尼洋河表層沉積物中TP、TN空間分布特征研究

王 珍，段孟辰，張 英，張紅鋒

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000；2.云南省昆明市晉寧區(qū)防汛抗旱辦公室，云南 昆明 650600)

0 引言

氮、磷等營養(yǎng)元素即是水生物生長所需的必要元素，也是造成流域水體富營養(yǎng)化的主要元素。流域中的沉積物作為污染物的存在的“匯”，通過污水、地表徑流到水體中的氮、磷元素可以在河床沉積物中逐步積累并發(fā)生貯存，沉積物同時(shí)也作為氮、磷等元素的“源”，可通過地表水和地下水之間的水量交換向地表水中釋放出氮、磷元素，因此，通過評價(jià)沉積物中污染物元素的含量可以評價(jià)河流水體是否健康[1-4]。氮、磷元素在河床沉積物中的含量大小往往受自然因素和人為因素的雙重影響，這也是國內(nèi)外學(xué)者主要研究的熱點(diǎn)問題[5-7]。目前國內(nèi)研究人員對氮、磷元素的報(bào)告主要是在研究河床表層沉積物中的氮、磷元素在垂直方向上的含量變化。此外，近些年研究最多的是海洋、湖泊中表層沉積物的氮、磷等元素的分布情況，尤其是沉積物中重金屬元素的分布特征[8-10]，但是對河流表層沉積物中的氮、磷元素含量分別的研究相對較少。本文主要是對西藏尼洋河流域表層沉積物和上覆水中TP、TN的含量分布特征進(jìn)行測試調(diào)查，進(jìn)而討論尼洋河表層沉積物和上覆水中TP、TN的分布特征，解析尼洋河表層沉積物和上覆水中TP、TN的主要來源，并對TP、TN的污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，這將為尼洋河水源地水污染防治和規(guī)劃以及為治理河流水體的富營養(yǎng)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

尼洋河發(fā)源于西藏自治區(qū)米拉山西側(cè)的錯(cuò)木梁拉一帶，是雅魯藏布江的主要支流之一。流域介于 92°10′～94°35′E 和 29°28′～30°30′N 之間。河長共 318 km，河流平均比降 3.64‰，落差 2 080 m，流域覆蓋面積為 17 679 km2[11]。尼洋河流域主要分布在工布江達(dá)縣全域和巴宜區(qū)的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，自西向東流至林芝縣的則們附近與亞雅魯藏布江交匯。尼洋河是林芝地區(qū)的“母親河”，沿河兩岸植被生長完好，風(fēng)光秀麗迷人，野生鳥類眾多，尼洋河也是西藏著名的黑頸鶴鳥類主要的越冬區(qū)域。對尼洋河上覆水及沉積物中氮、磷營養(yǎng)元素的含量及來源的分析，是保護(hù)尼洋河水生態(tài)環(huán)境重要的一個(gè)方面。

1.2 樣品采集

2020年4-5月，在尼洋河流域自中上游至下游采用多點(diǎn)混合法采集表層沉積物(采樣深度為0～5 cm)，然后用四分法混合成一個(gè)樣品，每個(gè)樣品重約1 kg，共獲得8個(gè)樣品(見圖1)。采集后的樣品用自封袋封裝好后帶回實(shí)驗(yàn)室，并置于干燥清潔處使其自然風(fēng)干。風(fēng)干后樣品中的異物等雜物將挑揀出，將其研磨至過篩。其中表層沉積物中TP含量用分光光度法進(jìn)行測定[12]；表層沉積物中TN含量用紫外分光光度法測定[13]。 同時(shí)在同等點(diǎn)位水面0.5 m 處取上覆水，上覆水中TP含量采用分光光度法測[14]；上覆水中TN含量亦采用紫外分光光度法來測定[14]。

圖1 各個(gè)河段實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 尼洋河TP、TN的分布特征

由表 1 可知，尼洋河流域表層沉積物中TP平均濃度為445 mg/kg，其濃度變化范圍為402～595 mg/kg，各采樣點(diǎn)位TP的平均濃度排序?yàn)椋喊鸵耸袇^(qū) > 百巴鎮(zhèn) > 巴河鎮(zhèn) >苯日神山景區(qū) >永久村 >尼西村 >更張村 >八一特大橋；尼洋河表層沉積物中TN平均濃度為421 mg/kg，其濃度變化范圍為323～680 mg/kg，各采樣點(diǎn)位TN的平均濃度排序?yàn)椋喊鸵耸袇^(qū) > 八一特大橋 > 永久村 >巴河鎮(zhèn)>百巴鎮(zhèn) >尼西村 >苯日神山景區(qū) >更張村。尼洋河流域上覆水中TP平均濃度為0.06 mg/kg，其濃度變化范圍為0.018～0.25 mg/kg，各采樣點(diǎn)TP的平均濃度排序?yàn)椋喊艘惶卮髽?巴河鎮(zhèn)>永久村>尼西村>更張村>巴宜市區(qū)>百巴鎮(zhèn)>苯日神山景區(qū)；上覆水中TN平均濃度為0.47 mg/kg，其濃度范圍為0.20～0.86 mg/kg，各采樣點(diǎn)TN平均濃度量排序?yàn)椋喊秃渔?zhèn)>百巴鎮(zhèn)>更張村>尼西村>巴宜市區(qū)>永久村>八一特大橋>苯日神山景區(qū)。

