太湖貢湖表層底泥營養(yǎng)物質污染特征分析

0引言

底泥是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅可以直接反映水體的污染情況、水動力狀態(tài)，而且易在外界水動力因素制約下向上覆水體釋放營養(yǎng)成分，造成富營養(yǎng)化，影響湖泊水質[1]。特別是對于太湖這種大型淺水湖泊，營養(yǎng)鹽進入湖區(qū)后會在底泥和水體之間反復多次循環(huán)，在較長一段時間內，底泥會充當營養(yǎng)鹽的吸收劑，導致營養(yǎng)鹽在底泥中蓄積。由于風力和湖流引起的湖泊底泥擾動使沉積物處于再懸浮狀態(tài)，會強烈影響營養(yǎng)物質在沉積物-水界面間的再分配，有助于營養(yǎng)鹽的釋放或再生[2]

太湖是中國第三大淡水湖泊，是江浙滬地區(qū)的重要水源地，也是整個流域的水資源調配中心和水生態(tài)系統(tǒng)核心，對長江下游地區(qū)的經濟發(fā)展有舉足輕重的作用。因此，太湖的富營養(yǎng)化問題一直受到社會各界關注。相關研究表明：太湖底泥內源污染物釋放是導致水體富營養(yǎng)化的原因之一[3-4]，在一定的條件下，底泥中的營養(yǎng)物質會釋放到水體中，引起水體富營養(yǎng)化。 2005～2022 年，相關學者針對太湖不同區(qū)域底泥中的氮、磷、有機質等營養(yǎng)物質開展了一系列研究，包括氮污染分布規(guī)律及生態(tài)風險[1]、總磷含量特征[4-5]、水體及表層沉積物磷空間分布[6]、太湖西湖人湖河口區(qū)表層沉積物磷素分布[7-8]、不同介質中磷的污染特征[9]等。已有的研究成果在一定程度上揭示了太湖底泥中營養(yǎng)物質的分布規(guī)律和變化特點，但是對于太湖貢湖區(qū)域缺乏系統(tǒng)性研究。

本文結合水利部太湖流域管理局組織實施的太湖水下地形測量及污染底泥勘察項目成果，主要聚焦太湖北部湖區(qū)貢湖，以與湖水物質交換較為頻繁的表層底泥為重點，研究 0～10cm 底泥中總磷、總氮、有機質、銨態(tài)氮等營養(yǎng)物質的分布特征，探討人類活動與營養(yǎng)物質分布的關系，為新時期太湖治理提供依據(jù)。

1 研究概況

貢湖位于太湖東北部（圖1），水域面積 164km² ，湖底平坦，平均水深約 1.8m ，西南部灣口連通梅梁灣與太湖湖心，東北角承接望虞河，是太湖的重要組成部分，緊鄰江蘇省無錫市，與貫穿市區(qū)的河網緊密相連。貢湖是“引江濟太”調水入太湖的直接受水區(qū)和太湖洪水外排的重要出口，同時也是無錫、蘇州兩市重要水源地。2021年貢湖水質為V類，與太湖全湖水質類別相同；富營養(yǎng)化程度為輕度富營養(yǎng)，優(yōu)于全湖的中度富營養(yǎng)[10]

2 材料與方法

2.1 采樣點布設與樣品采集

根據(jù)《湖泊富營養(yǎng)化的調查規(guī)范（第二版）》]，按照 2km×2km 正方形網格布設取樣點，靠近河道、岸邊等區(qū)域適當加密，共布設27個取樣點（圖1）。研究采集表層底泥，采用箱式采樣器采集，分離出上部0～10cm 的底泥，裝入密實聚乙烯塑料袋和聚乙烯塑料瓶中，加入少量 10% 乙酸鋅固定。

