鄱阳湖五条入湖河流氮磷污染特征研究

＊盛文涛 欧阳小军

（1.江西小永科技有限公司 江西 330000 2.江西碧水源科技发展有限公司 江西 330038）

目前湖泊富营养化问题日益突出，不仅是水环境重点研究方向也是全球所面临的突出水环境问题，其中亚洲大约有54%数量的湖泊有着不同程度的富营养化问题[1-2]。湖泊富营养化也是我国湖泊当前所面临较为严重的环境污染问题。湖泊入湖河流水质污染往往是湖泊污染的重要原因，因为入湖河流是连接流域与湖泊的主要通道，而且氮磷营养元素的来源主要存在于河流水体中[3]。河流水体中所携带的氮磷营养物质进入湖泊，这部分营养物质与湖水形成混合搅动，直接导致水体污染；如果形成沉积物，通过矿化作用和沉积作用可能产生二次污染。所以，湖泊入湖河流中氮磷污染特征的研究对整个湖泊系统富营养化研究而言是不可或缺的部分[4]。李如忠[5]研究表明，巢湖营养盐输入的总氮、总磷中，入湖河流其输入占比较大。李乐[6]等研究发现，滇池富营养化的重要原因之一是由入湖河流水体中携带着较多的污染物。许朋柱[7]研究表明，太湖水质恶化的重要原因是入湖河道中存在大量污染物质，河道污染负荷增加的直接或间接后果是太湖水环境恶化。燕姝雯[8]研究表明，氮磷污染是太湖入湖河流污染负荷的主要因素。近年来，随着工农业快速发展，生活污水排放量的增加，导致较多入湖河流水体污染、水质恶化，水环境问题日益严重[9]。科学分析湖泊入湖河流污染特征是提升湖泊水环境的重要因子，也是湖泊入湖河流水质治理的关键要素。

鄱阳湖是我国最大的淡水湖，也是江西省的“母亲湖”，位于江西省的北部，所依托的城市有南昌市、九江市、上饶市，地处长江中下游地区，环鄱阳湖的主要入湖河流有赣江、饶河、信江、修水、抚河，入湖河水流入鄱阳湖中调蓄后经湖口流入长江。根据鄱阳湖水质监测结果表明，鄱阳湖氮磷污染也越来越严重，湖泊富营养化进一步加剧[10]。氮、磷营养盐是发生水体富营养化的基本物质条件，也是导致富营养化的重要因素。本研究通过对鄱阳湖入湖河流水样的采集和测定，对鄱阳湖入湖河流水体中的氮磷元素的时空分布、形态特征以及氮磷比进行全面分析，最终期望能够进一步揭示湖泊主要入湖河流的氮磷污染对湖泊的水环境治理的影响以及为今后鄱阳湖水环境生态保护和修复防治提供依据，对解决湖泊富营养化问题产生积极的影响[2]。

1.材料与方法

(1)采样点布设

根据入湖河流的水环境实际状况，为了获取氮磷浓度的污染特征；经过多次现场调研勘查，如图1在抚河、饶河以及信江、修水等入湖河流及入湖口附近各筛选3个具有代表性的采样点位，由于赣江流域支流较多，为了能够尽可能全面了解分析赣江流域水环境质量及其贡献，在赣江流域的干流和支流及入湖口附近分别筛选具有代表性的采样点位。于2019年1月至2019年12月系统采集赣江、信江等五条主要河流的水样进行检测分析。

图1 鄱阳湖入湖河流采样点

(2)样品的采集与测定

在河流水面以下0.5m处采集水样，采集样品后马上送到实验室进行低温保存。实验室测定指标主要包括总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮硝酸盐氮、化学需氧量（COD）等。现场测定指标主要有水温（WT）和pH值以及氧化还原电位（ORP）等。对带回实验室的水样按相关方法进行测试，其中TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，TP采用过硫酸钾消解紫外分光光度法，采用紫外分光光度法，采用纳氏试剂比色法，COD采用快速催化消解分光光度法测定等。pH、WT使用哈纳HI98130pH/TDS/℃测试笔测定；水体ORP采用ORP-986高精度笔式ORP计测定[11]。

(3)数据处理

实验和采样所获得的数据采用SPSS17统计软件进行处理，并用Origin 8.5和SPSS17软件进行图形绘制。

2.结果与讨论

(1)氮磷浓度总体统计分析

见表2所示可知五条入湖河流水体的氮磷浓度统计结果，结果显示不同河流水体水质存在一定的差异性。就TN浓度来看，5条河流TN平均浓度在0.76～2.34mg/L之间，其中赣江、饶河TN浓度波动较大，年平均浓度分别达2.31mg/L和2.34mg/L，赣江、饶河TN浓度高于《国家地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的V类水质浓度限值（2.0mg/L），而信江、抚河、修水的平均浓度分别为1.26mg/L、0.76mg/L、1.25mg/L波动较为稳定；平均浓度在0.37～1.31mg/L之间，平均浓度在0.12～0.95mg/L之间；从TP浓度来看，5条河流的TP的平均浓度在0.08～0.31mg/L之间，其中饶河的平均浓度最高为0.31mg/L，高于《国家地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的IV类水质浓度限值（0.30mg/L），其余水体TP平均浓度波动正常。

