廈門杏林灣水庫底泥有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征與來源及污染評(píng)價(jià)

摘要： 以廈門杏林灣水庫為研究對(duì)象，測(cè)定表層底泥中有機(jī)質(zhì)（OM）、總氮（TN）、游離態(tài)氮（FN）、可交換態(tài)氮（EN）、酸解態(tài)氮（HN）、殘?jiān)鼞B(tài)氮（RN）、總磷（TP）、有機(jī)磷（OP）、無機(jī)磷（IP）、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷（NaOH-P）和鈣結(jié)合態(tài)磷（HCl-P）的質(zhì)量比，分析表層底泥中有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征和污染狀況。結(jié)果表明：杏林灣水庫底泥中OM，TN和TP的平均質(zhì)量比分別為49 360.28，1 588.63，1 095.63 mg·kg-1；OM，TN，EN和HN的空間分布呈現(xiàn)從后溪匯入處至入?？谔幭仍黾雍鬁p小、從九天湖排洪渠和董任排洪渠交匯處至入?？谔幹饾u減小的特征；TP，IP，NaOH-P和HCl-P的空間分布呈現(xiàn)隨水流方向逐漸減小的特征；底泥具有較高氮磷釋放風(fēng)險(xiǎn)，易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化問題，其中，氮主要來源于有機(jī)質(zhì)富集，磷主要來源于上游支流及周邊地區(qū)含磷農(nóng)業(yè)廢水和居民生活污水，OM主要來源于高等植物；氮、磷單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)整體上均處于重度污染，營(yíng)養(yǎng)鹽污染主要來源于氮，有機(jī)指數(shù)整體處于尚清潔水平，且底泥整體受到有機(jī)氮污染。

關(guān)鍵詞： 底泥； 有機(jī)質(zhì)； 營(yíng)養(yǎng)鹽； 杏林灣水庫； 空間分布； 污染評(píng)價(jià)； 來源分析

中圖分類號(hào)： X 52文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A"" 文章編號(hào)： 1000-5013（2024）06-0730-10

Distribution Characteristics， Sources and Pollution Evaluation of Organic Matter and Nutrient Salts in Sediment of Xinglin Bay Reservoir in Xiamen City

LI Jing1， TANG Xueping2， ZHUANG Mazhan2， LI Fei1， ZHOU Zhenming1

（1. College of Civil Engineering， Huaqiao University， Xiamen 361021， China；

2. Xiamen Institute of Environmental Science， Xiamen 361021， China）

Abstract： Taking Xinglin Bay Reservoir in Xiamen City as the research object， the mass ratios of organic matter （OM）， total nitrogen （TN）， free nitrogen （FN）， exchangeable nitrogen （EN）， acid solution nitrogen （HN）， residual nitrogen （RN）， total phosphorus （TP）， organic phosphorus （OP）， inorganic phosphorus （IP）， iron/aluminum combined phosphorus （NaOH-P） and calcium combined phosphorus （HCl-P） in the surface sediment were measured， and the distribution characteristics and pollution status of organic matter and nutrient salts in the surface sediment were analyzed. The results showed that the average mass ratios of OM， TN and TP in the sediment of Xinglin Bay Reservoir were 49 360.28， 1 588.63 and 1 095.63 mg·kg-1， respec-tively； the spatial distribution of OM， TN， EN and HN showed an increase and then a decrease from the confluence of Hou River to the estuary， and a gradual decrease from the confluence of Jiutian Lake and Dongren Drainage Canals to the estuary； the spatial distribution of TP， IP， NaOH-P and HCl-P showed a gradual decrease with the direction of water flow； the sediment had a high risk of nitrogen and phosphorus release， and was prone to eutrophication， of which， nitrogen mainly came from organic matter enrichment， phosphorus mainly came from phosphorus-containing agricultural wastewater and residential sewage from upstream tributaries and the surrounding areas， and OM mainly came from higher plants； nitrogen， phosphorus single pollution index and comprehensive pollution index were in heavy pollution as a whole， nutrient salts pollution mainly came from nitrogen， organic index as a whole was still in clean level， and the sediment as a whole was polluted by organic nitrogen.

