泗洪洪泽湖湿地底泥中氮、磷特征及其与水体富营养化关系
2020-07-15周思聪沈汇超
赵 宇，周思聪，沈汇超，何 卿
（江苏省环境工程重点实验室 江苏省环境科学研究院，江苏 南京 210036）
0 引言
目前，湖泊富营养化是中国湖泊生态系统退化的主要形式之一。导致湖泊水体富营养化的N, P 等营养物质来源复杂，污染源控制极为困难[1]。湖泊底泥中含有腐殖质，是湖泊营养盐的重要蓄积库，大量污泥的淤积不仅会加速湖泊的沼泽化，而且对湖泊水质及生态系统造成严重威胁。当外界环境发生变化时，底泥作为内源污染会释放出N, P 等营养元素[2-4]，促进藻类大量增殖，对水体富营养化程度产生了重要影响。研究沉积物中N,P 等营养物质的分布规律，对水体营养化的治理和控制具有十分重要的意义。
泗洪洪泽湖湿地位于江苏省泗洪县南部约25 km，核心区面积近 1 万 hm2，2006 年 2 月 11 日被国务院批准为国家级自然保护区。近年来，随着洪泽湖周围人口增加，人为活动日益频繁，水体水质开始恶化，大量水藻繁殖生长，水体富营养化现象日益凸显，严重影响了水生动植物的生长。有关泗洪洪泽湖湿地底泥中N,P 与水体富营养化关系的研究鲜有报道。
本研究以洪泽湖湿地表层新鲜沉积物和水体为主体，研究了泗洪洪泽湖湿地底泥中N,P 特征及其与水体富营养化的关系，为洪泽湖水体富营养化的治理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 采样与分析方法
（1）采样点的设置
本研究共设6 个样点，点位分布见图1。
图1 泗洪洪泽湖湿地采样点
（2）样品的采集
分别于 2018 年夏（8 月份）、秋（11 月份）2 季，于上述所选样点采集水样和底泥。在同一垂直面上先用颠倒式采水器采水样，取样后放入车载冰箱（4～5 ℃）里暂存，24 h 内测定水样中总氮（TN）、总磷（TP）、CODMn、浊度、叶绿素 a（chla）的含量。采集的水样距离底泥1 m。
泥样用采样器采集表层沉积物，各样点均取3～4 次，充分搅拌后取一管保存于车载冰箱中（4～5 ℃）保存待测。
1.2 实验方法
水样中TP 的测定用硫酸/硝酸消煮，钼蓝法测定；TN 采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定；COD 采用重铬酸钾法, 用COD 快速分析仪(HACHDR890, 美国)测定；Chla 采用丙酮浸泡分光光度法测定；水体透明度采用塞氏盘测定；底泥中TP 利用硫酸-高氯酸消煮，钼蓝法测定；TN 用凯氏定氮法测定。
1.3 水质分析方法
本研究数据分析采用综合营养指数法评价湖泊富营养化程度[5]。运用 TP，TN，浊度（SD），CODMn对其水质进行评价。TLI 公式如下：
式中：TLI（Σ）表示综合营养状态指数；TLI（j）代表第j 种参数的营养状态指数；Wj为第j 种参数的营养状态指数的相关权重。
为了说明湖泊富营养状态情况，采用0～100 进行营养分级：TLI(Σ) < 30，贫营养；30 ≤ TLI(Σ) ≤50，中营养；50
2 结果与讨论
2.1 水体富营养化随季节变化关系
水体富营养化随季节变化关系见图2。
图2 夏秋季节水体富营养化指数
由图2 可知，泗洪洪泽湖湿地各点位秋季TLI普遍低于夏季。夏季为洪泽湖丰水期，流域内降雨集中，淮河等汇入河流水位上升，涵闸放水行洪，枯水期积聚的污水等汇入洪泽湖；此外，农业种植产生的农田退水随地表径流进入水体，导致水体TLI持续上升。到了秋季，入湖水量减小，外源污染减小，水体TLI变小。
2.2 底泥中TN，TP 质量分数随季节变化关系
泗洪洪泽湖湿地夏秋季节底泥中TN，TP 含量见图3、图4。
图3 夏、秋季节各点位底泥中TN含量
图4 夏、秋季节各点位底泥中TP 含量
由图3、图4 可知，泗洪洪泽湖湿地秋季底泥中TN，TP 质量分数普遍低于夏季。虽然泗洪洪泽湖湿地中丰富的水生植被可消耗底泥中部分TN，TP，对改善和稳定洪泽湖水环境质量、控制富营养化发挥了重要作用[7]，但夏季较多的外源污染导致水体污染程度加重，底泥中TN，TP 质量分数变高。到了秋季，入湖水量减小，外源污染减小，水体TLI 变小。随着沉水植物的生长消耗，底泥中TN，TP 质量分数也进一步变少。
