2.2.4 滇池内源污染状况与历史趋势分析
2.2.4.1 滇池底泥现状调查
底泥既是污染物的“汇” ，也是污染的“源” 。底泥中的氮磷总量及其存在形式，都对水质污染特征和营养盐释放风险性起着至关重要的作用。滇池是昆明地区工业废水和生活污水的主要排放体，自20世纪70～80年代开始就有大量污水排入。随废水排入滇池的有害物质有汞、砷、氟、铬、氰化物，有机磷、酚等30多种。大量外源污染排入，对滇池这样一个容量不大，流量较小，自净能力较差的湖泊来讲，大量排入污水，必然导致水质污染，并使水中污染物在底泥中得到较高积累。
(1)底泥的基本物理指标状况
由图2.2.4.1－1可以看出:各采样点处的酸碱度基本都接近中性，除湖心3#显弱酸性外，pH均大于7;滇池底泥含水率普遍偏高，除个别点位外，全湖各处相差不大，其中4#、7#、13#点位处水土流失严重，底质为砂质底，含水率相对较低;大部分点位处表层泥的Eh为负值，底泥处于厌氧状态，东部采样点处水深较浅，故Eh值较高。表层底泥基本都为污染底泥，较高的含水率不利于挺水植物、沉水植物扎根，较低的Eh值不利于底栖动物生存。
(2)底质亚铁含量与还原性状况
由图2.2.4.1－2看出，全湖底泥亚铁含量偏高，最低处超过1000mg/kg，而最高处高达9000mg/kg。东岸相对较低，而西部和湖心区域的亚铁含量超标严重。较高的亚铁含量反映了底质的强还原性，这是一种不适合底栖生物存活的底栖环境。
(3)底质氮含量状况
一般认为，清洁底泥中TN含量低于1000mg/kg。除个别点位外，滇池底泥中的氮含量均严重超标，北岸、南岸及湖心区域的TN含量极高，是清洁底泥标准的6倍以上。且由于湖心区域的高氮浓度，氮污染已遍及全湖。氨氮、硝氮所占比例均不大，有机氮为主要氮形态。氨氮高于硝氮，底泥处于厌氧状态，底泥中的氮有一定的释放风险(如图2.2.4.1－3) 。
(4)底质磷含量状况
各点位的TP值都很高，远超过500mg/kg的清洁底泥标准。全湖底质均受到严重污染。其中北部船闸附近、南岸、河口附近TP较高，湖心区域次之，可见磷污染已经不局限于沿岸浅水区域，湖心的污染已相当严重(如图2.2.4.1－4) 。
从磷形态的角度来看，底质中磷的形态以IP为主，而IP中Fe－ P占较大比重。故由人类活动造成的污染为滇池的主要污染源。鉴于Fe/Al－ P是具有释放潜力的一部分磷，可以认为滇池底质中的磷具有较大的释放风险。
(5)底质重金属含量状况
潜在生态危害指数法是瑞典学者Hakanson于1980年提出的，它是划分底泥污染物污染程度及其水域潜在生态风险的一种相对快速、简便和标准的方法。通过测定底泥样品中污染物含量进行计算，可以综合反映底泥中重金属对生态环境的影响潜力。根据滇池底泥重金属分析检测结果，应用潜在生态危害指数法(其中各重金属背景值取为: As = 15.00mg/kg，Hg =0.25 mg/kg，Cr =60.00 mg/kg，Cd = 0.50 mg/kg，Pb = 25 mg/kg，Zn=80 mg/kg，Cu =30 mg/kg)进行评价。
从单个金属潜在生态危害系数来看，Cd是全湖危害系数最高的重金属，基本处于中等生态危害水平( 40≤Eri﹤80) ，在北部湖区甚至达到了很强级别( 160≤Eri﹤320) 。其次是Hg，在全湖也基本达到了中等危害程度。此外，As、Pb对于滇池的污染也不可忽视，在全湖较多点位同样达到了中等风险水平。对于各种金属而言，平均污染程度顺序为Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。结合土壤环境质量标准GB15618－1995来看，也能得到基本相同的结论: Cd含量基本大于1mg/kg，超过了三级土壤标准，即超过了林业生产和植物正常生长的土壤临界值，是污染最为严重的重金属; Hg和As基本处于三级土壤水平，在一些点位(主要是北部湖区和湖心5号及12号点) ，As甚至超过了三级土壤标准;其次是Pb和Cu，总体上处于二级水平，个别点位达到三级;较好的是Cr和Zn，除北部湖区外基本处于一级水平。从多个重金属综合潜在生态危害指数而言，全湖总体处于中等生态危害水平，可见滇池重金属污染是比较严重的，其一般规律是北部大于南部、西部大于东部，湖心并不弱于沿湖，其中北部的有3个点甚至达到了强度生态危害水平。因此，不管是单金属分析还是多金属综合评价，北部湖区的重金属污染均是最严重的，必须采取各种措施重点进行治理。全湖多个重金属综合生态危害程度如图2.2.4.1－5所示。
