尼洋河表层沉积物中TP、TN空间分布特征研究

王 珍，段孟辰，张 英，张红锋

(1.西藏农牧学院，西藏 林芝 860000；2.云南省昆明市晋宁区防汛抗旱办公室，云南 昆明 650600)

0 引言

氮、磷等营养元素即是水生物生长所需的必要元素，也是造成流域水体富营养化的主要元素。流域中的沉积物作为污染物的存在的“汇”，通过污水、地表径流到水体中的氮、磷元素可以在河床沉积物中逐步积累并发生贮存，沉积物同时也作为氮、磷等元素的“源”，可通过地表水和地下水之间的水量交换向地表水中释放出氮、磷元素，因此，通过评价沉积物中污染物元素的含量可以评价河流水体是否健康[1-4]。氮、磷元素在河床沉积物中的含量大小往往受自然因素和人为因素的双重影响，这也是国内外学者主要研究的热点问题[5-7]。目前国内研究人员对氮、磷元素的报告主要是在研究河床表层沉积物中的氮、磷元素在垂直方向上的含量变化。此外，近些年研究最多的是海洋、湖泊中表层沉积物的氮、磷等元素的分布情况，尤其是沉积物中重金属元素的分布特征[8-10]，但是对河流表层沉积物中的氮、磷元素含量分别的研究相对较少。本文主要是对西藏尼洋河流域表层沉积物和上覆水中TP、TN的含量分布特征进行测试调查，进而讨论尼洋河表层沉积物和上覆水中TP、TN的分布特征，解析尼洋河表层沉积物和上覆水中TP、TN的主要来源，并对TP、TN的污染现状进行评价，这将为尼洋河水源地水污染防治和规划以及为治理河流水体的富营养化提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

尼洋河发源于西藏自治区米拉山西侧的错木梁拉一带，是雅鲁藏布江的主要支流之一。流域介于 92°10′～94°35′E 和 29°28′～30°30′N 之间。河长共 318 km，河流平均比降 3.64‰，落差 2 080 m，流域覆盖面积为 17 679 km2[11]。尼洋河流域主要分布在工布江达县全域和巴宜区的部分乡镇，自西向东流至林芝县的则们附近与亚雅鲁藏布江交汇。尼洋河是林芝地区的“母亲河”，沿河两岸植被生长完好，风光秀丽迷人，野生鸟类众多，尼洋河也是西藏著名的黑颈鹤鸟类主要的越冬区域。对尼洋河上覆水及沉积物中氮、磷营养元素的含量及来源的分析，是保护尼洋河水生态环境重要的一个方面。

1.2 样品采集

2020年4-5月，在尼洋河流域自中上游至下游采用多点混合法采集表层沉积物(采样深度为0～5 cm)，然后用四分法混合成一个样品，每个样品重约1 kg，共获得8个样品(见图1)。采集后的样品用自封袋封装好后带回实验室，并置于干燥清洁处使其自然风干。风干后样品中的异物等杂物将挑拣出，将其研磨至过筛。其中表层沉积物中TP含量用分光光度法进行测定[12]；表层沉积物中TN含量用紫外分光光度法测定[13]。 同时在同等点位水面0.5 m 处取上覆水，上覆水中TP含量采用分光光度法测[14]；上覆水中TN含量亦采用紫外分光光度法来测定[14]。

图1 各个河段实验布点示意图

2 结果与讨论

2.1 尼洋河TP、TN的分布特征

由表 1 可知，尼洋河流域表层沉积物中TP平均浓度为445 mg/kg，其浓度变化范围为402～595 mg/kg，各采样点位TP的平均浓度排序为：巴宜市区 > 百巴镇 > 巴河镇 >苯日神山景区 >永久村 >尼西村 >更张村 >八一特大桥；尼洋河表层沉积物中TN平均浓度为421 mg/kg，其浓度变化范围为323～680 mg/kg，各采样点位TN的平均浓度排序为：巴宜市区 > 八一特大桥 > 永久村 >巴河镇>百巴镇 >尼西村 >苯日神山景区 >更张村。尼洋河流域上覆水中TP平均浓度为0.06 mg/kg，其浓度变化范围为0.018～0.25 mg/kg，各采样点TP的平均浓度排序为：八一特大桥>巴河镇>永久村>尼西村>更张村>巴宜市区>百巴镇>苯日神山景区；上覆水中TN平均浓度为0.47 mg/kg，其浓度范围为0.20～0.86 mg/kg，各采样点TN平均浓度量排序为：巴河镇>百巴镇>更张村>尼西村>巴宜市区>永久村>八一特大桥>苯日神山景区。

