共青湖沉積巖芯總氮含量垂直變化特征研究

劉 斌，陳茂盛，喻光平，姜 辣，劉 駿

（1.遵義師范學院資源與環(huán)境學院，貴州 遵義 563006；2.遵義市播州區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，貴州 遵義 563199；3.貴州海美斯環(huán)保科技有限公司，貴州 遵義 563099）

河流和湖泊富營養(yǎng)化已成為我國水環(huán)境面臨的重要問題之一[1]。湖泊富營養(yǎng)化不僅會導致湖泊生態(tài)功能喪失，更嚴重影響著人類的生產(chǎn)和生活。因此，有必要做好湖泊富營養(yǎng)化防治工作。富營養(yǎng)化的防治是水污染處理中最復雜和困難的問題，主要原因為：①污染源的復雜性導致水質(zhì)富營養(yǎng)化的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，既有天然源又有人為源；既有外源性，又有內(nèi)源性?？刂莆廴驹措y度較大；②去除營養(yǎng)物質(zhì)難度較高，目前還沒有任何單一的生物學、化學和物理措施能夠徹底去除廢水中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)。

湖泊沉積物是一種重要的環(huán)境信息載體，含有大量的生物、物理、化學信息，沉積物兼具營養(yǎng)物質(zhì)“源”與“匯”的雙重作用。一般情況下，上覆水體中營養(yǎng)物質(zhì)會通過絮凝、沉降等作用進入沉積物中，而沉積物可通過間隙水與上層水的交換作用，將營養(yǎng)物質(zhì)重新釋放到水體中。因此，在湖泊水污染防治過程中，當外源污染得到有效控制之后，尤其應注意沉積物的內(nèi)源負荷重新釋放引起的持續(xù)湖泊富營養(yǎng)化問題[2]。研究沉積物中營養(yǎng)鹽的含量和分布特點，可作為調(diào)節(jié)內(nèi)源污染和生態(tài)環(huán)境的重要依據(jù)[3]。本研究以遵義市共青湖沉積巖芯為研究對象，分析不同深度沉積物總氮含量變化特征，分析其影響因素。

1 材料與方法

共青湖位于貴州省遵義市播州區(qū)，是建于唐朝的水利工程[4]。共青湖湖底有多處泉眼，水源充足，湖泊面積624畝，蓄水達180萬立方米。20世紀初共青湖周圍修建起許多山莊別墅，常有人在湖邊燒烤娛樂休閑，導致湖泊污染嚴重，近年來被政府封閉治理。

課題組在共青湖中合適點位采集了83 cm長的巖芯，按1 cm分樣，樣品冷凍干燥后研磨至100目以下。稱取0.5 g磨細的沉積物樣品置于消煮管中，加入0.5～1.0 mL蒸餾水將土樣進行濕潤，再加入2 g加速劑和5 mL濃硫酸混合均勻。將消煮管放在消煮儀上，然后在消煮管頂部加彎頸漏斗，打開消煮儀，將溫度設置到430 ℃消煮兩小時。等消煮完的樣品冷卻后，用凱氏定氮儀測總氮含量。消煮時做兩個空白樣，兩個標樣。

2 結果與討論

由于本巖芯表層沉積物含水量高、導致凍干后量很少，表層13 cm的樣品全部寄出進行鉛銫年代測試，因此缺失表層13 cm的總氮數(shù)據(jù)。14～83 cm段沉積物實驗樣品中，總氮含量在0.89%～1.28%范圍之間，平均值為1.10%，見圖1。

圖1 共青湖沉積物總氮含量隨深度變化情況

2.1 不同深度沉積物中總氮含量分析

70個沉積物實驗樣品中，總氮含量在0.89%～1.28%之間，可以根據(jù)沉積物中總氮含量的變化趨勢分為四部分，14～28 cm段總氮含量變化幅度很小，其中總氮含量最大值為0.97%，最小值為0.89%；29～34 cm總氮含量增加趨勢較大，最大值在34 cm處為1.17%，最小值在29 cm處為1.02%；35～54 cm總氮含量比較穩(wěn)定，總體變化波動較小，最大值為1.17%，最小值為1.15%；55～83 cm總氮含量有呈現(xiàn)明顯減少的趨勢，在55 cm處為最大值1.25%，在80 cm處的值最小為1.00%，其中在68～71 cm處呈現(xiàn)小幅度的增加，差值為0.09%。