综上所述，滇池底质污染特征如下:①重污染。由于受上游城市——昆明市的城市、流域农村和农田污染源的污染，使大量N、P营养盐、有机质、部分有害物质通过滇池29条主要入湖河流进入滇池，造成底质N、P污染非常严重，有机质浓度高，重点河口受有害物质的污染;②强还原性。除冬季外，滇池蓝藻水华持续性暴发，造成大量藻类残体死亡，堆积于底泥表层，有机质耗氧造成底泥的高度厌氧与强还原性，对底栖生物与水生植物的生存不利，对其生长产生胁迫。③一定毒性。大量有毒藻类残体的堆积，使表层底泥有机质含量高，同时藻毒素使底泥具一定的毒性。④重金属污染严重。全湖总体处于中等生态危害水平，其一般规律是北部大于南部、西部大于东部，湖心并不弱于沿湖，其中北部达到了强度生态危害水平。⑤新生污染层不断形成。由于外源污染未能有效控制，入湖径流中污染颗粒物浓度较高，大量外源污染物源源不断由河流和沟渠进入，污染颗粒物沉降于底泥表层，使新生污染层不断形成，使底泥污染层增厚。
(6)滇池底泥污染物释放模拟研究
底泥是滇池污染物的重要蓄积库，受20多年来污染物入湖的影响，大量的外源污染物入湖后蓄积在底泥中，造成底泥的严重污染。本章节通过对滇池污染底泥释放的模拟研究，对内源污染贡献进行分析，为滇池污染源分析提供基础。
通过在滇池东岸、西岸、南岸、北岸和湖心选择5个有代表性的点位，采集底泥柱状样，用滇池的水和泥在滇池现场进行底泥污染物释放模拟研究。实验室分析项目为PO3－4－ P、DTP、NH4－ N、NO3－ N和DTN。
研究结果整理后得图2.2.4.1－6。
参考相关文献资料，采用下式计算释放速率:
式中，R为释放速率［ mg· ( m2·d)－1］ ; V为柱中上覆水体积( L) ; cn、 co、 cj－1分别为第 n次、初始和j－1次采样时某物质含量( mg·L－1) ; c为添加原水后水体中某物质含量( mga·L－1) ; Vj－1为第j－1次采样体积( L) ; A为柱样中水—底泥接触界面( m2) ; t为释放时间( d) 。由于不考虑NH3的水汽界面交换，所计算的NH4+－ N为表观释放速率。
全湖释放量计算公式为:
式中， W为全湖氮或磷的释放总量( t·a－1) ; rji表示第j区域沉积物在i温度下的释放速率［ mg· ( m2·d)－1］ ; Aj为j区域所代表的面积( km2) ; Δti表示i温度下所代表的时间段( a) 。
依照以上两式计算可得滇池底泥中的总氮释放量约为950t/a，磷释放量约为100t/a。
该计算结果与滇池流域污染物排放总量相比较，约为全流域污染物排放总量的10%、非点源污染物产生的污染总量的一半。这将意味着:即便将外源污染降为零，其污染底泥释放的氮磷也将严重超标，并达到湖泊富营养化的标准数倍以上。如此高的内源污染应给予足够的重视。
(7)底泥污染空间分布
综合三次全湖调查的结果:滇池底泥普遍高磷、高氮、高含水率，北部靠近草海区域污染最重，南部、湖心次之，东岸由于临近沙体底质含沙污染相对较轻。空间上的氮磷污染分布如图2.2.4.1－7所示。
图2.2.4.1－7左侧为滇池底质氮污染空间分布示意图，右侧为滇池底质磷污染空间分布示意图。从氮的污染分布图上可以看出:西部的观音山、白鱼口附近以及东部的大部区域底泥的氮污染相对较小，而北部海埂附近区域、东南部湖湾以及螳螂川入海口附近区域底泥中氮含量极高，表层泥中的总氮基本都超过8000mg/kg，超标8～10倍。滇池的氮污染已由南北两岸延伸至湖心，外源污染的控制与内源污染的治理同样迫在眉睫。
