滇池水环境（4.2-4.4）
4.2 滇池沉积物氮磷含量演变
4.2.1 滇池沉积物氨磷含量历史演变本书收集了镇池沉积物氮磷含量历史文献数据，分析了近25年来滇池沉积物TN和TP含量变化趋势。
1988～2013年期间，滇池沉积物TN和TP平均含量分别为5971.9 mg/kg和1877.5 mg/kg，但TN和TP含量演变趋势各异，其中TN含量总体呈现先上升后下降演变趋势，而TP含量则总体呈现波动上升趋势。
滇池沉积物TN污染非常严重，远高于长江中下游平原湖泊，1988年滇池沉积物TN含量约为5350 mg/kg，到了1998年其含量达到最高值，约为8178 mg/kg，1998年以后，滇池沉积物TN含量基本呈现缓慢下降趋势，到了2010年，下降到4640 mg/kg，虽然2010年TN含量有较大的升高，但之后又有明显的降低，截止到2013年，滇池沉积物TN含量下降较为明显，全湖均值仅为3516 mg/kg。从历史数据分析，内源氮污染水平较以往有显著降低，但草海内源污染不容乐观。
滇池沉积物TP污染水平较TN稍好，总体污染水平高于长江中下游平原湖泊，但主要以稳定态磷的形态存在，不易直接释放进入上覆水中。1988年其含量约为1220 mg/kg，1988年以后TP含量呈现波动上升趋势，2007～2009年上升较为显著，2008年时TP含量达到最高值，约为2847 mg/kg。进入“十二五”以来，滇池沉积物TP含量降低较为明显，但总体在2000 mg/kg上下波动，截止到2013年，滇池全湖沉积物TP含量约为2050 mg/kg，重污染区主要集中在草海、外海北部入湖口及南部湖区，南部湖区主要是由于磷矿开采及水土流失等。
4.2.2滇池沉积物氨磷污染阶段性特征
滇池沉积物氮磷含量变化趋势大概可分三个阶段，即“七五”到“九五”为第一阶段，为快速增加阶段，其特点是沉积物TN和TP含量增加较快，且含量较高；第二阶段，“九五”到“十一五”期间，为治理显效阶段，其特点是沉积物TN含量开始下降，TP含量仍呈升高趋势；第三阶段“十一五”期间至今，为治理攻坚阶段，其特点是沉积物TN含量波动变化，TP含量明显降低。
（1）快速增加阶段（“七五”到“九五”)
“九五”期间，滇池沉积物TN和TP含量分别为7775 mg/kg和1793 mg/kg，较“七五”时分别上升了62.2%和22.2%。随社会经济快速发展，滇池流域经济总量不断增加，城镇化进程不断加速，2000年时滇池流域GDP约为1988年的10倍左右，人口增长了近33%，导致滇池流域城镇生活污水、生活垃圾及农业生产活动带来的水土流失、化肥流失等污染物排放量的持续增长，使得氮磷等污染物在沉积物中大量累积，致使沉积物TN和TP含量增加明显(李中杰等，2012)。
(2)治理显效阶段(“九五”到“十一五”)
“十一五”期间，滇池沉积物TN和TP平均含量约为5020 mg/kg和2411 mg/kg，较“九五”期间TN含量下降了35.4%，而TP含量升高了34.4%。
“九五”以来，滇池流域水污染问题受到国家和地方政府的重点关注，污染治理力度也不断加大，通过开展污水处理厂建设、西园隧洞水体置换工程、北岸截污工程和“零点行动”等治理措施后(中国环科院等，2000)，使得TN每年的削减量从1995年的250 t/a上升到2005年的4542.5 t/a，城市生活污水的处理力度从1998 年的63.16%上升到2004年的67.37%，工业污染源入湖污染物总量从1995年的10%～30%削减到2005年2%～14%(崔键，2006)，西园隧洞水体置换排除TN 