表1 尼洋河流域重金属元素含量 mg/kg

通过对尼洋河各监测断面TP、TN进行空间分析，可以看出尼洋河流域表层沉积物中TP，TN的含量受海拔的变化发生影响，且随着海拔的变化呈现出先降低后增加在降低的趋势，在5号采样断面出现一个突变值(分别为TP 595 mg/kg，TN 680 mg/kg)，这是因为在5号采样点附近有养殖场，其养殖废水排入到流域中造成这一点位TP、TN的含量较其他点高。通过对TP、TN的分析得出尼洋河表层沉积物中TP含量较TN含量高(见图2)。尼洋河上覆水中可以看出中TP，TN的含量随着海拔的变化呈现出先降低后增加在降低的趋势，在7号采样断面出现一个突变值(分别为TP 0.25 mg/kg，TN 0.86 mg/kg)。总体而言尼洋河上覆水中TN含量较TP含量高。

图2 尼洋沉积物、上覆水中TP、TN含量的空间分布图

2.2 尼洋河表层沉积物中TP、TN污染评价

采用表层沉积物中TP、TN含量的评价标准方法[15]、用单因子的指数法进行表层沉积物中TP、TN评价。单因子 i 的关系指数的公式表示如下：

Si=Ci/Cs

(1)

其中：Si为单项评价指数，当Si大于1表示评价物质的含量超过评价标准；Ci表示为评价因子的实际监测值值，Cs表示为评价因子的标准数值。

根据文献[16]数据所得，TP、TN不同的含量表示不同的环境生态效应。当沉积物中TP的含量为 600 mg/kg时表示具有最低的生态效应，当沉积物中TP的含量为 2 000 mg/kg 表示具有严重的生态效应；当沉积物中TN含量为 550 mg/kg表示具有最低的生态效应，当沉积物中TN含量为 4 800 mg/kg表示具有严重的生态效应。本研究采用沉积物中TP的评价含量标准为 600 mg/kg ，TN的评价含量标准为 550 mg/kg，通过计算8个沉积物样品的TP、TN的标准指数Si如图3所示。

图3 尼洋河流域表层沉积物中TP、TN标准指数

从图3可知，尼洋河流域表层沉积物中TP、TN(除5号采样断面外)标准指数均小于1，说明尼洋河流域表层沉积物中TP、TN不具有生态风险效应，尚处于安全级别，对环境产生的危害较小。5号采样点口附近主要有牛、羊的养殖基地，而养殖基地的废水是直接流入尼洋河，从而导致这一采样点TP、TN的数值超过标准数值，应当引起重视。

2.3 表层沉积物中TP、TN含量与上覆水中TP、TN含量的关系

河床沉积物是氮、磷等营养物质累积及再生的重要场所，在某种特定条件下，沉积物中的氮、磷等营养物质将会转移到沉积物间隙水中[17，18]。通过对尼洋河表层沉积物中TP、TN含量与对应上覆水TP、TN的含量做相关性检验，结果表明：尼洋河上覆水中TP、TN的含量分别与尼洋河表层沉积物中TP、TN的含量呈正相关性(rTP=0.688，rTN=0.758)，其研究结果与杨丽原等[19]对南四湖表层沉积物中TP、TN与上覆水TP、TN含量的关系的研究结果基本上相似。这说明尼洋河表层沉积物中TP、TN的来源与其上覆水中TP、TN的主要来源是基本相同的。尼洋河上覆水中TN、TP主要是由沿流域附近的社会生产、农业污水、养殖废水和生活污水等的排放所带来的，而从在于上覆水中的这些氮、磷将在河流的沉积物中发生沉积和积累，通过地表水和地下水之间的交换作用发生物质的迁移和转化。

3 结语

(1)尼洋河表层沉积物中TN平均含量为421 mg/kg，其变化范围为323～680 mg/kg，TP平均含量为445 mg/kg，其变化范围为402～595 mg/kg。尼洋河上覆水中TN平均含量为0.47 mg/kg，其含量范围为0.20～0.86 mg/kg，TP总体平均含量为0.06 mg/kg，其含量范围为0.018～0.25 mg/kg。对TP、TN进行空间分析，总体呈现出随海拔变化表示为先降低后增加在降低的趋势，不同样点空间TP、TN的分布差异较显著。

(2)通过对尼洋河表层沉积物中TP、TN含量的污染评价，表明尼洋河表层沉积物中TP、TN(除5号采样断面外)标准指数均小于 1，说明尼洋河表层沉积物中TP、TN暂时不具有生态风险的危害效应，对环境产生的危害较小。

(3)根据person相关性分析，尼洋河上覆水TP、TN分别与沉积物中TP、TN的含量呈正相关性(r=0.688，r=0.758)，表明尼洋河表层沉积物中TP、TN与上覆水中TP、TN的主要来源是相同的。