Keywords：sediment； organic matter； nutrient salts； Xinglin Bay Reservoir； spatial distribution； pollution evaluation； source analysis

水體富營(yíng)養(yǎng)化是當(dāng)今水庫面臨的重要環(huán)境問題之一［1-2］。由底泥引起的內(nèi)源污染成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因［3］。水庫底泥作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的“源”和“匯”，是水體氮、磷和有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在物理、化學(xué)和生物作用下沉積形成的產(chǎn)物，在一定條件下會(huì)釋放營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)入水體形成二次污染［4-5］。研究底泥中有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽的特征及污染，可間接反映水體污染狀況，對(duì)提升水庫生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

杏林灣水庫位于福建省廈門市集美區(qū)，流域總面積為142 km2，集水面積為67.3 km2，庫容面積約為2.2 km2，平均水深為2.2 m，最大水深為5.5 m［6］。目前，該水庫兼具市政供水、景觀用水、農(nóng)業(yè)用水和防洪功能。2000年至今，杏林灣水庫外源污染已基本得到控制，但由內(nèi)源污染引起的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生，目前水質(zhì)持續(xù)為劣Ⅴ類。依據(jù)GB 3838-2002地表水水域環(huán)境功能及保護(hù)目標(biāo)和廈門市地表水體實(shí)際狀況，廈門市生態(tài)環(huán)境保護(hù)局將杏林灣水庫劃分為Ⅴ類地表水環(huán)境功能區(qū)。因此，為實(shí)現(xiàn)廈門杏林灣水庫水質(zhì)提升和生態(tài)修復(fù)，需研究其底泥中有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽特征及污染狀況。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)河流［7-9］、湖泊［10-12］、海域［13-14］和水庫［15-16］等底泥中總氮、總磷的形態(tài)、空間分布特征、釋放機(jī)理及相關(guān)分析有較多研究。然而，關(guān)于廈門杏林灣水庫底泥中有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽分布特征及污染狀況的研究尚未見報(bào)道。因此，本文測(cè)定了杏林灣水庫表層底泥8個(gè)采樣點(diǎn)中的有機(jī)質(zhì)（OM）、總氮（TN）、游離態(tài)氮（FN）、可交換態(tài)氮（EN）、酸解態(tài)氮（HN）、殘?jiān)鼞B(tài)氮（RN）、總磷（TP）、有機(jī)磷（OP）、無機(jī)磷（IP）、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷（NaOH-P）和鈣結(jié)合態(tài)磷（HCl-P）的質(zhì)量比并分析了其分布特征，評(píng)價(jià)表層底泥污染等級(jí)和污染風(fēng)險(xiǎn)，并分析底泥中有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽來源，以期對(duì)杏林灣水庫富營(yíng)養(yǎng)化控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與測(cè)定

綜合考慮杏林灣水庫水文特征、河道情況、周邊布局及支流匯水等情況，確定了8個(gè)可反映水庫總體情況的代表性斷面布設(shè)采樣點(diǎn)，具體的采樣點(diǎn)位示意圖，如圖1所示。杏林灣水庫中存在2條流路，1條從后溪匯入處至入?？?，稱為流路1，包括采樣點(diǎn)XLWN01，XLWN02，XLWN03，XLWN04，XLWN05和XLWN06；1條從九天湖排洪渠和董任排洪渠交匯處至入?？?，稱為流路2，包括采樣點(diǎn)XLWN06，XLWN07和XLWN08。采用柱狀底泥采樣器采集杏林灣水庫表層底泥（0～20 cm），各采樣點(diǎn)采集樣品10 kg，現(xiàn)場(chǎng)人工挑揀去除碎石、螺螄、枯葉等雜質(zhì)，利用注射器吸去上覆水后裝入PE自封袋中排盡空氣并密封帶回實(shí)驗(yàn)室。

