劉 麗

（1.江蘇省蘇力環(huán)境科技有限責(zé)任公司；2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，南京 210036）

改革開放后，太湖流域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，特別是江蘇境內(nèi)的蘇錫常地區(qū)，工業(yè)企業(yè)發(fā)展較快。其間，大量的含氮、磷污水通過地表水排入太湖，由于太湖水體相對(duì)封閉，水質(zhì)嚴(yán)重惡化。隨著2008年藍(lán)藻的爆發(fā)，為改善太湖水質(zhì)狀況，江蘇省采取了一系列的治理措施，包括重污染企業(yè)搬遷，、沿太湖流域工業(yè)廢水N、P零排放等。雖然采取了一系列措施，但是太湖藍(lán)藻仍沒有得到有效控制，因?yàn)樵缙诤孜镔|(zhì)排入量大，空氣中含氮磷物質(zhì)自然沉降嚴(yán)重。因此，弄清自然沉降過程對(duì)太湖營養(yǎng)鹽的輸入情況，有助于人們控制太湖藍(lán)藻。

除了直接污水排入之外，環(huán)境空氣中的N、P化合物通過自然的沉降和降水過程進(jìn)入湖泊，是湖泊營養(yǎng)元素的最大來源[1]。其包含兩種方式，分別為干沉降和濕沉降。濕沉降是指下雨、下雪等降水過程，將空氣中的含N、P物質(zhì)裹挾后進(jìn)入地表和湖泊。干沉降是指含N、P物質(zhì)，通過分子間的作用力和空氣中的微塵形成的凝結(jié)核，結(jié)合成飄塵或氣溶膠，由于地球引力的作用，沉降到湖泊或入湖河流，從而向湖泊輸入N、P營養(yǎng)鹽[2]。干沉降和濕沉降是在不同的氣象條件下發(fā)生的，濕沉降過程的瞬時(shí)沉降量要大于干沉降，而濕沉降的時(shí)間尺度要大于干沉降。為探索江蘇省太湖流域干濕沉降量，筆者選擇太湖流域三個(gè)主要城市常州、無錫、蘇州濕沉降點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

1　研究方法

1.1　采樣技術(shù)

本項(xiàng)目使用由中國臺(tái)灣中環(huán)科技有限公司實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和制作的干濕沉降自動(dòng)采樣儀器自動(dòng)采集干沉降和濕沉降樣品。采樣器分別由干、濕沉降缸組成，在干、濕沉降缸的上端面有一活動(dòng)的蓋板可作搖擺運(yùn)動(dòng)。無降雨時(shí)濕沉降缸關(guān)閉，干沉降缸處于開通狀態(tài)，可采集空氣中飄塵和污染氣體的干沉降；降雨時(shí)在儀器控制器的作用下，使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作，蓋板搖擺運(yùn)動(dòng)而打開濕沉降缸，關(guān)閉干沉降缸，由此可避免干、濕沉降的相互影響，達(dá)到干、濕沉降自動(dòng)分離采集的目的。該儀器采樣完全自動(dòng)化持續(xù)運(yùn)行，無需人員值守，性能穩(wěn)定，取樣操作簡(jiǎn)單，完全滿足采樣要求。

干沉降采樣方法參考《環(huán)境空氣降塵的測(cè)定重量法》（GB/T 15265-94）、《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法》和《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》中降塵的收集方法，采用濕法采集樣品，即干沉降采樣前加入適當(dāng)量的蒸餾水，并經(jīng)常檢查干沉降缸內(nèi)存水情況，及時(shí)補(bǔ)充存水。

濕沉降采樣與樣品保存方法參考《大氣降水樣品的采集與保存》（GB/T3580-1992）中降水樣品的采集與保存方法。

1.2　布點(diǎn)方法

本研究采用現(xiàn)場(chǎng)采樣結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析的方法，對(duì)江蘇省太湖流域氮磷沉降進(jìn)行研究。具體研究方法為在江蘇省太湖沿岸和湖面進(jìn)行采樣點(diǎn)布設(shè)，具體布設(shè)規(guī)則按照太湖在江蘇省內(nèi)的具體位置進(jìn)行確定。為了研究江蘇省太湖流域干濕沉降的量，分別在太湖沿岸和湖上布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，沿岸點(diǎn)位位于無錫、常州市武進(jìn)區(qū)、蘇州市、宜興市，湖上點(diǎn)位布設(shè)于無錫馬山、蘇州漁洋山。2013年6月到2014年5月，分別進(jìn)行全年度的大氣濕沉降監(jiān)測(cè)，計(jì)算方法如式（1）所示。

