鄱阳湖入湖河流磷污染特征

姜 勇

（南京伯克利环境修复有限公司，江苏 南京 210018）

0 引言

人类社会的进步以及经济的发展，使得鄱阳湖及其支流的水质特征发生了变化，水体中营养物质增多，湖泊污染导致水质下降，不可避免地出现水质缺水问题，对湖水生态平衡也造成了破坏。随着鄱阳湖富营养化问题的日益凸显[1]，以及“永远保持鄱阳湖一湖清水”的要求，鄱阳湖的生态环境保护愈发受到关注。

近年来，诸多学者对鄱阳湖的水环境问题进行了研究。其中，盛文涛等[2]对鄱阳湖五条入湖河流总磷的动态变化进行了研究；王子为等[3]对鄱阳湖入湖河流总磷的控制限值进行试算，并提出控制限制的方案；唐国华等[4]对总磷在湖区转移、扩散和削减特征进行了分析和研究；很多学者还对鄱阳湖中总氮总磷的污染、相应污染物浓度的变化和主要污染源、富营养化评价方法、氮磷营养盐变化特性及沉积物中磷的赋存状态等进行了研究[5-9]，从中判断出鄱阳湖富营养化的主要因素为氮磷的增加，对鄱阳湖水污染治理具有很好的参考性和指导性。

上述研究让人们对鄱阳湖区域及相关流域主要污染物的浓度和形态组成有了一定的认知，但存在一些局限性。在研究的指标上，较集中研究TP（总磷）值，而较少关注磷形态的分布，没有较深层次研究；从讨论的角度，缺少水文因素的相关分析和磷的归因分析。

本研究以鄱阳湖入湖河流为研究对象，依据水质与水文的年度基础数据，分析主要河流中磷素的时空分布特征，以及磷素与水文条件的相关性，旨在确定入湖河流磷污染特征的差异。

1 材料与方法

1.1 研究区域

鄱阳湖是我国最大的淡水湖，地处九江、南昌、上饶三市，地理坐标115°49′～116°46′E，28°11′～29°51′N，上承赣江、抚河、信江、饶河、修河等五江之水，自南向北流入长江[1]。高水位时，鄱阳湖总面积约有4100 km2。鄱阳湖是一个过水性、吞吐型、季节性的淡水湖泊，其水质与出入湖水质关系密切[10]。

1.2 监测断面

根据水量大小[11]，选择鄱阳湖的3条主要入湖河流作为此次的监测范围，在每条河流各布设1个水质监测断面，分别为吴城赣江断面（赣江主支入湖）、塔城断面（抚河东支入湖）和瑞洪大桥断面（信江西支入湖）（详见图1）。2017年的每个月，在每个监测断面进行水文水质的取样监测，相应的数据指标有悬浮颗粒物浓度、pH值、水温、浊度、溶解氧浓度、TP浓度、DTP（溶解型磷）等指标。为了保证水文流量数据的一致性，我们的流量数据收集科学观测站的数据和离监测断面较近的水文站进行同步测量。

图1 鄱阳湖入湖河流监测断面分布示意图

1.3 分析方法

为了便于数据的快速准确获取，在监测断面使用高精度多通道便携式水质分析仪（SL1000，HACH company, USA）量测温度值、pH值以及溶解氧含量，利用塞氏盘取得水体透明度的信息，悬浮物浓度的获得使用便携式悬浮物测定仪（连华LH-SS2M）。选择过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法，使用法国全自动智能化学分析仪SmartChem进行总磷的测定。溶解型磷浓度ρ（DTP）和颗粒型磷浓度ρ（TTP）按《HJ 704-2014 土壤有效磷的测定》进行测定。选择单因子评价法，将水质指标按照国家标准进行一一比对，有超过限值的视为主要污染物[11]。