底泥中OM質(zhì)量比采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；TN質(zhì)量比采用凱氏定氮法測(cè)定；各形態(tài)磷和各形態(tài)氮質(zhì)量比采用分級(jí)提取（SMT）法［17-18］測(cè)定；pH采用玻璃電極法測(cè)定；含水量（WC）采用質(zhì)量法測(cè)定。

1.2 底泥污染評(píng)估方法

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于淡水水庫中底泥的污染狀況的評(píng)價(jià)尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法［10］。采用綜合污染指數(shù)法和有機(jī)污染指數(shù)法對(duì)杏林灣水庫中底泥的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.1 綜合污染指數(shù)法 單項(xiàng)污染指數(shù)Si和綜合污染指數(shù)FF的計(jì)算公式分別為

Si=CiCi，s，（1）

FF=F2+F2max[]2。（2）

式（1），（2）中：i為評(píng)價(jià)因子；Ci為評(píng)價(jià)因子質(zhì)量比的實(shí)測(cè)值；Ci，s為評(píng)價(jià)因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，其中，TN，TP的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值分別為550，600 mg·kg-1［13，15，19］；F為n項(xiàng)污染指數(shù)的平均值（TP污染指數(shù)STP和TN污染指數(shù)STN的平均值）；Fmax為n項(xiàng)污染指數(shù)的最大值（STP和STN的最大值）。底泥綜合污染程度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

1.2.2 有機(jī)污染指數(shù)法 綜合污染指數(shù)法忽略了OM指標(biāo)，為使評(píng)價(jià)結(jié)果更加精確地反映底泥污染狀況，采用有機(jī)污染指數(shù)法對(duì)底泥的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)［11，13］。具體計(jì)算公式為

IO=wOC×wON，（3）

wON=wTN×0.95，（4）

wOC=wOM1.724。（5）

式（3）～（5）中：IO為有機(jī)指數(shù)；wOC為有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)；wON為有機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)；wTN為總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)；wOM為有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。質(zhì)量比換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)的公式為1 mg·kg-1=0.000 1%。

有機(jī)指數(shù)和有機(jī)氮評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 26軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并用Origin 2018軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與討論

2.1 底泥中有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽含量及分布特征

2.1.1 OM的質(zhì)量比及分布 底泥中OM質(zhì)量比既是評(píng)價(jià)內(nèi)源污染的重要指標(biāo)［20］，也是反映底泥有機(jī)營(yíng)養(yǎng)程度的重要指標(biāo)［9］。杏林灣水庫底泥中OM質(zhì)量比（w（OM））空間分布，如圖2所示。由圖2可知：底泥中OM質(zhì)量比為28 273.60～63 357.00 mg·kg-1，平均值為49 360.28 mg·kg-1。水體沉積物中OM的來源主要為水體自養(yǎng)生物合成和陸源輸入［21］。各采樣點(diǎn)OM質(zhì)量比排序?yàn)閄LWN08gt;XLWN05gt;XLWN01gt;XLWN03gt;XLWN02gt;XLWN04gt;XLWN06gt;XLWN07。XLWN08處OM質(zhì)量比最高，原因可能是XLWN08位于九天湖排洪渠出口與董任排洪渠出口附近，上游人口密集，且分布著大量的農(nóng)業(yè)用地［22］，沿途的生活污水和農(nóng)作物殘?bào)w經(jīng)過雨水沖刷和地表徑流匯入排洪渠，最后進(jìn)入九天湖中，含有有機(jī)質(zhì)的泥沙在此處長(zhǎng)期累積沉降，導(dǎo)致XLWN08處的OM質(zhì)量比較高。XLWN01位于后溪支流匯入口附近，后溪沿途分布著大量的農(nóng)業(yè)用地和林地［22］，一些植物殘?bào)w隨著外源輸入進(jìn)入杏林灣水庫，故此處的OM質(zhì)量比較高。XLWN02周邊分布著大量農(nóng)業(yè)用地，且上游是農(nóng)村居住點(diǎn)［22］，XLWN03位于華大排洪渠和下蔡排洪渠附近，上游同樣分布著大片農(nóng)業(yè)用地［22］，受人類有機(jī)生活污水排放和漂流到此處的農(nóng)作物殘?bào)w腐爛的影響，故這兩個(gè)采樣點(diǎn)的OM質(zhì)量比均較高。XLWN04位于省隊(duì)皮劃船賽道途中和園博苑附近，園博苑的生態(tài)島是廈門最主要的大型候鳥棲息地，受到船運(yùn)和鳥類活動(dòng)的影響，此處OM質(zhì)量比也處于較高水平。OM質(zhì)量比空間分布總體呈現(xiàn)在流路1上先增加后減小，在流路2上逐漸減小的特征。分析原因?yàn)榱髀?沿岸分布著后溪、華大排洪渠和下蔡排洪渠，沿途匯入外源有機(jī)質(zhì)后又經(jīng)過水庫水體的稀釋，而流路2匯入的外源有機(jī)質(zhì)被沿途稀釋，故呈現(xiàn)此分布特征。

