李志清，王 俊，吳蘇舒，吳沛沛，徐季雄，肖 鵬

(江蘇省水利科學(xué)研究院，南京 210017)

湖泊是一個(gè)受巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈綜合影響的復(fù)雜系統(tǒng)，湖泊底泥的形成是湖泊及流域受物理、生物和化學(xué)等綜合作用的結(jié)果。近年來，由于工業(yè)污染，養(yǎng)殖污染，農(nóng)業(yè)和生活污染，大量外源污染物持續(xù)不斷的進(jìn)入湖泊，在湖泊中積累，超過湖泊天然自凈能力，導(dǎo)致湖泊污染嚴(yán)重[1]。湖泊污染主要表現(xiàn)在兩方面，一方面為湖泊富營養(yǎng)化嚴(yán)重，典型表現(xiàn)為藍(lán)藻水華爆發(fā)，另外一方面表現(xiàn)為重金屬污染，因重金屬具有難降解、高毒性、易富集等特點(diǎn)，釋放出來的重金屬不僅會(huì)污染水體，還會(huì)通過生物富集和生物放大作用進(jìn)入食物網(wǎng)，進(jìn)而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康造成危害并危及人類社會(huì)，危害巨大[2-4]。

水體中的營養(yǎng)鹽(主要為碳氮磷)，通過沉降，擴(kuò)散等形式匯入沉積物，重金屬通過吸附沉降作用富集在沉積物。當(dāng)水體中營養(yǎng)鹽和重金屬累積到一定程度時(shí)，在風(fēng)浪擾動(dòng)、底棲擾動(dòng)、氧化還原環(huán)境改變等條件下，營養(yǎng)鹽通過擴(kuò)散、對(duì)流和再懸浮等形式不斷向上覆水體釋放，重金屬通過形態(tài)改變、濃度擴(kuò)散、界面特性改變、釋放和溶解等作用，由間隙水進(jìn)入上覆蓋水，成為湖泊的內(nèi)源污染[5-7]；諸多治湖經(jīng)驗(yàn)表明，在沉積物內(nèi)營養(yǎng)鹽和重金屬未有效降低前，即使沒有外源污染，湖泊依然可能在數(shù)年呈現(xiàn)富營養(yǎng)化和重金屬高污染化狀態(tài)[8-10]?？梢?，研究底泥中營養(yǎng)鹽的含量，分析重金屬風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)闡明水生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)鹽的循環(huán)、轉(zhuǎn)移和積累過程，以及在防止富營養(yǎng)化、控制“內(nèi)負(fù)荷”，抑制重金屬污染方面都具有重要意義。

長(zhǎng)蕩湖地跨金壇、溧陽兩縣市，湖型為長(zhǎng)茄型。具有蓄洪泄?jié)?、供水、漁業(yè)等功能，近年來，由于湖泊開發(fā)強(qiáng)度大，湖泊水生態(tài)出現(xiàn)退化趨勢(shì)，沉水植物大面積消失，湖水污染嚴(yán)重。當(dāng)前針對(duì)長(zhǎng)蕩湖水體富營養(yǎng)鹽的研究較多，而對(duì)表層沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬污染的研究較少。本文基于此，在2017年12月從長(zhǎng)蕩湖取底泥表層沉積物，分析碳氮磷和重金屬含量，分析空間特征，并對(duì)污染特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為長(zhǎng)蕩湖湖泊治理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)江蘇省人民政府實(shí)施的《江蘇省省管湖泊保護(hù)規(guī)劃》(蘇政復(fù)[2006]99號(hào))，依據(jù)該規(guī)劃對(duì)長(zhǎng)蕩湖生態(tài)功能區(qū)的劃分(資源保留區(qū)，漁業(yè)資源繁保區(qū)，生態(tài)養(yǎng)殖與景觀娛樂區(qū)和生態(tài)凈化與恢復(fù)區(qū))，綜合考慮不同的生態(tài)功能區(qū)、地理位置(湖心，湖邊)和主要出入湖河道(丹金溧漕河、湟里河和北干河等)，共設(shè)置10個(gè)采樣點(diǎn)(cdh-1～cdh-10)。

圖1 長(zhǎng)蕩湖采樣點(diǎn)分布Fig.1 Location of sampling sites in Lake Changdang

1.2 樣品采集

用柱狀取泥器采集表層0～5 cm沉積物，取樣后立即用聚乙烯袋密封，經(jīng)冷凍干燥機(jī)處理后，去除雜物，用瑪瑙研體研磨至粉末狀，過200目尼龍網(wǎng)網(wǎng)篩后儲(chǔ)備使用。

1.3 分析方法

有機(jī)質(zhì)(OM)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法；總氮(TN)采用凱氏定氮法；總磷(TP)采用堿溶-鉬銻抗分光度法。

重金屬的測(cè)定參照水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL 394-2007進(jìn)行，Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb在電熱板上經(jīng)過HCl-HNO3-HF-HClO4完全消解后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定， As和Hg使用熒光分光光度計(jì)測(cè)定。

1.4 評(píng)價(jià)方法

營養(yǎng)鹽污染評(píng)價(jià)參考《全國河流湖泊水庫底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)》進(jìn)行，重金屬污染評(píng)價(jià)采用地積累指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4.1 《全國河流湖泊水庫底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)》介紹

