南通市区河流底泥营养物质污染特征及环境风险分析

赵 力，蒋 慧，董 艳，钱 鹏，方淑荣

南通大学地理科学学院，江苏 南通 226007

底泥是河流生态系统的重要组成部分，既可蓄积各种污染物，又会向上层水体释放污染物质，是一种动态平衡的过程，对河流生态系统具有重要影响。

南通市域内河网纵横，但大量排放的污染物给南通水环境造成极大的污染和破坏。另一方面，南通地势平缓，水流速度极慢，对污染物的稀释扩散能力弱，导致污染物在一些闸口、转弯处和河流末端等区域极度富集［1］。近年来，在南通市某些污染严重的河段，已经出现河水发臭，藻类丛生等现象。该文在研究底泥营养物质污染特征的基础上，对南通市区河流底泥进行了环境风险评价。

1 实验方法

1.1 底泥采样点设置

选择南通市区内的学田河、南川河、法伦寺河、城山河及西山河为研究对象，每条河流各选取了6个采样点，见表1。

利用抓斗式采样器采集0～10 cm的表层底泥样品，样品采集后，装入聚乙烯密封袋中，迅速带回实验室。底泥样品经自然风干后，去除砾石颗粒、植物残体等杂物，用研钵研磨成粉末，过 0.150 mm筛，储存在密封袋中备用。

表1 河流底泥采样点

1.2 实验方法

有机质(重铬酸钾氧化-比色法)，总氮(开氏消煮法)，氨氮(KCl浸提-靛酚蓝比色法)，硝酸盐氮(饱和硫酸钙提取-紫外分光光度法)，总磷(高氯酸硫酸消解-钼锑抗比色法)，无机磷(钼锑抗比色法)。

实验用水采用超纯水，所用仪器均经过校准，每个监测指标测定3个平行样(相对偏差均保持在10%内)。

2 结果与讨论

2.1 有机质

河流底泥中的有机质含量影响着氮、磷、重金属等污染物的吸附和释放过程，对河流水质有着重要的影响。有机质含量高，会造成底泥中富集的污染物增加;另一方面，丰富的有机物有利于微生物的生长繁殖，分解大量的有机物，使其他污染物的释放速度加快［2］。

每条河流各个采样点底泥中有机质含量的平均值数据见图1，平均值最高的是西山河(75.80 g/kg)，然后依次为学田河(58.74 g/kg)＞法伦寺河(53.13 g/kg)＞城山河(41.75 g/kg)＞南川河(40.05 g/kg)。

图1 底泥有机质含量平均值

2.2 氮

氮作为主要营养元素，是水生生态系统初级生产力的关键限制性因子［3］。其中氨氮、硝氮属于可交换性氮，可以直接被初级生产者吸收，对水生态系统具有重要的生态意义。同时，可交换性氮也可以在底泥和上覆水体之间进行氮素交换［4］。

每条河流各个采样点底泥中总氮、氨氮和硝氮的平均值数据见图2。氮素中氨氮所占的比例较大，氨氮属于溶解性可交换氮，当环境条件改变时，可以重新释放入河水中。总氮含量由高到低的顺序为学田河(2 131.67 mg/kg)＞西山河(2 066.33 mg/kg)＞南川河(1 650.67 mg/kg)＞法伦寺河(1 593.33 mg/kg)＞城山河(1 310.33 mg/kg);氨氮含量则为学田河(1 522.77 mg/kg)＞西山河(1 310.40 mg/kg)＞法伦寺河(1 129.12 mg/kg)＞南川河(1 021.88 mg/kg)＞城山河(817.08 mg/kg);硝氮含量为西山河(2.02 mg/kg)＞学田河(1.91 mg/kg)＞南川河(1.72 mg/kg)＞法伦寺河(1.43 mg/kg)＞城山河(1.34 mg/kg)。

2.3 磷

磷是水体富营养化的限制性因子，底泥是河流磷素的重要储存库，通过不断释放与吸附，维持着动态平衡［5］。

每条河流各个采样点底泥中总磷、无机磷、活性有机磷含量的平均值数据见图3。磷素中无机磷所占的比例较大，无机磷更容易被藻类利用，引起藻类增殖。总磷含量由高到低的顺序为法伦寺河(455.82 mg/kg)＞南川河(451.12 mg/kg)＞西山河(410.81 mg/kg)＞城山河(362.25 mg/kg)＞学田河(358.12 mg/kg);无机磷含量为南川河(365.55 mg/kg)＞法伦寺河(353.78 mg/kg)＞西山河(333.46 mg/kg)＞城山河(288.88 mg/kg)＞学田河(278.98 mg/kg);活性有机磷含量为法伦寺河(102.03 mg/kg)＞南川河(85.57 mg/kg)＞学田河(79.14 mg/kg)＞西 山河(77.34 mg/kg)＞城山河(73.38 mg/kg)。

