滇池流域宝象河水体溶解态氮变化特征及其环境影响因子研究

王丽娟，史正涛 ，叶燎原 ，苏 斌

(1.云南师范大学旅游与地理科学学院，昆明 650500；2.昆明理工大学电力工程学院，昆明 650500)

0 引 言

富营养化是最为严重的湖泊灾害问题。滇池是云南省最大的淡水湖，有高原明珠之称，是中国水体富营养化最严重的湖泊之一[1]。整个流域有70余条河流汇入滇池，污染物通过众多的河流汇入[2,3]，导致滇池水体富营养化治理困难。近年来，各级部门加大了对滇池流域水污染的综合治理力度，但滇池流域水环境总体情况仍然不容乐观[4-6]。据官方数据显示滇池治理投资达 400～500 亿元人民币，虽然通过流域污染源控制入湖污染物数量有明显下降、湖泊生态有所改善[7]，但并未有效解决问题[8]，水质的改善主要发生在滇池北部的草海[9]，作为滇池主体的外海形势依然严峻，蓝藻暴发呈现常态化[10]。

宝象河是第二大入滇河流，对滇池的水质有着极为重要的影响。宝象河位于滇池东北部(24°58′～ 25°03′N，102°41′～ 102°56′E)，发源于官渡区东部老爷山，从河源注入宝象河水库，出库之后流经大板桥镇、阿拉坝子盆地、昆明经济技术开发区、小板桥，流经官渡古镇，于宝丰湿地汇入滇池，干流全长36.2 km，流域面积302 km2。宝象河流域属亚热带湿润气候，年平均气温为14.7 ℃，年平均降雨量1 007 mm，年内干湿季节分明，80%以上的年降雨集中在5-10月，汛期主要集中在7-8 月[11]。

宝象河为典型的农业和城市混合型的流域，城市点源与农业面源污染同时影响着该区域[14]。因此研究区内的各水质指标均受到人类活动的影响，时间和空间上的分布差异较大，从上游到下游地区，随着土地利用类型的变化，TDN浓度值也有明显的变化特征，上游地区受人类活动影响较小，中下游地区以人工建设的不透水下垫面为主，河道也属于人工硬质化的河道，区域用地类型以城市用地为主，河流面上的污染物主要来自于城市区域，各区域的水质指标浓度相较于上游有明显的升高趋势。滇池水质的好坏将影响该流域区域经济的发展和地区生态环境的质量。目前，滇池流域的大多数研究集中在水土流失、生活污水处理、农地肥料的浸出和控制、源污染等方面，对主要入湖河流水质时空变化特征的研究相对较少[15]。水体当中的氮是导致富营养化的重要因素，而氮在水体当中的诸多赋存形态当中，TDN为其主要形态，是氮素[15-17]参与水生态过程的主要形式，因此选择滇池流域宝象河TDN溶解态氮素进行研究，能够揭示滇池氮素面源污染的输移过程，以期为滇池各子流域、宝象河流域水体氮素污染以及全流域的富营养化过程的认识和治理提供参考依据。

1 研究方法

为了研究宝象河流域TDN浓度值的变化规律，自上游至下游共布置了7个采样点，按照上下游顺序为：一朵云村、沙沟村、漕河、金马村、高桥村、季宏路和宝丰湿地(图1)。

图1 宝象河采样点分布图Fig.1 Distribution diagram of sampling points of the Baoxiang river

采样时间自2016年5月起于2017年4月止，采样周期为按月采集，即各月底采集1次。采样点选择在河道较直河流水体混合较为均匀处，每次采样2 L，选用同等体积清洗干净的聚乙烯瓶对样品进行保存和运输，样品采集后当天运回云南师范大学云南省高原地表过程与环境变化研究重点实验室于24 h之内完成实验测试。

水环境因子pH、水温、NTU(turbidity)、TDS(Total Dissolved Solids)采用日本HORIBO(U-50)水质监测仪现场测定，每个样点重复三次求平均值以减小误差。溶解态总氮(TDN)的测试方法为将水样用0.45 μm的滤纸进行过滤之后用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法进行测试。

