江西省典型水库沉积物碳·氮·磷分布及污染评价

胡 强 ，吴晓彬 ，王 姣 ，虞 慧 ，彭圣军

（1.江西省水利科学院，江西 南昌，330029；2.江西省水工安全工程技术研究中心，江西 南昌，330029）

0 引 言

水库沉积物作为容纳污染物的载体，对水体中氮、磷等富营养化的主要污染因子具有汇集和释放的双重作用[1]。因此，研究水库沉积物中碳、氮、磷含量的空间分布特征并评价污染水平，可为控制水体富营养化和保障水安全提供科学依据。

水体富营养化是水库、湖泊水污染问题最为严重的类型之一，水库沉积物能间接反映水库水体的安全程度，营养盐含量成为环境监测中的重要指标，近年来国内外学者对湖泊、水库沉积物营养元素的时空分布特征开展了大量研究[2-6]，主要对某一水库不同部位、不同深度进行沉积物采集并检测其营养盐含量，进而获取库区范围内水平向、垂直向的营养盐含量变化特征。目前对于某座水库营养盐的分布特征研究的多，在流域层面的研究相对较少。

江西省水库总数位居全国第二，目前对水库沉积物污染性的研究鲜有报道。为了解江西省水库沉积物的有机物污染水平，笔者测定了鄱阳湖流域5大水系15座中型水库沉积物中TP、TN、TOC含量并研究了其分布特征和来源，采用有机指数法进行了综合评价，以期为流域水体富营养化风险评价提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

截至2018年底，江西省建有水库1.08万座，其中大中型水库285座。鄱阳湖流域由赣江、抚河、信江、饶河、修河五大河以及直接入湖河流组成，其中，鄱阳湖流域面积占江西省国土面积的96.6%。江西省地形以江南丘陵、山地为主，盆地、谷地广布，略带平原。地貌上属江南丘陵的主要组成部分。省境东、西、南三面环山地，中部丘陵和河谷平原交错分布，北部则为鄱阳湖平原。江西省地处中亚热带，季风气候显著，气候类型复杂多样，降水季节分配不均、易涝易旱。大部分地区的多年平均降水量为1 400～1 900mm，局部略小于1 400mm，或略大于1 900mm。

1.2 样品采集及测定

2020年12月，采用水上作业平台搭载便携式钻机采集了江西省15座中型水库沉积物样品，采样点分布情况见表1。采样的水库涵盖了江西省赣江、抚河、信江、饶河、修水五大水系及鄱阳湖环湖区，能较好地代表江西省水库沉积物的特点。本次分别在水库坝前、库中、库尾位置采集样品8～10组，取坝前的一组进行有机物含量检测。TP、TN、TOC分别采用碱熔-钼锑抗分光光度法、凯氏法、重铬酸钾氧化-外加热法进行测定。

表1 典型水库详情

1.3 评价方法及评价标准

针对沉积物中营养盐污染状况，我国尚无统一的评价标准。目前常用的评价方法主要包括有机指数法（包括有机氮）、污染指数法、富集系数法等。其中采用最多的是有机指数法。本文结合加拿大安大略省环境和能源部制定的沉积物环境质量评价指南以及有机指数（IO）和有机氮（WON）评价水库沉积物有机质和营养盐污染程度[7-9]，见表2和表3。

表2 淡水沉积物环境质量评价标准mg/kg

表3 有机指数及有机氮评价标准

2 结果与讨论

2.1 营养盐含量及分布特征

2.1.1 TP含量及分布特征

江西省典型水库沉积物总磷含量见图1，TP含量为178～1 310mg/kg，平均值609.13mg/kg。最大值为位于赣江下游的7号水库，最小值为位于赣江上游的1号水库。根据沉积物环境质量评价标准，产生生态毒性效应的阈值为600mg/kg；当沉积物浓度超过2 000mg/kg时，底栖生物将遭到明显破坏[9，10]。江西省典型水库沉积物TP含量平均值稍大于600mg/kg的阈值，表明有机物含量总体处于轻度污染状态。与国内其它流域湖泊水库（海河流域100～1 142mg/kg，太湖流域128～2 655mg/kg）[9]相比，江西省典型水库沉积物TP含量处于中等水平。