2.1.2 TN質(zhì)量比及分布 杏林灣水庫底泥中TN質(zhì)量比（w（TN））空間分布，如圖3所示。由圖3可知：杏林灣水庫底泥中TN質(zhì)量比為769.00～2 440.50 mg·kg-1，平均值為1 588.63 mg·kg-1。

根據(jù)美國(guó)環(huán)保署（EPA）確定的底泥TN污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［20，23］，杏林灣水庫底泥中TN質(zhì)量比主要處于清潔和輕度污染水平，其中，清潔水平占比25.0%，中度污染水平占比62.5%，重度污染水平占比12.5%。各采樣點(diǎn)TN質(zhì)量比排序?yàn)閄LWN08gt;XLWN05gt;XLWN03gt;XLWN01gt;XLWN02gt;XLWN04gt;XLWN06gt;XLWN07。XLWN08處TN污染嚴(yán)重的原因一方面可能和OM相同，受上游匯入的生活污水和農(nóng)作物殘?bào)w的影響，另一方面可能和上游農(nóng)業(yè)用地中氮肥的使用有關(guān)。XLWN01上游分布著大量農(nóng)業(yè)用地和林地［22］，含氮的農(nóng)業(yè)廢水和植物殘?bào)w沿途匯入后溪最后進(jìn)入杏林灣水庫，故此處TN質(zhì)量比處于輕度污染水平。XLWN02周邊和XLWN03上游分布著大量農(nóng)業(yè)用地［22］，此外，XLWN02上游是農(nóng)村居住點(diǎn)［22］，XLWN03位于華大排洪渠和下蔡排洪渠附近，受周邊居民生活污水、含氮農(nóng)業(yè)廢水和漂流到此的農(nóng)作物殘?bào)w腐爛的影響，這兩處TN質(zhì)量比均處于輕度污染。XLWN04位于園博苑附近，受到鳥類活動(dòng)的影響，此處TN質(zhì)量比也處于輕度污染水平。由圖2，3可知：TN的空間分布特征和OM相似。

2.1.3 TP質(zhì)量比及分布 杏林灣水庫底泥中TP質(zhì)量比（w（TP））空間分布，如圖4所示。由圖4可知：杏林灣水庫底泥中TP質(zhì)量比為366.50～3 048.00 mg·kg-1，平均值為1 095.63 mg·kg-1。

根據(jù)EPA確定的底泥TP污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［20，23］，杏林灣水庫底泥中TP質(zhì)量比主要處于中度污染和重度污染水平，其中，輕度污染水平占比為12.5%，中度污染水平占比為25.0%，重度污染水平占比為62.5%。各采樣點(diǎn)TP質(zhì)量比排序?yàn)閄LWN08gt;XLWN01gt;XLWN02gt;XLWN07gt;XLWN03gt;XLWN05gt;XLWN06gt;XLWN04。其中， XLWN08和XLWN01處底泥中TP污染較為嚴(yán)重，原因?yàn)閄LWN01位于后溪支流匯入口附近，后溪沿途分布著大量的農(nóng)業(yè)用地和林地［22］，受上游農(nóng)業(yè)種植中磷肥使用的影響，此處TP處于重度污染水平。XLWN08位于九天湖排洪渠出口與董任排洪渠出口附近，上游人口密集，且分布著大量的農(nóng)業(yè)用地［22］，受上游生活污水排放和含磷農(nóng)業(yè)廢水排放的影響，故此處TP污染較為嚴(yán)重。由圖4可知：水庫底泥TP質(zhì)量比總體呈現(xiàn)隨著水流方向逐漸減小的趨勢(shì)。

