渭河渭源段河道沉積物鹽類分析

高 赟(甘肅省定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校，甘肅 定西 730500)

甘肅省渭源縣南部的豁豁山是渭河的源頭[1]。多年來關(guān)于渭河流域的研究主要集中在渭河陜西段，研究內(nèi)容涉及水資源利用[2-3]、生態(tài)景觀、生態(tài)基流影響[4]、環(huán)境污染[5-6]等，但對渭河源頭河道污染情況的研究報(bào)道較少。通過分析河道沉積物鹽類分布情況和形態(tài)構(gòu)成了解渭河源頭渭源段的污染狀況，對渭河污染治理具有重要意義。

1 渭河渭源段概況

渭源縣位于甘肅省中部、定西市中西部，全縣土地總面積2 065 km2，共轄8鎮(zhèn)8鄉(xiāng)3個(gè)社區(qū)居委會217個(gè)行政村。渭河渭源段流域面積116 km2，河道比降35.4‰，干流清源河天然水化學(xué)特性主要為重碳酸鹽類鈣組水，礦化度249 mg/L，總硬度約為124 mg/L。渭源段污水年排放總量為127萬t，其中：工業(yè)污染年排放量5萬t，主要來自地方馬鈴薯淀粉加工企業(yè)；河道兩岸梁峁溝壑較多，村莊主要集中在河谷平坦地帶，無生活污水處理設(shè)施，生活污水年排放量122萬t。當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)以種植各類中藥材為主，農(nóng)藥化肥使用量大、時(shí)間集中。據(jù)渭源縣水文資料，當(dāng)?shù)啬昶骄邓?36.4 mm、蒸發(fā)量1 103.7 mm、徑流量1 834萬m3、含沙量2.566 kg/m3、輸沙量5.44萬t，流域內(nèi)有總庫容745萬m3的水庫一座[7]。

2 研究方法

2.1 定位采樣點(diǎn)與采集樣品

根據(jù)河道特點(diǎn)并結(jié)合村鎮(zhèn)分布情況選擇采樣點(diǎn)，尤其是在有溪流匯入的地方和河道垃圾堆放點(diǎn)。2016年8月17日在靠近源頭的鹿鳴村至流出渭源境內(nèi)的三河村之間設(shè)置了10個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)信息見表1。用活塞式取樣器(直徑5 cm)在河道中心同一位置采集3次厚5 cm的河道沉積物樣品，采集后將樣品裝入自封袋中混勻，用不銹鋼定深采水器(型號WB-SS，北京普力特儀器有限公司)在采樣點(diǎn)附近河水中距水面5 cm深處對河水進(jìn)行采樣。

表1 采樣點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)

2.2 試驗(yàn)方法

在定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校土肥實(shí)驗(yàn)室將采集到的沉積物樣品用孔徑0.5 cm篩去除植物殘?bào)w和小卵石等，再風(fēng)干研磨并用100目篩過篩，檢測方法見表2。

2.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表制作，采用SPSS 18.0 軟件、SNK(Student-Newman-Keuls)法進(jìn)行相關(guān)性分析。