表1 尼洋河流域重金屬元素含量 mg/kg

通過對尼洋河各監(jiān)測斷面TP、TN進(jìn)行空間分析，可以看出尼洋河流域表層沉積物中TP，TN的含量受海拔的變化發(fā)生影響，且隨著海拔的變化呈現(xiàn)出先降低后增加在降低的趨勢，在5號采樣斷面出現(xiàn)一個(gè)突變值(分別為TP 595 mg/kg，TN 680 mg/kg)，這是因?yàn)樵?號采樣點(diǎn)附近有養(yǎng)殖場，其養(yǎng)殖廢水排入到流域中造成這一點(diǎn)位TP、TN的含量較其他點(diǎn)高。通過對TP、TN的分析得出尼洋河表層沉積物中TP含量較TN含量高(見圖2)。尼洋河上覆水中可以看出中TP，TN的含量隨著海拔的變化呈現(xiàn)出先降低后增加在降低的趨勢，在7號采樣斷面出現(xiàn)一個(gè)突變值(分別為TP 0.25 mg/kg，TN 0.86 mg/kg)?？傮w而言尼洋河上覆水中TN含量較TP含量高。

圖2 尼洋沉積物、上覆水中TP、TN含量的空間分布圖

2.2 尼洋河表層沉積物中TP、TN污染評價(jià)

采用表層沉積物中TP、TN含量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方法[15]、用單因子的指數(shù)法進(jìn)行表層沉積物中TP、TN評價(jià)。單因子 i 的關(guān)系指數(shù)的公式表示如下：

Si=Ci/Cs

(1)

其中：Si為單項(xiàng)評價(jià)指數(shù)，當(dāng)Si大于1表示評價(jià)物質(zhì)的含量超過評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；Ci表示為評價(jià)因子的實(shí)際監(jiān)測值值，Cs表示為評價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

根據(jù)文獻(xiàn)[16]數(shù)據(jù)所得，TP、TN不同的含量表示不同的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)。當(dāng)沉積物中TP的含量為 600 mg/kg時(shí)表示具有最低的生態(tài)效應(yīng)，當(dāng)沉積物中TP的含量為 2 000 mg/kg 表示具有嚴(yán)重的生態(tài)效應(yīng)；當(dāng)沉積物中TN含量為 550 mg/kg表示具有最低的生態(tài)效應(yīng)，當(dāng)沉積物中TN含量為 4 800 mg/kg表示具有嚴(yán)重的生態(tài)效應(yīng)。本研究采用沉積物中TP的評價(jià)含量標(biāo)準(zhǔn)為 600 mg/kg ，TN的評價(jià)含量標(biāo)準(zhǔn)為 550 mg/kg，通過計(jì)算8個(gè)沉積物樣品的TP、TN的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)Si如圖3所示。

圖3 尼洋河流域表層沉積物中TP、TN標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)

從圖3可知，尼洋河流域表層沉積物中TP、TN(除5號采樣斷面外)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)均小于1，說明尼洋河流域表層沉積物中TP、TN不具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)，尚處于安全級別，對環(huán)境產(chǎn)生的危害較小。5號采樣點(diǎn)口附近主要有牛、羊的養(yǎng)殖基地，而養(yǎng)殖基地的廢水是直接流入尼洋河，從而導(dǎo)致這一采樣點(diǎn)TP、TN的數(shù)值超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，應(yīng)當(dāng)引起重視。

2.3 表層沉積物中TP、TN含量與上覆水中TP、TN含量的關(guān)系

河床沉積物是氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)累積及再生的重要場所，在某種特定條件下，沉積物中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)將會(huì)轉(zhuǎn)移到沉積物間隙水中[17，18]。通過對尼洋河表層沉積物中TP、TN含量與對應(yīng)上覆水TP、TN的含量做相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果表明：尼洋河上覆水中TP、TN的含量分別與尼洋河表層沉積物中TP、TN的含量呈正相關(guān)性(rTP=0.688，rTN=0.758)，其研究結(jié)果與楊麗原等[19]對南四湖表層沉積物中TP、TN與上覆水TP、TN含量的關(guān)系的研究結(jié)果基本上相似。這說明尼洋河表層沉積物中TP、TN的來源與其上覆水中TP、TN的主要來源是基本相同的。尼洋河上覆水中TN、TP主要是由沿流域附近的社會(huì)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)污水、養(yǎng)殖廢水和生活污水等的排放所帶來的，而從在于上覆水中的這些氮、磷將在河流的沉積物中發(fā)生沉積和積累，通過地表水和地下水之間的交換作用發(fā)生物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化。

3 結(jié)語

(1)尼洋河表層沉積物中TN平均含量為421 mg/kg，其變化范圍為323～680 mg/kg，TP平均含量為445 mg/kg，其變化范圍為402～595 mg/kg。尼洋河上覆水中TN平均含量為0.47 mg/kg，其含量范圍為0.20～0.86 mg/kg，TP總體平均含量為0.06 mg/kg，其含量范圍為0.018～0.25 mg/kg。對TP、TN進(jìn)行空間分析，總體呈現(xiàn)出隨海拔變化表示為先降低后增加在降低的趨勢，不同樣點(diǎn)空間TP、TN的分布差異較顯著。

(2)通過對尼洋河表層沉積物中TP、TN含量的污染評價(jià)，表明尼洋河表層沉積物中TP、TN(除5號采樣斷面外)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)均小于 1，說明尼洋河表層沉積物中TP、TN暫時(shí)不具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的危害效應(yīng)，對環(huán)境產(chǎn)生的危害較小。

(3)根據(jù)person相關(guān)性分析，尼洋河上覆水TP、TN分別與沉積物中TP、TN的含量呈正相關(guān)性(r=0.688，r=0.758)，表明尼洋河表層沉積物中TP、TN與上覆水中TP、TN的主要來源是相同的。