滇池及流域环境水中磷与悬浮物的相关性研究

　　磷是评价水质好坏的标准，是水体中生物生长需要的一种关键元素，是水体富营养化的限制因子。磷含量过多(超过0.2 mg/L)会使藻类过度繁殖，造成水体富营养化，使湖泊发生水华和海湾出现赤潮，透明度降低，水质变坏，破坏水体平衡，从而使自然环境恶化。水中磷包括元素磷、正磷酸盐、缩合磷酸盐(焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐)、有机团结合的磷(如磷脂等)等，主要形式为：正磷酸盐，可溶性总磷(包括溶解有机态磷、溶解无机态磷)、颗粒态总磷(包括颗粒有机态磷、颗粒无机态磷和有机胶体结合磷)。
　　水体中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一，悬浮物直径约在4~10 mm 以上肉眼可见微粒，主要是由泥沙、黏土、矿物微粒、原生动物、藻类、细菌、病毒、以及高分子有机物等组成。水体中悬浮物能作为污染物迁移转化的载体，在迁移过程中发生生物化学作用，还能吸附和富集污染物，不断发生沉降、混合稀释、絮凝作用，使水质环境发生变化而导致局部污染。进入天然水体的大部分营养污染物会被水中悬浮泥沙吸附并随同泥沙颗粒一起运动或沉积在河湖底部，形成具有一定厚度的营养性污染物沉积物层。环境水体中悬浮物的组成与分布因所处环境不同而有差异，一些富营养化的湖泊水体中悬浮物主要成分多为有生命的藻类和细菌，流动性的河道水体中悬浮物主要由泥砂、黏土、矿物微粒等组成，饮用水源水体比较清澈，悬浮物分布量极少。悬浮物在不同水体中的组成、性质不同，所发挥的作用各不相同，作用程度也不相同，这与其所处环境条件具有密切相关性。分析不同的水体中磷的主要存在形式及与悬浮物的相互关系对环境污染的研究和环境治理有重要意义。通过对滇池湖泊、20 条流动性河道、清洁饮用水体的监测，测定水体中总磷、可溶性总磷和正磷酸盐、悬浮物的含量，根据实验结果，分析水体中磷的主要存在形式，使用spss 17.0 软件做相关性分析和线性拟合，探讨总磷、可溶性总磷、颗粒态磷、正磷酸盐与悬浮物是否存在相关性及相关性的强弱。
　　1 试验材料和方法
　　1.1 仪器设备
　　7230G 可见分光光度计和30 mm 玻璃比色皿;高压蒸汽消毒器;50 mL 具塞磨口玻璃比色管;10mL 移液管;1 000 mL 容量瓶;250 mL 容量瓶;0.45m 滤膜;吸滤瓶;真空泵;烘箱;分析天平。
　　1.2 测定方法
　　1.2.1 总磷、可溶性总磷、正磷酸盐的测定使用过硫酸钾消解法一钼锑抗分光光度法(GB11893-1189)[5]测定。可溶性总磷(DTP) 是将水样经0.45 m 滤膜的滤液消解后测定，磷酸盐是将水样经0.45 m 滤膜的滤液直接测定。
　　1.2.2 悬浮颗粒体
　　总悬浮物量采用103~105  烘干不可滤残渣(悬浮物)法，即重量法《水质悬浮物的测定》(GB 11901-1989)[7]测定，颗粒态磷为总磷与可溶性总磷之差。
　　1.3 数据分析方法使用spss 17.0 软件做相关性分析和线性拟合，当显著性P0.05 说明两变量具有显著相关性，当显著性P0.01 说明两变量具有极显著相关性，相关性大小取决于相关系数R，当R0 时，表示两变量正相关，R0 时，两变量为负相关。相关程度一般划分为四级：|R|0.95 存在显著性相关;|R|0.8 高度相关;0.50.8 中度相关;0.30.5 低度相关;|R|0.3 关系极弱，认为不相关;R=0 无线性相关。
