哈素海湖底沉积物氮磷分布特征及潜在的资源化利用探讨

哈素海湖底沉积物氮磷分布特征及潜在的资源化利用探讨孙标;杨志岩;赵胜男;朱永华;田卫东

【摘要】为了探讨沉积物中氮磷的分布特征及其资源化利用潜力,采集了哈素海湖底的20个沉积物样品,并进行了相关的分析和研究.结果表明:哈素海湖底各采样点表层沉积物中全氮、碱解氮、全磷、有效磷分别为0.15～2.14 g/kg、49.01～177.14 mg/kg、0.30～0.45 g/kg、11.91～23.53 mg/kg,其空间分布特征和变化趋势差异表现较大.从垂向分布特征来看,全氮、碱解氮含量呈现随沉积物深度的增加而减少的趋势,与近年来向湖泊水体中输入的氮量明显增加有关,而全磷、有效磷含量在垂向分布上并无明显变化,表明近年来外源输入的磷没有明显增加的趋势.与其他湖泊对比分析,哈素海湖底泥资源化利用潜力较大,具有一定的农业价值.【期刊名称】《中国土壤与肥料》

【年(卷),期】2019(000)002

【总页数】7页(P194-200)

【关键词】哈素海;沉积物;氮磷元素;资源化利用

【作者】孙标;杨志岩;赵胜男;朱永华;田卫东

【作者单位】内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古地质环境监测院,内蒙古呼和浩特 010020;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古呼和浩特010018

【正文语种】中文

沉积物是湖泊生态系统的重要组成部分，其不仅能反映水体区域环境的变迁，同时也是氮、磷等营养物质的重要存储库，对污染物的迁移转化和湖泊中营养元素的循环有着重要意义［1-2］。氮、磷元素是水生生物生长的必要元素，同时也是富营养化的限制性要素。沉积物作为氮磷等营养元素的“汇”，积累并储存了来自上覆水体中通过径流、沉降、排污等多种途径进入水体的污染物质，而在一定的物理、化学等环境因子的影响下，沉积物中的氮磷元素可以通过再悬浮等方式重新释放于上覆水体内，成为湖泊氮磷等营养元素的“源”［3-4］。沉积物对上覆水域养分“源”和“汇”效应在湖泊系统的物理、化学和生物循环中起着重要作用，当外源氮磷输入得到有效控制后，湖泊沉积物内源氮磷释放将成为影响湖泊富营养化状态的关键因素［5-6］。

湖泊沉积物中可被植物吸收的氮磷组分，主要为碱解氮和有效磷，研究调查它们的含量状况，对于其肥力及利用前景有着重要的意义。大量的研究表明，资源化利用是沉积物处置中最有前景的方式，沉积物中不仅含有丰富的营养成分，并且沉积物中的腐殖质胶体能使土壤形成团粒结构，使土壤养分更易保持，在实现经济效益的同时也解决了沉积物疏浚的出路问题，实现了沉积物-土壤-作物的良性循环［7-9］。因此，研究湖泊沉积物中氮磷元素的分布特征及其资源化利用潜力对于明确湖泊污染现状、预测污染趋势、评估湖泊水体环境质量、治理湖泊富营养化问题及实现湖泊底泥的经济效益都有着重要的科学和现实研究意义。

本文以内蒙古哈素海为研究对象，探讨湖泊沉积物中氮磷元素的分布特征，并对其资源化利用潜力进行评估，以期为哈素海的富营养化治理提供数据支撑，为其他同类型湖泊的污染防治提供新思路。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

哈素海（40°34′N～40°38′N，110°56′E～111°1′E）位于内蒙古土默特左旗境内，大青山南侧洪积平原、黄河冲积平原和大黑河冲积平原的交汇处。哈素海南北长9.5 km，东西宽5.3 km，湖面平均海拔为988.5 m，平均水深为1.1 m，最大水深可达1.8 m，围堤总长度约24.1 km［10］。哈素海被称为“塞外西湖”，1996年12月，建立了哈素海湿地自然保护区，2008年被列入“内蒙古自治区级自然保护区名录”，哈素海在防洪抗旱、气候调节等方面都发挥了重要的生态作用［11］。