中國水利水電科學(xué)研究院周懷東、郝紅和王雨春等人對(duì)全國水系906個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的底泥營養(yǎng)鹽進(jìn)行了檢測(cè)和評(píng)價(jià)，編寫了《全國河流湖泊水庫底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)》，其中其對(duì)有機(jī)質(zhì)(OM)、總磷(TP)和總氮(TN)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 沉積物營養(yǎng)鹽評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Assessment standards of nutrients in sediments

1.4.2 地積累指數(shù)法介紹

地積累指數(shù)法最早由德國科學(xué)家Müller提出，其計(jì)算公式為:

(1)

式中：Igeo為地積累指數(shù);Bi為當(dāng)?shù)爻练e物元素i的背景值，本研究采用江蘇省重金屬環(huán)境背景值(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As、Hg和Ni的背景值分別為23.4、64.8、22.0、75.6、0.085、9.4、0.025和32.8 mg/kg);Ci為元素i在待測(cè)沉積物中的實(shí)際含量；k為成巖作用引起的背景值波動(dòng)參數(shù)，參考文獻(xiàn)[11]本研究取值為1.5。地累積指數(shù)與重金屬污染程度如表2所示。

表2 地積累系數(shù)與污染級(jí)別Tab.2 Igeo and pollution levels

2 結(jié)果與討論

2.1 營養(yǎng)鹽含量和空間分布特征

1長(zhǎng)蕩湖表層沉積物營養(yǎng)鹽的含量如表3所示，空間分布如圖2所示，結(jié)果表明，總磷和總氮變異系數(shù)較小，空間分布較均勻。各采樣點(diǎn)底泥總磷含量介于523～883 mg/kg，平均值為695 mg/kg，西南部水域總磷含量略高；各采樣點(diǎn)底泥總氮含量介于712～1 297 mg/kg，平均值為995 mg/kg，南部水域測(cè)點(diǎn)氮含量相對(duì)略大；各采樣點(diǎn)底泥有機(jī)質(zhì)含量介于0.97%～3.59%，平均值為2.47%，空間分布呈現(xiàn)東北部區(qū)域數(shù)值較低?？傮w而言，西部區(qū)域的cdh-4，cdh-7和cdh-10的營養(yǎng)鹽數(shù)值較高。

2.2 營養(yǎng)鹽污染評(píng)價(jià)

長(zhǎng)蕩湖表層沉積物營養(yǎng)鹽統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示，有機(jī)質(zhì)、總磷和總氮的平均值分別為2.47%、695和995 mg/kg，參考《全國河流湖泊水庫底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)》，均可達(dá)到一級(jí)斷面標(biāo)準(zhǔn)，總體情況良好。

2.3 重金屬含量和空間分布特征

表層沉積物重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示，重金屬Zn的平均含量最高，其值為136.50 mg/kg，Hg的平均含量最低，其值為0.05 mg/kg。從變異系數(shù)角度來看，空間分布差異性不大，變異系數(shù)數(shù)值在0.2附近。與江蘇省的土壤重金屬背景值相比，8種重金屬含量均超過了背景值，Cd、 Hg和Zn三者含量最高，分別達(dá)到了背景值的4.35、2.12和2.11倍；對(duì)照?qǐng)D3，從空間分布角度來看，西部區(qū)域的cd-4，cd-7和cd-10重金屬含量較高，這可能是由于周邊村鎮(zhèn)企業(yè)排污、附近的農(nóng)業(yè)污染和入湖的丹金溧漕河污染共同導(dǎo)致的結(jié)果，需加強(qiáng)治理。

2.4 重金屬污染評(píng)價(jià)

采用地積累指數(shù)法對(duì)重金屬污染水平和生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果如表5所示，重金屬Cr、Ni、As和Pb全湖平均Igeo均低于0，處于清潔水平，Cu、Zn和Hg全湖平均Igeo小于1，處于輕度污染水平，Cd全湖平均Igeo小于2，處于偏中度污染。對(duì)照?qǐng)D3可以看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)cdh-4和cdh-7污染最嚴(yán)重，該區(qū)域附近村莊密集，有王家村、李家莊和湖溪村等，人類活動(dòng)較為集中，村鎮(zhèn)企業(yè)排污和生活污水排泄入湖，造成重金屬的累積，需要加強(qiáng)治理，減輕污染。

圖2 不同點(diǎn)位表層沉積物中營養(yǎng)鹽的含量Fig.2 Nutrient content of surface sediments at each sampling site

表4 長(zhǎng)蕩湖表層沉積物重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.4 Heavy metals in surface sediments of Changdang Lake

表5 長(zhǎng)蕩湖表層沉積物Igeo值Tab.5 Igeo in surface sediments of Changdang Lake

圖3 長(zhǎng)蕩湖表層沉積物重金屬的含量分布(單位：mg/kg)Fig.3 Distributions of heavy metals in surface sediments of Changdang Lake

3 結(jié) 語

(1)營養(yǎng)鹽監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，各測(cè)點(diǎn)變異系數(shù)較小，分布相對(duì)均勻，OM、TP和TN含量相對(duì)不高，參照《全國河流湖泊水庫底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)》，各測(cè)點(diǎn)的平均值都為一級(jí)斷面，情況良好。

(2)重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，與江蘇省的土壤重金屬背景值相比，8種重金屬含量均超過了背景值，變異系數(shù)角度來看，空間分布差異性不大。地積累指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cd、Zn、Hg和Cu污染相對(duì)較重。

(3)從空間分布來看，總體而言，西部區(qū)域cdh-4，cdh-7和cdh-10，相對(duì)于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，營養(yǎng)鹽較高，重金屬含量較大，可以考慮生態(tài)清淤等措施，加以控制污染。