中湖区(416 mg ·kg-1, P<0.01)和东湖区(560 mg ·kg-1, P<0.01);西湖区底层沉积物TP平均含量为607 mg ·kg-1, 与中湖区(359 mg ·kg-1)的差异显著(P<0.05), 但与东湖区(521 mg ·kg-1)的差异不显著.
巢湖沉积物氮磷的空间分布特征相似, 氮磷污染均自十五里河和派河入湖口处向中湖区和东湖区不断延伸(图 4).十五里河和南淝河均位于合肥市境内, 其中十五里河流经包河工业园区(省级开发区), 大量工业废水、城镇生活污水及农业面源污染排放是导致西半湖沉积物氮磷含量较高的主要原因[72].西湖区表层沉积物氮磷高值分布区域在以往研究中存在一定差异[12, 37, 38], 这可能与监测点位的选择和西湖区沉积物氮磷含量变异系数较高有关[30].本研究中, 十五里河入湖口附近表层沉积物TN和TP含量最高, 分别为2 127 mg ·kg-1和1 194 mg ·kg-1, 约为全湖表层平均值(TN, 1 088 mg ·kg-1和TP, 585 mg ·kg-1)的2倍, 氮磷含量与Zan等[61]于2009年的研究结果相似, 但略低于刘成等[30]在2013年的观测值.南淝河入湖口处的氮磷含量相比西湖区其它点位相对较低, 同时与温胜芳等[37]在2010年的调查结果相比已明显降低, 此现象可能与该区域自1999年以来实施了多次的环保疏浚有关.然而, 刘华丽等[73]的研究认为疏浚只能去除少量沉积在湖底表层的有机碎屑, 而对内源污染的主要贡献者即长期悬浮在水体的有机碎屑没有改善.东湖区表层沉积物氮磷含量高于中湖区, 且存在显著差异(P<0.05, P<0.01), 表明东湖区沉积物氮磷污染程度相比中湖区较严重.东湖区靠近巢湖县, 生活用水是该地区入湖水的主要来源.尤其是北部柘皋河和双桥河入湖口附近的表层总磷含量相比南部较高, 双桥河长期劣V类水, 其入湖口位置距离巢湖市自来水厂取水口仅500 m, 虽然在2010年当地政府对此河道实施了沉积物疏浚工程, 但在疏浚15个月后和2年后沉积物总氮和总磷含量均恢复甚至超过疏浚前水平[22, 27], 因此双桥河仍然为东部湖区主要的氮磷污染源.
自1980年以来, 巢湖表层沉积物TN和TP含量呈先升高后保持相对稳定的变化趋势(2015年除外, 表 2和图 3).对于TP, 其含量由1980年的560 mg ·kg-1增加至2010年的1 127 mg ·kg-1, 随后有所下降, 并保持相对稳定; 其中西湖区TP含量增加明显, 在2010年西湖区和东湖区分别达到最高值, 分别为1 502 mg ·kg-1(10月)和706 mg ·kg-1(7月).对于TN, 自2008年6月(584 mg ·kg-1)之后, 其含量呈显著增加, 在2013年7月达到最大值(2 080 mg ·kg-1).值得注意的是, 本研究(2015年)的监测结果显示, 沉积物总磷含量相比2013年有所下降, 造成此现象的原因可能为沉积物采样厚度与前人有所差异. 2015年采集的表层沉积物深度范围为0~15 cm, 而以往学者采集的表层沉积物多为0~1[17, 30, 37, 49, 74]、0~2[33, 59, 60, 64, 75, 76]、0~5[25, 34, 36, 57]和0~10 cm[31, 35, 38, 58].有研究表明, 沉积物深度在0~20 cm范围内, 随深度增加, TP含量明显下降[30, 60].因此, 沉积物采集厚度差异可能是导致此次调查结果中表层沉积物TP平均含量低于2013年的原因.