XLWN07和XLWN08兩相近采樣點(diǎn)的OM，TN和TP質(zhì)量比均差異較大，XLWN07位于九天湖流域，2022年廈門市開展了九天湖防汛應(yīng)急清淤工程［24］，采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)XLWN07處樣品含沙量較大，故推測(cè)XLWN07處進(jìn)行過清淤；XLWN05所在處流域變寬，流速減小，導(dǎo)致沉積作用加劇［13］，故此處OM，TN和TP質(zhì)量比相比其上游底泥中OM，TN和TP質(zhì)量比均較高；XLWN06處OM，TN和TP質(zhì)量比均相對(duì)較低，原因可能是大部分含有污染物的底泥在XLWN05處堆積，剩余污染物在流動(dòng)過程中又經(jīng)過水體稀釋所引起。

2.1.4 各形態(tài)氮質(zhì)量比及分布 杏林灣水庫底泥各形態(tài)氮的質(zhì)量比（w（N））空間分布和質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wN），如圖5所示。

由圖5可知：底泥中FN質(zhì)量比介于6.00～171.00 mg·kg-1之間，平均值為52.13 mg·kg-1，平均值占TN質(zhì)量比的3.28%；FN的空間分布特征總體呈現(xiàn)隨著水流方向減小的趨勢(shì)。FN是動(dòng)態(tài)釋放的氮形態(tài)，是底泥-上覆水界面氮營(yíng)養(yǎng)鹽交換的主要形態(tài)。底泥和上覆水之間的營(yíng)養(yǎng)鹽交換主要是通過底泥中間隙水和上覆水之間營(yíng)養(yǎng)鹽通過濃度差進(jìn)行擴(kuò)散作用完成的［25］。XLWN01和XLWN08處FN質(zhì)量比均較高，鑒于這兩處采樣點(diǎn)所處地理位置，推測(cè)原因?yàn)榫盘旌藕榍⒍闻藕榍秃笙獏R入水體中包含了大量生活污水和農(nóng)業(yè)廢水。

EN質(zhì)量比介于26.50～261.50 mg·kg-1之間，平均值為88.06 mg·kg-1，平均值占TN質(zhì)量比的5.54%。OM經(jīng)過礦化作用形成的氨氮在FN和EN之間進(jìn)行再分配，因此，EN是底泥中較為“活躍”的一種氮形態(tài)［26］。EN可通過離子交換、吸附解析和生物擾動(dòng)作用不斷與間隙水之間保持動(dòng)態(tài)平衡［27-28］。此外，EN還是湖泊中初級(jí)生產(chǎn)者，是可直接利用的營(yíng)養(yǎng)來源［29］。底泥中EN質(zhì)量比空間分布特征和OM，TN質(zhì)量比空間分布特征相似。

HN質(zhì)量比介于192.00～1 501.50 mg·kg-1之間，平均值為829.56 mg·kg-1，平均值占TN質(zhì)量比的52.22%。HN是指土壤在6 mol·L-1HCl和（120±2） ℃下水解20 h后能被酸分解的氮［18］?？傻V化態(tài)氮和酸解態(tài)氮成正比［25］。HN在TN中占有較大比例，說明杏林灣水庫底泥整體氮釋放風(fēng)險(xiǎn)較大，很可能會(huì)加劇杏林灣水庫的富營(yíng)養(yǎng)化程度。HN和EN，OM，TN呈現(xiàn)相似的分布特征。

