巢湖沉积物总磷分布及其地质成因

JournalofAnhuiNormalUniversity(NaturalScience)Vol.30No.4Jul.2007

巢湖沉积物总磷分布及其地质成因

王绪伟1,　王心源2,　封　毅2,　刘慧兰1

(1.安徽师范大学环境科学学院,安徽芜湖　241003;2.安徽师范大学国土资源与旅游学院,安徽芜湖　241003)

摘　要:以巢湖为研究对象,分析研究了巢湖沉积物总磷含量的水平、垂直分布.结果表明:巢湖北部河流入湖口处沉积物中总磷含量高于其他的河流入湖口处,原因是发源于北部地区的水系带来

大量的磷质,丰富了巢湖中磷的来源.柘皋河和兆河沉积物总磷的垂直分布存在变化程度的差异,主要与柘皋河补给来源于含磷地层区有关.关键词:巢湖;沉积物;总磷含量;入湖河口中图分类号:O534　　文献标识码:A　　文章编号:1001-2443(2007)04-0496-04　　地球表面存在着大量微溶的磷酸盐矿物,已知的含磷矿物中磷都是以正磷酸盐[PO4]3-的形式存在,以磷灰石形式产出[1].巢湖周围分布着大量磷块岩,磷块岩经长期风化、搬运进入巢湖,因此巢湖磷的物质来源是十分丰富的.湖泊沉积物是湖泊营养的内负荷,沉积物中磷的释放是湖泊水体中磷的重要来源之一,对水体的营养水平有着不可忽视的影响[2,3].磷是造成巢湖水质富营养化的关键性因子[4,5],搞清湖泊水域中磷素的来源,对有关部门进行科学决策具有积极意义.笔者通过大量实际调查和沉积物取样实验,分析讨论了巢湖沉积物总磷分布以及巢湖流域内含磷地层的影响,认为来源于巢湖周围磷矿和含磷地层的磷对巢湖富营养化的作用也是不容忽视的.1　巢湖概况

　　巢湖位于安徽省中部,湖体位置30°25′28″-31°43′28″N、117°16′″-117°51′46″E,属长江下游左岸水系,湖区面积760km2,流域面积13486km2.流域地势西高东低,中间低洼平坦,流域内低山、丘陵、岗地是水土流失的主要源地.由于受地形条件的制约,流域的水系呈放射状,水网密度大,全流域共有河流33条,分别属杭埠-丰乐河、派河、南淝-店埠河、柘皋河、白石山河、裕溪河等7条水系.由于人类活动的影响,巢湖流域生态环境受到严重破坏,湖盆淤积,水质恶化,目前已成为长江中、下游地区典型的富营养湖泊[6].

2　材料与方法

2.1　样品的采集和处理

　　2006年4-5月对巢湖入湖口表层沉积物进行了采样,每个采样点分别采集2-3个重复样,在不锈钢盆中充分搅匀,取1kg左右装入密实塑料袋,放入装有冰袋的保温箱暂存,上岸后立即装入冷冻柜中冷冻保存.样品运回实验室后,取沉积物100g左右,用铝箔包住,放入冷冻干燥机中干燥3-5d,取出后碾磨,过筛(100目),保存于聚乙烯瓶中,用密实袋封装,置于冷藏柜中待用,所有采样点均使用全球卫星定位系统进行采集定位.各采样点如图1所示.2.2　样品的分析方法　　底泥样品中总磷含量测定采用高氯酸-硫酸酸溶-钼锑抗比色法[7].

3　结果与分析

3.1　巢湖沉积物中总磷的分布特征

收稿日期:2007-01-25

基金项目:国家自然科学基金项目(40571162).

作者简介:王绪伟(1979-),男,山东日照人,硕士研究生;王心源(19-),男,安徽六安人,教授,博士生导师.

30卷第4期　　　　　　　　　　　王绪伟,王心源,封　毅,等:　巢湖沉积物总磷分布及其地质成因497

3.1.1　不同河流入湖口处总磷含量的分

布特征及其差异　表层底泥样品分析结果表明,各入湖口处总磷含量分布是不均匀的,不同的河流之间变化较大.各河流入湖口处表层沉积物中的总磷含量范围在0.041%-0.12%之间,平均含量为0.065%(表1).由于磷质绝大多数是通过河流带入湖泊的,所以首先在入湖口处沉积下来.但是结果表明河流底泥中总磷含量与河流流量并不成正比关系.杭埠-丰乐河、派河、南淝河、白石山河、兆河等水系流量占流域径流量90%以上,其中流量最大的河流为杭埠-丰乐河,占径流总量的55.5%;其次为南淝河、白石山河、派河,分别占径流总量的9.4%、8.2%、3.8%;而靠近巢湖水域北岸的柘