图2 底泥总氮、氨氮和硝氮含量平均值

图3 底泥各形态磷含量平均值

2.4 污染最重的监测点分析

学田河有机质、各形态氮、磷浓度最高点均出现在学田东苑，因其周围有农田，施用的化肥和农田土壤营养物会随地表径流汇入河中，所以污染较重。

南川河有机质、各形态氮、磷含量在虹桥夜市处最高，其周围有大量大排档，产生的污水及厨余垃圾很大比例都直接排入河中，导致此处的营养物质含量维持较高水平;

法伦寺河在东景国际处有机质、总氮、氨氮及硝氮的浓度最高，因为污染较重的校西河在东景国际断面前与法伦寺河汇流，经过长时间的沉积富集，导致该处污染加剧;总磷、无机磷和活性有机磷的最高浓度出现在德民桥，由于其附近有很多小餐馆、大排档，排放大量的污水和厨余垃圾，使德民桥处磷污染严重。

城山河有机质、各形态氮、磷污染最重的地点均出现在苏果超市。这与此处河流水面较窄，深度较浅，污染物不易扩散有关。

西山河在红星路北处的有机质、各形态氮、磷营养物含量均最高，由于其周围的河流堤坡上有不少裸露的土地，土壤中的营养物质会被冲刷到河中，导致污染较重。

2.5 研究河流各采样点变异系数分析

变异系数表示了地理数据的相对变化波动程度［6］，各研究河流中，南川河有机质、总氮、氨氮、硝氮的变异系数，法伦寺河有机质的变异系数，城山河总磷、无机磷的变异系数相对较高，指示它们受人为活动干扰相对较大(表2)。

表2 各采样点变异系数分析

3 底泥营养物质环境风险评价

底泥中营养物质是形成富营养化的重要因素，是水体营养物质沉积与释放动态平衡的结果。污水排放、地表径流及生物残骸会造成底泥中营养物质不断积累，而当入河营养负荷减少后，底泥中的营养物质会逐渐释放，仍对水质造成威胁。

3.1 有机指数法

有机指数法可用于评价水体底泥肥力，是反映水体底泥有机污染情况的重要方法，计算方法及评价标准( 见表3)［7］:

表3 底泥有机指数评价标准

该研究采用营养物质含量的平均值进行评价，学田河、南川河、法伦寺河、城山河和西山河的有机指数分别为 0.288、0.203、0.199、0.166 和0.461。各研究河流底泥的有机指数均超过0.05，为肥污染级。其中最为严重的为西山河，为评价标准的9倍，其次依次为学田河、南川河、法伦寺河和城山河。说明各研究河流有机污染很严重，是河流生态风险的潜在因素，必须采取措施加以防治。

3.2 营养物质比值

各研究河流底泥中有机碳与总氮含量比(C/N)、有机碳与总磷含量比(C/P)、总氮与总磷含量比(N/P)见表4。

表4 底泥营养盐含量比值

水域底泥中的C/N可以反映其营养盐来源，主要来源不同，C/N不同。有研究表明，如营养盐主要来源为高等植物，则为14～23，藻类为5～14，浮游动植物约为6.0～6.3，底栖动物为2.8～3.4［8］。从表5可以看出，C/N由高到低的顺序为西山河＞法伦寺河＞城山河＞学田河＞南川河。各条河流的C/N比值几乎都接近或超过23，说明这些河流底泥中营养盐的来源除了河流中的藻类及植物外，更多来源于周围环境，陆源有机质占多数。

河流中的C/P关系较为复杂，目前还没有较为统一的评价方法和标准。除学田河外，其他河流的C/P由高到低的顺序与C/N基本吻合。

底泥中N/P在某种程度上反映了水体的营养化状态。学田河和西山河底泥中N/P值较高，表明它们的富营养化程度要高一些，甚至高于国内一些富营养化湖泊［9］。现场调查中发现河流的某些河段已出现河水发臭，藻类丛生现象，应予以重视，避免大面积富营养化的发生。

4 底泥营养盐相关性分析

各研究河流底泥中有机碳与总氮、有机碳与总磷的相关性方程见表5。

表5 底泥有机质和总氮、总磷相关性分析

学田河、南川河、法伦寺河及城山河底泥中有机质与总氮，南川河有机质与总磷之间有着良好的线性相关性，说明有机质与总氮或总磷可能具有一定的同源性。此外，可以用相关方程中的一种指标(特别是实验测定方法相对简单的指标)的含量预测另一种指标的含量。

5 结论

1)学田河底泥中总氮、氨氮的污染最为严重，西山河有机质、硝氮的污染最为严重，法伦寺中总磷、活性有机磷的污染最为严重，南川河无机磷的污染最为严重。

2)5条研究河流底泥的有机污染指数均超过0.05，为肥污染级，其中最为严重的是西山河。

3)5条研究河流的C/N都很高，说明这些河流的营养物质来源除了河流中的藻类及植物外，主要为周围环境。

4)学田河和西山河表层底泥中N/P较高，说明它们的富营养化程度相对较高。

5)学田河、南川河、法伦寺河及城山河底泥中有机质与总氮，南川河有机质与总磷之间有着良好的线性相关性。

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