2 数据分析结果

2.1 水文水质特征

根据上述方法在每条河流的监测断面获得相应的水文水质数据，具体数据见表1。可以看出，在2017年度，监测断面的流量为赣江主支（1198.4 m3/s）＞抚河东支（451.9 m3/s）＞信江西支（434.1 m3/s），赣江主支的流量年内波动比较明显，抚河和信江年内变化较一致（图2）。 3条河流6—9月流速大小排序为赣江主支 （0.462 m/s）＞信江西支（0.356 m/s）＞抚河东支 （0.337 m/s）。各河流来水水温相差不大，平均温度范围在17.54～18.05℃。赣江主支和信江西支的来水水温整体上相差不大。入湖河流的水体均呈中性偏弱碱性，pH值的范围为6.98～7.34。水中悬浮物的含量排序为赣江主支（38.22 mg/L）＞信江西支（32.62 mg/L）≈抚河东支（32.59 mg/L），同相关文献[12]中所述的入湖河流土壤侵蚀量的现状相对应。在水体透明度方面的排序则为信江西支（0.61 m）＜抚河东支（0.62 m）＜赣江主支（0.51 m），这与水中悬浮物浓度反映出的水体混浊信息不相符，这是因为水的透明度既受到水体悬浮物的影响，也受到水中胶体颗粒的影响[13]。

表1 各监测断面水文和水质指标监测值

图2 2017年河流流量

2.2 入湖河流磷浓度的时空分布特征

从监测的数据可以得到磷浓度的时空分布（2017年），详见图3。赣江主支、抚河东支、信江西支的ρ（TP）范围分别为0.05～0.23、0.06～0.18、0.04～0.55 mg/L，平均值分别为0.09、0.11、0.08 mg/L，同《地表水环境质量标准》进行对比可以看出，赣江、信江的总磷含量平均值达到Ⅱ类水质标准，抚河的总磷含量达到Ⅲ类水质级别，湖泊藻类暴发的总磷浓度临界值为0.02 mg/L，可见，这3条主要入湖河流输送的总磷浓度已经超出临界值很多[14]，对以往研究[15]提及的鄱阳湖具备发生水华的水质条件的结论是有效的佐证。赣江主支、抚河东支、信江西支的ρ（DTP）的范围分别为0.031～0.207、0.051～ 0.169、0.009～0.109 mg/L，平均值分别为0.091、0.094、0.067 mg/L；ρ（PO43--P）范围分别为0.029 ～0.192、0.048～0.158、0.008～0.098 mg/L，平均值分别为0.079、0.087、0.064 mg/L。

对于同一条河流，在年内的分布上，总磷的浓度与溶解型磷浓度、正磷酸盐浓度的波动变化保持平稳（图3）。但是从3条河流之间的数据变化来看，这一年内磷的浓度变化波动是存在一定差异性的。从图中可以看出，抚河东支、信江西支的全年磷浓度变化波动不是很大，在枯水期出现了磷浓度的最大值；赣江主支则不同，全年的波动变化较大，丰水期枯水期都出现过磷浓度的峰值。这种磷浓度波动规律的差异也是鄱阳湖入湖河流的来水多样性的一种体现。从图4可以看出，空间上，总磷、溶解型磷、正磷酸盐的浓度的分布基本一致，抚河和信江的磷浓度远低于赣江（图4）[19]。

图3 不同形态磷素的时间分布特征

图4 不同形态磷素的空间分布特征

2.3 入湖河流磷素组成时空分布特征

在没有进行生态保护前，鄱阳湖水系的磷素组成中溶解态磷（DTP）和颗粒态磷（TTP）较为常见。2017年的数据结果中，溶解态磷占据了较大占比，颗粒态磷却很少，相应组成变化图，详见图5。赣江主支、抚河东支、信江西支入湖断面各月的DTP占比（ρ（DTP）/ρ（TP））分别在62%～96.15%、44%～91.1%和45%～86.25%，其中PO43--P占比（PO43--P）/ρ（DTP））的平均值分别为82.20%、93.44%、94.39%。在时间分布上，赣江在1月（62%）和9月（66.52%）溶解态磷的占比低于其他月份（68.33% ～96.15%），表明这两个月份颗粒态磷突然增加，存在局部土壤流失或挖沙的可能。同样的，抚河东支在2月和 9月也存在类似情况，表明赣江主支和抚河东支都存在土壤流失、泥沙挖掘等情况；对于磷素年度变化较平缓的信江西支来讲，5月份的数据显示溶解态磷素出现了低谷，存在颗粒态磷集中汇入的情况，这跟信江西支监测断面上游农业用地大面积的施肥活动有一定的相关性。空间分布上，赣江主支、抚河东支、信江西支入湖断面的DTP占比平均值分别为83.14%、73.43%、74.63%，表明赣江主支的溶解型磷素的占比是明显高于东南部水系入湖河流的。