从表1和表2可以看出，五条入湖河流水体中TN、TP的平均浓度已经超过了发生水体富营养化临界浓度：TN为0.2mg/L，TP为0.02mg/L，表明入湖河流水体中氮磷浓度已经可以满足藻类生物生长所需的内源条件，如果水体中的温度以及外部光照条件等都达到藻类生物生长所需条件，那么藻类生物就有可能能够快速生长、繁殖，从而就会导致水体质量恶化，水环境总体质量下降加剧湖泊富营养化[12-14]。

表1 地表水总氮、总磷和氨氮标准

表2 各河流水体氮磷浓度的统计结果

(2)氮的动态变化性

①氮的时空分布特征

各河流水体不同形态氮的逐月变化曲线见图2。结果显示，赣江、抚河、信江、修水这几条河流中浓度随时间的变化范围较小，饶河流域水体中浓度波动幅度较大；饶河浓度先逐步上升，并在2月达到峰值后再迅速下降，呈现出单峰型变化特征。饶河的TN和平均浓度可达2.34mg/L和0.95mg/L，远高于其余四条河流；尤其是在二月份浓度超过了3mg/L。在浓度方面，修水、抚河波动性较小，饶河水体在9月和10月时，浓度达到最高值。赣江的和TN含量最大值都出现在枯水期，最小值出现在丰水期，枯水期的浓度大于丰水期，平均浓度达到了1.31mg/L。在空间变化上，赣江水体和TN浓度沿程变化趋势相似，中下游氮素浓度为上升趋势。枯水期和丰水期赣江TN浓度最大值分别为5.06mg/L和2.26mg/L，均分布在赣州市和赣县下游；无论是在降水量较少枯水期还是在降水量较多的丰水期，赣江流域水体中的质量浓度在空间上的分布规律基本上相似，表现出质量浓度最大值在赣州城区的下游河流段，其次为南昌城区下游的赣江，其它干流及支流各点质量浓度相对稳定[15-16]。

图2 各河流水体氮浓度的逐月变化特征

氮素的污染源一般可分两种，分别是人为来源和天然来源，氮素的人为来源主要包括农业生产中所使用的合成氮肥和生活污水中所包含的氮营养盐，氮素的天然来源主要来自于土壤氮以及大气沉降[17]。赣江流域水体中的浓度变化趋势与TN动态变化整体相似，的质量浓度变化与TN的质量浓度变化有所不同。赣江质量浓度在赣州市城区和南昌市城区下游表现浓度较大，这表明在赣江水体流域中城市生活污水排放导致营养盐浓度升高，虽然在农业生产过程中也会使用大量化肥，这些肥料中也含有大量相比更容易被土壤颗粒吸附；从而进一步被植物根系吸收利用以致大部分不会从土壤中流失，只有少量流入河流水体中[16,18]。

②氮的污染特征

表3 赣江氮磷相关性

(3)磷的动态变化性

①磷的时空分布特征

TP浓度逐月变化情况见图3，显然，在整个采样期间，除抚河、修水TP浓度较低且变化幅度较小，其余河流TP浓度相对较高且变化幅度较大。其中，饶河在采样期间TP浓度处于0.03～0.88mg/L范围内波动，平均浓度达到0.31mg/L，明显高于其它河流；信江水体采样期间的TP浓度处于0.02～0.37mg/L范围内波动，平均浓度达到0.13mg/L；抚河、修水虽有明显波动性，但是变化幅度不大，一般都不超过0.20mg/L。不难看出，5条河流的TP浓度都随月份变化而变化，最大值都出现在冬季，且枯水期的浓度都大于丰水期。饶河、信江TP浓度波动远比其余河流剧烈。尤其是饶河流域，TP最小浓度为0.04mg/L和0.03mg/L出现在7、8月份，最大值0.88mg/L和0.86mg/L出现在1、2月份，TP年平均浓度为0.31mg/L，赣江和信江的TP年平均浓度均为0.13mg/L，相对于其它河流偏高。