1160t四个污水处理厂的建成投资及北岸截污工程的运行，削减TN 1820t，使得主城区和全流域年平均污水处理率分别达到30.3%和13.0%；“零点行动”减TN 738t，到2001年底，污水处理厂去除滇池流域TN 1596t/a，而且，其变化与入湖河道的整治有关，根据国家计委计投资(1999)1462号文所实施的滇池草污染底泥继续疏浚工程于2000年12月28日竣工，疏挖范围为草海中部及大观河下段、船房河、新河、运粮河、王家堆渠等入湖河流河口，底泥疏浚直接去除了疏泼区大部分内源污染物质，使沉积物氮污染累积减少，加之在外源污染的治理后，打破底泥与湖水间的平衡，可能使积蓄在底泥中的氮被释放出来补充上覆水，以维持沉积物-水界面氮的平衡，从而导致沉积物TN下降。
(3)治理攻坚阶段(“十一五”至今）
“十二五”期间，滇池沉积物TN和TP平均含量为5705 mg/kg和1951 mg/kg，与“十一五”期间相比，TN含量升高了13.6%，而TP含量则降低了19.1%，总体可见，内源磷治理显效时间滞后于内源氮，进入“十一五”以来，滇池治理提出了“六大工程”，针对滇池污染的治理，首先，在此期间完成二期疏浚工程并开展三期疏浚工程，至2012年疏浚量达549.92万m，去除TN 13706.93 t，TP 6966 t；其次，全面推进滇池“污水管网和污水处理厂建设工程、再生水利用工程、流域饮用水水源地及流域保护工程、入湖河道治理工程、生态修复及内源控制工程、三农非点源污染控制工程、科技支撑项目”六大工程，环湖截污工程全线闭合贯通，“河(段)长负责制”进一步落实，“四退三还”成效明显，牛栏江水污染防治稳步推进(董伟新，2013)，使滇池TN、TP削减量在逐渐增加，外源污染得到一定控制，但是由于滇池污染比较严重，加之滇池面积较大，使得滇池内源污染不可能在短时间内取得比较好的成效，是一个长期的治理过程。在治理过程中对重污染区域应控制营养盐外源输入，实施污染底泥环保疏浚、原位处理、补充流域水资源等工程措施；污染较轻区域，实施生态修复与建设、原位覆盖、控制水动力扰动等措施，分区、分级及分期治理沉积物氨磷负荷。
4.3 滇池沉积物氮磷累积埋藏特征
4.3.1 滇池沉积物埋藏沉积特征20世纪50年代左右，滇池沉积物埋藏通量较高，其中湖心区最高为0.0983 g/(cm2·a)，近岸区为0.1742 g/(cm2·a)。
进入1960年以来，滇池沉积物埋藏通量总体呈现持续下降趋势，1986年时湖心区埋藏通量约为0.0492 g/(cm2·a)，而近岸区为0.0764 g/(cm2·a),与 1963年相比，分别下降了39.8%和45.7%。1986～2013年期间，湖心区埋藏通量变化相对近岸区小，但总体上近岸区沉积物埋藏通量高于湖心区。
滇池沉积物各阶段埋藏通量差异较大，其中以1954～1963年最高，其次为1963-1986年，1986-2013年最低，这与张燕等研究结果一致(张燕等，2005）。1954-1963年期间，滇池沉积物埋藏通量较高，湖心区和近岸区埋藏通量为0.0892 g/(cm2·a)和0.1504 g/(cm2·a)。1963-1986年期间，湖心区和近岸区沉积物埋藏通量分别为0.0596 g/(cm2·a)和0.1100 g/(cm2·a)，较前一阶段分别下降了31.2%和26.9%；1986-2013年期间，滇池沉积物埋藏通量相对较小湖心区和近岸区沉积物埋藏通量分别为0.0395 g/(cm2·a)和0.0668 g/(cm2·a)较1963-1986年期间分别下降了33.7%和39.2%，较1954-1963年期间下降了55.7%和55.5%。
