李 燕，但 言*，王恕橋，余鳳琴，張 闖，沈子偉

(1. 重慶市水產(chǎn)科學(xué)研究所，重慶 401120；2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中上游漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站, 湖北 武漢 430223)

【研究意義】嘉陵江發(fā)源于秦嶺南麓，流經(jīng)陜西、甘肅、四川、重慶4省(市)，在重慶市朝天門(mén)匯入長(zhǎng)江，全長(zhǎng)1345 km ，流域面積約16萬(wàn)平方千米，主要支流包括涪江、渠江、八渡河、西漢水、白龍江等。嘉陵江重慶段全長(zhǎng)約153 km，沿岸有許多城鎮(zhèn)、工業(yè)園、企業(yè)和居民點(diǎn)，企業(yè)排污、生活污水、農(nóng)業(yè)用水等多種水源流入嘉陵江及其支流，影響水體質(zhì)量，且自草街電站修建以來(lái)，水體流速減慢，自我凈化能力減弱，一定程度造成了水體富營(yíng)養(yǎng)化和重金屬元素污染。加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)，對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化和重金屬污染評(píng)價(jià)具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人對(duì)嘉陵江的水體研究主要包括浮游生物多樣性、有毒重金屬研究和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度。【本研究切入點(diǎn)】本研究以長(zhǎng)江漁業(yè)資源與環(huán)境調(diào)查(嘉陵江下游漁業(yè)資源與環(huán)境調(diào)查)和農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中上游魚(yú)類資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站開(kāi)放課題為依托，開(kāi)展嘉陵江重慶段水環(huán)境調(diào)查。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】評(píng)價(jià)嘉陵江重慶段水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀和重金屬污染現(xiàn)狀，底泥重金屬污染現(xiàn)狀，為漁業(yè)資源和環(huán)境調(diào)查、水污染防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置

本研究參照文獻(xiàn)[1-2]在嘉陵江重慶段設(shè)置了利澤鎮(zhèn)、渠江口、涪江口、草街電站 (壩前)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)左、中、右3個(gè)采水點(diǎn)。

1.2 樣品采集

2018年5、8月對(duì)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別采樣2次，用5 L的有機(jī)琉璃采水器采集水面下0.5 m的水樣，底泥樣品用不銹鋼彼得森抓斗式采泥器采樣，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采一個(gè)底泥樣品，樣品采集符合水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)(HJ 494-2009)的要求，水樣品保存和管理符合水質(zhì)樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定(HJ 493-2009)的要求。

1.3 樣品分析

樣品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)總磷(TP)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(shù)(COMMn)、葉綠素a(Chl a)、透明度(SD)、溶解氧(DO)和pH?？偭讬z測(cè)采用鉬酸銨分光光度法，總氮檢測(cè)采用堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法，氨氮檢測(cè)采用納什試劑分光光度法，高錳酸鹽指數(shù)采用酸式高錳酸鉀滴定法，葉綠素a采用紫外分光光度法，透明度采用Secchi盤(pán)法，溶解氧和pH測(cè)定采用化學(xué)探頭法。

水樣和底泥樣品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)銅、砷、鉛、鎘、汞和鋅，用原子吸收分光光度計(jì)火焰檢測(cè)器檢測(cè)銅、鋅，用原子吸收分光光度計(jì)石墨爐檢測(cè)器檢測(cè)鉛、鎘，用原子熒光光度計(jì)檢測(cè)砷和汞，底泥的測(cè)定參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)局標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 171382-1997和GB/T 171412-1997。

1. 利澤鎮(zhèn)，2. 渠江口，3. 涪江口，4. 草街電站圖1 嘉陵江重慶段水樣采集點(diǎn)分布圖Fig.1 Map showing the location of the sampling sites in Chongqing section of Jialing river

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 單因子評(píng)價(jià)水體類別 水體監(jiān)測(cè)結(jié)果與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)、中國(guó)漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 11607-1989)和生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749-2006)比較，以該監(jiān)測(cè)點(diǎn)反映的最低水質(zhì)類別作為該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)類別[3]。