磷的污染比氮的更为突出，分布规律上有明显的由北向南、由西向东的推进趋势。可以清晰地看出昆明市区对滇池底泥磷污染的贡献。北部船闸附近、南岸、河口附近TP较高，湖心区域次之，可见磷污染已经不局限于沿岸浅水区域，湖心的污染已相当严重。
综合氮磷情况来看，北岸、南岸及河口附近污染最重，西岸梁王河到梁王村一带污染较轻，底泥中的氮磷含量均较小，但仍大大超过清洁底泥中氮含量低于1000mg/kg、磷含量低于500mg/kg的标准。
(8)底泥污染的垂直分布
各层底泥中的pH值变化不大，基本在7.0～7.6之间，呈弱碱性。但可以清晰地看出，含水率由表层到底层逐渐降低。这是一方面由于重力原因压缩沉降的自然因素造成，另一方面则是由于表层大多污染较重，呈稀薄黑泥，而底层多为黄沙，质地干净，含水率较低(如图2.2.4.1－8) 。
从污染的垂向分布上看(如图2.2.4.1－ 8) ，大多点位处的TP及TN均表现出由表层至底层稍有降低，但至20cm处TN和TP值仍较高，可见滇池底泥的氮磷污染不仅全湖较重，且污染层也较厚，重污染层普遍在20cm以上。
与磷相比，氮的污染稍轻:由表层到底层有明显降低趋势;仅从氮的角度来看，东岸区域底泥10cm以下基本为清洁底泥。磷的污染情况则不容乐观，全湖底泥磷污染层超过20cm。而磷是水体富营养化的限制性因素，且转换周期长，故滇池底泥中磷污染物质带来的危险性更大(如图2.2.4.1－9) 。
(9)不同季节底泥污染的变化
由图2.2.4.1－10可知，与春季相比，夏季底泥中的氮污染更严重、面积更广。在春季严重的氮污染主要集中在西部水域，东部湖区还有部分TN含量不超标的相当清洁底泥。而到了夏季，污染范围明显向东扩张，低氮底泥范围迅速缩小。
从不同季节底泥中TP含量变化图(如图2.2.4.1－11)中可以看出，滇池全湖底泥磷含量超标，在藻华暴发的夏季尤其严重。
2.2.4.2 滇池底泥污染物历史变化趋势
由于流域内工业废水和生活污水的肆意排放，在20世纪70～80年代，由有色金属冶炼带来的重金属及砷的污染为滇池的首要污染。到了20世纪80年代中后期，富营养化和水华的暴发使氮磷的污染受到了人们的普遍重视。
(1)滇池底泥氮的变化趋势
在20世纪80年代末氮的水平分布表现为草海最高，外海北部次之，中部最低。而根据2008年4月份的采样数据分析，目前TN在外海的水平分布表现为北岸、南岸相对较低，东岸最低，西岸最高。可见由于昆明市的管道改造及市民环保意识的增强，近20年影响滇池氮负荷的污染源由南侧的昆明市区转为西岸的城镇居民聚集区。相比1989年3月0.39mg/L的平均值，近期调查的结果为4.61mg/L，增长了近11倍，滇池底泥的内源污染已不容忽视。
在20世纪80年代末期，氮的垂直分布状况，一般为表层底泥中的含量高于下层的含量，但这样上下递减的变化不算很大。而根据7月的调查数据，只有部分点位处的底泥有这样的趋势，其余部分底泥中的含氮量随深度增加而增加或变化不大。可见在20世纪80年代末期，滇池底质还有污染层、过渡层和自然底质的划分，而现在的滇池底质已经很难挖到洁净的自然底质了。
由图2.2.4.2－1的滇池底泥中氮近18年的变化趋势来看，20世纪90年代的滇池底泥中氮含量极高，尤其是草海。2002～2005年间虽有所下降，可能是出于人口增加、城市扩大、监管不严等原因，2005年后的持续增加令人担忧。
(2)滇池底泥磷的变化趋势
对比20世纪80年代末期资料和近期调查的结果分析，外湖底质中磷的含量基本都呈由北向南逐渐增高的趋势，但磷的浓度均有明显增加。
表2.2.4.2－1 不同年代磷形态分布情况 单位: g/kg
对比1989年和2008年的磷形态分布状况，经过近20年，TP虽有增加但变化不大，但磷形态的转变非常明显:由1989年的OP占大部分到现在的以IP为主的磷形态分布，随着IP含量的增加，Fe/Al－ P和Ca－ P的含量也增大很多，虽然Ca－ P仍占主导，但较Fe/Al－ P多出的程度却有所减小(见表2.2.4.2－1) 。