滇池沉积物沉积通量的变化与流域的社会经济发展密切相关，20世纪50年代以前，滇池流域生产力水平低下，滇池处于较稳定的沉积环境，新中国成立后，滇池流域社会经济飞速发展，工农业生产力迅速增长，自然植被遭到破坏，森林覆盖率降低，陆城水土流失导致五六十年代的沉积通量峰值(程志远等，1990)，50年代末至60年代初，滇池流域东岸和南岸河流上兴建了一批水库，控制径流面积达流域面积的47%，拦截了水库上游山区的泥沙，导致滇池沉积速率下降(张燕等，2005)，史料记载，围海造田从1969年底开工，每天至少有10万人往滇池里倾倒石头和泥土，经过筑堤、排水、填土造田三大“战役”，历时8个月，这次有组织大规模的围海造田运动在一定程度上抵消了水库拦截泥沙的作用，沉积通量呈现波动变化(张燕等，2005)，近二十多年来，由于对流域生态保护的重视，流域内水土流失得到控制，沉积通量又呈现出明显的下降趋势。
4.3.2滇池表层沉积物氮磷累积特征
根据137Cs定年结果，滇池表层10cm沉积物约为近30年的泥砂沉积厚度。根据表层10 cm沉积物平均埋藏通量及TN、TP含量，计算滇池沉积物氮磷蓄积特征，滇池沉积物TN和TP平均单位面积蓄积量约为43.9g/m2和26.8g/m2，与滇池沉积物埋藏通量空间差异较为相似，草海沉积物氮磷蓄积量较高，分别高达81.8 g/m2 和48.6 g/m2，而外海沉积物氮磷平均单位面积蓄积量约为40.6 g/m2和25.4g/m2，草海单位面积氮磷蓄积量分别约为外海的2.0倍和1.9倍。
根据各湖区沉积物面积，估算出滇池表层10cm沉积物TN和TP总蓄积量分别达到12741t和7957t，其中草海表层沉积物氨磷蓄积总量为981 t和583 t外海表层沉积物氮磷蓄积量为11 760t和7374t，滇池东北部入湖口区域沉积物氮磷蓄积量较低，主要可能与滇池污染底泥三期疏浚工程的启动及清除外海北部、宝丰湾、宝象河河口湖区及其湖岸周围地区污染底泥等有关。
4.3.3滇池沉积物氨磷埋藏特征及历史演变
(1)滇池沉积物氮磷埋藏特征
滇池沉积物TN和TP埋藏通量空间差异，沉积物TN和TP埋藏通量空间差异特征较为相似，总体表现为草海较高，其次为外海北部、南部及东部近岸区，外海中部湖心、西岸湖区较低的分布特征。滇池全湖TN和TP平均埋藏通量约为2056 mg/(m2·a)和1236 mg/(m2·a)，其中草海TN和TP埋藏通量约为4089 mg/(m2·a)和2428 mg/(m2·a)，外海TN和TP埋藏通量约为1879 mg/(m·a)和1161 mg/(m2·a)，草海氨磷埋藏通量约为外海的2.2倍和2.1倍。
沉积物氮磷埋藏效率(burial efficiency，BE)为氨磷埋藏通量与沉降通量的比值(Ingall and Jahnke, 1994；Schenau and De Lange, 2001)，即BE(%)=埋藏通量/(埋藏通量+释放通量)×100%，BE值是评估湖泊氮磷生物地球化学循环作用及其生产力贡献的基础，BE值高表示沉积物氮磷释放能力较弱，反之则表示氮磷释放能力较强。滇池沉积物TN埋藏效率较低，为6.7%～41.1%，均值为19.3%，以草海和外海南部沉积物TN埋藏效率较高，而外海晖湾中部和东北部入湖区较低。滇池沉积物TP埋藏效率较高，为86.2%～99.9%，平均值为96.1%，约为TN埋藏效率的5倍，其中草海大观河入湖口、外海中部和南部TP埋藏效率较高，均达到96%左右，而晖湾中部、外海东北部及海口出湖口区域TP埋藏效率相对较低。
(2)滇池沉积物氮磷埋藏通量历史演变
