鄱陽(yáng)湖入湖河流磷污染特征

姜 勇

（南京伯克利環(huán)境修復(fù)有限公司，江蘇 南京 210018）

0 引言

人類社會(huì)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得鄱陽(yáng)湖及其支流的水質(zhì)特征發(fā)生了變化，水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增多，湖泊污染導(dǎo)致水質(zhì)下降，不可避免地出現(xiàn)水質(zhì)缺水問(wèn)題，對(duì)湖水生態(tài)平衡也造成了破壞。隨著鄱陽(yáng)湖富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的日益凸顯[1]，以及“永遠(yuǎn)保持鄱陽(yáng)湖一湖清水”的要求，鄱陽(yáng)湖的生態(tài)環(huán)境保護(hù)愈發(fā)受到關(guān)注。

近年來(lái)，諸多學(xué)者對(duì)鄱陽(yáng)湖的水環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行了研究。其中，盛文濤等[2]對(duì)鄱陽(yáng)湖五條入湖河流總磷的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究；王子為等[3]對(duì)鄱陽(yáng)湖入湖河流總磷的控制限值進(jìn)行試算，并提出控制限制的方案；唐國(guó)華等[4]對(duì)總磷在湖區(qū)轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散和削減特征進(jìn)行了分析和研究；很多學(xué)者還對(duì)鄱陽(yáng)湖中總氮總磷的污染、相應(yīng)污染物濃度的變化和主要污染源、富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽變化特性及沉積物中磷的賦存狀態(tài)等進(jìn)行了研究[5-9]，從中判斷出鄱陽(yáng)湖富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素為氮磷的增加，對(duì)鄱陽(yáng)湖水污染治理具有很好的參考性和指導(dǎo)性。

上述研究讓人們對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)域及相關(guān)流域主要污染物的濃度和形態(tài)組成有了一定的認(rèn)知，但存在一些局限性。在研究的指標(biāo)上，較集中研究TP（總磷）值，而較少關(guān)注磷形態(tài)的分布，沒(méi)有較深層次研究；從討論的角度，缺少水文因素的相關(guān)分析和磷的歸因分析。

本研究以鄱陽(yáng)湖入湖河流為研究對(duì)象，依據(jù)水質(zhì)與水文的年度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析主要河流中磷素的時(shí)空分布特征，以及磷素與水文條件的相關(guān)性，旨在確定入湖河流磷污染特征的差異。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

鄱陽(yáng)湖是我國(guó)最大的淡水湖，地處九江、南昌、上饒三市，地理坐標(biāo)115°49′～116°46′E，28°11′～29°51′N，上承贛江、撫河、信江、饒河、修河等五江之水，自南向北流入長(zhǎng)江[1]。高水位時(shí)，鄱陽(yáng)湖總面積約有4100 km2。鄱陽(yáng)湖是一個(gè)過(guò)水性、吞吐型、季節(jié)性的淡水湖泊，其水質(zhì)與出入湖水質(zhì)關(guān)系密切[10]。

1.2 監(jiān)測(cè)斷面

根據(jù)水量大小[11]，選擇鄱陽(yáng)湖的3條主要入湖河流作為此次的監(jiān)測(cè)范圍，在每條河流各布設(shè)1個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面，分別為吳城贛江斷面（贛江主支入湖）、塔城斷面（撫河?xùn)|支入湖）和瑞洪大橋斷面（信江西支入湖）（詳見(jiàn)圖1）。2017年的每個(gè)月，在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行水文水質(zhì)的取樣監(jiān)測(cè)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)指標(biāo)有懸浮顆粒物濃度、pH值、水溫、濁度、溶解氧濃度、TP濃度、DTP（溶解型磷）等指標(biāo)。為了保證水文流量數(shù)據(jù)的一致性，我們的流量數(shù)據(jù)收集科學(xué)觀測(cè)站的數(shù)據(jù)和離監(jiān)測(cè)斷面較近的水文站進(jìn)行同步測(cè)量。