　　2 实验结果及分析
　　2.1 滇池水质监测结果及分析
　　滇池是我国著名的高原淡水湖泊，为典型的富营养化湖泊，属长江流域金沙江水系，湖体略呈弓形，弓背向东，南北长约40 km，东西最宽处12.5 km，平均水深4.4 m，水面面积306 km2，库容为12.9108 m3[8]。依据地表水湖泊监测布设原则[9]，选取滇池16 个点位的水样进行测定，根据实验结果，分析滇池湖体中磷的主要存在形式及与悬浮物的相关性。
　　2.1.1 结果分析
　　滇池湖水中的磷与其它湖泊中磷的存在形式基本一致，主要以可溶性总磷(包括溶解有机态磷、溶解无机态磷)、颗粒态磷(包括颗粒有机态磷、颗粒无机态磷和有机吸附结合态磷)的形式存在[10]。从表1 可知，滇池水体中总磷为0.086~0.260 mg/L;可溶性总磷含量很低，草海中心未检出，其它为0.014~0.027 mg/L，变化幅度较小为0.013 mg/L，含量稳定;正磷酸盐的含量极低，断桥、海口西、白鱼口、富善、罗家村分别为0.026、0.015、0.016、0.016、0.012 mg/L，其它均在检出限内(0.01 mg/L，检出限为0.01 mg/L)，含量稳定。滇池是典型的半封闭宽浅型湖泊，具有流域面积小、水资源量少、无外来水资源补给、降雨集中、气候温和、日照时间长、蒸发量大等特点，其水域分为草海和外海2 个部分，只有2 个人工控制出口，湖水中磷可通过颗粒吸附、自生沉积及生物聚集沉淀等方式形成沉积物-水界面，全湖的水体环境相对稳定。滇池湖体常年富集藻体，水体中的溶解性磷为藻体可以直接利用的磷源，藻体生长时溶解的磷酸盐被吸收，使得湖水中可溶性总磷、磷酸盐含量降低。颗粒态磷与可溶性总磷相比浓度较高，抽滤除去水中悬浮物后，磷的含量明显减低，磷的下降率为78.40%~93.46%，表明滇池湖水中悬浮物的存在对磷有很大影响，磷主要以颗粒态磷的形式存在，极少量以可溶性总磷与正磷酸盐形式存在。
　　2.1.2 相关性分析
　　滇池湖水中悬浮物与总磷、颗粒态磷、下降率有显著的正相关性，显著水平为P0.05。悬浮物与可溶性总磷无相关性。
　　总磷与悬浮物的线性拟合较好，R=0.568，呈中度正相关。悬浮物与颗粒态磷、下降率的线性拟合曲线R 值分别为0.471，0.453，呈低度正相关。滇池水体中悬浮物的种类较复杂，主要是藻类，此外还有原生动物、细菌、病毒、以及高分子有机物及少量泥沙。当藻体体积过大能富集在一起，可以聚集、吸附污染物质，水环境中大量磷以颗粒态磷形式被吸附和聚集在悬浮物中，从而使磷与悬浮物具有一定相关性。滇池藻体的种类和数量、藻体粒径随季节变化差异较大，受气温、气压，风力及风向影响，不同区域水层中藻体存在差异[14]。因此，不同点位悬浮物的__组成和含量会因藻体变化存在一定差异，这在一定程度上减弱了悬浮物与总磷、颗粒态磷、下降率相关性。
　　2.2 河道水质监测结果及分析
　　河道水体的悬浮物主要是不溶于水的无机物、有机物及泥砂、黏土，其中泥砂、黏土居多。依据地表水河流监测布设原则[11]，选择20 条滇池流域内具有代表性的流动性河道水样进行测定，分析不同的河道水体中磷的主要存在形式及其与悬浮物的相关性。
　　2.2.1 结果分析