RN質(zhì)量比介于159.50～1 241.00 mg·kg-1之間，平均值為618.75 mg·kg-1，平均值占TN質(zhì)量比的38.95%。RN主要來自縮合程度較高的腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)成分，主要以有機(jī)雜環(huán)態(tài)存在，或者與雜環(huán)或芳香環(huán)鍵結(jié)合在一起形成有機(jī)結(jié)合氮，難以被分解或轉(zhuǎn)化［18，29］。RN總體呈現(xiàn)隨著水流方向減小的趨勢(shì)，在XLWN05處由于流域變寬，流速減小，沉積作用加劇，污染物在此處堆積，故該點(diǎn)位的RN質(zhì)量比相比周邊都高。由圖5可知：RN質(zhì)量比隨著水流方向呈現(xiàn)波浪形變化趨勢(shì)，且變化幅度較大。

2.1.5 底泥中各形態(tài)磷及分布 杏林灣水庫底泥各形態(tài)磷質(zhì)量比（w（P））空間分布和質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wP），如圖6所示。由圖6可知：XLWN08和XLWN01處的各形態(tài)磷質(zhì)量比均較高，分析原因也是受到上游含磷農(nóng)業(yè)廢水和生活污水排放的影響。

底泥中OP質(zhì)量比介于95.00～552.50 mg·kg-1之間，平均值為284.06 mg·kg-1，平均值占TP質(zhì)量比的25.93%。位于杏林灣的園博苑的生態(tài)島是大型候鳥在廈門最主要的棲息地，而鳥糞作為天然有機(jī)肥一般富含有機(jī)態(tài)磷［17］，所以杏林灣水庫中部流域存在較高質(zhì)量比的OP。OP質(zhì)量比隨水流方向變化趨勢(shì)和RN相似。有機(jī)磷具有潛在釋放風(fēng)險(xiǎn)，可通過被降解與分解轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌缮锢眯问剑?0］，經(jīng)擴(kuò)散、再懸浮和生物擾動(dòng)等形式進(jìn)入上覆水中，進(jìn)而影響水體富營(yíng)養(yǎng)化水平［31-33］，因此，OP質(zhì)量比分布應(yīng)引起重視。

底泥中IP質(zhì)量比介于261.50～2 524.00 mg·kg-1之間，平均值為811.53 mg·kg-1，平均值占TP質(zhì)量比的74.07%。說明杏林灣水庫底泥中的TP主要以IP的形式存在，故兩者的質(zhì)量比空間分布特征相似，均呈現(xiàn)隨著水流方向逐漸減小的趨勢(shì)，且變化幅度較大。

底泥中NaOH-P質(zhì)量比介于133.50～1 598.00 mg·kg-1之間，平均值為534.56 mg·kg-1，平均值占IP質(zhì)量比的65.27%，占TP質(zhì)量比的48.81%。NaOH-P質(zhì)量比空間分布特征與IP質(zhì)量比空間分布特征相似，這是因?yàn)樾恿譃乘畮斓啄嘀蠭P主要以NaOH-P形式存在。杏林灣水庫所在區(qū)域土壤是我國(guó)南方的鐵鋁土紅壤，該土壤富含鐵鋁氧化物［34］，且南方以花崗巖和砂巖等母巖為主［35］，從而決定了底泥中的NaOH-P占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。NaOH-P是與鐵鋁氧化物或氫氧化物結(jié)合的磷形態(tài)［36-37］，具有很高的釋放活性，當(dāng)pH值和氧化還原電位發(fā)生變化時(shí)可轉(zhuǎn)化為可溶形態(tài)磷釋放到水體中［36-38］，與人為活動(dòng)相關(guān)，可在一定程度上反映水庫受污染狀況［38-39］，具有一定的指導(dǎo)意義。NaOH-P與水體富營(yíng)養(yǎng)化息息相關(guān)，較高的質(zhì)量比和空間分布反映出杏林灣水庫磷的潛在釋放風(fēng)險(xiǎn)較大，易發(fā)生磷污染。

