滇池北部示范區(qū)沉積物磷的分布特征研究

宋 迪，武孔煥

（云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室，云南昆明650034）

滇池北部示范區(qū)沉積物磷的分布特征研究

宋 迪，武孔煥

（云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室，云南昆明650034）

在滇池北部示范區(qū)內(nèi)、外布點5個，采集原狀低擾動柱狀沉積物樣品，分析樣品中總磷（TP）、無機磷（IP）和有機磷 （Org－P）的含量，研究了磷的垂向分布特征和形成原因。得出示范工程對沉積物中磷具有顯著削減作用的結(jié)論。

沉積物；磷；垂向分布；特征；滇池

滇池是我國著名的高原淡水湖泊，具有防洪、供水、旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水上運輸、調(diào)節(jié)氣候、納污及凈化水質(zhì)等多種功能，對昆明市乃至整個云南省的經(jīng)濟和社會發(fā)展都極為重要。

近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市規(guī)模的急劇擴張，滇池富營養(yǎng)化所造成的威脅日益增加，水環(huán)境污染與水資源短缺的雙重壓力使昆明城市功能的提高受到了很大的限制。每年藍藻都會定期暴發(fā)，破壞了滇池的天然功能，極大地制約了昆明市可持續(xù)發(fā)展［1］。 “八五”計劃以來，各級政府從各渠道籌措資金，分階段、按規(guī)劃綜合治理滇池污染。日趨嚴(yán)格的執(zhí)行企業(yè)的達標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)和強化管理工業(yè)領(lǐng)域的環(huán)境污染，已經(jīng)在一定程度上控制了滇池流域的工業(yè)產(chǎn)生的磷負(fù)荷量，農(nóng)業(yè)和生活排污量所占的比重已高于工業(yè)；隨著昆明污水處理廠的發(fā)展和運行，城市生活污水所產(chǎn)生的磷負(fù)荷也將逐步降低，滇池富營養(yǎng)化的趨勢將在一定程度上得到緩解與控制，但形勢依舊嚴(yán)峻［2］。

磷對于生命活動具有重要意義，是陸生與水生生態(tài)系統(tǒng)所必須的關(guān)鍵元素［3］。水生生態(tài)系統(tǒng)中，過量的磷輸入會引起水體富營養(yǎng)化。在有效控制了外源污染的狀況下，滇池富營養(yǎng)化的重要污染來源已經(jīng)逐漸變?yōu)榈啄嘀辛椎膬?nèi)源釋放。

目前滇池北部湖灣籌建2km2內(nèi)負(fù)荷控制綜合示范工程，分為三部分：第一部分為0.5km2的水生植物藻源內(nèi)負(fù)荷控制技術(shù)示范工程區(qū)；第二部分為0.25km2的藻源內(nèi)負(fù)荷物理阻隔與富集技術(shù)示范工程區(qū)；第三部分為1.25km2的生態(tài)空間構(gòu)建技術(shù)示范工程?，F(xiàn)已建成0.25km2的藻源內(nèi)負(fù)荷物理阻隔與富集技術(shù)示范工程區(qū)，以膠體圍格為邊界，在極大限度阻隔圍格內(nèi)外水體交換的前提下通過水力導(dǎo)流等作用將示范區(qū)內(nèi)藍藻導(dǎo)入富集區(qū)內(nèi)，利用藻水分離設(shè)備，有效減少藍藻暴發(fā)對示范區(qū)內(nèi)的影響，同時阻擋了示范區(qū)外藍藻的進入，起到提取出藍藻、削減藻源內(nèi)負(fù)荷、改善水質(zhì)和景觀的功能。

本研究在示范區(qū)設(shè)置了觀測點，從整體上研究了示范區(qū)內(nèi)磷營養(yǎng)物質(zhì)在柱狀沉積物中的垂向分布特征，探討分析了其中的磷污染狀況和示范工程對磷負(fù)荷的改善效果。

1 材料與方法

1.1 觀測點位

本項目的研究區(qū)域為滇池示范區(qū)，共布點5個。其中示范區(qū)已建成0.25km2示范區(qū)內(nèi)布點2個，分別為S1、S2；圍格外至盤龍江口2 km2范圍內(nèi)布點3個，分別為S3（圍格外）、S4（中心）、S5（盤龍江口）。

