四川仁寿球溪河流域总磷形态特征研究

佟洪金，魏 峣,2，袁小燕，杨明方，陈 杰

(1. 四川省生态环境科学研究院，成都 610041；2. 成都理工大学，成都 610059； 3. 四川省环保科技工程有限责任公司，成都 610045)

磷是地表水中重要的营养盐[1]，磷的过量排放是地表水富营养化和爆发水华的重要原因。磷的生物利用活性与磷的形态特征密切相关[2]，总磷形态特征研究及其生物可利用性成为流域总磷污染研究的热点[3～6]。长江流域总磷自2016年开始成为主要污染因子，且上游污染最重[7]。沱江是长江上游重要支流，流域总磷污染较为突出[8-9]。2017年，沱江流域24个水质断面中有21个总磷超标，小流域总磷超标更为突出。杨耿[8]研究了四川省岷江、沱江流域总磷形态及空间分布特征，认为岷、沱江水体磷形态以溶解态总磷为主。刘霞[7]研究了沱江金堂、简阳段总磷形态，发现可溶活性态磷是总溶解态磷的主要存在形态。目前，针对沱江典型小流域总磷形态特征及空间变异性方面的研究较少。球溪河是沱江典型支流，人口密集、农业发达，工业企业较少。城镇生活污染与农业面源污染叠加，近年来流域水质总磷超标突出。本研究以仁寿县球溪河流域为研究对象，分析流域总磷形态特征并进一步探讨总磷来源，为流域总磷污染防治提供支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

球溪河是沱江右岸一级支流，发源于乐山井研县周坡镇，自西向东流经眉山仁寿县后在内江资中县注入沱江。主要支流清水河、龙水河、通江河在仁寿县境内汇合后始称球溪河。球溪河干流94.5km，流域面积2 400km2，年径流总量2.78亿m3，平均流量8.81m3/s。流域除源头分布有低山外，地貌总体以丘陵为主[10]。

球溪河流域中，仁寿县面积最大、人口最多，总磷污染最为严重，是本次研究的区域。区域内工业企业较少，种植业发达，人口密度大。2009～2018年监测数据表明，仁寿县出境断面(发轮河口)总磷平均浓度0.315mg/L，较下游球溪河汇入沱江处断面(球溪河口)高12%，总磷是影响球溪河水质的最主要指标(图1)。

图1 近10年球溪河流域水质演变Fig.1 Water quality evolving process of Qiuxi River in recent 10 years

1.2 采样点位与分析方法

2018年6月20～22日在仁寿县球溪河流域4条主要支流通江河、龙水河、富谢河、清水河及球溪河干流共选择48个采样点采集水样(图2)。其中通江河流域共13个点位，编号TJ1～TJ13；龙水河流域共21个，编号LS1～LS21；富谢河流域共5个，编号FX1～FX5；清水河流域共6个，编号QS1～QS6；球溪河干流共3个，编号QX1～QX3。

每个点位采集的水样现场分为3份，分别用于测定总磷(TP)、溶解态总磷(DTP)和溶解态无机磷(DIP)浓度。样品均在冷藏条件下运回实验室冷冻保存，并尽快分析测定。

TP、DTP及DIP浓度均按照《水质 总磷的测定钼酸铵分光光度法》(GB/T11893-1989)测定。其中，TP样品和DTP 测定前经过硫酸钾消解，DTP和DIP样品测定前还需经0.45μm醋酸纤维滤膜过滤。颗粒态磷(PP)、溶解态有机磷(DOP)由以下公式计算得到：

CPP=CTP-CDTP

CDOP=CDTP-CDIP

式中：

CPP——PP浓度，mg/L

CTP——TP浓度，mg/L

CDTP——DTP浓度，mg/L

CDOP——DOP浓度，mg/L

CDIP——DIP浓度，mg/L

2 结果与讨论

2.1 流域TP形态总体特征

仁寿县球溪河流域TP浓度较高(表1)，平均值为0.59±0.27mg/L，总体属于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的劣Ⅴ类水体。TP各组分中，DTP比例最大，平均值为70.3%(sd.=18%)，DTP占比是PP的2.37倍。DTP中，DIP比例最大，占TP比例平均值达到63.4%(sd.=18%)；DOP占比最小，占TP比例平均值仅为6.8%(sd.=6.3%)。

图2 采样点分布Fig.2 Distribution of sampling points

表1 仁寿县球溪河流域TP及组成Tab.1 Concentration and components of TP in the Qiuxi River basin,Renshou

采用多元逐步线性回归研究各组分对TP浓度变化的影响程度[11-12]，结果表明(表2)流域DIP浓度可以解释78.2%的TP浓度变异，PP可以解释21.1%，DOP仅能解释0.7%。仁寿县球溪河流域中TP总体受DIP影响，是TP主要组成部分，与杨耿[8]、刘霞[7]在沱江流域开展的研究结果相符；其次是PP，DOP影响轻微。

表2 TP浓度与组分浓度回归分析结果Tab.2 Regression analysis results of concentrations TP and its components

2.2 各支流TP形态特征

各支流TP形态特征有所差别(表3，图3)。球溪河干流与通江河TP形态特征相似，DIP占比很高，分别达到82.5%和74.5%，PP和DOP占比均较低。龙水河与富谢河相似，DIP比例较高，分别为62.2%和54.2%，但PP比例相对也较高，分别为34%和41.7%。清水河DIP和PP比例相对均衡，分别为42.1%和41.7%，但DOP比例在所有支流中最高，达到16.1%。