图5 磷素含量变化的时空分布

3 讨论

3.1 各形态磷与水文物理参数的关联性分析

对鄱阳湖入湖河流磷素浓度与水文参数利用相关性分析以探索它们之间的相关关系，详见表2。通过上述分析和表中数据可见：①赣江主支入湖断面流量和水体透明度（R=-0.546）呈现出显著负相关、而与悬浮物浓度（R=0.451）和总磷浓度（R=-0.463）的相关性比较弱；悬浮物浓度与总磷浓度（R=0.812）的相关性较明显，为正相关。整体上，水文因素对赣江主支的磷污染是有重要影响的，总磷的浓度与水体中悬浮物浓度高度关联，随着水流流量的增加，悬浮物浓度也有增加的趋势，同时，总磷的浓度随之提高，全年流量的波动变化与总磷浓度的波动存在一定的同趋性，但并不是完全同步的。②信江西支入湖断面的流量与悬浮物浓度呈现出明显的正相关性，悬浮物浓度与颗粒型磷浓度（R=0.502）的相关性较明显，为正相关，但入湖断面流量与信江西支主要的溶解型磷浓度（R=0.196）、总磷浓度（R=0.284）的相关性则呈现出弱相关。为了更深一步研究信江西支的来水特点，根据不同水期进行数据分析。数据结果表明，水文因素与磷浓度的变化有着紧密的联系，然而这种关联特性在枯水期和丰水期是完全相反的；在枯水期的时候，入湖断面流量与总磷浓度（R=0.688）、溶解型磷浓度（R=0.542）、颗粒型磷浓度（R=0.712）的相关性均呈现为正相关；在丰水期的时候，入湖断面流量与总磷浓度（R=-0.526）、溶解型磷浓度（R= -0.777）、悬浮物浓度（R=-0.853）的相关性均呈现为负相关。这种情况可以说明，在枯水期和丰水期信江西支入湖断面来水的特征是有所不同的。这可能与信江西支上游来水的变化有关，丰水期由于水量丰富，上游源头丰溪提供主要流量，丰溪来水总磷浓度较低与流量呈负相关；当枯水期时，丰溪的流量减少甚至出现河道断流，中下游来水及水库放水成为抚河主要来水，由此带来的富营养化水和生活污水使得总磷浓度提高，并与流量呈正相关，这与相关文献中所指出的枯水期信江磷浓度较大的结论存在一致性[16]。③抚河东支的入湖断面流量和水体透明度呈现出负相关性、与水体的悬浮物浓度呈现出正相关性，从整体上看这些相关性不是很明显；入湖断面流量与溶解型磷浓度（R=0.673）的相关性呈现出正相关，但与总磷浓度的相关性不明显；同时，悬浮物浓度与各形态磷相关系数均呈现较低状况，由此可知，3条入湖河流的来水水文水质与磷分布浓度的相关特征是不同的。

表2 水文指标与水质指标的相关性分析

3.2 入湖河流磷污染物的来源分析

我国主要河流湖泊的汛期主要集中在4—9月，鄱阳湖水域也是如此。这个阶段的赣江主支、抚河东支、信江西支的入湖流量分别占全年的71.89%、72.60%、71.61%，根据污染物形成过程的原理，如果河流中磷污染物来源结构不同，汛期和非汛期的影响对磷浓度的响应会存在一定的差异性[17]。当点源的污染物负荷占据优势时，降雨量的增加和污染物浓度的变化呈现出负相关，也就是流量增加，浓度会随之变小；当面源的污染物负荷占据主导地位时，这种相关性就完全相反；当面源、点源的污染物负荷处于同一水平时，污染物浓度变化和降雨径流波动的相关性则不是很明显。从图6可以看到，赣江主支、抚河东支、信江西支的总磷浓度在汛期分别为0.142、0.082、0.070 mg/L，在非汛期时，它们的总磷浓度分别为0.063、0.125、0.088 mg/L；汛期时赣江主支监测点的总磷浓度是高于非汛期的，溶解型磷浓度和正磷酸盐浓度也符合这种规律，能够得到赣江主支以面源污染为主的初步结论；抚河东支、信江西支则是同赣江主支相反，它们的磷浓度在非汛期较高，充分证明抚河东支、信江西支的污染总体上为点源污染。通过翻阅相关资料和现场实地调查，鄱阳湖流域具有季节性的特点，污染物负荷状况与湖泊水文情况有着紧密关联性[18,19]。2017年汛期雨水比较集中，在赣江中下游发生了洪涝灾害、暴雨引发两岸的地质灾害，直接造成土壤中磷溶于江水中，大量农用化肥和生活垃圾也流入江水，汛期提高了入湖通量，降低了总磷的浓度。在汛期阶段，抚河东支和信江西支的磷污染程度主要依赖于上游盱江和丰溪的来水状况，水质整体上相对较好，在非汛期阶段，上游来水较小甚至出现部分支流断流情况，受到城镇生活和企业污染排放主要影响，磷污染呈现出浓度增加的趋势。