表2 樣本檢測內(nèi)容及檢測方法

3 結(jié)果與分析

3.1 各采樣點(diǎn)鹽類含量

3.1.1 TN、Org-N和TP含量

各采樣點(diǎn)沉積物中TN、Org-N和TP含量分布情況見圖1，整體均呈現(xiàn)從鹿鳴村采樣點(diǎn)(1#)到三河村采樣點(diǎn)(10#)波動升高的狀態(tài)。1#采樣點(diǎn)靠近源頭，植被茂密，河道兩岸無大型村落及工廠污染物排放點(diǎn)，沉積物中TN、TP、Org-N含量較低。順流而下，3種檢測物含量在1#至3#采樣點(diǎn)、4#至5#采樣點(diǎn)各出現(xiàn)一次降低趨勢，其中TN分別平均降低34.75%、32.29%，TP分別平均降低9.61%、20.89%，Org-N分別平均降低28.23%、34.95%。10個(gè)采樣點(diǎn)中，3#采樣點(diǎn)的3類檢測物數(shù)據(jù)(TN、TP、Org-N含量)均為最低或接近最低，分別為1 050.56、1 130.42、942.21 mg/kg。原因是3#采樣點(diǎn)位于峽口水庫入口處、渭源縣水源保護(hù)地，該處水流平緩，外源營養(yǎng)物質(zhì)被吸附沉降，而采樣時(shí)間正處于8月中旬，氣溫偏高，水庫浮游生物大量繁殖時(shí)N、P等營養(yǎng)物質(zhì)被大量消耗，加之水庫水的混合稀釋作用使得水中N、P濃度相對降低[13]，導(dǎo)致沉積量變少，故而3類檢測物檢測量數(shù)值較小。在6#采樣點(diǎn)上游，4#采樣點(diǎn)的3類檢測物含量均出現(xiàn)高值，這是由于該采樣點(diǎn)附近有一處渭源縣最大的垃圾填埋場，垃圾滲濾液隨雨水進(jìn)入河流，導(dǎo)致河道沉積物中N、P含量增加[14]。5#、6#、7#采樣點(diǎn)河道兩岸為農(nóng)田，主要種植中藥材，田間農(nóng)藥化肥使用量較大，加之采樣時(shí)間處于當(dāng)?shù)囟嘤昶?，農(nóng)業(yè)退水匯入河流使河道沉積物N、P含量逐漸積累升高，相比5#采樣點(diǎn)，7#采樣點(diǎn)TN含量平均升高58.85%，TP平均升高61.34%，Org-N平均升高59.20%。有研究結(jié)果表明，僅定西市安定區(qū)每年因水土流失造成N流失1.34萬t，P流失1.16萬t[15]，另外TN中Org-N含量所占比例較高的原因也與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植中農(nóng)藥、化肥的不合理使用有關(guān)[16]。7#采樣點(diǎn)在所有采樣點(diǎn)中TN和Org-N含量最高(TN為3 247.65 mg/kg，Org-N為3 141.72 mg/kg)，盡管TP含量2 479.78 mg/kg小于最大值8#采樣點(diǎn)的2 547.61 mg/kg，但兩者之間數(shù)值差距不大。7#采樣點(diǎn)TN、Org-N和TP含量較高的原因是該點(diǎn)位于渭源縣城，大量生活污水等流入渭河，導(dǎo)致河水有嚴(yán)重異味，沉積物發(fā)黑發(fā)臭[17-18]。7#至10#采樣點(diǎn)Org-N和TN含量又分別逐漸降低至2 025.48、2 198.54 mg/kg，8#至10#采樣點(diǎn)TP含量逐漸降低至1 105.24 mg/kg，這是由于7#至10#采樣點(diǎn)間水流緩慢，沉積作用相對明顯，另外2016年6月曾對該河段采砂遺留坑跡進(jìn)行過大面積填平處理，使得3種檢測物含量相對較低。

圖1 各采樣點(diǎn)沉積物中TN、Org-N和TP含量

圖2 各采樣點(diǎn)沉積物中和含量

3.1.3 TOC含量

沉積物中腐殖質(zhì)含量和河水富營養(yǎng)化程度可以通過TOC含量的分布來了解[20]。圖3為各采樣點(diǎn)沉積物中TOC含量。由圖3知，10個(gè)采樣點(diǎn)中，1#采樣點(diǎn)TOC含量較高，為28.42 g/kg，因?yàn)樵擖c(diǎn)靠近源頭，森林覆蓋面積大，植被良好，土壤腐殖質(zhì)豐富；3#采樣點(diǎn)TOC含量最低，為20.12 g/kg；8#采樣點(diǎn)TOC含量最高，達(dá)31.09 g/kg；3#、5#和9#采樣點(diǎn)受農(nóng)田和居民區(qū)的大面積分布，以及沉積物的自凈作用和碳的自我消耗影響[21]，TOC含量相對較低；4#、6#、7#、8#采樣點(diǎn)附近居民生活污水直排入河使河水富營養(yǎng)化，微生物大量繁殖，導(dǎo)致TOC含量增加，同時(shí)較低的河水流速導(dǎo)致更多的有機(jī)質(zhì)顆粒沉積[21]，也會導(dǎo)致TOC含量處于較高值。

圖3 各采樣點(diǎn)沉積物中TOC含量

3.2 沉積物中C、N、P耦合度分析

3.2.1 C、N耦合度

通過C/N值可以判斷有機(jī)質(zhì)的來源屬外源輸入還是內(nèi)源產(chǎn)生：當(dāng)C/N<10時(shí)，以內(nèi)源有機(jī)質(zhì)為主；C/N=10時(shí)，內(nèi)源與外源有機(jī)質(zhì)達(dá)到基本平衡狀態(tài)；C/N>10時(shí)，以外源性有機(jī)質(zhì)為主[22]。