根據(jù)鉛銫定年初步結果推算共青湖沉積物29 cm處大致對應于1958年前后，此時正好對應總氮含量由高向低轉換。據(jù)文獻記載在1958年對共青湖進行過擴建，而在上世紀60年代，共青湖由于氣候干燥，曾出現(xiàn)過面臨干涸的情況。將擴建前與擴建后沉積物中的總氮含量進行對比分析，可知擴建后湖泊沉積物中總氮含量呈現(xiàn)降低的趨勢，表明共青湖的擴建對沉積物總氮的影響較大，其中可能的影響因素有：擴建后共青湖水面增大、水容量增大，湖泊凈化水體的能力增強和水體對氮濃度進行部分稀釋使湖水中的氮含量減少，水-沉積物界面的平衡被破壞，導致沉積物中的氮加速向水體釋放，從而降低了沉積物中氮含量；同時上世紀六十年代出現(xiàn)連續(xù)的干旱，導致當時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動減少，進入湖泊中的氮含量也相應減少。而在1958年之前，共青湖周邊人口相對密集，陸軍145戰(zhàn)時醫(yī)院也在湖邊，人為活動向湖中釋放的外源氮較多，湖中的氮含量整體處于高值。而29～83 cm段總氮含量整體處于較高水平，大致對應于清朝康熙年間至1958年前后。其中55～83 cm階段，此時期湖邊聚居人口穩(wěn)步增長，農(nóng)業(yè)活動范圍逐漸加大，人為活動加大了湖區(qū)氮輸入，此階段湖泊沉積物中總氮含量逐步增高。29～54 cm段大致對應于近現(xiàn)代暖期，此時期氣候溫暖干旱，蒸發(fā)作用較強，湖水中氮相對濃縮，沉積物中總氮保持高值。

2.2 共青湖與全國部分湖泊沉積物總氮含量比較

由表1可以看出，共青湖沉積物中總氮含量相比貴州草海等三個湖泊中沉積物中的總氮含量要高出0.319%～0.755%，相對全國滇池、太湖等幾個主要湖泊也高出0.295%～1.089%。無論是與貴州境內(nèi)幾個主要湖泊對比，還是與全國幾個主要湖泊沉積物中的總氮相比，共青湖相對總氮含量都是最高的。共青湖作為一個封閉型湖泊，湖泊中的氮來源，主要為周邊人為活動以及農(nóng)業(yè)灌溉，隨降雨后形成的地表徑流進入湖泊中。當外部氮源進入共青湖后，由于其自身封閉的環(huán)境，進入湖泊中的氮不能通過與外界環(huán)境進行交換，因此向湖泊沉積物中積累，說明湖泊周邊的人為因素對湖泊中氮的含量的影響較大。

表1 共青湖沉積物總氮與其它湖泊對比情況

2.3 影響湖泊總氮含量變化的因素

共青湖沉積物中總氮含量呈現(xiàn)出底層高、表層低的垂直分布差異，其影響因素為（1）與人類活動有關。在共青湖邊上的戰(zhàn)時醫(yī)院搬離前，當時人類活動頻繁，產(chǎn)生含氮污染物進入湖泊的量增加，導致共青深度30～80 cm段沉積物中的總氮含量整體較高。由于當時湖泊周邊人為活動因素的影響，含氮污染物輸入增多，破壞了水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，湖泊中藻類和微生物大量繁殖，藻類和微生物衰亡后沉降到沉積物中的量增多，導致沉積物中含氮量增加。（2）與氣候條件有關。共青湖水域位于播州區(qū)，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，年平均氣溫14.7 ℃，常年溫暖濕潤，冬季無嚴寒，夏季無酷暑，年均降水量1 200 mm，年均日照1 146.9 h，無霜期270 d。但在上世紀50年代末出現(xiàn)的自然災害干旱期，當時降雨量較少，周邊農(nóng)田含氮污染物隨降雨和地表徑流進入湖泊水體中的量相較于雨水充足時少，因此28 cm深度處沉積物中含氮量出現(xiàn)迅速降低的情況。70年代至90年代期間（14～25 cm段），氣候相對適宜，沉積物中含氮量又穩(wěn)步回升。

3 結語

共青湖巖芯沉積物氮含量與全國其它湖泊相比處于較高水平。巖芯沉積物14～28 cm段總氮含量處于較低值，29 cm段對應1958年湖泊改擴建工程期，30～83 cm段總氮含量整體處于較高水平。通過分析共青湖巖芯總氮含量垂直分布變化特征可知，周邊環(huán)境人類活動劇烈時，外源輸入磷較多會導致沉積物中總氮含量增多；湖區(qū)擴建使得湖泊水量增大，水體的自凈能力加強使水體中的氮含量減少，從而加速沉積物中氮的釋放；當氣候干燥降雨量少時，湖區(qū)蒸發(fā)強烈，沉積物中總氮保持在較高水平。