图6 汛期与非汛期磷浓度的分布

3.3 入湖河流磷污染特征的历史对比分析

赣江的总磷浓度平均值为0.102 mg/L，与2015年（0.087 mg/L）、2016年（0.96 mg/L）相比有所降低。赣江的总磷年均入湖通量为5933 t/a，明显高于抚河东支（1841 t/a）、信江西支（1473 t/a），表明虽然2017年赣江入湖的总磷浓度平均值（0.102 mg/L） 低于抚河东支（0.103 mg/L），可是赣江的年均流量远高于抚河东支，尽管总磷浓度稍低，但从入湖总量上来看，赣江主支对鄱阳湖磷污染的输出程度依然扮演着主力的角色。这同相关文献说明的鄱阳湖磷素污染主要受到赣江入湖总量影响[20]的结论是相一致的。2017年抚河东支的总磷浓度（0.103 mg/L）与2015年（0.158 mg/L）、2016年（0.136 mg/L）相比呈现出趋于变小的情况，尽管如此，抚河东支的总磷浓度依然是3条河流中最高的。根据相关水文研究可以了解到抚河流域的流量年际变化较大，总体上，自2010年以来抚河东支的水量呈现稍微下降的趋势，与之形成对比的是，2015年该流域的输沙量有明显减少，较之2000—2014年平均减少了68.2%[21]。由于泥沙与悬浮物的伴生效应，泥沙量较少，必然引起悬浮态颗粒磷浓度的降低，在此阶段，抚河东支的总磷也逐渐从以颗粒型磷素为主转变为以溶解型磷素为主，可以从本研究中抚河东支的磷素组成分布验证此观点。信江西支溶解型磷素的占比是最小的，与2015年的总磷浓度 （0.101 mg/L）和2016年的总磷浓度（0.088 mg/L）相比，信江西支的总磷浓度也呈现出逐年降低的趋势，充分证明自2015年以来在鄱阳湖流域开展的“河长制”行动在水体磷污染方面取得了较好的成果[22]。

4 结论

通过调研鄱阳湖3条主要河流的水文、磷污染形态以及不同水期的污染浓度变化，确认了赣江主支、抚河东支、信江西支磷污染的浓度和形态具有时空差异性。河流中磷的各个形态在年内波动变化是一致的，但每条河流之间的同一年度内磷形态分布具有较大差异。其中，溶解型磷浓度在磷污染物中占据绝对优势地位，颗粒型磷随着加大综合整治力度逐渐式微；抚河东支的各形态磷素浓度都是最高的，但由于赣江主支年流量大，总磷的平均入湖通量仍然在鄱阳湖磷污染中占据主导地位。在汛期和非汛期方面，赣江主支的各形态磷浓度都是汛期高于非汛期的，可以推断其主要受到面源污染的影响，而抚河东支、信江西支则与它相反，在非汛期总体上受到点源污染的影响。

鄱阳湖水域共有18条河流入湖，由于缺少这些河流的水文水质资料以及受到人员设备、现场情况的影响，本研究仅以赣江主支、抚河东支、信江西支3条流量较大河流的监测断面来代表鄱阳湖的磷污染的特征，不可避免地存在局限性。仅凭这几条河流的断面数据无法完整系统地评价入湖河流的磷分布差异性，未来将增加15条入湖河流的细化剖析。