城市污水、工业废水对水体影响

　1 引言

　　氮(Nitrogen，N)和磷(Phosphorus，P)是重要的生源要素，但也是引起水体富营养化的重要因素，因此，它们是控制富营养化的重要目标元素.一般认为控制湖泊富营养化的关键在于减少P元素的输入.然而，试图通过减少P元素输入以达到控制湖泊富营养化的许多实验都未获得成功，例如，美国Apopka湖、George湖和Okeechobee湖、中国东湖及日本霞浦湖.因此，N这一基本元素在湖泊富营养化过程中的作用引起了研究者们的广泛关注.通过对太湖藻类营养盐限制的研究发现，虽然P负荷的减少具有重要作用，但N负荷的减少却可能在本质上控制太湖蓝藻爆发的强度和持续时间.

　　沉积物作为水体中营养盐(如N、P)的主要存储库，其所含的营养盐元素在一定条件下可以通过扩散、对流和沉积物再悬浮等过程向上覆水体释放，与上覆水体发生交换而改变其含量，产生显著的生态环境效应.太湖属于浅水湖泊，强烈的风浪扰动等使得沉积物与水体营养盐交换频繁，能够快速满足水华暴发时藻类对营养盐的需求，我国学者在相关领域开展了大量的研究.

　　目前，关于太湖沉积物营养元素相关研究多集中于不同湖区的空间分布及水体-沉积物界面之间营养元素的生物地球化学过程，而针对太湖上游入湖河网中沉积物的相关研究较为欠缺.实际上，流域水系河流沉积物的理化性质和营养盐赋存形态对解析太湖湖泊水体营养盐的来源、河流水系的营养盐输运过程与能力具有重要的指示作用.由于太湖河网密布，流域土地利用类型多样、空间异质性大，需要足够数量的代表性样点数据来分析其污染特征.本研究依靠高密度布点，选取西苕溪水系和宜溧-洮滆水系作为对象，分别代表山区树状和平原网状两种典型的入湖河流水系，研究河流沉积物中N元素的形态、空间分布及其与上覆水体之间的关系，旨在揭示太湖西部河网的N元素分布规律，为N污染物源解析及输运过程分析提供基础资料，研究结果对太湖流域的水环境管理也将具有参考价值.

　　2 材料与方法

　　2.1 研究区域概况

　　此次研究主要集中在太湖流域的西苕溪水系和宜溧-洮滆水系(图 1).苕溪分东、西两支，其中，西苕溪为太湖的主要入湖河流，发源于浙江省安吉县和安徽省宁国县境内天目山区，流经安吉县、湖州市，后与东苕溪汇合于小梅口和大钱口zui终汇入太湖.西苕溪水系年均注入太湖水量为1.89×109 m3，约占太湖年均入湖水量的18%.

 图1 太湖流域主要入湖水系河流沉积物及水样采样点位示意图 

　　宜溧水系和洮滆水系分别发源于茅山与苏浙皖三省交界处的界岭山地和金坛境内茅山东麓.宜溧水系经宜兴的西氿、团氿和东氿3个湖泊后于大浦、长兜港等主要河道汇入太湖.洮滆水系通过漕桥河、太滆运河、殷村港、烧香港等东西向的主干河道后汇入太湖竺山湾，同时通过丹金溧漕河、扁担河-孟津河、武宜运河、锡溧漕河等多条南北向河道与宜溧水系相贯通.因此，宜溧-洮滆水系共同构成了太湖湖西区平原网状水系，年均注入太湖水量为4.88×109 m3，约占太湖年均入湖水量的50%，也是入湖污染负荷通量zui大的水系.

　　2.2 水样、表层沉积物样品采集与分析

　　对两个水系的主要支流及汇合区域进行水质和表层沉积物采样点的布设，共设定采样点位102个(图 1)，并于2014年1月完成沉积物及水样的采集工作.其中，西苕溪水系采样点16个，宜溧-洮滆水系采样点86个.在每个采样点位使用2.5 L采水器采集水面下0.5 m处水样1000 mL，低温下避光保存;用彼德森采泥器随机采集2份表层(0~10 cm)沉积物样品，现场去除贝类、枯枝等杂物后混合均匀并装入聚乙烯袋密封.采样结束后，立即将所有样品运回实验室分析.

　　原水样用于测定总氮(TN)浓度，经0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后的水样用于测定氨氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和亚硝态氮(NO2--N)浓度.参照《水和废水监测分析方法》，使用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN浓度，水杨酸-次氯酸盐光度法测定NH4+-N浓度，酚二磺酸分光光度法测定NO3--N浓度，N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定NO2--N浓度.

　　沉积物样品自然风干后研磨过100目筛，用于测定TN、NH4+-N和NO3--N含量，沉积物样品各形态N含量的计算均以沉积物干重为基准.采用半微量开氏法测定TN含量，KCl提取-钠氏比色法测定NH4+-N含量，饱和硫酸钙提取-紫外分光光度法测定NO3--N的含量.有机氮(ON)含量为TN与NH4+-N、NO3--N的含量之差.因为NO2--N是硝化反硝化反应中间体，极不稳定，且含量通常很低可忽略，因此，表层沉积物中只分析TN、NH4+-N、NO3--N及ON的含量.

　　采用SPSS 19.0和R软件等进行数据统计分析，对水系表层沉积物各形态N含量设定p<0.05和p<0.01两种置信度水平进行差异的显著性比较;利用ArcMap 10软件绘制沉积物各形态N含量空间分布图.