泸沽湖氮、磷等的垂向分布特征研究揭示

2023-11-30 理论教育版权反馈

【摘要】：宋迪，陈毅良摘要对泸沽湖北部和西部柱状沉积物中TP、TN、TOC、TS含量进行了分析，研究了垂向分布特征和形成原因。本研究在泸沽湖北部和西部设置了观测点，对沉积物中氮磷含量进行分析和研究，以了解氮磷在泸沽湖沉积物中的垂向分布特征，为研究其富营养化现状及控制技术提供基础数据和科学借鉴。但对比于TN和TP的含量变化，各点位沉积物的TOC含量的垂直变化并未出现相对统一的规律特征。

隶书, SimLi; font-size: 16px;">宋　迪，陈毅良

(云南省环境科学研究院，云南高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室，云南昆明 650034)

摘　要

对泸沽湖北部和西部柱状沉积物中TP、TN、TOC、TS含量进行了分析，研究了垂向分布特征和形成原因。结果显示泸沽湖各点位沉积物氮负荷近年来受人为影响有所加重，如果不引起足够的重视并加强管理，泸沽湖富营养化的控制工作将变得日益困难。

关键词：湖泊沉积物；氮；磷；垂向分布；泸沽湖

湖泊富营养化已成为全球性的重大环境问题，其主要表现为藻类水华现象，从而引起水质恶化，消耗水中溶解氧影响水生生物活动[1]。氮磷是湖泊水生生态系统所必须的关键元素[2]，但过量的氮磷负荷会引起水体的富营养化。

沉积物不仅间接反映湖泊水体的污染情况，且在物理化学因素制约下向上覆水释放营养成分，影响富营养化过程[3]。

泸沽湖是一个外流淡水湖，属雅砻江水系，经实际调查，湖面海拔2692.2m。湖泊呈北西走向，南北长22.3km，东西宽(最宽处)7.6km；流域面积272.45km2，其中宁蒗部分139.16km2，占总流域面积的51.1%；水面面积57km2，其中宁蒗部分30.3km2，占湖泊面积的53%。最大水深105.3m，平均水深38.4m，库容21.17亿m3。近年来，随人口增长和旅游业的快速发展，泸沽湖水质呈下降趋势。

本研究在泸沽湖北部和西部设置了观测点，对沉积物中氮磷含量进行分析和研究，以了解氮磷在泸沽湖沉积物中的垂向分布特征，为研究其富营养化现状及控制技术提供基础数据和科学借鉴。

1.1　观测点位

泸沽湖属深水湖泊，且湖区禁用大型工作船只，对样品采集造成一定程度影响；水下地形资料相对匮乏，柱状沉积物的采集有较大困难。因此本项目的研究区域选取为泸沽湖北部和西部，共布设采样点3个，分别为S1、S2和S3，见图1。

1.2　样品采集

采集样品的过程在2014年5月风浪较小的时候进行，在每个采样点采集原状低扰动柱状沉积物样品。样品采用柱状沉积物采样器采集。将现场采集的柱状沉积物从表层至10cm深度每1cm分割为一份样品，其余每2cm分隔为一份样品，研磨过100目筛[4]。

1.3　分析方法

含水率采用烘干法测定；TN含量分析方法采用K2S2O8消解法；TP含量分析方法采用浓H2SO4-HClO4消解法；TOC含量采用IL550总有机碳测定仪分析；TS采用vario MACRO cube元素分析仪分析。

2.1　沉积物含水率调查结果

沉积物的含水率与其再悬浮潜力有密切的关系。研究表明，泸沽湖各点位含水率排列顺序为S3>S1>S2(见图2)，S1点位、S2点位和S3点位沉积物的平均含水率分别为62.31%、43.21%和70.31%。S2号点位沉积物表层含水率显著高于下层，反映表层沉积物孔隙度相对较大，可在一定的水动力条件发生再悬浮。S1点位和S3点位沉积物含水率垂向变化无明显规律。同时，S1点位一带沉积物植物残体含量高，质地较为松软，颜色以灰黑为主；S2点一带沉积物植物残体含量也很高，颗粒极为细腻，以黄褐色粉土为主；S3点一带沉积物质地相对较硬，以漆黑块状为主。

2.2　沉积物TN、TP含量调查结果

TN和TP在3个采样点的空间分布如图3和图4所示。研究表明，S1点位、S2点位和S3点位沉积物的TN平均含量分别为1.42mg/g、0.73mg/g和2.11mg/g，TP平均含量分别为0.54mg/g、0.42mg/g和1.05mg/g，3个点位沉积物TN和TP含量在水平分布上差异很大。这是由于S3点湖岸农村人口相对密集，生活污水随着直接排放以及地表径流进入湖体，而且泸沽湖整体水体交换频率相对较低，导致入湖的氮磷不能及时扩散。在悬浮物质的吸附和水生生物的吸收等作用综合影响下，沉淀形成局部氮磷含量相对较高的底泥。同时由于泸沽湖风场主要受西南与偏南气流控制，造成该湖南部与北部的水体连通带交换机会少，进入湖内的污染物极易顺湖流在东北部水域聚集，形成局部高浓度污染。

另一方面，3个点位沉积物TN和TP含量在垂直分布上也存在一定变化。其中各点位TN含量的总体变化趋势基本呈现出不同程度地随深度的增加而下降的特点。这说明各点位沉积物近年来氮负荷有所加重。如果不引起重视和加强管理，泸沽湖富营养化的控制工作将变得日益困难。

