滇池晖湾水域化学耗氧量、总氮与总磷分析

滇池是我国著名的高原浅水湖泊，国家重点治理的三大湖泊之一，面积约294 km2，平均水深5～7m，属于半封闭的浅水湖泊，所在昆明地区日照和季风强烈。近年来，随着城市化和工农业的迅速发展，大量废水排入湖中，导致滇池富营养化程度日趋严重，每年到夏、秋两季，“藻类”频繁爆发。

国家和地方政府对滇池的治理投入了大量的人力、物力和财力，并于20世纪90年代起将滇池列为我国“三湖、三河”水污染防治的重点，对于滇池外海治理采取了大量的措施，除将滇池草海、外海分开治理，以及北岸截污、入湖河道整治、城区排水管网改造等重大工程外，最主要的就是对滇池流域禁磷。滇池于1999年开始禁磷，从文献中报道在措施实施的前3年，湖中总磷有较显著下降趋势，但是3年后效果就不明显。而禁磷同时，湖体中TN并没有进行有效控制，滇池蓝藻至今污染严重。

氮、磷在水体富营养化中的作用已经被广泛认可，湖泊环境中氮、磷等营养元素的含量、分布与迁移转换一直是国际上的研究热点。研究湖泊中氮、磷形态变化是准确理解水体系统中氮、磷的地球化学循环及环境影响的前提。本文在系统调查滇池晖湾水域总氮（TN）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）及其溶解态（TDN、TDP、TDCOD）的基础上，分别分析了TDN与TN、TDP与TP及TDCOD与COD的相关性，研究了水中氮、磷存在形态，为滇池治理提供科学依据。

1 采样与分析

1.1 研究区域

滇池位于昆明市南端，水面面积约294 km2，平均水深5～7 m。实验取样地点位于昆明市西山区金宝山晖湾处。取样点位置如图1所示。

从2011年12月至2012年3月为期4个月的取样，取样时间为滇池藻类的潜伏期。取样工具为有机玻璃分层采水器，取样水深为50cm。取样点A距离岸边100m，取样点B距离岸边20m，对两个取样点的数据进行对比。

1.2 分析方法

各项参数按照《水和废水的监测方法（第四版）》实施测定。水体TN采用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；水体中TP采用钼酸铵分光光度法；CODcd采用重铬酸钾法。溶解态的各指标采用取水样经45微米醋酸纤维树脂膜过滤后水，经上述三种分析方法测定。

1.3 数据分析工具

数据拟合使用Origin 8.0软件。

2 结果

2.1 滇池晖湾水域水体中TDCOD、COD含量

从图2中可以看出，在藻类潜伏期的12月至3月，滇池晖湾水域A点COD浓度在61.7至101.0 mg/L之间，B点COD浓度在61.2至81.5 mg/L之间。A点TDCOD浓度在50.7至79.7 mg/L之间，B点TDCOD浓度在46.4至76.3 mg/L之间。

从上述数据可以判断，藻类潜伏期，在滇池晖湾水域TDCOD较之颗粒态COD是此时水中COD的主要存在形态。从水中COD浓度随时间变化不大可以看出，在藻类潜伏期，滇池晖湾水域水中COD的浓度变化与温度关系相关性不大。这可能与滇池水中SS在藻类潜伏期较低相关。

2.2 滇池晖湾水域水体中TDN、TN含量

从图3中可以看出，在藻类潜伏期的12月至3月，滇池晖湾水域A点TN浓度在2.21至4.96 mg/L之间，B点TN浓度在2.11至2.71 mg/L之间。A点TDN浓度在1.98至4.28 mg/L之间，B点TDN浓度在1.54至2.35 mg/L之间。

从上述数据可以判断，藻类潜伏期，在滇池晖湾水域TDN较之颗粒态TN是此时水中TN的主要存在形态。从水中TN浓度随时间变化不大可以看出，在藻类潜伏期，滇池晖湾水域水中TN的浓度变化与温度相关性较弱。

2.3 滇池晖湾水域水体中TDP、TP含量

从图4中可以看出，在藻类潜伏期的12月至3月，滇池晖湾水域A点TP浓度在0.11至0.20 mg/L之间，B点TP浓度在0.09至0.17 mg/L之间。A点TDP浓度在0.022至0.052 mg/L之间，B点TDP浓度在0.019至0.044 mg/L之间。