1.4.2 卡爾森綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化 利用總磷、總氮、高錳酸鉀指數(shù)、透明度、葉綠素a的監(jiān)測(cè)結(jié)果按下列公式計(jì)算TLI[4]：

TLI(∑)=∑Wj×TLI(j)

①

式中，TLI(∑)表示綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，TLI(j)表示第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，Wj表示第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)權(quán)重[5-7]。以葉綠素a為基準(zhǔn)參數(shù)，總磷、總氮、高錳酸鉀指數(shù)、透明度、葉綠素a的權(quán)重分別為0.188、0.179、0.183、0.183、0.266。當(dāng)TLI(∑)<30為貧營(yíng)養(yǎng)，30≤TLI(∑)≤50為中營(yíng)養(yǎng)，5070為重度富營(yíng)養(yǎng)。

TLI(chla)=10×(2.5+1.086·lnchla)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624·lnTP)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694·lnTN)

TLI(SD)=10×(5.118-1.941·lnSD)

TLI(COD)=10×(0.109+2.66·lnCOD)

1.4.3 浮游植物限制因子 總磷、總氮為浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽限制因子，當(dāng)TP、TN的濃度分別達(dá)到0.02、0.2 mg/L這兩個(gè)閾值時(shí)，兩者均能滿足浮游植物的生長(zhǎng)。但日本合田健教授對(duì)TN/TP值與藻類增殖的關(guān)系做了研究后認(rèn)為，其比值大于10時(shí)，磷為藻類增長(zhǎng)的限制性因子，小于10時(shí)，氮為藻類增長(zhǎng)的限制性因子；在12～13最適宜藻類增殖[8]。

1.4.4 采用地質(zhì)積累指數(shù)(Geoaccumulation Index, Igeo)對(duì)底泥中重金屬富積程度進(jìn)行量化評(píng)價(jià) Igeo的計(jì)算公式為[9]：Igeo=ln(Cn/1.5Bn)

(2)

式中，Cn指所測(cè)底泥所含元素的濃度，Bn是地球化學(xué)背景濃度，1.5為考慮到成巖作用會(huì)引起背景的變動(dòng)。地質(zhì)積累指數(shù)包括7個(gè)等級(jí)，即(Igeo)≤0、0～1、1～2、2～3、3～4、4～5和≥5，分別對(duì)應(yīng)幾乎沒(méi)有污染、沒(méi)有污染到中度污染、中度污染、中度污染到重度污染、重度污染、重度污染到極度污染和極度污染。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體分析

2.1.1 單因子評(píng)價(jià)水體類別 表1的數(shù)據(jù)顯示，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2次監(jiān)測(cè)結(jié)果的pH值在6.88～8.69范圍內(nèi)，符合地表水的要求，但在豐水期渠江口和涪江口的pH值接近或超過(guò)8.5，呈弱堿性，略超過(guò)漁業(yè)水質(zhì)的要求。4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩次監(jiān)測(cè)結(jié)果的DO在6.88～9.04 mg/L范圍內(nèi)，均滿足漁業(yè)水質(zhì)的要求；氨氮在0.02～0.15 mg/L范圍內(nèi)，均滿足一級(jí)地表水的要求。5月COD監(jiān)測(cè)結(jié)果在2.15～4.24 mg/L范圍內(nèi)，滿足Ⅲ級(jí)地表水要求，8月監(jiān)測(cè)結(jié)果在1.56～2.18 mg/L范圍內(nèi)，滿足Ⅱ地表水要求；5月TP監(jiān)測(cè)結(jié)果在0.052～0.130 mg/L范圍內(nèi)，滿足Ⅲ級(jí)地表水要求，8月監(jiān)測(cè)結(jié)果在0.051～0.090 mg/L范圍內(nèi)，滿足Ⅱ地表水要求，2次監(jiān)測(cè)結(jié)果均表現(xiàn)出CODMn和TP以涪江口監(jiān)測(cè)結(jié)果最高，其次是渠江口；5月TN監(jiān)測(cè)結(jié)果在0.75～1.76 mg/L范圍內(nèi)，8月監(jiān)測(cè)結(jié)果在0.86～1.62 mg/L范圍內(nèi)，總體上2次監(jiān)測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)相差不大，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)已在Ⅳ～Ⅴ類水之間，總氮是引起水體類別降低的關(guān)鍵因子。