2.3　沉积物TOC含量调查结果

TOC在3个采样点的空间分布如图5所示。研究表明，S1点位、S2点位和S3点位沉积物的TOC平均含量分别为18.34mg/g、4.63mg/g和25.55mg/g。在3个采样点中，同样是S3点位的TOC含量最高，S1点位次之，而S2点相对较低。但对比于TN和TP的含量变化，各点位沉积物的TOC含量的垂直变化并未出现相对统一的规律特征。其中S2点位与S3点位的变化趋势与TN的变化趋势类似，一定程度上含量随深度的增加而降低。这是由于湖泊沉积物中溶解氧含量极为有限，同时泸沽湖属于深水湖泊，底层水体与上层所发生的水体交换较为缓慢，导致沉积物中溶解氧含量相对其他浅水湖泊较低。随着沉积物的分层深度的增加，溶解氧含量逐渐降低，有机物处于缺氧条件下，经过各种微生物的矿化分解，转化为二氧化碳释放。同时，S1点位和S3点位的TOC含量随着沉积物分层深度的变化呈现不规则的趋势，出现较高含量。可能是由于微生物作用产生的无机产物并未完成扩散至间隙水的过程。(www.chuimin.cn)

2.4　沉积物TS含量调查结果

TS含量的高低也是衡量水体沉积物环境优劣的一项重要指标。TS在3个采样点的空间分布如图6所示。研究表明，S1点位、S2点位和S3点位沉积物的硫化物平均含量分别为0.92mg/g、0.62mg/g和1.04mg/g。S3点位沉积物中TS含量相对较高，而S2点位沉积物中TS含量最低，S1点位沉积物中的TS含量较S3点位的低，但明显高于S2点位。各点位柱状沉积物中TS含量的垂直变化趋势并不统一，但其中S1点位和S3点位自表层向下随着层位深度的增加，含量呈增大的趋势，但变化幅度较小，无明显的变化梯度带。研究区域内沉积物中高的TS含量可能是由于硫化氢和碎屑铁矿物反应形成的黄铁矿造成。同时可能是由于外源污染导致了沉积物中硫化物含量增高。

本项目研究了泸沽湖北部和西部3个采样点柱状沉积物中TN、TP、TOC和TS的垂向浓度分布特征，主要得出以下结论：

(1)S1点位、S2点位和S3点位沉积物的平均含水率分别为62.31%、43.21%和70.31%。其中S2号点位沉积物表层含水率显著高于下层，反映表层沉积物孔隙度相对较大，可在一定的水动力条件发生再悬浮。

(2)S1点位、S2点位和S3点位沉积物的TN平均含量分别为1.42mg/g、0.73mg/g和2.11mg/g，TP平均含量分别为0.54mg/g、0.42mg/g和1.05mg/g。S3点处于有相对较严重污水排入情况的湖湾区，且由于泸沽湖风场主要受西南与偏南气流控制，造成该湖南部与北部的水体连通带交换机会少，进入湖内的污染物极易顺湖流在东北部水域聚集，形成局部高浓度污染。各点位TN含量的总体变化趋势基本呈现出不同程度地随深度的增加而下降的特点。这说明了各点位沉积物氮负荷在今年来受人为影响有所加重。如果不引起足够的重视和加强管理，泸沽湖富营养化的控制工作将变得日益困难。

(3)S1点位、S2点位和S3点位沉积物的TOC平均含量分别为18.34mg/g、4.63mg/g和25.55mg/g。各点位沉积物的TOC含量的垂直变化并未出现相对统一的规律特征。其中S2点位与S3点位的变化趋势与TN的变化趋势类似，一定程度上出现了含量随深度的增加而降低。

(4)S1点位、S2点位和S3点位沉积物的硫化物平均含量分别为0.92mg/g、0.62mg/g和1.04mg/g。各点位柱状沉积物中TS含量的垂直变化趋势并不统一，但其中S1点位和S3点位自表层向下随着层位深度的增加，含量呈增大的趋势，但变化幅度较小，无明显的变化梯度带。研究区域内沉积物中高的TS含量可能是由于硫化氢和碎屑铁矿物反应形成的黄铁矿造成，同时可能是由于外源污染导致了沉积物中硫化物含量增高。

参考文献：

[1]和丽萍, 赵祥华.“九五”期间滇池流域水污染综合治理工程措施及其效益分析[J].云南环境科学,2003,3(5):40-42.

[2]Sharpley,A. N.,Chapra,S. C., Wedepohl, R, et al. Managing agricultural phosphorus for protection of surface waters Issues and Options[J]. Journal of Environmental Quality, 1994(23):437-451.

[3]朱元容, 张润宇, 吴丰昌. 滇池沉积物中氮的地球化学特征及其对水环境的影响[J]. 中国环境科学, 2011,31(6): 978-983.

[4]宋迪, 武孔焕. 滇池北部示范区沉积物磷的分布特征研究[J]. 环境科学导刊, 2014, 33(6): 1-5.

SONG Di, CHEN Yi-liang

(Yunnan Institute of Environmental Science, Yunnan Key Laboratory of Pollution Process and Management of Plateau Lake-watershed, Kunming Yunnan 650034, China)

Abstract： According to the content of total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), total organic carbon (TOC) and total sulfur (TS) in the sediments in the northern and western Lugu Lake, their vertical distributions were studied as well as the factors causing the distributions. It showed that the nitrogen load has been increased by human influence in recent years. The eutrophication control in Lugu Lake would be more difficult if more pollution control management was not applied.

Key words： sediment; nitrogen; phosphorus; vertical distribution; Lugu lake

中图分类号：X52

文献标志码： A

文章编号： 1673-9655(2016)01-0001-04

通信作者：宋迪，硕士，工程师。

基金项目：省应用基础研究计划青年项目(2013FD076)。

收稿日期： 2015-09-16