图1 取样点位置图

图2 滇池晖湾水域COD浓度变化

图3 滇池晖湾水域TN浓度变化

图4 滇池晖湾水域TP浓度变化

从上述数据可以判断，藻类潜伏期，在滇池晖湾水域颗粒态TP较之TDP是此时水中TP的主要存在形态。从图4中可以看出，在12月至1月，滇池晖湾水域TP保持稳定，但是随着温度升高，到了2月至3月，水中TP有一个显著上升的趋势。其原因，有可能是随着温度上升，底泥磷释放加剧造成的。而且，随着温度上升，藻类开始增殖，藻类死亡后在沉积物表面的耗氧分解使得水-底泥界面的氧化还原电位迅速下降，导致底泥中的Fe-P颗粒还原、溶解而使得水中磷升高。

3 讨论

3.1 滇池晖湾水域TDCOD、TDN、TDP与COD、TN、TP的关系

图5为滇池晖湾水域A点与B点TDCOD与COD相关性分析。A点线性拟合结果如公式（1）所示，B点线性拟合结果如公式（2）所示。

A点：TDCOD=0.788*COD ，R2=0.971 （1）

B 点 ：TDCOD=0.835*COD ，R2=0.993（2）

从拟合结果可以看出滇池晖湾水域TDCOD与COD正相关，COD浓度越高，TDCOD浓度越高。从线性拟合公式得出滇池水域中TDCOD在A点约占COD总量的78.8%，在B点约占COD总量的83.5%，水中COD以溶解态为主。

图6为滇池晖湾水域A点与B点TDN与TN相关性分析。A点线性拟合结果如公式（3）所示，B点线性拟合结果如公式（4）所示。

A 点 ：TDN=0.880*TN ，R2=0.998 （3）

B 点 ：TDN=0.864*TN ，R2=0.994 （4）

从拟合R2值可以得出，滇池晖湾水域TDN与TN正相关。从公式（3）和（4）可以得出，A点TDN约占TN的88%，B点约占86.4%。对于滇池晖湾水域，水中N主要以溶解态为主。

图7为滇池晖湾水域A点与B点TDP与TP相关性分析。A点线性拟合结果如公式（5）所示，B点线性拟合结果如公式（6）所示。

A点：TDP=0.266*TP ，R2=0.969 （5）

B点：TDP=0.228*TP ，R2=0.878 （6）

从拟合R2值可以得出，滇池晖湾水域TDP与TP正相关。从公式（5）和（6）可以得出，A点TDP约占TP的26.6%，B点约占22.8%。对于滇池晖湾水域，水中磷主要以颗粒态为主。

3.2 水中N、P不同形态对滇池治理的影响

图5 滇池晖湾水域TDCOD与COD的关系

滇池水中氮磷形态与滇池藻类生长的影响研究较少，但对氮磷比与藻类的生长关系研究较多。早期认为在滇池藻类的生长只受磷限制。一些研究表明，滇池水中N/P比值约为16.2至22.5，磷是引起滇池富营养化的限制性因子。而且众多研究结果表明，沉积物作为湖泊中最大的“磷汇”，当环境条件发生变化时，沉积物可能再次释放到水体，对沉积物磷释放的内源控制，将是湖泊富营养化污染治理成功与否的关键之一。但也有研究表明，氮负荷的增加与藻类生长存在重要的联系。

本文研究表明，在滇池水域氮主要以溶解态形式存在，使得其更容易被藻类吸收利用，这也佐证了氮也是藻类生长的重要因子；在滇池水域中主要磷以颗粒态形式存在。结合其他研究成果，由氮、磷存在形态可以判断其污染源，氮的污染更多可能来源于外源污染，而磷更多来源于内源污染。有研究表明，在入湖污染总量宏观负荷上，氮对滇池的贡献要大于磷。并且，滇池水质监测结果表明滇池水中TN浓度1999年至2005年浓度处于1.8～2.2mg/L之间波动，浓度变化不大。因此，在滇池的治理中要加强对氮的控制，减少入湖氮的污染量。

4 结论

（1）在滇池晖湾水域，藻类潜伏期，水中COD浓度范围为61.2至101.0 mg/L，TDCOD浓度为46.4 至79.7 mg/L；TN浓度范围为2.11至4.96 mg/L，TDN为1.54至4.28 mg/L；TP浓度范围为0.09至0.2 mg/L，TDP浓度范围为0.019至0.052 mg/L。

（2）水中COD和TN与温度相关性较弱，水中TP浓度随温度升高而升高。

（3）COD、TN及TP与TDCOD、TDN及TDP都呈正相关，其中线性拟合结果表明，COD与TN在水中以溶解态为主，TP以溶解态为主；TN以颗粒态为主。

（4）分析结果表明，滇池晖湾地区氮的污染更多来自外源污染，而磷的污染更多来自内源污染。

（5）研究结果表明，在现阶段滇池滇池治理中要加强对氮的控制，减少入湖氮的污染量。

图6 滇池晖湾水域TDN与TN的关系

图7 滇池晖湾水域TDP与TP的关系