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表 2 巢湖表层沉积物总氮和总磷含量时间变化1) Table 2 Temporal variations in total nitrogen and total phosphorus contents in the surface sediments of Lake Chaohu |
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图 4 巢湖表层和底层沉积物总氮和总磷含量空间分布特征 Fig. 4 Spatial distribution characteristics of total nitrogen and total phosphorus contents in the surface and bottom sediments of Lake Chaohu |
沉积物间隙水溶解态氮磷浓度可直接影响沉积物与上覆水之间的营养盐交换, 有研究表明沉积物DTP释放速率与藻类生长速率呈同步变化趋势[79].本研究中, 巢湖表层沉积物间隙水DTN、DTP、DOP和PO43--P的浓度分别为1.85~7.54、0.16~1.10、0.15~1.08和0.006~0.038 mg ·L-1, 全湖平均值分别为3.49、0.39、0.35和0.01 mg ·L-1.其中西湖区南淝河入湖口附近DTN浓度和PO43--P浓度分别为7.41 mg ·L-1和0.038 mg ·L-1, 均低于昝逢宇等[32]在2009年的研究结果(8.54 mg ·L-1和0.14 mg ·L-1).张民等[42]的研究也发现2013年巢湖污染程度较2012年有所降低, 主要入湖污染河口的营养盐浓度均有降低, 这些现象可能是“十二五”期间巢湖水污染治理投入加大的效果体现.龚莹等[35]在2013年使用DGT获取的沉积物高分辨信息也表明南淝河口处DGT-P浓度较高, 磷的生物有效性较强.此外, 南淝河沉积物磷释放通量明显高于湖体, 是湖体磷的重要输入源[26].
全湖DTN和PO43--P分布特征均为自西向东降低的趋势, 但与DTP和DOP的空间分布特征有所差异(图 5).本研究中, 沉积物间隙水中DOP含量占DTP含量的80%以上, 因此二者分布特征相似, 且与沉积物有机磷分布相关, 巢湖沉积物有机磷含量分布特征为东湖区>西湖区>中湖区[35], 与本研究中DOP分布(东、西、中湖区含量分别为0.39、0.38和0.31 mg ·L-1)较为一致.间隙水中部分PO43--P来源于DOP的矿化, 东湖区高浓度的间隙水DOP具有增加PO43--P含量的潜力.西湖区沉积物活性磷(弱吸附态磷和铁铝结合态磷)含量较高[12], 该组分磷极易释放磷酸盐到间隙水中, 并梯度扩散至上覆水, 导致蓝藻水华的暴发; 刘成等[30]也观测到西部重污染汇流湾区存在较高的PO43--P释放通量.因此, 巢湖西湖区沉积物高溶解态氮磷为水体主要污染源, 东湖区较高的DOP浓度对PO43--P含量的增加有促进作用, 增加沉积物内源磷释放的风险.
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图 5 巢湖表层沉积物间隙水溶解态氮磷含量空间分布特征 Fig. 5 Spatial distribution characteristics of dissolved nitrogen and dissolved phosphorus concentrations in the pore water of surface sediments in Lake Chaohu |
根据巢湖沉积物总氮和总磷含量, 结合沉积物厚度(图 6), 可以估算出现状条件下沉积物总氮和总磷蓄积量.巢湖西湖区沉积物平均厚度为(80.89±29.8)cm, 中湖区为(33.14±18.4)cm, 东湖区为(64.00±18.4)cm, 全湖平均为(56.65±29.9)cm.全湖平均TN和TP含量分别为(877±302)mg ·kg-1和(547±168)mg ·kg-1, 估算出现状条件下沉积物TN和TP储量分别为0.49×105~3.2×105 t和0.32×105~1.97×105 t, 平均氮磷储量分别为1.58×105 t和0.98×105 t.与2008年的研究结果[57]相比, 巢湖沉积物厚度增加了约22 cm, 氮磷含量和总储量也随之大幅度增加.由于近年来泥沙携带的污染物入湖后可能使湖盆形态改变, 伴随着水文与水力学的一系列变化, 由风浪引起的扰动和湖水的混合作用, 增加了沉积物磷的再悬浮风险, 导致颗粒态的磷随之迁移到光合营养层, 成为浮游藻类的磷源, 使河口等污染严重的水域藻类生物量明显增高[66, 79, 80].