水体TLI及土壤中TN，TP 含量具体见表1。
表1 水体TLI 及土壤中TN，TP 含量 g·kg-1
2.3 水体Chla 与季节变化关系
在所有研究指标中，水体Chla 受季节的影响较大。夏、秋季节水体中Chla 质量浓度见图5。
图5 夏、秋季节水体中Chla 质量浓度
由图5 可知，夏季大部分样点Chla 质量浓度远大于秋季，其中S1 和S3 下降最为显著。Chla 质量浓度的高低与水体中藻类的种类和数量密切相关，是水体营养状态的表征参数[8]。从地理位置与地形地貌来看，S1 和S3 水域狭窄，水深较浅。夏季入湖水量上升，在周围人类活动的影响之下，N，P 等营养物质大量进入湖泊，造成藻类植物迅速生长，水体溶解氧下降。大量的N，P 化合物在短时间内排入湖泊，造成洪泽湖自净能力减弱，大量藻类过度繁殖。夏、秋2 季更替时，水中藻类明显减少，导致Chla 下降较为明显。
3 对策建议
为有效改善泗洪洪泽湖湿地富营养化现象，必须针对不同季节、不同区域统筹安排，有序推进。既要控制外源污染，又要避免内源污染，在必要时还应制定水体综合治理方案，及时避免水体进一步恶化。
3.1 外源污染控制
目前，泗洪洪泽湖湿地外源污染是导致水体富营养化的关键，减少外源污染能有效改善富营养化现象。应加强湿地周边农业面源污染控制，提高生活污水处理率，同时提升水环境监测能力。
开展农业面源污染治理。削减洪泽湖周边农业面源污染，控制N，P 肥使用及排放量。推广测土配方，减少化肥使用量，提高化肥的使用效率。治理规模化养殖污染，按照“减量化、无害化、资源化、生态化”要求，进一步提高畜禽养殖污染治理技术水平。合理有效利用养殖废弃物，提高资源化利用水平。通过生态农业工程建设，大力推进农业新技术研究和应用[9]。
加强生活污水处理设施建设。实现流域内工业废水达标排放，完善污水处理设施建设，加快生活污水集中处理。根据农村不同区位条件、村庄人口聚集程度、污水产生规模，因地制宜采用污染治理与资源利用相结合、工程措施与生态相结合、集中与分散相结合的建设模式和处理工艺，同时要加强改厕与农村生活污水治理的有效衔接。
提升水环境监测能力。建立洪泽湖湿地生态系统网络监测体系，加强对泗洪洪泽湖周边生活污水处理设施进出水口的监测，提高夏季（7~9 月）监测频次； 建立洪泽湖周边生活污水处理设施定期监测制度，加强环境监测部门的技术装备，严格工程验收和运行维护情况的跟踪监测。
3.2 内源污染控制
底泥和植物等内源也可能释放N，P 等营养元素，对水体造成二次污染。常见的内源污染控制技术有清淤挖泥和生物修复等[10]。
适时清淤挖泥。定期对洪泽湖水体及底泥进行监测，掌握底泥特征及水体中污染物性质，并对其进行全面系统的调查分析，制定有针对性的处理方案。在有效清除水体中内源污染物的同时，需要合理选取施工方法，科学安排施工时间，减少疏浚对动植物生存环境的破坏，保护生物多样性。
加强生物修复技术研究。微生物群对透明度、Chla 含量的改善有明显的效果，可有效抑制藻类的生长，防止水华的发生[11]。应因地制宜研发适合泗洪洪泽湖湿地的生态环保、可持续发展的环境友好型修复技术，例如水生植物修复、微生物修复、水生动物修复技术等，坚持标本兼治，合理考虑物种间的相互作用及生态安全，切实有效开展富营养化的控制和治理。
4 结论
泗洪洪泽湖夏季部分区域水体出现轻度富营养化，秋季未出现富营养化现象。N，P 营养元素过高是引起水体富营养化的根本原因。底泥中TN，TP 含量在夏季高于秋季，虽然沉水植物的生长消耗了底泥中部分TN，TP，但受丰水期外源污染的影响较大。夏季藻类营养源N，P 丰富，生长迅速，水体溶解氧下降，水体自净能力减弱，导致大部分样点Chla 含量远大于秋季。为有效改善泗洪洪泽湖季节性富营养化现象，主要从控制污染源出发，结合多种治理手段，重点开开展农业面源污染治理、加强生活污水处理设施建设、提升水环境监测能力，并适时清淤和加强生物修复技术研究，逐步恢复洪泽湖生态系统的结构和功能，从而使湖泊富营养化问题得到真正解决。