從圖2可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)總磷、總氮、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a平均值的變化趨勢(shì)，在枯水期(5月)葉綠素a、高錳酸鹽指數(shù)和總氮的變化幅度較大，在豐水期(8月)葉綠素a的變化幅度最大，同時(shí)也可以清楚地看到葉綠素a在豐水期濃度明顯增大，這與豐水期陽(yáng)光促進(jìn)浮游植物的生長(zhǎng)有關(guān)。

由整體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷，利澤鎮(zhèn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為Ⅳ類地表水，渠江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)為Ⅲ～Ⅳ類地表水，涪江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)為Ⅳ～Ⅴ類地表水，草街電站監(jiān)測(cè)點(diǎn)為Ⅳ類地表水。

表1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

續(xù)表1 Continued table 1

圖2 水監(jiān)測(cè)平均值變化趨勢(shì)Fig.2 Trend of average value of water monitoring

2.1.2 水體重金屬 4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的重金屬元素濃度如表2，6個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中，只有汞的濃度達(dá)到Ⅲ類地表水，其他指標(biāo)的濃度均在Ⅰ類地表水范圍內(nèi)。4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的6個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均滿足中國(guó)漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(1989年)和生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(2006年)。比較4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的濃度發(fā)現(xiàn)變化范圍均不大，這與水體處于流動(dòng)狀態(tài)的特征有關(guān)，且水體自我凈化能力較強(qiáng)，受重金屬污染程度較小。

表2 水體重金屬元素監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3 水營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

2.1.3 卡爾森綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化 利用表1中的總磷、總氮、高錳酸鉀指數(shù)、透明度、葉綠素a的監(jiān)測(cè)結(jié)果計(jì)算出卡爾森綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，結(jié)果顯示，涪江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水體達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)等級(jí)，其他3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體都處于中營(yíng)養(yǎng)等級(jí)，但草街電站監(jiān)測(cè)點(diǎn)和渠江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)的TLI已接近輕度富營(yíng)養(yǎng)等級(jí)的閾值(表3)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)左、中、右段面水樣的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，同一斷面左、中、右水質(zhì)也存在一定的差異，這主要與兩岸受污染影響程度有關(guān)，其中差異較突出的是涪江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其右岸是合川主城區(qū)的文峰古鎮(zhèn)和碼頭，而左岸則只居住少量農(nóng)戶和居民，兩次監(jiān)測(cè)的結(jié)果都表現(xiàn)出右岸受污染的程度比左岸大，而且右岸兩次監(jiān)測(cè)的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指標(biāo)平均值已達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)等級(jí)。

對(duì)比兩次監(jiān)測(cè)結(jié)果的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指標(biāo)，8月的監(jiān)測(cè)結(jié)果比5月有下降的趨勢(shì)，但相差不大，引起差距的主要數(shù)據(jù)來(lái)源與透明度、高錳酸鹽指數(shù)和葉綠素a。引起差距的原因可能在于5月是枯水期，水位低，水體中污染物濃度相對(duì)較高，而8月是豐水期，水位高、水流量也大，水體中污染物濃度相對(duì)較低。

2.1.4 浮游植物限制因子 利用4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)左、中、右斷面的TP、TN檢測(cè)結(jié)果計(jì)算出TN/TP結(jié)果在6.64～31.76范圍內(nèi)，除渠江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)在5月監(jiān)測(cè)中、右斷面的TN/TP結(jié)果小于10，N為浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽限制因子，其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)的TN/TP均大于10，P為浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽限制因子?？傮w上，嘉陵江重慶段TN/TP平均值為18.04，P為浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽限制因子。