底泥中HCl-P質(zhì)量比介于100.50～869.00 mg·kg-1之間，平均值為269.50 mg·kg-1，平均值占IP質(zhì)量比的32.90%，占TP質(zhì)量比的24.60%。XLWN01和XLWN08處HCl-P質(zhì)量比較高的原因：一方面，受到上游含磷農(nóng)業(yè)廢水和生活污水排放的影響；另一方面，杏林灣水庫底泥pH值為8.68～9.59，在偏堿性的環(huán)境中，Ca離子可與溶解性磷結(jié)合生成HCl-P［36］，由于XLWN01和XLWN08上游都分布著大片農(nóng)業(yè)用地，此外，XLWN08上游人口密集，XLWN01上游還分布著大量林地［22］，由養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的動(dòng)物排泄物、農(nóng)業(yè)活動(dòng)中產(chǎn)生的農(nóng)作物殘?bào)w和樹木落葉中均含有Ca離子，這也可能造成XLWN08處HCl-P質(zhì)量比最高。HCl-P質(zhì)量比空間分布總體上呈現(xiàn)隨水流方向減小的特征。HCl-P是一種較為穩(wěn)定的磷形態(tài)，較難被生物利用［40］，只有在弱酸性條件下才可部分釋放到水體中，一般水利條件下不會(huì)對(duì)水環(huán)境造成威脅。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，HCl-P的生態(tài)影響力也不容忽視。

綜上可知，杏林灣水庫底泥中磷主要來自于人類生活污水和含磷農(nóng)業(yè)廢水，同時(shí)還受到園博苑鳥類活動(dòng)的影響。

NaOH-P可被生物直接利用，60%的OP可通過礦化作用被分解利用［41］，因此，將NaOH-P與60%的OP之和定義為BAP［42-43］。杏林灣水庫底泥中BAP質(zhì)量比（w（BAP））及BAP占TP百分比（δ），如圖7所示。BAP可向上覆水釋放，使水體含磷量增加［44-45］，可通過BAP與TP的比值初步評(píng)估底泥磷的釋放風(fēng)險(xiǎn)［46］。所有采樣點(diǎn)BAP與TP的比值均超過30%，可見整個(gè)杏林灣水庫底泥呈現(xiàn)較高磷釋放風(fēng)險(xiǎn)。此外，BAP質(zhì)量比空間分布和NaOH-P質(zhì)量比空間分布相似，這可能與BAP中NaOH-P占比較高有關(guān)。

2.2 底泥有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽來源分析

杏林灣水庫底泥中各指標(biāo)之間的相關(guān)性（r）分析，如圖8所示。圖8中：*表示Plt;0.05。由圖8可知：杏林灣水庫底泥中各形態(tài)磷之間均具有顯著的相關(guān)性（Plt;0.05），而OM和TP之間相關(guān)性不顯著（r=0.55，P=0.16），說明底泥中有機(jī)質(zhì)富集不是磷的主要來源，結(jié)合各形態(tài)磷的空間分布特征，推測(cè)杏林灣水庫底泥中各形態(tài)磷主要來自上游支流和周邊地區(qū)含磷農(nóng)業(yè)廢水和居民生活污水；OM和TN之間的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.95（Plt;0.001），推測(cè)底泥中氮主要來自有機(jī)質(zhì)富集［38，47］。底泥中C/N值可在一定程度上反映有機(jī)質(zhì)來源［47］，計(jì)算得到杏林灣水庫底泥中C/N平均值為18.02，表明底泥中的有機(jī)質(zhì)主要來自于高等植物，杏林灣水庫上游分布著大片農(nóng)業(yè)用地和林地［22］，故推測(cè)杏林灣水庫底泥中有機(jī)質(zhì)主要來源于農(nóng)作物殘?bào)w和樹木落葉。底泥中N/P值可在一定程度上反映出底泥的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，計(jì)算得到杏林灣水庫底泥中N/P平均值為1.45，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水生生物體內(nèi)N/P水平（7～10），過低的N/P對(duì)高等水生植物的生長(zhǎng)不利［48］，這也與采樣現(xiàn)場(chǎng)觀察到的高等水生植物數(shù)目較少、分布稀疏的情況相符。