　　河流水体中总磷、悬浮物在不同河道中分布各不相同，抽滤后可溶性总磷、磷酸盐含量也有很大差异，下降率在7.14%~85.78%之间，磷酸盐占可溶性总磷百分比在32.79%~95.69%之间，除甸头人民坝其余在56.82%~95.69%之间。甸头人民坝的悬浮物最高为84 mg/L，颗粒态磷也最高为0.368mg/L，下降率也最高为85.78%，磷酸盐占可溶性总磷百分比却最低为32.79%;上坝村悬浮物最低为4 mg/L，颗粒态磷也最低为0.010 mg/L，下降率也较低为10.20%。天然河道水体中悬浮物对磷存在很大影响，陆地水文环境中，最重要的磷循环通量主要为地表径流的磷迁移，多数磷酸盐的溶度积较小，流域中以溶解态迁移的磷相对要更少些，流域内磷的总迁移量多以悬浮颗粒态磷的形式靠地表径流搬运完成的[15]。悬浮物少的河道水体中磷主要以溶解态方式迁移，其水环境中磷主要是可溶性总磷(包括溶解有机态磷、溶解无机态磷);悬浮物多的河道水体中磷主要以颗粒态磷的方式搬运迁移，被迁移的磷较多，其水环境中磷主要以颗粒态磷的形式存在。因此，当悬浮物含量高时，水体中磷的主要存在形式为颗粒态磷，可溶性总磷与正磷酸盐含量较少;当悬浮物含量低时，河道水体中磷主要以可溶性总磷形式存在，并且在可溶性总磷中50%以上为正磷酸盐。
　　2.2.2 相关性分析
　　河道水体中悬浮物与总磷、颗粒态磷、下降率有显著的正相关性，其中悬浮物与总磷为显著正相关(P0.05)，悬浮物与颗粒态磷、下降率为极显著正相关(P0.01)。悬浮物与可溶性总磷、正磷酸盐无相关性。
　　颗粒态磷与悬浮物线性关系最好，曲线R=0.962，为极显著正相关。下降率与悬浮物的线性拟合后曲线R=0.699，呈中度正相关。总磷与悬浮物线性拟合R=0.386，为低度正相关性。天然水体中大部分污染物都被吸附在胶体和泥沙颗粒上，而泥沙颗粒尤其是粘性泥沙颗粒群体具有十分广阔的微界面，其物化特征是泥沙与污染物耦合作用的重要物质基础，更重要的是与污染物相互作用成为载体，在很大程度上决定着污染物在环境中的迁移转化和循环归宿，不同河道水环境中悬浮物的分布对磷的循环归宿不同。河道水体中磷能与悬浮泥沙、黏土相互作用并将其作为载体，被悬浮物吸附并随同悬浮颗粒一起运动，悬浮物分布越多，能吸附、迁移和相互作用的磷也越多，这就使总磷、颗粒态磷、下降率与悬浮物具有一定的正相关性，并且颗粒态磷与悬浮物为极显著的正相关性。
　　2.3 清洁水源水样
　　选取8 处饮用水源水样测定，其水样清澈透明。由表5 表明，悬浮物都在检出限以内，总磷与可溶性总磷含量都较低为0.034 ~0.014 mg/L， 下降率在0.00 ~8.82%，正磷酸盐占总磷百分比为83.33%~95.83%，总磷、可溶性总磷、正磷酸盐的含量基本相同。清洁饮用水中悬浮颗粒物的含量极低，磷主要以溶解态正磷酸盐的方式迁移，被迁移的磷极少，则水环境中磷含量很少，主要以溶解性正磷酸盐的形式存在。
　　3 结论
　　(1)清洁饮用水源水体中悬浮物均未检出，总磷含量极低，磷主要以正磷酸盐的形式存在水环境中。
　　(2)滇池湖水中磷主要以颗粒态磷的形式存在，可溶性总磷、正磷酸盐均稳定在较低的含量。悬浮物对湖水中磷的影响具有显著的特点，总磷、颗粒态磷、下降率与悬浮物呈显著的正相关性。
　　(3)不同的河道水体中磷的主要存在形式不同，悬浮物对磷存在形式有很大影响。悬浮物含量高的河道，磷主要以颗粒态磷形式存在，只有少部分磷以可溶性总磷形式溶解在水体中，在可溶性总磷中正磷酸盐只占少部分;悬浮物含量低的河道，磷主要存在形式为可溶性总磷，可溶性总磷中一半以上由正磷酸盐组成。总磷与悬浮物呈显著的正相关性，颗粒态磷、下降率与悬浮物呈极显著的正相关性。