2.2 檢測方法

為了解貢湖表層底泥的污染狀況，本次底泥測定指標為總磷、總氮、有機質和銨態(tài)氮，檢測方法及標準見表1。

3 結果與分析

3.1主要營養(yǎng)物質的污染情況分析

統(tǒng)計分析貢湖 0～10cm 表層底泥中總磷、總氮、有機質、銨態(tài)氮的含量，具體結果如下。

（1）總磷。平均含量為 712mg/kg ，變化范圍是453～1187mg/kg 。根據(jù)美國環(huán)境保護署（EPA）制定的底泥分類標準[12]， 33% 的采樣點表層底泥總磷含量評價為中度污染（ 420～650mg/kg ）， 67% 的采樣點為重度污染（ gt;650mg/kg 。

（2）總氮。平均含量為 1273mg/kg ，變化范圍為622～1770mg/kg 。根據(jù)美國環(huán)境保護署（EPA）制定的底泥分類標準[12]， 19% 的采樣點表層底泥總氮含量評價為輕度污染（ lt;1000mg/kg 》 81% 的采樣點為中度污染 1000～2000mg/kg） 。

（3）有機質。平均含量為 1.58% ，變化范圍為0.61%～2.31% 。

（4）銨態(tài)氮。平均含量為 77.5mg/kg ，變化范圍為 15.6～206mg/kg 。

3.2綜合污染指數(shù)評價

根據(jù)上述統(tǒng)計結果，貢湖表層底泥總磷污染程度處于中度污染至重度污染水平，總氮污染程度處于輕度污染至中度污染水平，為反映貢湖的總磷、總氮現(xiàn)狀及污染特征，按照綜合污染指數(shù)法[1]對貢湖表層底泥污染情況進行評價。計算公式為

S_i=C_i/C_s

式中： S_i 為單項評價指數(shù)或標準指數(shù)， 表示含量超過標準值； C_i 為評價因子 i 的實測值； C_s 為評價因子 i 的標準值，總氮、總磷的標準值采用1960年太湖底泥中 TP，TN實測值的平均值[13]，分別為440mg/kg，670mg/kg，F(xiàn) 為 n 項污染物污染指數(shù)的平均值； F_max 為最大單項污染指數(shù); FF 為綜合污染指數(shù)。貢湖底泥綜合污染程度分級見表2（ S_TP 為總磷指標評價指數(shù)， S_TN 為總氮指標評價指數(shù)）。

根據(jù)綜合污染指數(shù)法，貢湖表層底泥總磷單項污染指數(shù)為1.62，評價等級為V級；總氮單項污染指數(shù)為1.90，評價等級為Ⅱ級;綜合污染指數(shù)均為2.59，評價等級為IV級，處于重度污染水平。

3.3有機污染指數(shù)評價

綜合污染指數(shù)法綜合考慮了表層底泥中氮、磷含量的影響，一定程度上忽略了有機質指標對湖泊污染程度的影響，而太湖底泥富營養(yǎng)化主要由于有機物、氮和磷的含量較高，需綜合考慮氮、磷和有機質共同對底泥的影響，采用有機污染指數(shù)評價方法對底泥有機污染現(xiàn)狀進行評價。計算公式如下：

OI=OC×ON

ON=TN×0.95

OC=OM/1.724

式中： OI 為有機污染指數(shù)， OIlt;0.05 污染程度為I類（清潔） 0.05?OIlt;0.20 為 I 類（較清潔） 0.20?OI lt;0.50 為Ⅱ類（尚清潔）、 OI?0.5 為 IV 類（有機污染）； oc 為有機碳含量； 為有機氮含量， oM 為有機質含量。

從表3可以看出，根據(jù)有機污染指數(shù)評價方法計算，有機污染指數(shù) OI 為1.11，污染等級為V類，污染程度為有機污染。

3.4 歷史數(shù)據(jù)對比

將2023年成果與2002年實施的底泥調查成果[13]進行對比，分析貢湖表層底泥的營養(yǎng)物質變化情況。從表4可以看出：相比于2002年，本次貢湖表層底泥營養(yǎng)物質含量均出現(xiàn)不同程度下降；其中有機質和銨態(tài)氮下降最為明顯，分別為 40% 和39% ，總磷下降也較為明顯，達到 16% ，總氮下降幅度最小，為 8% 。

