伊通河城区段表层沉积物营养盐分布的研究

李春明，赵可，陈际峰，王金鑫

（吉林建筑大学，吉林 长春 130000）

伊通河，发源于吉林省伊通县境内，有23 km河段流经长春市，贯穿长春市南北。伊通河及其支流基本承纳了长春市全部的生活污水和工业废水，部分河段水质长期呈现劣Ⅴ类，水体富营养化等污染十分严重。研究河流沉积物中营养盐的分布对其水生态环境的控制和改善具有重要意义[1-2]。本研究通过对河流表层沉积物中氮、磷、有机质质量分数的测定，分析其分布特征，并对其污染状况进行评价，了解河流底质营养盐污染现状，以期为河流水环境治理与保护提供一定的参考依据。

图1 伊通河采样点位

1 调查研究

1.1 采样点布设与样品采集

以伊通河流经长春市区内的23 km 河段为研究区域，选择7 个采样点位，分别为：新立城水库、南绕城高速桥、南三环南拦河闸、小板桥橡胶坝、兴华拦河闸、四化拦河闸、北湖大桥，记为S1～S7。其中S1 点位为本研究区段的源头，水质较好，周围农田居多，是本市重要的水源和防洪屏障；S2～S7点位人员密集，周围多建筑、道路，有公园、拦河闸、排水口等设施。

采样工作于2019年11月进行，采用彼得森采泥器采集表层沉积物样品于密封袋中，经低温避光保存后，运输至实验室以备检测。

1.2 样品处理与分析

将采集表层沉积物样品的杂质去除后风干，研磨过筛，置于干燥器中待测，主要测定项目为有机质（OM，采用烧失量法）、总氮（TN，采用过硫酸盐消解法）、总磷（TP，采用氢氧化钠碱熔法）。

1.3 污染评价方法

根据相关文献，采用综合污染指数法[3]、有机指数法[4]和加拿大安大略省环境和能源部（1992）制定的沉积物环境质量指南[5]等方法，对沉积物中营养盐污染状况进行评价。

1.3.1 沉积物环境质量指南

采用沉积物中能引起最低级别生态毒性效应的总氮和总磷的质量分数作为评价因子的标准值（0.055%和0.060%），评级标准见表1。

表1 评级标准

1.3.2 综合污染指数法

计算公式如式（1）、式（2）所示，评价标准见表2。

式中：i—评价因子；

Si—单项因子的评价指数；

Ci—评价因子的实测值；

Cs—评价因子的标准值。

式中：F—n项污染指数的平均值；

Fmax—最大单项污染指数。

表2 湖泊沉积物污染程度等级

1.3.3 有机指数法

计算公式如式（3）、式（4）和式（5）所示，评价标准见表3、表4。

表3 沉积物有机指数评价标准

表4 沉积物有机氮评价标准

2 结果与分析

2.1 表层沉积物营养盐分布特征

由图2 可知，河流表层沉积物中OM 质量分数范围为0.03%～0.17%，平均值为0.10%，其中最高值和最低值分别位于S4 和S3 点位，空间分布差异显著。本研究河段周围多市区，受生活污水影响较大，其中S1、S4、S5 点位OM 质量分数较高，这可能与其周围草木繁多及水生植物大量生长有关。

表层沉积物TN、TP 质量分数的空间分布整体上呈现下游高于上游的趋势，空间分布差异较显著。TN 质量分数范围为304～1 005 mg·kg-1，平均值为564 mg·kg-1，其中最高值和最低值分别位于S6 和S2点位。TP 质量分数范围为196～597 mg·kg-1，平均值为338 mg·kg-1，其中最高值和最低值分别位于S6和S4 点位。此结果与前人研究结果相比较，TN、TP 质量分数平均值均有所下降，但整体上呈现出下游较上游污染严重的趋势[6]，分析其原因是与近阶段伊通河长春段采取的治理行动有关，说明此次治理中底泥污染状况较为改善。

根据沉积物环境质量指南标准值，判断研究区域OM、TP 质量分数均未超过最低级别；S2、S3、S5、S7 点位TN 质量分数均未超过最低级别，而S1、S4、S6 点位TN 质量分数偏高，但未超过严重级别。结果表明，研究区域内OM、TN、TP 质量分数均具有生态风险效应，对环境有一定的潜在危害。

图2 表层沉积物营养盐含量

2.2 表层沉积物营养盐污染状况评价

2.2.1 综合污染指数评价

如图3 所示，污染指数法评价结果表明：表层沉积物TN、TP 单项污染评价指数范围为0.55～1.83、0.33～1.00，平均值为1.03、0.56。分别有28.6%、14.3%点位TN 属于轻度、中度污染，有42.9%点位TP 属于轻度污染，其余点位均为清洁状态。表层沉积物综合污染指数范围为0.52～1.63，平均值为0.90。分别有28.6%、14.3%点位属于轻度、中度污染，其余点位均为清洁状态。表层沉积物TN、TP 单项污染以及综合污染程度均表现为下游高于上游的趋势，相比于TN 和TP 在空间上的分布规律一致。

上述结果表明河流表层沉积物中存在一定的氮、磷污染风险。这与通过沉积物环境质量指南标准所判断的结果较为一致，均表明所研究区域内表层沉积物都受到了一定程度的污染，尤其是S6 点位氮污染最为严重，须控制外来污染。

2.2.2 有机污染指数评价

各个采样点位的有机指数值如图4 所示，结果表明：有机污染指数范围为0.001～0.006，平均值为0.003，均属于清洁状态。有机氮指数范围为0.029～0.095，平均值为0.054，整体上属于较清洁状态，针对单个采样点而言，分别有57.1%、42.9%点位属于轻度、中度污染。

图3 表层沉积物污染指数

图4 表层沉积物有机污染指数

上述结果表明河流表层沉积物有机污染较轻，但存在一定的有机氮污染风险。有机指数与综合污染指数评价结果一致，均显示河段多数点位表层沉积物污染较轻，个别点位存在一定的氮磷污染和有机污染，如S1、S4、S6 点位。区段污染较为严重的原因主要是周边环境污染物随径流流入河流，S1 点位处于新立城水库出水位置，且周边有农田耕地，S4、S6 点位周边为公园，受拦河闸等的影响，水流量较小，河流中污染物不易扩散。因此，在该河段后期的治理工作中仍应继续控制外源输入。

3 结论

1）伊通河河流表层沉积物中TN、TP 和OM 的质量分数较低，空间格局分布上均表现为下游高于上游的趋势，河流氮污染风险较为严重。研究区域河流表层沉积物中OM、TP 质量分数均未超过最低级别，TN 质量分数最高值未超过严重级别，表明其营养盐成分具有生态风险效应，对环境有一定的潜在危害。

2）综合污染指数、有机污染指数评价均表明，河流表层沉积物属于清洁状态，有机氮污染指数评价表明其基本处于较清洁状态，整体呈现为下游高于上游的趋势，这与TN、TP 质量分数的空间分布情况相一致。河流表层沉积物中存在一定的氮、磷污染风险，有机污染较轻，但存在一定的有机氮污染风险。整体评价结果表明，伊通河长春段表层沉积物存在一定的安全风险，在后续防治工作中应对此加以重视。