式中，Rw為濕沉降率，kg/（km·月）；Ci為第i次降雨組分濃度，mg/L；h為降雨量，mm；k為單位換算系數(shù)，取值為1。

根據(jù)每個(gè)月的降水量，人們可以計(jì)算出該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的濕沉降率，然后通過本研究布設(shè)點(diǎn)位的統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出江蘇省太湖流域的平均濕沉降率。接著，結(jié)合太湖面積，計(jì)算出太湖濕沉降總量。通過參考相關(guān)文件，對(duì)太湖地區(qū)干濕沉降基本情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲取長時(shí)間尺度上太湖干濕沉降的估算比例，估算出江蘇省太湖流域營養(yǎng)鹽干沉降量，從而獲得當(dāng)?shù)氐恼w干濕沉降情況。

2　研究結(jié)果

通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合江蘇省太湖面積，人們可以計(jì)算出江蘇省太湖流域在研究期間的總氮、總磷和高錳酸鉀指數(shù)濕沉降率。總氮濕沉降率最大值和最小值分別為216.70 kg/km2、38.89 kg/km2，時(shí)間段分別為2013年10月、2014年1月；總磷濕沉降率最大值和最小值分別為4.49 kg/km2、0.35 kg/km2，時(shí)間段分別為2014年3月、2013年11月；高錳酸鹽指數(shù)沉降率最大值和最小值分別為230.89 kg/km2、33.17 kg/km2，時(shí)間段分別為2014年4月、2014年1月。通過數(shù)據(jù)對(duì)比，總氮沉降量和高錳酸鹽指數(shù)沉降率在時(shí)間尺度上基本保持一致，具有很好的關(guān)聯(lián)性，并且明顯要高于總磷含量。本研究具體分析數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　太湖流域總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)平均濕沉降率

3　太湖干濕沉降量核算

通過統(tǒng)計(jì)可知，江蘇省太湖流域TP（總磷）、TN（總氮）、CODMn（高錳酸鹽指數(shù)）平均沉降率為 26.42 kg/（km2·a）、1671.37 kg/（km2·a）、1 754.38 kg/（km2·a）。太湖面積為 2 338 km2，根據(jù)研究所得的平均沉降率，可以計(jì)算出通過濕沉降方式進(jìn)入太湖的TP、TN、CODMn的總量約為61.77 、3 907.7 t、4 101.7 t。

通過查閱中科院南京地理與湖泊研究所對(duì)太湖長期的研究結(jié)果，太湖總氮干濕沉降中，濕沉降總量約占3/4[3]。由此可以計(jì)算出，本研究中，通過干沉降進(jìn)入太湖的TP、TN、CODMn的總量約為82.36 t、5 210.2 t、5 468.9 t。因此，綜合起來，本研究干濕沉降進(jìn)入太湖湖體的TP總量為144.13 t，TN總量為9 117.9 t，CODMn總量為9 570.6 t。由此可見，每年干濕沉降進(jìn)入太湖湖體的營養(yǎng)鹽的量相當(dāng)可觀，其主要原因是人類生產(chǎn)活動(dòng)造成大量廢氣（非生產(chǎn)排放、固定源排放、無組織排放）等進(jìn)入大氣，然后通過自然沉降進(jìn)入水體。因此，想要削減自然沉降對(duì)太湖營養(yǎng)鹽的輸入量，人們應(yīng)該進(jìn)一步分析大氣組分來源，對(duì)大氣中顆粒物構(gòu)成進(jìn)行朔源，從源頭上進(jìn)行有效控制。

4　結(jié)論

通過太湖流域干濕沉降采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，太湖流域2013年6月至2014年5月空氣中TN、TP、CODMn濕沉降輸入太湖湖體的總量約為3 907.7 t、61.77 t、4 101.7 t。大氣干濕沉降的TN總量為5 210.2 t，TP總量為82.36 t，CODMn總量為5 468.9 t。