10個(gè)采樣點(diǎn)C/N均值為12.45(圖4)，其中1#采樣點(diǎn)C/N最低，為8.5，3#采樣點(diǎn)C/N最高，為18.68。除1#、7#、8#、9#采樣點(diǎn)外，其余采樣點(diǎn)C/N均大于10，表明該河段有機(jī)質(zhì)輸入以外源輸入為主。2#至6#采樣點(diǎn)C/N均大于10，且3#、5#采樣點(diǎn)C/N分別達(dá)到18.48和16.14，比值高于15，說明表層沉積物中陸源輸入的有機(jī)質(zhì)較多[23]。從7#采樣點(diǎn)開始C/N數(shù)值變化不大，均在10左右浮動，其中7#、8#、9#C/N均小于10，9#C/N為8.85，說明沉積物中有機(jī)質(zhì)以內(nèi)源輸入為主。另外，C、N同為生物體組成成分，來源有同源性。通過對TOC含量和TN含量的相關(guān)性分析(p<0.01，n=10)，進(jìn)一步證明了C、N的同源性，并且說明樣品中的N也是以O(shè)rg-N的形式存在。

圖4 沉積物中C、N、P耦合度

3.2.2 C、P耦合度

由圖4知，10個(gè)采樣點(diǎn)C/P變化幅度在13.67～51.24之間，平均值為25.71。3#、5#采樣點(diǎn)C/P分別為51.24和38.31，處于較高值。根據(jù)圖1、圖3可知，3#、5#采樣點(diǎn)TOC含量相對較高而TP含量相對較低，表明沉積物中C的釋放速率小于P的釋放速率。TOC含量與TP含量的相關(guān)性分析(p<0.05，n=10)結(jié)果顯示，兩者呈極顯著正相關(guān)，證實(shí)了TOC的大量富集造成了P的積累[24]。

3.2.3 N、P耦合度

由圖4知，10個(gè)采樣點(diǎn)N/P在1.21～2.76變化，均值為2.00，比值變化幅度較小，其中3#采樣點(diǎn)最高，為2.76，8#采樣點(diǎn)最低，為1.21。對TN含量和TP含量進(jìn)行相關(guān)性分析(p<0.05，n=10)，結(jié)果顯示兩者呈極顯著正相關(guān)，說明N元素與P元素有同源性，同時(shí)表層沉積物中的TN/TP為1.1，比值小于Redfidld比(C∶N∶P=106∶16∶1)，證實(shí)了陸源輸入為P的主要來源[25]。

3.3 渭河渭源段污染評價(jià)

3.3.1 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用冀峰等[18]研究太湖污染的有機(jī)氮評價(jià)法和有機(jī)指數(shù)評價(jià)法(OI)評價(jià)渭河渭源段污染情況，即河流沉積物是否受到氮污染可以利用有機(jī)氮相對含量來判斷，而有機(jī)指數(shù)可以評價(jià)沉積物有機(jī)質(zhì)污染情況，兩方法的河流污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 河流污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[18]

3.3.2 評價(jià)結(jié)果

渭河渭源段污染狀況評價(jià)結(jié)果見表4。由表4知，渭河渭源段10個(gè)采樣點(diǎn)有機(jī)指數(shù)在0.14～0.92，平均值為0.50，表明該河段已被污染，且屬于有機(jī)污染Ⅳ級，處于尚清潔狀態(tài)的采樣點(diǎn)為2#、5#、10#，僅1#和3#采樣點(diǎn)呈現(xiàn)較清潔狀態(tài)； 有機(jī)氮在10個(gè)采樣點(diǎn)均值為0.19%，最小值為0.06%，最大值為0.29%，表明該河段已被有機(jī)氮污染，1#采樣點(diǎn)有機(jī)氮含量為0.06%，處于較清潔狀態(tài)，3#和5#采樣點(diǎn)有機(jī)氮含量分別為0.07%和0.10%，處于尚清潔狀態(tài)。

表4 渭河渭源段污染狀況評價(jià)

4 結(jié) 論

渭河渭源段河道表層沉積物中TN、TP、Org-N、TOC分布具有差異性，其數(shù)值受到生活污水、農(nóng)業(yè)種植、垃圾堆放、河水流速等影響不斷發(fā)生變化，但從源頭到渭源縣出口整體呈上升趨勢，采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的升降與其周圍環(huán)境情況相對應(yīng)，如農(nóng)田分布、居民點(diǎn)分布、河道特點(diǎn)等。通過對C/N分析發(fā)現(xiàn)，該河段有機(jī)質(zhì)輸入以外源輸入為主，并推斷P的大量積累是由于有機(jī)物的大量富集導(dǎo)致的。N與P耦合度分析結(jié)果表明N、P有同源性，且N、P輸入以陸源輸入為主。通過對河流沉積物污染狀況分析，渭河渭源段各采樣點(diǎn)有機(jī)指數(shù)均值為0.50，判斷該河段已被污染，且屬有機(jī)污染Ⅳ級；有機(jī)氮指數(shù)均值為0.19%，表明該河段已被有機(jī)氮污染。

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