表3 各支流TP形态特征(均值±标准偏差)Tab.3 Morphological characteristics of TP in tributaries (mean±standard deviation) (%)

图3 各支流TP组成分布Fig.3 Components distribution of TP in tributaries

2.3 TP形态特征沿程变化

将球溪河4条一级支流干流按照河长划分为上游、中游及下游3个河段，不同河段TP组成平均值见图4a。上游河段PP和DIP比例相当，分别为47.9%和47.8%；DOP比例很低，仅4.4%。中游及下游河段总磷组成特征相似，均以DIP为主，占比分别为65.5%和60.9%；PP比例较上游低，但DOP比例有所升高。

清水河干流(图4b)PP比例沿程呈先降低后升高的趋势，PP比例由上游的44.3%降至中游的26.8%，到下游升至54.2%；DIP及DOP则相反，呈先升高后降低的趋势，其中DIP比例由上游的47.9%小幅升至中游的49%，到下游降至29.6%；DOP比例由上游的7.9%升至中游的24.3%，到下游降至16.3%。TP形态沿程表现为上游以PP为主，中游以DIP为主，下游以PP为主，DOP比例相对较高的特点。

富谢河干流(图4c)PP沿程呈降低的趋势，PP比例由上游的67.2%降至下游的24.8%；DIP及DOP呈升高的趋势，其中DIP比例由上游的32%升至下游的66.3%；DOP比例由上游的0.9%升至下游的8.9%。TP形态表现为上游以PP为主，中、下游以DIP为主的特点。

图4 各支流TP形态特征沿程变化Fig.4 Variations of TP morphological characteristics along tributaries

龙水河干流(图4d)PP沿程呈先降低后升高的趋势，PP比例由上游的58.1%降至中游的33.9%，到下游小幅升至38.1%。DIP比例呈先升高后降低的趋势，由上游的38.6%升至中游的61.5%，到下游小幅降至57.8%。DOP比例总体较小。TP形态表现为上游以PP为主，中、下游以DIP为主的特点。

通江河干流(图4e)PP沿程呈先降低后升高的趋势，PP比例由上游的16.8%降至中游的9.5%，至下游升至18%。DIP沿程比例均较高，占比在73.2%～78.8%之间。DOP占比总体较小，在5.9%～11.8%之间。TP形态表现为沿程均以DIP为主的特点。

4条支流汇合后，球溪河干流(图4f)TP形态特征与通江河相似，以DIP为主，占比在78.6%～84.8%之间。可能与通江河对球溪河干流总磷贡献较大有关。

2.4 TP形态的空间变异性

根据各采样点TP形态特征进行聚类分析(图5)，可将各点位分成3组。G1表现为PP比例较高(>43.5%)，点位主要分布在清水河干流上游及下游，富谢河干流源头及上游，龙水河干流源头及上游，主要代表上游河段。G2表现为DIP比例中等(45%～59.5%)，PP和DOP比例相对均衡，分别在18.9%～30%和21.6%～25%之间，点位主要分布在清水河干流中游和通江河干流下游河段。G3表现为DIP比例较高(>50.6%)，点位主要分布在通江河干流，龙水河干流中下游及支流(包括仁寿县城生活污水纳污水体金马河)，富谢河干流中下游及球溪河干流，主要代表中下游河段。

清水河、富谢河上游人口分布相对较少，城镇生活污染占比较轻，TP主要来源可能与沿线分布的水田、旱地等农业面源污染及灌溉沟渠退水有关；龙水河源头属于典型龙泉山脉山区河段，土地利用类型以果园和林地为主有关，受山区河段对河床冲刷，土壤、岩石以及施用的肥料等PP进入水体，上游河段PP比例较高。李乐[5]等在研究滇池入湖河流总磷形态组成中提出，茨巷河是典型的农业灌溉与养殖污染影响下的滇池入湖河流，其TP以PP为主。杨宏伟[13]等在研究太湖流域不同类型区河流水体磷形态分布中，提出受农业面源影响为主的河流PP比例较高，约占70%以上；受生活污染影响的河流DTP比例较高，约占52.29%。球溪河中下游河段逐步接纳沿线城镇及仁寿县城(龙水河)生活污水，DIP所占比例逐步升高，并成为TP主要成分[13-14]。清水河、龙水河下游PP比例及浓度均出现升高，可能与PP再悬浮及面源输入有关[3]。

图5 各采样点TP形态特征聚类分析Fig.5 Cluster analysis of TP morphological characteristics at different sampling points

3 结论及建议

3.1 仁寿县球溪河流域TP形态以DIP为主，占比达到70.3%(sd.=18%)。

3.2 各支流TP形态特征有所差别。球溪河干流与通江河TP形态特征相似，DIP占比很高；龙水河与富谢河相似，DIP比例较高；清水河DIP和PP比例相对均衡，DOP相对较高。

3.3 不同河段总磷污染状况及总磷形态特征不同，这与不同河段流经区域地形、土地使用类型、人口分布相关。上游河段受农业面源及山区河道冲刷影响PP比例相对较高；中游及下游受生活污染为主；下游河段受沉积物再悬浮及农业面源输入影响，PP比例有所升高。

3.4 仁寿县球溪河流域总磷污染治理应以加强城镇生活污水收集处理设施建设为主，强化集中污水处理设施TP，特别是DIP的去除。龙水河上游、富谢河上游，清水河下游加强农业面源污染治理，探索构建面源污染生态拦截体系。