分別用綜合污染指數(shù)法和有機污染指數(shù)法對2002年貢湖表層底泥營養(yǎng)物質進行評價（表5），可以看出：根據(jù)綜合污染指數(shù)法、有機污染指數(shù)法，本次與2002年評價等級一致為V級，處于重度污染和有機污染水平，但總磷單項污染評價指數(shù)、總氮單項污染評價指數(shù)、綜合污染指數(shù)、有機污染指數(shù)均出現(xiàn)不同程度降低，其中總氮單項污染評價等級提升一個級別，由V級好轉為Ⅲ級。

有關研究結果[8，14-15]表明，貢湖表層底泥營養(yǎng)物質的降低主要與太湖的水系變化和必要的生態(tài)清淤工程有關，貢湖的望虞河由于引江濟太工程變?yōu)槌鋈牒涌?，長江水進入太湖使得水流停留時間縮短，水流條件發(fā)生變化，太湖湖流及藻類分布發(fā)生根本性變化，有利于太湖水質的改善[16] 2007～2013 年無錫市和蘇州市對貢湖部分區(qū)域進行了生態(tài)清淤，清淤面積約14km² ，清淤量約40萬 m³ ，主要清除表層近代沉積的重污染底泥，有效減少了湖區(qū)內源污染。對比2002年和本次采樣點分布，在已開展生態(tài)清淤的范圍內挑選位置最近的采樣點，點位1位于壬子港閘外，點位2位于張橋港閘外，將底泥營養(yǎng)物質含量進行對比（表6），可以看出已清淤區(qū)域表層底泥的營養(yǎng)物質含量較2002年均出現(xiàn)明顯下降，說明生態(tài)清淤對于太湖表層底泥污染物的減少有顯著效果。

將貢湖已清淤區(qū)域的表層底泥營養(yǎng)物質平均含量與全湖平均進行對比，發(fā)現(xiàn)雖然已清淤區(qū)域的營養(yǎng)物質含量較2002年明顯降低，但由于已清淤區(qū)域本底條件較差，營養(yǎng)物質含量依然高于貢湖平均水平。相關研究[17-19]表明，豐富的有機污染底泥是湖泛形成的基礎要素之一。2020年貢湖發(fā)生湖泛的區(qū)域就處于已清淤范圍內，所以需持續(xù)關注已清淤區(qū)域，深入研究湖泛與底泥狀況的響應關系，合理確定清淤方案，定期開展生態(tài)清淤，并注重對于清淤效果的評價，以保證達到預期目標。

4 結論與建議

（1）太湖貢湖表層底泥中營養(yǎng)物質總磷、總氮、有機質和銨態(tài)氮平均含量分別為 712mg/kg，1273 mg/kg，1.58% 和 77.5mg/kg ，綜合污染指數(shù)評價和有機污染指數(shù)評價等級均為V級，處于較高污染水平。

（2）和2002年相比，綜合污染指數(shù)評價和有機污染指數(shù)評價結果均仍為 IV 級，但營養(yǎng)物質濃度均出現(xiàn)明顯下降，有機質和銨態(tài)氮下降最為明顯，達到 40% ，總磷下降 16% ，總氮下降 8% 。

（3）生態(tài)清游對于減少貢湖表層底泥中的營養(yǎng)物質有明顯作用，但清淤區(qū)域營養(yǎng)物質含量仍高于貢湖平均水平，需持續(xù)關注。應深入研究湖泛與底泥狀況的響應關系，定期開展生態(tài)清淤，并注重清淤效果評價。

參考文獻：

[1]王佩，盧少勇，王殿武，等.太湖湖濱帶底泥氮、磷、有機質分布與污染評價[J].中國環(huán)境科學，2012，32（4）：703-709.

[2] 張路，范成新，秦伯強，等.模擬擾動條件下太湖表層沉積物磷行為的研究[J].湖泊科學，2001（1）：35-42.

[3]] 秦伯強，范成新.大型淺水湖泊內源營養(yǎng)鹽釋放的概念性模式探討[J].中國環(huán)境科學，2002（2）：55-58.