圖1 鄱陽(yáng)湖入湖河流監(jiān)測(cè)斷面分布示意圖

1.3 分析方法

為了便于數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確獲取，在監(jiān)測(cè)斷面使用高精度多通道便攜式水質(zhì)分析儀（SL1000，HACH company, USA）量測(cè)溫度值、pH值以及溶解氧含量，利用塞氏盤取得水體透明度的信息，懸浮物濃度的獲得使用便攜式懸浮物測(cè)定儀（連華LH-SS2M）。選擇過(guò)硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法，使用法國(guó)全自動(dòng)智能化學(xué)分析儀SmartChem進(jìn)行總磷的測(cè)定。溶解型磷濃度ρ（DTP）和顆粒型磷濃度ρ（TTP）按《HJ 704-2014 土壤有效磷的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。選擇單因子評(píng)價(jià)法，將水質(zhì)指標(biāo)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一一比對(duì)，有超過(guò)限值的視為主要污染物[11]。

2 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

2.1 水文水質(zhì)特征

根據(jù)上述方法在每條河流的監(jiān)測(cè)斷面獲得相應(yīng)的水文水質(zhì)數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1?？梢钥闯?，在2017年度，監(jiān)測(cè)斷面的流量為贛江主支（1198.4 m3/s）＞撫河?xùn)|支（451.9 m3/s）＞信江西支（434.1 m3/s），贛江主支的流量年內(nèi)波動(dòng)比較明顯，撫河和信江年內(nèi)變化較一致（圖2）。 3條河流6—9月流速大小排序?yàn)橼M江主支 （0.462 m/s）＞信江西支（0.356 m/s）＞撫河?xùn)|支 （0.337 m/s）。各河流來(lái)水水溫相差不大，平均溫度范圍在17.54～18.05℃。贛江主支和信江西支的來(lái)水水溫整體上相差不大。入湖河流的水體均呈中性偏弱堿性，pH值的范圍為6.98～7.34。水中懸浮物的含量排序?yàn)橼M江主支（38.22 mg/L）＞信江西支（32.62 mg/L）≈撫河?xùn)|支（32.59 mg/L），同相關(guān)文獻(xiàn)[12]中所述的入湖河流土壤侵蝕量的現(xiàn)狀相對(duì)應(yīng)。在水體透明度方面的排序則為信江西支（0.61 m）＜撫河?xùn)|支（0.62 m）＜贛江主支（0.51 m），這與水中懸浮物濃度反映出的水體混濁信息不相符，這是因?yàn)樗耐该鞫燃仁艿剿w懸浮物的影響，也受到水中膠體顆粒的影響[13]。

表1 各監(jiān)測(cè)斷面水文和水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)值

圖2 2017年河流流量

2.2 入湖河流磷濃度的時(shí)空分布特征

從監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以得到磷濃度的時(shí)空分布（2017年），詳見(jiàn)圖3。贛江主支、撫河?xùn)|支、信江西支的ρ（TP）范圍分別為0.05～0.23、0.06～0.18、0.04～0.55 mg/L，平均值分別為0.09、0.11、0.08 mg/L，同《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行對(duì)比可以看出，贛江、信江的總磷含量平均值達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，撫河的總磷含量達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)級(jí)別，湖泊藻類暴發(fā)的總磷濃度臨界值為0.02 mg/L，可見(jiàn)，這3條主要入湖河流輸送的總磷濃度已經(jīng)超出臨界值很多[14]，對(duì)以往研究[15]提及的鄱陽(yáng)湖具備發(fā)生水華的水質(zhì)條件的結(jié)論是有效的佐證。贛江主支、撫河?xùn)|支、信江西支的ρ（DTP）的范圍分別為0.031～0.207、0.051～ 0.169、0.009～0.109 mg/L，平均值分別為0.091、0.094、0.067 mg/L；ρ（PO43--P）范圍分別為0.029 ～0.192、0.048～0.158、0.008～0.098 mg/L，平均值分別為0.079、0.087、0.064 mg/L。

對(duì)于同一條河流，在年內(nèi)的分布上，總磷的濃度與溶解型磷濃度、正磷酸鹽濃度的波動(dòng)變化保持平穩(wěn)（圖3）。但是從3條河流之間的數(shù)據(jù)變化來(lái)看，這一年內(nèi)磷的濃度變化波動(dòng)是存在一定差異性的。從圖中可以看出，撫河?xùn)|支、信江西支的全年磷濃度變化波動(dòng)不是很大，在枯水期出現(xiàn)了磷濃度的最大值；贛江主支則不同，全年的波動(dòng)變化較大，豐水期枯水期都出現(xiàn)過(guò)磷濃度的峰值。這種磷濃度波動(dòng)規(guī)律的差異也是鄱陽(yáng)湖入湖河流的來(lái)水多樣性的一種體現(xiàn)。從圖4可以看出，空間上，總磷、溶解型磷、正磷酸鹽的濃度的分布基本一致，撫河和信江的磷濃度遠(yuǎn)低于贛江（圖4）[19]。