2.3 底泥有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽污染狀況評(píng)價(jià)

2.3.1 綜合污染指數(shù)法 杏林灣水庫底泥綜合污染評(píng)價(jià)結(jié)果，如表3所示。杏林灣水庫底泥綜合污染評(píng)價(jià)熱力圖，如圖9所示。

由表3可知：底泥STN介于1.40～4.44之間，平均值為2.89，整體處于重度污染，所有采樣點(diǎn)中，TN輕度污染占比12.5%，中度污染占比12.5%，重度污染占比75.0%；底泥STP介于0.61～5.08之間，平均值為1.83，整體處于重度污染，所有采樣點(diǎn)中，TP輕度污染占比25.0%，中度污染占比37.5%，重度污染占比37.5%；底泥FF介于1.35～4.92之間，平均值為2.69，整體處于重度污染，所有采樣點(diǎn)中，F(xiàn)F輕度污染占比12.5%，中度污染占比25.0%，重度污染占比62.5%。

由圖9可知：FF的等級(jí)受STN影響較大，表明杏林灣水庫底泥營(yíng)養(yǎng)鹽污染主要來源于氮污染。

2.3.2 有機(jī)污染指數(shù)法 杏林灣水庫底泥有機(jī)污染評(píng)價(jià)結(jié)果，如表4所示。由表4可知：底泥中wON介于0.073%～0.232%之間，平均值為0.151%，整體上處于有機(jī)氮污染，所有采樣點(diǎn)中，尚清潔占比37.5%，有機(jī)氮污染占比62.5%。根據(jù)STN和有機(jī)氮（ON）污染分布狀況可以看出，杏林灣底泥受外源氮污染嚴(yán)重。底泥IO介于0.120～0.852之間，平均值為0.466，整體上處于尚清潔水平，所有采樣點(diǎn)中，較清潔占比25.0%，尚清潔占比25.0%，有機(jī)污染占比50.0%。

3 結(jié)論

1） 研究區(qū)域內(nèi)底泥中OM，TN和TP質(zhì)量比平均值分別為49 360.28，1 588.63，1 095.63 mg·kg-1。OM，TN，EN，HN的空間分布特征相似，呈現(xiàn)在流路1上先增加后減小，在流路2上逐漸減小的特征。TN中各形態(tài)氮占比排序?yàn)镠N（52.22%）gt;RN（38.95%）gt;EN（5.54%）gt;FN（3.28%）。TP，IP，NaOH-P和HCl-P的空間分布特征相似，隨水流方向逐漸減小。TP中各形態(tài)磷占比為IP（74.07%）gt;OP（25.93%）；NaOH-P（48.81%）gt;HCl-P（24.60%）。

2） TN中HN占比52.22%，TP中NaOH-P占比48.81%，所有采樣點(diǎn)BAP與TP比值均超過30%，由此可知，杏林灣水庫底泥氮磷釋放風(fēng)險(xiǎn)較高，杏林灣水庫易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化問題。

3） 有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽來源分析表明底泥中氮主要來自于有機(jī)質(zhì)富集，磷主要來源于上游支流和周邊地區(qū)含磷農(nóng)業(yè)廢水和居民生活污水。底泥中C/N平均值為18.02，表明底泥中的有機(jī)質(zhì)主要來自于高等植物；N/P平均值為1.45，表明杏林灣水庫底泥不利于高等水生植物生長(zhǎng)。

4） 綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，底泥氮磷整體均處于重度污染狀態(tài)，綜合污染指數(shù)整體處于重度污染狀態(tài)，底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽污染主要來源于氮。有機(jī)氮和有機(jī)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，底泥整體處于有機(jī)氮污染和尚清潔狀態(tài)。

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（責(zé)任編輯： "黃曉楠" 英文審校： 劉源崗）

通信作者： 周真明（1981-），男，教授，博士，主要從事底泥/沉積物治理及資源化理論與技術(shù)的研究。E-mail：zhenming@hqu.edu.cn。

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51878300）； 福建省廈門市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（3502Z202373041）https：∥hdxb.hqu.edu.cn/