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图 6 巢湖沉积物厚度空间分布特征 Fig. 6 Spatial distribution characteristics of sediment thickness in Lake Chaohu |
对巢湖沉积物氮、磷含量进行相关性分析发现, 西湖和中湖区的平均TN与TP之间具有极显著的正相关关系(图 7), 表明西湖区和中湖区表层沉积物TN与TP可能存在相同的污染来源; 同时也侧面验证了空间分布特征的一致性, 即西部最高、东部次之、中部最低.氮磷之间显著的相关关系与长荡湖表层沉积物规律相同[81], 但与太湖流域的研究结果有所差异[82].此外, 中湖区和东湖区的表层沉积物TN与沉积物厚度呈显著相关(P<0.01, 文中未显示).表明TN含量直接受沉积物输入的影响, 沉积物作为氮磷的汇储存着大量营养盐, 沉积物疏浚可能会对内源污染有一定的缓解作用.
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图 7 表层沉积物总氮与总磷相关性 Fig. 7 Correlations between total nitrogen and total phosphorus in surface lake sediments |
沉积物单项和综合污染指数受氮磷评价基准值的影响, 不同基准值下单项污染评价指数(STN和STP)存在一定差异.目前通常使用的沉积物氮磷评价基准值有4套(表 3).其中, 中国东部典型湖泊沉积物的TN基准评价值最高(1 111 mg ·kg-1), 该值侧重沉积物营养盐对藻类的生物效应[83], 约为加拿大TN基准值(550 mg ·kg-1)的2倍, 和美国的TN基准值(1 000 mg ·kg-1)相当, 加拿大和美国的基准值侧重考虑沉积物对底栖类生物没有中毒效应时的安全值[70, 84].加拿大TP基准评价值最高(600 mg ·kg-1), 而其它3种方法的TP评价基准值相当.以能引起最低级别生态风险效应的加拿大氮磷阈值[84]和太湖1960年沉积物氮磷背景值[85]作为评价值的两种评价方法的氮污染和综合污染程度均为中度, 而磷的污染程度分别为轻度和中度.以美国沉积物基准值[70]和中国东部典型湖泊沉积物氮磷基准值[83]作为评价值的两种评价方法的磷污染和综合污染程度分别为中度和轻度, 氮污染程度分别为轻度和清洁.基于以上结果并结合巢湖流域位置, 建议选择中国东部湖区的沉积物氮磷阈值或美国沉积物基准值作为巢湖沉积物污染程度评价值, 除TN外, 两种评价方法对TP污染程度和综合污染程度的评价结果相同(表 3).本文中选用了美国沉积物基准值进行不同湖区及全湖污染评价, 旨在与以往研究结果[38]进行对比.
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表 3 不同标准体系下巢湖表层沉积物氮和磷污染综合评价指数 Table 3 Combined pollution assessment of nitrogen and phosphorus in the surface sediments of Lake Chaohu under different evaluation criteria |
巢湖表层沉积物氮磷单项污染指数空间差异较大, 整体呈西湖区高、东湖区次之、中湖区较低, 且北部高于南部的分布特征(表 4和图 8). TN和TP的单项污染指数范围分别为0.40~2.13和0.63~2.84, 全湖平均分别为1.09(轻度污染)和1.39(中度污染), 表层沉积物磷污染程度高于氮; 综合污染指数范围为0.59~2.67, 全湖平均为1.32(轻度污染).对于TN, 全湖约53%的点位TN为轻度污染; 西湖区、中湖区和东湖区的表层沉积物污染分别为轻度(STN=1.34)、清洁(STN=0.80)和轻度污染(STN=1.07), 其中西湖区十五里河入湖口附近已达到重污染水平(STN>2.0).对于TP, 全湖约60%的点位的TP属于中度污染; 西湖区、中湖区和东湖区的表层沉积物污染分别为重度污染(STP=1.80)、轻度(STP=0.99)和中度污染(STP=1.33), 西湖区67%的点位TP达到重污染水平(STP>1.5).巢湖西、中和东湖区的综合污染指数分别为1.69(中度)、0.94(清洁)和1.27(轻度).以上结果表明巢湖西湖区磷污染相对较严重, 西湖区、中湖区和东湖区沉积物污染程度存在明显差异, 侧面验证了本文将巢湖划分为3个部分研究的合理性.