经过为期一年的系统观测，对实验数据进行了整理后，从宝象河TDN浓度值的时空变化特征及宝象河TDN浓度与环境因子的响应关系这两个方面进行了研究分析。

2 宝象河TDN时空变化特征

2.1 宝象河TDN空间变化特征

本研究在宝象河流域从上游到下游选取了7个采样点，对TDN、水温、pH值、NTU和TDS的最大值、最小值和均值进行了统计分析。如表1所示。

表1 宝象河溶解态总氮(TDN)及环境因子统计值Tab.1 Statistical values of total dissolved nitrogen (TDN)and environmental factors in Baoxiang river

由表1可见从上游到下游平均水温逐渐升高，各采样点最高温度和最低温度均随季节变化，变化范围为8～25 ℃之间；各采样点pH值年内变化不大，变化范围为6.0～8.0之间，年均值有从上游到下游逐渐增加的趋势；NTU(浊度)的变化规律性不明显，但总体上有从上游向下游减小的趋势。TDS值年内变化不大，变化范围0.08～0.42 g/L之间，从上游到下游有明显增加的趋势；TDN浓度值的变化从上游到下游有逐渐增加趋势，各采样点最大值与最小值均沿程逐渐升高，其中研究区最大值15.54 mg/L出现在入湖口宝丰湿地处，最小值0.027 mg/L出现在上游一朵云村处。TDN年均值从上游到下游沿程明显增加(图2)。

图2 宝象河TDN年均值沿程分布特征图Fig.2 Characteristic diagram of TDN annual mean distribution along Baoxiang river

从图2可见，宝象河流域各月的TDN浓度值都有从上游到下游逐渐增加的趋势，上游一朵云村和沙沟村为人类活动较少区域，TDN浓度值较低，随着人类活动影响的加剧，中游地区农业污染源和村民生活污染源的逐渐汇入，TDN浓度年均值沿程增加迅速，到宝丰湿地入湖口处达到最大值。因此宝象河水中TDN浓度值有沿程逐渐增加的趋势，且有明显的空间特征。

2.2 宝象河TDN时间变化特征

为了研究宝象河水质的时间变化特征，以四季为单位画出TDN浓度值的变化图，由图3可知：各采样点的TDN浓度值均有季节变化特征，总体上TDN浓度值从上游到下游随着季节变化沿程呈现递增趋势，上游地区春季TDN浓度值增加不明显，但其他季节都有明显变化，沙沟村秋季达到最大值；中游地区各季节TDN浓度值均明显增加，最大值出现在高桥村的秋冬季；下游区受枯水季节影响春季和冬季TDN浓度值的变化最为显著。宝象河各采样点TDN浓度的变化有明显的季节性，上游地区最大值出现在秋季，中游地区最大值出现在秋冬季，下游地区最大值出现在冬季。上游一朵云村到中游金马村TDN浓度值随季节变化不明显，高桥村到宝丰湿地冬春季浓度高于夏秋季。

图3 宝象河溶解态氮(TDN)时间变化特征图Fig.3 Characteristic diagram of time variation of dissolved nitrogen (TDN)in Baoxiang river

3 宝象河TDN浓度值与环境因子的响应关系

通过对7个采样点为期一年的数据采集和分析，为找出对TDN浓度值有主要影响的环境因子，对pH值、水温、NTU、TDS等4个环境因子与TDN浓度值进行相关性分析，采用SPSS主成分分析法，对各环境因子与TDN浓度值的相关性进行分析。如图4-图7所示。