图1 各水库沉积物总磷含量分布图

2.1.2 TN含量及分布特征

江西省典型水库沉积物总氮含量见图2，其TN含量为753～1 630mg/kg，平均值950.93mg/kg。最大值为位于抚河下游的9号水库，最小值为位于赣江中游的4号水库。相比于沉积物中TP含量，TN含量差异相对较小，最大值与最小值相差2倍。与国内外部分水库相比，TN含量处较低水平[7]。除8号、9号水库较大外，其余水库TN含量变化较为平稳，表明研究区内水库沉积物TN含量差异较小，总体变幅不大。与沉积物环境质量评价标准相比[10]，TN含量均处于污染最低级，表明水库沉积物已经受污染。

图2 各水库沉积物总氮质含量分布图

2.2 TOC含量及分布特征

江西省典型水库沉积物总有机碳含量分布情况见图 3，TOC 含量为 8 100～27 700mg/kg，平均值 14 907mg/kg。最大值为位于信江下游的10号水库，最小值为位于赣江中游的5号水库，最大值与最小值相差3.42倍，总体来看TOC含量相差不大。与国内外部分水库相比，TOC含量处中等水平[7]。

图3 各水库沉积物总有机碳质含量分布图

2.3 来源解析

沉积物有机碳与总氮比值TOC/TN是判断有机质来源的重要依据，其值越大，表明陆源输入的占比越多。现有研究成果表明，水生生物由于含有较高的蛋白质和脂类，通常TOC/TN比值较低，在4～10之间；若TOC/TN比值在10～20之间，表明为水生生物和陆生生物的混合来源；陆生维管植物TOC/TN比值范围一般大于 20[7，8，11]。

江西省典型水库沉积物有机质的TOC/TN比值见图4，其数值在7.18～30.04之间，平均值16.53。86.67%的水库TOC/TN比值大于10。其中，TOC/TN比值10～20占总数的53.33%，表明水生动物和陆地动物是沉积物有机质的主要来源；TOC/TN比值大于20的水库5座，占总数的33.33%，该5座水库沉积物有机质的主要来源为陆生维管植物。

图4 各水库沉积物TOC/TN分布图

2.4 污染状况评价

研究区水库沉积物有机指数IO的变化范围为0.06～0.24（见表 4），平均值 0.13，总体呈较清洁等级（II级）。除10号水库外，其它水库沉积物有机指数均在0.05～0.2之间，为较清洁，占水库总数的93.33%。有机氮 WON的变化范围为 0.07～0.15（见表 1），平均值0.09，总体呈尚清洁等级。其中8号、9号水库为IV级，处于有机氮污染状态，占水库总数的13.33%；其它13座水库均处于尚清洁等级（III级）。

表4 水库沉积物有机质污染评价分析表

3 结论

（1）江西省典型水库沉积物中TP含量为178～1 310 mg/kg，平均值609.13mg/kg，表明有机物含量总体处于轻度污染状态；TN含量为753～1630mg/kg，平均值950.93mg/kg，表明水库沉积物已经受污染；TOC含量为8 100～27 700mg/kg，平均值14 907mg/kg。在空间分布上，TN、TOC含量差异较小，总体变幅不大。从流域尺度上看，赣江上游及中游水库沉积物中TP、TN、TOC含量整体较低。

（2）TOC/TN 比值为 7.18～30.04，平均值 16.53。86.67%的水库TOC/TN比值大于10，表明水生动物和陆地动物是沉积物有机质的主要来源。与国内其它流域湖泊水库相比，江西省典型水库沉积物TP、TOC含量处于中等水平，TN处于较低水平。

（3）有机指数IO的变化范围为0.06～0.24，平均值0.13，总体呈较清洁等级（II级）；有机氮WON的变化范围为0.07～0.15，平均值0.09，总体呈尚清洁等级（III级）。