图3 各河流水体磷浓度的逐月变化特征

②磷的污染特征

经鲍林林[25]等研究表明，河流水体中TP浓度与所在河流的水利工程有密切联系，在有水库水利工程的河道中，流域水流较稳定，同时可以截留大量营养物质，提高了磷滞留能力。尤其是赣江流域，水利枢纽工程较多，尤其是水库可以使水深加大，水流速度变得缓慢，水体停留时间较长从而大大提高了水体的自净作用。有研究表明[26]，柘林水库TN水环境容量目前较大,可以达到该功能区地表水Ⅱ类标准；但是该水域TP质量浓度较大，污染指标严重，因此柘林水库对TP的滞留是修水入湖口的浓度低的重要因素。抚河是江西省第二大河流，其中有两座大型水库洪门水库和廖坊水库，总库容达16.43亿立方米，大型水库的蓄水导致了所在河流下游的磷营养盐浓度的减小，且水库在丰水期蓄水，枯水期放水也导致了下游河流磷的浓度在枯水期高于丰水期。赣江、抚河，修水中上游均有拦河大坝，而饶河没有相关的水利设施，所以导致饶河TP浓度相对偏高，赣江TP浓度较高的原因可能由于水库下游的生活污水有关。由表4可以看出，饶河的TP与和TN具有较高的相关系数，其值分别为0.914和0.733，因此渔业养殖的污水排放会造成饶河TP含量增高；信江上游流经很多城市，受到一定的人为污染排放影响，且其上游处上饶市朝阳磷矿（华东第一大磷矿）的影响，平均浓度达0.13mg/L。相关资料表明[27]，朝阳磷矿每年能够生产过磷酸钙超过10万吨，在磷矿作业过程中产生的污染废水直接排入信江河流中，这也是导致信江TP浓度偏高的重要原因之一。

表4 饶河氮磷相关性

(4)TN/TP比值的动态变化性

在藻类生物生长结构中，TN/TP比值具有重要的意义，也可以反应出河流水体中藻类生物营养结构特点[28]。当河流水体中TN和TP质量浓度比在10～25时，相关研究表明藻类生物生长有着直观性特点，尤其是藻类生物的生长与氮磷质量浓度存在直线相关关系[29-30]。在五条入湖河流水体中，赣江与修水TN/TP比值相对最高，赣江河流水体中TN/TP值为26.2，修水河流水体中TN/TP比值21.5，远高于其余水体；抚河河流水体中TN/TP值为10.8、饶河河流水体中TN/TP值为11.4、信江河流水体中TN/TP值为17.3，五条入湖河流水体中TN/TP值结果也大部分都介于10～25范围，在该范围内都满足藻类生物生长特点的需要，也符合藻类生物生长的营养条件。由实验检测结果可知，修水、抚河、饶河和信江TN/TP值都介于藻类生物生长相关性范围之内。Guildford[31]等实验研究发现水环境中不同营养盐质量浓度分类的限制性标准，当TN/TP≤9.0时，该情况下可分类为氮限制性水体，当TN/TP≥22.6时，该情况下可分类为磷限制性水体。赣江河流水体中TN/TP值为26.2，根据此种分类标准判定其属于磷限制性水体，其余河流水体介于标准范围内，均属于正常状态。

TN/TP比值的逐月动态变化情况见图4。结果显示，修水、信江、赣江TN/TP比值波动较大，且都在4、5两月到达最大值后开始降低。造成此种现象的重要原因是夏季导致了水环境中各种生物活动变的更加剧烈，此时水体底部氧气含量越来越低，从而让磷物质从沉积物中释放量增多[32]。其它水体TN/TP比值变化幅度基本不大。

图4 各河流水体TN/TP平均值及逐月变化特征

3.结论

（1）鄱阳湖五条入湖河流中，信江、抚河、修水TN浓度分别为1.26mg/L、0.76mg/L、1.25mg/L，其中赣江、饶河TN污染不容乐观，赣江、饶河TN浓度达到2.31mg/L和2.34mg/L高于《国家地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的V类水质浓度限值（2.0mg/L）。

（2）饶河流域TP浓度（变化范围为0.03～0.88mg/L，平均值0.31mg/L）高于其它河流主要是由于没有水库对于磷素的滞留作用；赣江的浓度（变化范围为0.70～2.43mg/L，平均值1.31mg/L）高于其它河流原因是农业污染和城市污水的共同作用。

（3）TN/TP比值可以反应出藻类生物生长营养结构特点，从而间接反应出水环境质量状况。入湖河流水体中TN和TP质量浓度比在10～25时，藻类生物生长与氮磷质量浓度存在相关关系。根据TN/TP比值（赣江的TN/TP比值为26.2），可以判定于赣江水体属于磷限制性状态，其它水体属于正常状态。在今后的入湖河流水环境修复与整治中，应采取支流和干流共同调控、水环境污染控制和水生态修复相结合的综合保护策略。