圖3 不同形態(tài)磷素的時(shí)間分布特征

圖4 不同形態(tài)磷素的空間分布特征

2.3 入湖河流磷素組成時(shí)空分布特征

在沒(méi)有進(jìn)行生態(tài)保護(hù)前，鄱陽(yáng)湖水系的磷素組成中溶解態(tài)磷（DTP）和顆粒態(tài)磷（TTP）較為常見(jiàn)。2017年的數(shù)據(jù)結(jié)果中，溶解態(tài)磷占據(jù)了較大占比，顆粒態(tài)磷卻很少，相應(yīng)組成變化圖，詳見(jiàn)圖5。贛江主支、撫河?xùn)|支、信江西支入湖斷面各月的DTP占比（ρ（DTP）/ρ（TP））分別在62%～96.15%、44%～91.1%和45%～86.25%，其中PO43--P占比（PO43--P）/ρ（DTP））的平均值分別為82.20%、93.44%、94.39%。在時(shí)間分布上，贛江在1月（62%）和9月（66.52%）溶解態(tài)磷的占比低于其他月份（68.33% ～96.15%），表明這兩個(gè)月份顆粒態(tài)磷突然增加，存在局部土壤流失或挖沙的可能。同樣的，撫河?xùn)|支在2月和 9月也存在類似情況，表明贛江主支和撫河?xùn)|支都存在土壤流失、泥沙挖掘等情況；對(duì)于磷素年度變化較平緩的信江西支來(lái)講，5月份的數(shù)據(jù)顯示溶解態(tài)磷素出現(xiàn)了低谷，存在顆粒態(tài)磷集中匯入的情況，這跟信江西支監(jiān)測(cè)斷面上游農(nóng)業(yè)用地大面積的施肥活動(dòng)有一定的相關(guān)性?？臻g分布上，贛江主支、撫河?xùn)|支、信江西支入湖斷面的DTP占比平均值分別為83.14%、73.43%、74.63%，表明贛江主支的溶解型磷素的占比是明顯高于東南部水系入湖河流的。

圖5 磷素含量變化的時(shí)空分布

3 討論

3.1 各形態(tài)磷與水文物理參數(shù)的關(guān)聯(lián)性分析

對(duì)鄱陽(yáng)湖入湖河流磷素濃度與水文參數(shù)利用相關(guān)性分析以探索它們之間的相關(guān)關(guān)系，詳見(jiàn)表2。通過(guò)上述分析和表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)：①贛江主支入湖斷面流量和水體透明度（R=-0.546）呈現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)、而與懸浮物濃度（R=0.451）和總磷濃度（R=-0.463）的相關(guān)性比較弱；懸浮物濃度與總磷濃度（R=0.812）的相關(guān)性較明顯，為正相關(guān)。整體上，水文因素對(duì)贛江主支的磷污染是有重要影響的，總磷的濃度與水體中懸浮物濃度高度關(guān)聯(lián)，隨著水流流量的增加，懸浮物濃度也有增加的趨勢(shì)，同時(shí)，總磷的濃度隨之提高，全年流量的波動(dòng)變化與總磷濃度的波動(dòng)存在一定的同趨性，但并不是完全同步的。②信江西支入湖斷面的流量與懸浮物濃度呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性，懸浮物濃度與顆粒型磷濃度（R=0.502）的相關(guān)性較明顯，為正相關(guān)，但入湖斷面流量與信江西支主要的溶解型磷濃度（R=0.196）、總磷濃度（R=0.284）的相關(guān)性則呈現(xiàn)出弱相關(guān)。為了更深一步研究信江西支的來(lái)水特點(diǎn)，根據(jù)不同水期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，水文因素與磷濃度的變化有著緊密的聯(lián)系，然而這種關(guān)聯(lián)特性在枯水期和豐水期是完全相反的；在枯水期的時(shí)候，入湖斷面流量與總磷濃度（R=0.688）、溶解型磷濃度（R=0.542）、顆粒型磷濃度（R=0.712）的相關(guān)性均呈現(xiàn)為正相關(guān)；在豐水期的時(shí)候，入湖斷面流量與總磷濃度（R=-0.526）、溶解型磷濃度（R= -0.777）、懸浮物濃度（R=-0.853）的相關(guān)性均呈現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。這種情況可以說(shuō)明，在枯水期和豐水期信江西支入湖斷面來(lái)水的特征是有所不同的。這可能與信江西支上游來(lái)水的變化有關(guān)，豐水期由于水量豐富，上游源頭豐溪提供主要流量，豐溪來(lái)水總磷濃度較低與流量呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)枯水期時(shí)，豐溪的流量減少甚至出現(xiàn)河道斷流，中下游來(lái)水及水庫(kù)放水成為撫河主要來(lái)水，由此帶來(lái)的富營(yíng)養(yǎng)化水和生活污水使得總磷濃度提高，并與流量呈正相關(guān)，這與相關(guān)文獻(xiàn)中所指出的枯水期信江磷濃度較大的結(jié)論存在一致性[16]。③撫河?xùn)|支的入湖斷面流量和水體透明度呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性、與水體的懸浮物濃度呈現(xiàn)出正相關(guān)性，從整體上看這些相關(guān)性不是很明顯；入湖斷面流量與溶解型磷濃度（R=0.673）的相關(guān)性呈現(xiàn)出正相關(guān)，但與總磷濃度的相關(guān)性不明顯；同時(shí)，懸浮物濃度與各形態(tài)磷相關(guān)系數(shù)均呈現(xiàn)較低狀況，由此可知，3條入湖河流的來(lái)水水文水質(zhì)與磷分布濃度的相關(guān)特征是不同的。