自1950年以来，滇池沉积物氮磷埋藏通量历史变化大致可分为三个阶段。
第一阶段为1980年之前，除草海TP埋藏通量较低外，滇池各湖区TN和TP埋藏通量总体较高，草海TN埋藏通量远高于外海，这一阶段TN和TP埋藏通量总体呈下降趋势，该阶段由于社会经济发展相对较慢，人类活动对氮磷沉积影响相对较小，滇池沉积物TN和TP沉积主要来源于沉水植被衰亡以后的残体。20世纪50年代滇池水生植物群落类型多样，种类高达百余种，草海水生植被覆盖度高达100%，而外海湖底也有大量水生植被覆盖。到了20世纪70年代末，由于人类活动的加剧，滇池水生植被遭到严重破坏，其种类仅为46种，覆盖面积也从50年代的90%下降到13%左右，云南海菜花、轮藻等高原湖泊优势种已经消失(余国营等，2000；赵晟等，1999)。
第二阶段为1980～2000年，这一阶段社会经济发展相对较快，人为活动对滇池沉积物氮磷埋藏作用的影响较大，但由于氨化和硝化一反硝化作用的存在，滇池生态系统氮循环速度较磷快的多，沉积物TN埋藏通量总体变化较小，人类活动对沉积物TP埋藏的影响大于TN。草海由于湖面面积较小，沉积物氮磷累积对社会经济发展的响应强度远高于外海，2000年时草海TP埋藏通量约为1980年时的4倍。湖心区由于受人类活动的影响较小，沉积物氨磷埋藏主要来源于藻类生物体和悬浮颗粒物等的沉积作用。
第三阶段为2000年至今，由于国家和地方政府高度重视滇池流域生态环境保
护，加大了水污染治理力度，加强了流域内水土流失的控制。尤其是“十一五”和“十二五”期间，滇池流域水污染防治工作分别投入183亿元和420亿元，提出滇池治理“六大工程”，治理效果开始显现，大量外源负荷得到削减，入湖污染负荷也呈逐年下降趋势(李中杰等，2012)。该阶段不同湖区沉积物TN和TP埋藏通量总体呈降低趋势，其中草海和外海南部下降趋势更为显著，2013年草海和南部TN、TP埋藏通量较2000年分别下降了72.5%、62.7%和67.1%、71.5%。
4.4 本章小结
滇池沉积物氮磷污染较为严重，其中草海沉积物氮磷污染远高于外海，外海北部和中北部污染高于南部和中部湖区。滇池全湖表层沉积物潜在可矿化氮含量较高，均值为1154.76 mg/kg，占TN的32.90%，显著高于太湖等长江中下游平原湖泊，其潜在的氮释放风险较大。滇池沉积物TP含量虽高于长江中下游平原湖泊，但稳定性磷是滇池沉积物磷的主要赋存形态，占TP的60.64%～93.83%，这部分磷较难被直接释放进入水体。总体而言，其中滇池沉积物可矿化态氮含量较高，且以可矿化氨氮为主要形态，其氮释放风险较大，而沉积物中磷则以稳定性磷为主要形态，即滇池沉积物氮矿化能力较强，而磷移动能力相对较弱。滇池沉积物氮磷埋藏特征与流域社会经济发展密切相关。20世纪80年代前，由于社会经济发展相对较慢，沉积物氮磷埋藏主要受流域水土流失及湖泊生态系统影响。20世纪80年代后，由于经济快速发展、人口聚集及城市化建设加快等原因，滇池沉积物TN和TP埋藏受人类活动影响较大，与外源污染负荷入湖量关系较密切。滇池沉积物TN和TP平均单位面积蓄积量约为43.9 g/m2和26.8 g/m2，与滇池沉积物埋藏通量空间差异较为相似，草海沉积物氨磷蓄积量较高，分别高达81.8 g/m2和48.6 g/m2，而外海沉积物单位面积氮磷蓄积量约为40.6g/m2和25.4 g/m2，草海单位面积氮磷蓄积量约为外海的2.0倍和1.9倍。
文章来源：滇池水环境
作者：王圣瑞
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