[4] 成新，江溢，蔣英姿.太湖底泥與污染情況調查[C」/中國水利學會.太湖高級論壇交流文集.北京：中國水利學會，2004：272-280.

[5] 劉凌，崔廣柏，王建中.太湖底泥氮污染分布規(guī)律及生態(tài)風險[J].水利學報，2005（8）：900-905.

[6] 陳啟慧，郝振純，崔廣柏，等.太湖底泥總磷含量特征分析[J].水利水電技術，2005（3）：13-14，22.

[7] 孫文佳，王國祥，李曉君，等.太湖西部入湖河口區(qū)表層沉積物磷素分布特征[J].環(huán)境工程，2017，35（7）：190-194.

[8] 毛新偉，件薈穎，徐楓.太湖底泥主要營養(yǎng)物質污染特征分析[J].水資源保護，2020，36（4）：100-104.

[9] 蔡梅，陸志華，王元元，等.太湖不同介質中磷的污染特征及其治理啟示[J].環(huán)境科學，2022，43（5）：2575-2585.

[10] 水利部太湖流域管理局.太湖健康狀況報告[R].上海：水利部太湖流域管理局，2022.

[11] 金相燦，屠清瑛.湖泊富營養(yǎng)化調查規(guī)范（第二版）[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，1990.

[12] 王蘇民，竇鴻身.中國湖泊志[M].北京：科學出版社，1998：171-377.

[13] 房玲娣，朱威.太湖污染底泥生態(tài)疏浚規(guī)劃研究[M].南京：河海大學出版社，2011：22-34.

[14] 沈愛春，徐兆安，吳東浩.藍藻大量堆積、死亡與黑水團形成的關系[J].水生態(tài)學雜志，2012，33（3）：68-72.

[15] 劉俊杰，陸雋，朱廣偉，等.2009-2017年太湖湖泛發(fā)生特征及其影響因素[J].湖泊科學，2018，30（5）：1196-1205.

[16] 辛華榮，朱廣偉，王雪松，等. 2009～2018 年太湖湖泛強度變化及其影響因素[J].環(huán)境科學，2020，41（11）：4914-4923.

[17] 紀海婷，吳榮榮，龔慧，等.太湖西北部近岸水域近10年湖泛情況淺析[J].水利技術監(jiān)督，2020（2）：287-290，294.

[18] 吳娟，林荷娟，薛濤.基于事件驅動的太湖流域抗咸保供“四預\"應用[J].人民長江，2025，56（2）：1-8.

[19] 李順章，李思昊，陳彥彤，等.環(huán)太湖各水資源分區(qū)入出湖總氮負荷與濃度變化［J].水利水電快報，2023，44（4）：115-122.

（編輯：李晗）

Analysis of nutrient pollution characteristics in surface sediment of Gonghu Bayin TaihuLake

LIU Cun，YU Xiaoliang，SHI Yadong （Monitoring Center ofHydrology WaterResourcesof Taihu Basin，Wuxi 214024，China）

Abstract： In order to explore the current statusand change characteristics of nutrients in the surface sediment of Gonghu Bayin Taihu Lake，the nutrientsinthesedimentofOtolOcm wereanalyzed basedonthelatest surveyresultsof Taihu Lake，and compared withthe historical surveydata.Theresultsshowed that the averagecontents oftotal phosphorus，total nitrogen，organic matter and ammonium nitrogen in the surface sediment of Gonghu Bay were 712mg/kg，1273mg/kg ， 1.58% and 77.5 mg/kg，respectively.The comprehensive polution index and organic polution index evaluation were all level V，which was intheserious pollution level.Compared with thelast survey，theevaluation grade wasthesame，and thecontentof nutrients decreased significantly.Eological desilting hadanobvious efecton thereductionof sediment nutrients，butthenutrientcontentinthedesilting area was stillhigherthantheaverage levelofGonghuBay.Itis necessary to deplystudythe response relationship between lake flooding and sediment status，carryoutecological desilting regularly，and pay attention to the evaluation of the desilting effect.

Key words： surface sediment；nutrients；ecological desilting; Gonghu Bay；Taihu Lake