黔江区小南海湖水中磷形态分布特征

2013-10-22张永江黄晓容张宗庆罗永洪宋卫华周家华

环境影响评价 2013年1期

张永江，黄晓容，张宗庆，罗永洪，宋卫华，周家华

（重庆市黔江区环境监测中心站，重庆 409000）

水体富营养化已成为全球水污染关注的焦点，成为主要环境问题之一。经济合作与发展组织（OECD）研究表明，由磷浓度导致湖泊富营养化的几率占80%［1］。磷是湖泊和河流中生物生长必不可少的营养物质，也是水体富营养化控制的关键性因子。当水体中磷浓度大于0.02 mg／L时，对水体的富营养化起着明显的促进作用，造成水质透明度降低，严重时造成水华，危害水生生物生长，导致水质恶化［2］。在水体中，磷的化学形态主要有溶解态总磷（DTP）和颗粒态磷（PP），在不同的水环境条件下，溶解态的磷容易被浮游生物所利用，水体富营养化主要受正磷酸盐的影响，水质溶解态的磷浓度越高，导致水体富营养化程度增加［3－4］。因此，研究水体中磷形态分布，对于有效控制水体富营养化的发生具有十分重要的意义。

小南海位于黔江区境内，其地理坐标为北纬29°38.37′，东经 108°44.28′，小南海流域面积为2.87 km2，总库容为7 087万m3，是国内保存最完整的一处古地震遗址。2001年被国家地震局命名为国家级地震遗址保护区和全国防震减灾科普宣传教育基地。2002年9月被重庆市国土资源和房屋管理局批准为市级地质公园。2004年3月，黔江小南海国家地质公园被中国国土资源部列为第3批国家地质公园。2009年被水利部列为国家水利风景区和国家湿地公园。

近年来，开展湖泊沉积物中磷的研究报道较多，主要集中研究总磷的空间分布及变化规律［5－7］。在重庆市范围内，主要研究报道了长寿湖、长江和嘉陵江等水体中磷的形态研究报道［8－10］。随着黔江区小南海旅游业和农村经济的快速发展，小南海区域水质已呈下降趋势。查阅文献发现，无相关文献报道小南海湖水中磷形态分析研究，为此，本文采集小南海区域8个代表性点位的湖水样品，监测不同区域湖水中磷形态含量，研究磷形态分布特征，为控制小南海湖的富营养化和水域环境质量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样点布设

通过资料收集和考察，确定小南海湖周边有代表性的区域设置8个采样点，如小南海补水区域、城区饮用水取水点、河流汇入处等，采样点具体位置及特点见表1。

表1 采样点位置及特点

1.2 样品采集与分析

用有机玻璃采样器采集水样，在小南海湖8个点位采集表层瞬时水样，装入洁净塑料瓶。采样时，现场用便携式溶解氧仪器（HD25d），电导率仪（SG7梅特勒托利多）和p H仪（SG8梅特勒托利多）现场测得水温、p H值、溶解氧（DO）和电导率等水质参数。

本研究采用国家或行业标准方法，水样中磷形态包括总磷（TP）、可溶性正磷酸盐（DP）和可溶性总磷酸盐（DTP），有关操作和质量控制按HJ／T91－2002《地表水和污水监测技术规范》、《水和废水监测分析方法》第4版中的A类，钼锑抗还原光度法测定方法进行［11］。水中3种存在的磷形态测定流程图见图1。溶解性有机磷（DOP）和颗粒态磷（PP）分别由DOP＝DTP－DP和PP＝TP－DTP计算。现场测定参数见表2。