1.2 樣品采集

采集樣品在2013年5月風(fēng)浪較小的時候進行，在每個采樣點采集原狀低擾動柱狀沉積物樣品。用GPS定位采樣點的實際坐標(biāo)，樣品采用柱狀沉積物采樣器采集。

1.3 分析方法

將現(xiàn)場采集的柱狀沉積物從表層至10cm深度每1cm分割為一份樣品，其余每2cm分隔為一份樣品。充分干燥后，研磨過100目篩。TP含量分析方法采用濃H2SO4－HClO4消解法；IP含量分析方法采用SMT分級法；Org－P含量采用差減法。

2 結(jié)果與討論

2.1 0.25km2示范區(qū)內(nèi)沉積物磷垂向分布

0.25 km2示范區(qū)內(nèi)兩點的磷含量差異較大，其中S1點沉積物的TP、IP和Org－P的變化范圍分別為200.849～1883.633 mg／kg、176.915～1714.712mg／kg、 23.934～284.571mg／kg，見圖2。S2點沉積物磷的含量是各點位中最低的，其中TP、IP和Org－P的變化范圍分別為242.500～756.500mg／kg、173.918～574.309mg／kg、23.420～220.324mg／kg，見圖3。

兩點位沉積物中磷含量垂向變化整體相似，呈隨深度增加而下降的趨勢，最大值都處于5cm深度左右?？赡苁怯捎趪駜?nèi)水體中磷負(fù)荷出現(xiàn)下降趨勢，導(dǎo)致沉積物中磷向上覆水中遷移從而維持水—沉積物界面營養(yǎng)物質(zhì)動態(tài)平衡；還可能是因為人工施加擾動所導(dǎo)致的表層富集。同時，S2點磷垂向變化趨勢總體相對最小，這可能是因為該點水體復(fù)氧能力較強，而有機質(zhì)的礦化水解又導(dǎo)致水體呈還原狀態(tài)；另一方面表明該點沉積物中磷負(fù)荷受示范工程作用所產(chǎn)生效果可能已趨近最大。

S1點TP和IP含量相較于S2點明顯提升，這可能是由于S2點位于藻水分離設(shè)備附近，導(dǎo)致該點位沉積物—水—藻循環(huán)中IP總量削減較為顯著，而同時由于S1點位于近岸位置，受到一定程度的外源污染影響。S2點沉積物5cm深度顯示Org－P與IP呈互補的狀態(tài)，這可能是因為隨著DO的升高，好氧狀態(tài)下沉積物中有機質(zhì)受好氧分解，使不溶性的Org－P轉(zhuǎn)化為IP。

2.2 0.25km2示范區(qū)外沉積物磷垂向分布

0.25 km2示范區(qū)外三點磷含量差別較大。其中S3點沉積物的TP、IP和Org－P的變化范圍分別為213.438～1112.434mg／kg、179.288～984.397mg／kg、28.095～182.453mg／kg，見圖4；S4點沉積物的TP、IP和Org－P的變化范圍分別為843.745～2115.621mg／kg、765.644～1882.570mg／kg、53.576～68.539mg／kg，見圖5；S5點沉積物的TP、IP和Org－P的變化范圍分別為1089.94～3754.500mg／kg、1023.429～2766.888mg／kg、23.711～987.612mg／kg，見圖6。0.25km2示范區(qū)外三點磷含量整體比內(nèi)部點位高，表明示范工程對沉積物中磷負(fù)荷削減作用較為明顯。

與0.25km2示范區(qū)內(nèi)點位磷含量垂向變化情況相似，S3、S4和S5沉積物中磷含量整體呈隨深度增加而下降的趨勢，最大值都處于表層。這是由于隨著深度增加，鐵鋁的氧化物和氫氧化物與磷的結(jié)合能力逐漸降低，而且Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，磷會隨Fe2＋釋放至間隙水中，再者吸附在Fe與Mn的氧化物與氫氧化物的磷釋放于間隙水中后，會經(jīng)濃度梯度作用進入上覆水；另一方面由于隨著深度的增加，Eh下降，Org－P被礦化隨有機物的降解而向上覆水釋放出磷酸鹽，從而導(dǎo)致底層Org－P的下降，并進一步致使TP含量降低。