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表 4 巢湖表层沉积物氮和磷污染综合评价指数[70] Table 4 Combined pollution assessment of nitrogen and phosphorus in the surface sediments of Lake Chaohu |
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图 8 巢湖表层沉积物氮磷单项与综合污染指数分布 Fig. 8 Spatial distribution of individual and combined pollution indexes of nitrogen and phosphorus in the surface sediments of Lake Chaohu |
目前关于巢湖沉积物氮磷污染评价的研究相对较少, 且不同湖泊沉积物污染评价采用不同氮磷评价基准值.本研究中巢湖表层沉积物氮磷评价基准值与2013年的研究相同[38], 然而单项污染指数和综合污染指数均低于前人结果, 但污染指数空间分布特征与前人研究结果相似[38], 污染指数偏低可能由于采样深度不同引起的氮磷含量偏低造成的.针对同属长江流域的太湖表层沉积物污染评价的基准值多选用1962年太湖沉积物背景值[85], 结果为太湖湖滨带除东太湖和竺山湾属重度污染外其它各区属轻中度污染[71].针对同属长江流域且与太湖临近的阳澄湖表层沉积物污染评价选用的评价值与本文相同[70], 结果为全湖沉积物TN处于中度污染状态, 综合污染基本处于中度污染状态.针对洞庭湖沉积物氮磷污染使用加拿大安大略省基准值的评价研究得出, 表层沉积物总磷为轻度污染水平[86].与以上研究中湖泊沉积物污染评价结果相比, 巢湖沉积物氮磷污染水平相对较低.
巢湖表层沉积物氮磷污染空间分布特征与其外源污染输入有关.有研究表明[87], 沉积物氮磷一部分来源于水生生物残体, 另一部分来源于外源营养盐输入后的沉降.巢湖水体污染物主要来源于农业面源污染和城市生活污水, 两者占80%以上[42], 内源磷负荷约占外源负荷的9%[88].巢湖西部重污染汇流湾区的表层沉积物污染水平相对较高, 主要由于西部入湖河流中南淝河、十五里河和塘西河等流经合肥市, 而此区域人口密集, 流域内进行着较多的工农业活动, 排放的大量氮磷营养盐随地表径流汇入巢湖[55, 72, 89, 90], 进而沉降至沉积物中, 导致沉积物污染水平高于中湖区和东湖区.东湖区相比中湖区氮磷污染水平相对偏高, 原因一可能为巢湖闸的建立引起的一系列水文条件改变, 使大量污染物不能及时顺闸排出, 淤积在东部湖区造成的; 原因二可能为巢湖东北部烔炀河流域土壤分布着富磷矿层[91], 且东湖区流域土壤氮磷含量显著高于西湖区流域[21, 92], 磷矿石及土壤中的部分氮磷组分随着地表径流进入巢湖造成污染; 原因三可能为巢湖北部入湖河流双桥河承纳了巢湖市生活污水、工业废水, 是污染较为严重的城市污染控制型河流[89, 93], 而柘皋河两岸主要为农田, 农田氮素流失也是导致巢湖东湖区氮污染指数相对较高的主要原因.巢湖南部的主要入湖河流为兆河, 兆河区域人口相对较少, 农田相对较多, 南部湖体主要污染来自于农业面源污染.
3 结论(1) 巢湖西、中、东湖区表层沉积物TN含量分别为1 342、797和1 069 mg ·kg-1, TP含量分别为754、416和560 mg ·kg-1, 全湖表层沉积物TN含量显著高于底层(P<0.01).全湖沉积物总氮、总磷、间隙水PO43--P和DTN含量空间分布整体表现为西部高、东部次之、中部最低, 西湖区间隙水高溶解态氮磷含量增加内源营养盐释放的风险.
(2) 全湖沉积物总氮和总磷储量分别为1.58×105t和0.98×105t; 表层沉积物TN与TP含量在西湖区和中湖区均呈极显著正相关(P<0.01);中湖区和东湖区表层沉积物TN与沉积物厚度显著相关.表明西湖区和中湖区沉积物氮磷可能存在相同的污染源, 表层沉积物较高的TN水平与淤泥厚度有直接关系, 东湖区沉积物的大量淤积值得关注.
(3) 依据污染指数评价标准, 十五里河、南淝河等西部入湖区域表层沉积物总磷污染水平已达4级, 为重度污染, 中湖区为轻度污染, 东湖区为中度污染, 全湖平均呈中度污染; 全湖平均单项氮污染和综合污染等级均为2级, 呈轻度污染.全湖氮磷污染空间分布不均, 西湖区表层沉积物磷存在较大的安全风险.
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