哈素海以黄河水为主要补给来源，由南侧的民生渠定期补水。美岱沟的水通过哈素海西侧的后河排入哈素海；大青山北侧的西白石头沟、朱尔沟、黑牛沟、苏盖营子沟的水通过哈素海北侧的渠道排入。该区域年平均气温为6.5℃，年降水量为391.8 mm；年平均风速为 2.0 m/s，最大风速为 36 m/s；年蒸发量约为年降水

量的5倍［12-13］。

1.2 取样与测定方法

为了全面调查分析哈素海湖底泥中氮磷营养元素的分布情况，于2014年9月10

日对哈素海的底泥进行了取样，取样点共20个，取样点的位置如图1所示，布点主要考虑尽可能遍布全湖，且取样船只方便停靠和操作的地点，取样使用柱状采样器，取样深度约2.1 m，取出泥样后，将其分层放入塑料袋中，然后送回实验室进行处理。

实验室分别对表层0～10、50～60、100～110、150～160、200～210 cm泥样进行了测试分析，测试指标包括全氮（TN）、全磷（TP）、碱解氮、有效磷、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg及As。沉积物全氮（TN）、全磷（TP）、碱解氮及有效磷的测试方法，分别采用高氯酸-硫酸消化法、酸熔-钼锑抗比色法、碱解扩散法及碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定。Cu、Zn、Pb、Cd、Cr元素测定采用

《现代实用仪器分析方法》；Hg元素测定：NY/T 1121.10-2006；As元素测定：NY/T 1121.11-2006。

图1 研究区水系及底泥取样点分布图

2 结果与分析

2.1 全氮、碱解氮分布特征

哈素海表层底泥中全氮变化的含量范围在0.15～2.14 g/kg之间，均值为0.67

g/kg。其中20%的采样点全氮含量较高，超过1 g/kg，有50%采样点全氮含量

超过0.5 g/kg，说明哈素海表层底泥的全氮含量整体较高。应用ArcGIS软件对哈素海表层底泥的全氮进行空间分布分析见图2（a）。从图中可以看出，表层底泥

中全氮的水平分布整体有西北及中部向西南及东南逐渐递增的趋势，采样点

ZKS11处全氮含量最高，为2.14 g/kg，哈素海表层底泥的低值区为湖泊中心处，ZKG8含量最低，为0.15 g/kg。哈素海表层底泥全氮呈现周边高、中心底的主要原因为，入湖河流及沟渠都位于湖区的南岸和西岸，该区域分布着大量农田、农药和化肥可随地表径流或退水渠排入哈素海，为湖泊提供了丰富的氮源。

哈素海底泥全氮在垂向上的分布如图3（a），由于受沉积环境、底泥形状早期成

岩作用及人类活动等的影响，尽管各采样点全氮变化特征有所不同，但基本呈现随着深度增加，全氮含量逐渐减少的趋势。对全湖20个点取均值后，在0～10 cm

底泥中的平均值为0.67 g/kg。50～60 cm底泥全氮平均值为0.51 g/kg。100～110 cm底泥全氮平均值为0.33 g/kg。150～160 cm底泥全氮平均值为0.37

g/kg。200 ～ 210 cm 底泥全氮平均值为 0.37 g/kg。这与近年来的工业生产、

农业活动的加强有关，人类活动向湖泊输入的氮素明显增加，致使哈素海沉积物的氮含量也呈随深度增加而减少趋势。

哈素海表层底泥中碱解氮空间分布情况见图2（b），含量范围在49.01～177.14 mg/kg之间，均值为107.52 mg/kg，空间分布与总氮不同，湖泊中部与南部属