三個點位TP和IP含量呈現(xiàn)出S3＜S4＜S5。其中S3點表層TP和IP含量變化趨勢呈鋸齒狀，可能是該點靠近圍格，由于圍格的消浪作用導(dǎo)致該點底質(zhì)受水體擾動較為劇烈和頻繁所致。相對而言，S5點的Org－P含量為各點位中最高，由于其來源主要是城市污水中的有機污染物和藻類殘體，可以推測，外源污染為該點磷負(fù)荷主要來源，致使富營養(yǎng)化狀況有所加?。煌瑫r，該點TP含量也為各點位最高，這進一步說明位于盤龍江河口處的S5點位受到入湖水體所導(dǎo)致的外源污染影響較為嚴(yán)重；此外，50%的Org－P可轉(zhuǎn)化為生物可利用態(tài)磷，對該點位水體的有機負(fù)荷和富營養(yǎng)化影響較大［4］。S4介于兩者之間，可能是0.25km2示范區(qū)工程的凈化作用與入湖河口外源負(fù)荷共同作用的效果。

3 結(jié)論

（1）研究區(qū)域內(nèi)各點位磷含量差別較大，TP、IP和Org－P的變化范圍分別為200.849～3754.500mg／kg、173.918～2766.888mg／kg、23.420～987.612mg／kg。其中IP為TP的主要成分。

（2）0.25km2示范區(qū)內(nèi)各點位沉積物中磷含量垂向變化整體相似，呈隨深度增加而下降的趨勢。其主要原因可能由于圍格內(nèi)水體中磷負(fù)荷出現(xiàn)下降趨勢，水—沉積物界面營養(yǎng)物質(zhì)動態(tài)平衡所致。圍格外點位磷含量垂向變化情況與圍格內(nèi)相似，整體呈隨深度增加而下降的趨勢。這可能是由于Fe與Mn離子、Eh和Org－P礦化作用共同作用的結(jié)果。

（3）0.25 km2示范區(qū)內(nèi)沉積物中磷含量相較于圍格外明顯下降，其中S2點沉積物磷的含量是各點位中最低的；S5點沉積物中磷含量最高。表明各點位水體雖然仍呈富營養(yǎng)狀態(tài)，但圍格凈化工程對磷負(fù)荷有較明顯的削減效果。

（4）0.25 km2示范區(qū)外部沉積物的主要磷負(fù)荷來源依舊是外源污染。圍格內(nèi)沉積物中磷負(fù)荷受藻水分離作用所產(chǎn)生效果可能已趨近最大。

［1］柘元蒙.滇池富營養(yǎng)化現(xiàn)狀、趨勢及其防治對策 ［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2002，21（1）：35－38.

［2］和麗萍，趙祥華.“九五”期間滇池流域水污染綜合治理工程措施及其效益分析［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2003，3（5）：40－42.

［3］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.

［4］Rydin，E.Potentially mobile phosphorus in Lake Erken sediment ［J］.Water Research，2000，34（7）：2037－2042.

Distribution of Phosphorus in the Sediments of the Pilot Zone in the North Bay of Dianchi Lake

Song Di，Wu Kong－h(huán)uan
（Yunnan Institute of Environmental Science，Yunnan Key Laboratory of Pollution Process and Management of Plateau Lake－watershed（Prepare to Construct），Kunming Yunnan 650034 China）

Five sediment samples inside and outside of the pilot zone in the North bay of Dianchi lakewere collected to test the distribution of phosphorus.The vertical distribution of phosphorus as well as itsformation was identified and compared to each other according tothe results of total phosphorus（TP），inorganic phosphorus（IP）and organic－Phosphate（Org－P）.The results showed that thepilot projectworked well to reduce the content of phosphorus significantly in sediments inside of the pilot zone.

sediment；phosphorus；vertical distribution；characteristic；Dianchilake

X52

A

1673－9655（2014）06－0001－05

2014－05－20