表2 水文指標(biāo)與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

3.2 入湖河流磷污染物的來(lái)源分析

我國(guó)主要河流湖泊的汛期主要集中在4—9月，鄱陽(yáng)湖水域也是如此。這個(gè)階段的贛江主支、撫河?xùn)|支、信江西支的入湖流量分別占全年的71.89%、72.60%、71.61%，根據(jù)污染物形成過(guò)程的原理，如果河流中磷污染物來(lái)源結(jié)構(gòu)不同，汛期和非汛期的影響對(duì)磷濃度的響應(yīng)會(huì)存在一定的差異性[17]。當(dāng)點(diǎn)源的污染物負(fù)荷占據(jù)優(yōu)勢(shì)時(shí)，降雨量的增加和污染物濃度的變化呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)，也就是流量增加，濃度會(huì)隨之變?。划?dāng)面源的污染物負(fù)荷占據(jù)主導(dǎo)地位時(shí)，這種相關(guān)性就完全相反；當(dāng)面源、點(diǎn)源的污染物負(fù)荷處于同一水平時(shí)，污染物濃度變化和降雨徑流波動(dòng)的相關(guān)性則不是很明顯。從圖6可以看到，贛江主支、撫河?xùn)|支、信江西支的總磷濃度在汛期分別為0.142、0.082、0.070 mg/L，在非汛期時(shí)，它們的總磷濃度分別為0.063、0.125、0.088 mg/L；汛期時(shí)贛江主支監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總磷濃度是高于非汛期的，溶解型磷濃度和正磷酸鹽濃度也符合這種規(guī)律，能夠得到贛江主支以面源污染為主的初步結(jié)論；撫河?xùn)|支、信江西支則是同贛江主支相反，它們的磷濃度在非汛期較高，充分證明撫河?xùn)|支、信江西支的污染總體上為點(diǎn)源污染。通過(guò)翻閱相關(guān)資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查，鄱陽(yáng)湖流域具有季節(jié)性的特點(diǎn)，污染物負(fù)荷狀況與湖泊水文情況有著緊密關(guān)聯(lián)性[18,19]。2017年汛期雨水比較集中，在贛江中下游發(fā)生了洪澇災(zāi)害、暴雨引發(fā)兩岸的地質(zhì)災(zāi)害，直接造成土壤中磷溶于江水中，大量農(nóng)用化肥和生活垃圾也流入江水，汛期提高了入湖通量，降低了總磷的濃度。在汛期階段，撫河?xùn)|支和信江西支的磷污染程度主要依賴于上游盱江和豐溪的來(lái)水狀況，水質(zhì)整體上相對(duì)較好，在非汛期階段，上游來(lái)水較小甚至出現(xiàn)部分支流斷流情況，受到城鎮(zhèn)生活和企業(yè)污染排放主要影響，磷污染呈現(xiàn)出濃度增加的趨勢(shì)。