图4 水温与TDN相关关系图Fig.4 The correlation diagram of water temperature and TDN

由图4水温与TDN浓度值的关系图可见：水温变化值在8～25 ℃之间，与TDN相关系数为0.069，相关性不大。

图5 pH值与TDN相关关系图Fig.5 The correlation diagram of pH and TDN

由 pH值与TDN浓度值的关系图(图5)可见：pH值变化范围在6～8之间，与TDN相关系数为0.035，相关性不大。

图6 NTU与TDN相关关系图Fig.6 The correlation diagram of NTU and TDN

图7 TDS与TDN相关关系图Fig.7 The correlation diagram of TDS and TDN

由图6 NTU值与TDN浓度值的关系图可见：NTU值变化范围较大，与TDN相关系数为0.055，相关性不大。由TDS值与TDN浓度值的关系图(图7 )可见：TDS浓度值变化范围较大，与TDN相关系数为0.89，相关性较大。由此可以断定，TDS浓度值是影响TDN浓度值变化的主要环境影响因子。

4 建议与应对措施

2011 年以来，宝象河流域当地村民普遍开始种植水稻等农作物，由于大量施肥、灌溉和排水的便利条件，尤其是河流和灌溉渠的连通，污染物质通过地表水和地下水径流注入宝象河[16]。在宝象河上游，人口较少，传统农业种植活动相对较少，水体污染程度相对较低，该河段面源污染相对较轻。宝象河自上而下流经许多农业区和村庄生活区进入传统的农业区，未经处理的生活污水和畜禽粪便直接排入宝象河，使该河流携带了大部分来自化肥的磷酸盐、生活污水和有机磷农药等，使得水体中污染物含量增加，该区域受人类活动影响较大，水体污染较严重[18-26]。通过本文的研究成果，提出建议和应对措施如下：

(1)TDS(溶解性固体总量)指水中全部溶质的总量，通常也把含盐量称为总溶解固体，TDS仅能测出水中的可导电物质，但无法测出细菌、病毒等物质。因此，密切关注TDS浓度值及细菌、病毒等物质的变化，减少氮素污染源的载体，将会对滇池流域富营养化的治理起到积极的作用，并且对滇池其他子流域的水污染治理提供一定的参考。

(2)人类活动仍然是主要影响因素，化肥农药等农业污染源是主要影响因素[27]，控制农业面源污染仍是最为有效的措施之一。宝象河作为入滇的重要河道，其水质变化对滇池水质变化有着极为关键的影响，随着滇池流域富营养化治理目标的提高，对入滇河道的水质状况进行监测、治理是从源头上缓解其富营养化进程的关键所在。

(3)宝象河流域受人为活动影响较大，通过研究其水质指标变化的规律研究，可以采取更具体的措施控制其营养元素的迁移和转化，严格控制农业面源污染，根据宝象河流域水质指标的季节特点和空间变化特征采取相应的有效的措施，降低TDS的浓度值，减少氮素污染源的载体，最终使得水质达到目标要求并能够维持良性运行。

目前，引牛栏江调水工程对滇池水进行置换和宝象河流域截污工程的实施，已经取得了初步效果，但是要维持滇池的健康状态，可持续发展[28]、恢复水生态[29-31]、提倡水文明，就要从主要环境影响因子入手，以水质目标为终点，采取倒推机制控制各入滇河道的水质指标，尤其是控制主要环境影响因子的浓度值，这是一种被广泛认可的有效措施。

5 结 论

通过本次研究，可知：①宝象河流域TDN的时空变化与人类活动影响密切相关，且与TDS的相关性较高，说明宝象河流域TDS(总溶解性固体)对氮素污染源的迁移转化的影响较大，即水中总溶解性固体是氮素污染源的主要载体。②宝象河流域TDN浓度值具有明显的时空变化特征，空间上从上游到下游TDN浓度值逐渐增加，且趋势明显；时间上表现出明显的季节特征，各采样点的TDN浓度值在冬春季节明显偏大；③在水温、pH值、NTU和TDS这四个环境因子中，TDS与TDN浓度值的相关性最高，即TDS浓度值是影响TDN浓度值变化的主要影响因子。要解决滇池、宝象河流域的氮素污染问题，就要密切关注TDS浓度值的变化。