2.2 底泥檢測(cè)結(jié)果及分析

底泥中的重金屬元素監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4，各重金屬濃度變化范圍如下：汞，0.048(渠江口)～0.209 mg/kg(涪江口)；鎘，0.120(草街電站)～0.398 mg/kg(涪江口)；銅，10.49(渠江口)～26.5 mg/kg(涪江口)；鉛，14.57(利澤鎮(zhèn))～83.81 mg/kg(涪江口)；鋅，23.56(渠江口)～153.64 mg/kg(涪江口)；砷，4.96(利澤鎮(zhèn))～10.43 mg/kg(涪江口)。總體分析，所監(jiān)測(cè)的6個(gè)重金屬元素都表現(xiàn)出涪江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)的濃度最高，可能是因?yàn)楦⒔诒O(jiān)測(cè)點(diǎn)特殊的地理位置所造成的。由表4數(shù)據(jù)可知，底泥重金屬元素濃度變化范圍與水體重金屬元素濃度變化范圍比較相差較大，這與底泥的沉積作用有一定的關(guān)系。

Igeo指數(shù)評(píng)價(jià)參照中國(guó)陸殼(CCC)和上層陸殼(UCC)背景值，結(jié)果見(jiàn)表5。4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)除砷、鎘、鉛屬輕度污染外，汞、銅、鋅屬幾乎沒(méi)有污染。

表4 底泥金屬元素監(jiān)測(cè)結(jié)果

表5 基于不同地殼背景下底泥重金屬元素的地質(zhì)積累指數(shù)

3 討 論

利澤鎮(zhèn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于嘉陵江重慶段上游，水體流動(dòng)性大，但也會(huì)受嘉陵江四川段的影響，部分監(jiān)測(cè)指標(biāo)比渠江口大。渠江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于合川區(qū)郊外，受合川市區(qū)的影響較小，水質(zhì)較涪江口好；涪江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于合川區(qū)主城區(qū)，右岸是文峰古鎮(zhèn)和碼頭，右岸沿江是濱江公園，受居民在江中洗衣、游泳等人為活動(dòng)的影響和其他綜合因素的影響較大，涪江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)較差，且涪江口受上游沿岸綿陽(yáng)市、射洪縣、遂寧縣和潼南區(qū)等城鎮(zhèn)的影響，污染相對(duì)較重，部分污染物匯集到下游，影響水體質(zhì)量。數(shù)據(jù)還顯示，涪江口監(jiān)測(cè)點(diǎn)左、右岸水質(zhì)存在明顯差異，右岸已達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)，Ⅴ級(jí)地表水，左岸是中等營(yíng)養(yǎng)等級(jí)，Ⅳ類地表水；這一定程度說(shuō)明左、右岸環(huán)境等因素的影響會(huì)造成水體質(zhì)量差異。下游草街電站監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于大壩前，水流十分緩慢，受上游水體中的污染物沉積作用，一定程度造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。

4 結(jié) 論

嘉陵江重慶段枯水期水體水質(zhì)在Ⅲ～Ⅴ類水之間，豐水期在Ⅲ～Ⅳ類水之間。枯水期水體綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在42.67～51.43，平均值為46.92，但部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)已處于或接近輕度富營(yíng)養(yǎng)等級(jí)。豐水期的水體綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在44.32～47.75，平均值為45.5，處于中營(yíng)養(yǎng)等級(jí)。

水體受重金屬元素污染較小，除Hg是潛在的污染物質(zhì)外，其他重金屬元素濃度均能達(dá)到Ⅰ級(jí)地表水要求，并滿足中國(guó)漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(1989年)和生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(2006年)的要求。

底泥重金屬元素變化幅度比水體重金屬元素變化幅度大，利用Igeo指數(shù)評(píng)價(jià)底泥中重金屬，只有As、Cd的Igeo在0～2范圍內(nèi)，存在輕度污染，Zn、Hg、Cu幾乎沒(méi)有污染。