圖6 汛期與非汛期磷濃度的分布

3.3 入湖河流磷污染特征的歷史對(duì)比分析

贛江的總磷濃度平均值為0.102 mg/L，與2015年（0.087 mg/L）、2016年（0.96 mg/L）相比有所降低。贛江的總磷年均入湖通量為5933 t/a，明顯高于撫河?xùn)|支（1841 t/a）、信江西支（1473 t/a），表明雖然2017年贛江入湖的總磷濃度平均值（0.102 mg/L） 低于撫河?xùn)|支（0.103 mg/L），可是贛江的年均流量遠(yuǎn)高于撫河?xùn)|支，盡管總磷濃度稍低，但從入湖總量上來(lái)看，贛江主支對(duì)鄱陽(yáng)湖磷污染的輸出程度依然扮演著主力的角色。這同相關(guān)文獻(xiàn)說(shuō)明的鄱陽(yáng)湖磷素污染主要受到贛江入湖總量影響[20]的結(jié)論是相一致的。2017年撫河?xùn)|支的總磷濃度（0.103 mg/L）與2015年（0.158 mg/L）、2016年（0.136 mg/L）相比呈現(xiàn)出趨于變小的情況，盡管如此，撫河?xùn)|支的總磷濃度依然是3條河流中最高的。根據(jù)相關(guān)水文研究可以了解到撫河流域的流量年際變化較大，總體上，自2010年以來(lái)?yè)岷訓(xùn)|支的水量呈現(xiàn)稍微下降的趨勢(shì)，與之形成對(duì)比的是，2015年該流域的輸沙量有明顯減少，較之2000—2014年平均減少了68.2%[21]。由于泥沙與懸浮物的伴生效應(yīng)，泥沙量較少，必然引起懸浮態(tài)顆粒磷濃度的降低，在此階段，撫河?xùn)|支的總磷也逐漸從以顆粒型磷素為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀芙庑土姿貫橹?，可以從本研究中撫河?xùn)|支的磷素組成分布驗(yàn)證此觀點(diǎn)。信江西支溶解型磷素的占比是最小的，與2015年的總磷濃度 （0.101 mg/L）和2016年的總磷濃度（0.088 mg/L）相比，信江西支的總磷濃度也呈現(xiàn)出逐年降低的趨勢(shì)，充分證明自2015年以來(lái)在鄱陽(yáng)湖流域開(kāi)展的“河長(zhǎng)制”行動(dòng)在水體磷污染方面取得了較好的成果[22]。

4 結(jié)論

通過(guò)調(diào)研鄱陽(yáng)湖3條主要河流的水文、磷污染形態(tài)以及不同水期的污染濃度變化，確認(rèn)了贛江主支、撫河?xùn)|支、信江西支磷污染的濃度和形態(tài)具有時(shí)空差異性。河流中磷的各個(gè)形態(tài)在年內(nèi)波動(dòng)變化是一致的，但每條河流之間的同一年度內(nèi)磷形態(tài)分布具有較大差異。其中，溶解型磷濃度在磷污染物中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，顆粒型磷隨著加大綜合整治力度逐漸式微；撫河?xùn)|支的各形態(tài)磷素濃度都是最高的，但由于贛江主支年流量大，總磷的平均入湖通量仍然在鄱陽(yáng)湖磷污染中占據(jù)主導(dǎo)地位。在汛期和非汛期方面，贛江主支的各形態(tài)磷濃度都是汛期高于非汛期的，可以推斷其主要受到面源污染的影響，而撫河?xùn)|支、信江西支則與它相反，在非汛期總體上受到點(diǎn)源污染的影響。

鄱陽(yáng)湖水域共有18條河流入湖，由于缺少這些河流的水文水質(zhì)資料以及受到人員設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)情況的影響，本研究?jī)H以贛江主支、撫河?xùn)|支、信江西支3條流量較大河流的監(jiān)測(cè)斷面來(lái)代表鄱陽(yáng)湖的磷污染的特征，不可避免地存在局限性。僅憑這幾條河流的斷面數(shù)據(jù)無(wú)法完整系統(tǒng)地評(píng)價(jià)入湖河流的磷分布差異性，未來(lái)將增加15條入湖河流的細(xì)化剖析。