滇池外海与草海底泥中的磷含量相差不大，但从1990年开始便稳步增高，尤其是近两年，磷负荷增加的幅度已超过了历史最高值。这与磷的来源广、形态多、转化慢有一定关系，但产业结构调整、城市规模扩大应是主要原因(如图2.2.4.2－2) 。
(3)滇池底泥有机质的变化趋势
由图2.2.4.2－ 3可知:滇池底泥中的有机质含量在20世纪80～90年代相对稳定，在21世纪初达到最大后有一定的降低趋势，但总的来看，变化不大。
从水平分布上来看，自20世纪80年代中期至21世纪初期，都是草海底质有机质含量高，而外海各处相差不大，且有机质含量远低于草海。故有机质的变化主要体现在百分含量上，从20世纪80年代中期2.58%的平均值，到2003年89.25g/kg的平均含量，有机质的变化是令人震惊的。
综合考虑有机质的各种来源，不难看出对水土流失的防止、入湖河流的净化及富营养化的控制方面，我们的工作还有待进一步的加强。
(4)滇池底泥重金属污染变化趋势
根据昆明市环境监测中心提供的历史资料与现状调查，主要研究了从1987年到2008年这22年间滇池重金属污染状况与变化趋势。采用潜在生态危害指数法与土壤环境质量标准GB15618－1995相结合的方法，对滇池重金属污染历史趋势进行定量评价〔见表2.2.4.2－2 (略) 〕 。
近20年滇池外海和草海底泥中砷、汞、镉、铅、铬和铜的含量随时间的变化趋势如图2.2.4.2－4。
如图2.2.4.2－4所示，除铬含量渐增外，滇池底泥中的重金属含量均在进入21世纪后有明显降低趋势;除铜含量在2007年达到最大值外，其他重金属均在2006年达到一个极值;除铬外，其他6种重金属在草海底泥中的含量均远高于外海中的;外海底泥中的重金属，除铬含量有较大波动外，其余均保持稳定。
在1992～1994年，草海底泥中的砷、汞、铅、镉、铜、锌含量均有大幅度的增加，变化率分别为170%、204%、350%、748%、214%和52%，1998～2000年又都急剧下降，变化率分别为63%、52%、60%、56%、51%和69%。其后便略有下降或趋于稳定。
底泥是滇池污染物的重要蓄积库，受20多年来污染物入湖的影响，大量的外源污染物入湖后蓄积在底泥中，造成底泥的严重污染。本章节通过对滇池污染底泥释放的模拟研究，对内源污染贡献进行分析，为滇池污染源分析提供基础。
从滇池重金属污染的历史趋势来看，Cd仍然是最主要的污染因子，在1997年曾达到了19.63mg/kg，超过了GB15618－1995中Cd三级标准限值( 1mg/kg)将近20倍，并且在过去22年里，超三级标准有15年，占68%左右。这种毒性大的重金属会对滇池底泥生态造成巨大的威胁与危害，若不采取各种措施去除或降低其含量，也会不利于底泥生态修复工程的开展。其次对滇池潜在生态风险较大的是Hg和As，其中As也在较多年份超过了三级标准，Hg在2006年达到了强的生态风险系数。对各种重金属进行比较，其历史污染评价与2008年现状评价有着较好的一致性，均为Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。
从多种重金属综合评价来看，滇池在20世纪80年代尚处于轻微生态风险水平，进入90年代后，生态风险呈快速上升趋势，在1997年达到很强风险级别。其后情况有所好转，特别是在2002年后，一度达到轻微风险水平，其后呈波动性变化，目前滇池重金属污染总体处于中等危害水平。
(5)污染程度及空间变化趋势分析
对比1988年和2008年年底泥中TN的空间分布情况，1988年时大部分水域的氮含量均不高，都符合清洁底泥的氮含量标准。近些年来，氮污染由北向南快速推进，已蔓延至全湖，北部湖区污染最重(如图2.2.4.2－5) 。
而早在1988年，滇池底质中的TP已严重超标。近20年来，污染面积逐渐增大，污染程度也逐渐增高。东岸和西南部底质相对清洁，植物也较多，可考虑用生态修复的方法修复治理该处底泥(如图2.2.4.2－6) 。
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