图1 水样中3种形态磷测定流程

表2 现场测得参数一览表

2 结果与讨论

2.1 湖水中TP、DTP和DP的含量

小南海湖水中不同采样点TP、DTP和DP含量见图2。

图2 小南海湖水中不同采样点TP、DTP和DP含量

由表2和图2可以看出，小南海湖水中不同采样点的平均水温、p H值、DO和电导率分别为27.9℃、8.58、8.32 mg／L、127.1μS／cm，TP、DTP和DP的含量差异较大。整个采样点位TP质量浓度范围为0.017～0.029 mg／L，DTP质量浓度范围为0.010～0.022 mg／L，DP质量浓度范围为0.006～0.010 mg／L，TP满足《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）III类水质限制要求。1、3和6号采样点TP浓度相对较高，主要原因：1号点位上游为小南海村和白矾溪汇入处，而且人口居住密度较大，分布有大量农田耕种区域，含磷化肥的大量使用，会向小南海湖中排入大量的生活和农业生产废水；3号点位为小南海补水区域，补水来源于湖北咸丰县，可能由于补水带入了大量的磷进入小南海区域；6号点位为小南海风景区码头，由于近年来旅游业的快速发展，游客增加和农家乐等餐饮业的快速发展，而配套的旅游污染治理工作相应滞后，大量生活污水排入湖水区域，增加了码头区域TP含量。2号点区域在布设采样点中磷形态浓度相对较低，主要原因是2号点湿地保护区村落居民较少，人为活动较少，引起该区域水体中磷浓度因素少，生态湿地保持良好，因此该区域各种磷形态浓度相对较低。

2.2 湖水中DTP和PP含量的变化

图3表示小南海湖水中不同采样点DTP和PP占TP的质量分数。

图3 不同点位DTP、PP占TP的质量分数

由图3明显看出，各个采样点的DTP的质量分数占主要部分，其中8号采样点达到85.1%，6号采样点最低为55.8%，2号和5号采样点DTP和PP的质量分数差别较小。从小南海整个湖水采样点布设来看，湖水中的TP以溶解态磷为主要存在形式，各个采样点PP占TP的质量分数较小，因此，PP不是小南海湖水中TP变化的主要控制因素。

2.3 湖水中DP和DOP含量的变化

图4表示小南海湖水中不同采样点DP和DOP占DTP的质量分数。

图4 不同点位DP、DOP占DTP的质量分数

由图4明显看出，除1和3号采样点外，其余各采样点中DP占DTP的质量分数较大，1号点DP和DOP各占50%，而3号点，DOP的质量分数达到73.0%，由此表明，小南海湖水中DTP主要以DP为主要形式存在。现有文献报道天然水体中的有机磷能有效被浮游动植物分解利用［8］。而水体中DP容易被藻类直接利用，对水体富营养化起着重要的作用，7月为丰水期，温度较高，有利于小南海沉积物中磷的释放，再加上有机物的分解速率加快，使得小南海湖水中的DP含量较高。因此，控制水体中的DP含量，对防止小南海湖水水体富营养化起着重要的作用。

2.4 湖水中磷形态与水质参数的相关关系

对所有监测数据均采用SPSS软件和Excel进行统计分析，正态性检验（Skewness偏度检验和Q－Q图）结果发现，8个采样点的各种磷形态数据和现场监测水质参数均不呈正态分布，故采用Daniel趋势检验方法进行统计分析，将秩相关系数rs的绝对值与Spearman秩相关系数统计表中（显著性水平a＝0.05或a＝0.01）的临界值进行比较。

磷形态与现场水质监测参数的Spearman秩相关系数统计结果见表3。由表可以看出，磷形态PP含量和DO、电导率呈极显著正相关，DP含量和p H呈极显著正相关，其余磷形态和DO、p H和电导率均无显著相关性。由于电导率是表示溶液中传导电流的能力，其大小与水体中盐离子的浓度和类型有关，由PP含量和电导率呈极显著正相关，能够间接反映出小南海湖水中溶解性磷盐离子的含量对湖水电导率的贡献较大。p H值监测结果表明，小南海湖水区域水体总体呈弱碱性，表明湖水没有出现酸化现象。

表3 磷形态与水质参数的相关系数

2.5 小南海湖水TP月变化分析

黔江区城区饮用水源取水点位于5号点，因此，选取5号点为分析小南海湖水TP的年际变化。数据选取黔江区环境监测中心站2012年8月至2013年7月的监测数据进行分析统计（见图5）。

图5 小南海湖水TP的年际变化

由图5可以看出，小南海湖水中TP随月份变化幅度较大，在2013年5月，TP浓度值最小，7月份达最大，统计月份TP的浓度均满足《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）II类水质湖泊限制要求，但从图5中可以观察到，小南海取水点区域TP的浓度呈增长趋势，由于小南海旅游的开发，景区基础设施建设的加快，尤其是取水点区域正在加快农家乐场所的建设，湖水中排入废水增加，在加上6、7月份暴雨增加，雨水冲刷将农业耕作区域中磷带入湖水中，导致该区域TP含量增加。因此，必须加强小南海湖水区域范围内的生态环境保护力度，确保饮用水环境质量安全。