图1　巢湖水系图及其采样点的分布

Fig.1　RiversystemanddistributionofsedimentsamplingsitesofChaohuLake

皋河、歧阳河、炯炀河径流量远小于上述河流的径流量,但从各河流入湖口处表层沉积物总磷含量粒径大小图2看出,除南淝河外,其他各河流总磷含量差别不大.其原因与巢湖流域的含磷地层有关.巢湖水域北岸地层富含磷矿石,地表风化产物经水冲刷、携带大量的含磷物质进入湖区以及在开采磷矿的过程中,有大量的尾矿粉与尾矿水排入巢湖,致使北部底泥沉积

物中的总磷含量增高.南淝河河口一带含量高达0.12%,这与合肥市工业废水和生图2　巢湖河流入湖口处表层沉积物中总磷含量的粒径大小图活污水污染有关,另外其最大支流店埠河Fig.2　TheparticlesizeofTPatthesedimentsurface及其一些小支流补给来源于含磷岩层出layerintheinletplaceofChaohuLake露区的地表径流,带来丰富的磷.而注入东湖区的柘皋河、岐阳河、炯炀河流量虽远远比杭埠河、派河、白石山河的流量小,而其入湖口处底泥中总磷含量达0.0%、0.0%、0.052%,与远离含磷地层的杭埠河、派河、白石山河入湖口处底泥中总磷含量相当,其原因是这些河流补给来源于含磷岩层出露区的地表径流,每年有大量的磷质通过物理、化学和生物作用随河流进入巢湖,尤其是近几十年来大规模开采磷矿,导致河流入湖

表1　巢湖入湖口处表层沉积物中总磷含量口处总磷含量的增加.

Table1　ThecontentofTPatthesedimentsurfacelayer3.1.2　河流入湖口处总磷含量的垂直分布特征差异　分别在柘皋河和兆河入湖口用开启式不锈钢柱

状采泥器采样,采样时尽量控制下降和提升速度以保障成型泥柱饱和,然后将样品装入密实塑料袋,放入装有冰袋的保温箱保存.样品运回实验室后,每隔1厘米对样品进行分割,然后采用高氯酸-硫酸酸溶-钼锑抗比色法[7]测定沉积物总磷含量,沉积物中磷的垂直变化通过不同深度磷剖面垂直变化表现比较明显(图3).　　图3表明,0-50厘米总磷含量随深度变化而变化.在0-16cm之间,柘皋河总磷含量随深度增

intheinletplaceofChaohuLake(%)采样地点裕溪河口附近柘皋河巢湖口岐阳河口附近炯炀河口附近南淝河巢湖口派河巢湖口杭埠河口附近白石山河口兆河河口附均值

总磷含量

0.0720.00.00.0520.120.0580.0660.0560.0410.065

498安徽师范大学学报(自然科学版)2007年

加而增加,兆河随深度增加总磷含量虽也呈增加的趋势,但增加值偏小.16-50cm两河总磷含量随深度增加而呈减少的趋势.对所提取的底泥样品进行了现场描述,发现上层淤泥为灰黑至深黑色,含有生物残骸和大量有机质,有臭味.柘皋河和兆河两河口沉积物总磷含量的垂直变化趋势基本相同,即先上升再下降的趋势,但变化程度却有差异.原因是两河的流域环境的差别造成的,其中柘皋河补给

图3　巢湖入湖口处底泥沉积物磷含量垂直分布图来源于含磷地层出露区的地表径流,该含

磷矿区的地表径流中的含磷浓度偏高,每Fig.3　VerticaldistributionofphosphorusinsedimentintheinletplaceofChaohuLake年有大量的磷进入该河,并在河口处沉积,使两河总磷垂直分布出现变化程度的差异.3.2　地质成因探讨　　巢湖流域内矿产资源比较丰富,无论西部、西南部或北部,都具备成矿地质背景,Fe、S、明矾石以及各类灰岩是四种主要矿产资源,并且分布相对集中,容易形成矿业基地.但多矿种共生、伴生,尤其是巢湖北岸地层中的含磷层,与巢湖水体富营养化密切相关[8].在巢湖北岸的肥东县和巢湖市交界处桥头集—西山驿一带,广泛分布着一套古老的含磷变质岩系,含磷变质岩系中的含磷层位在多处构成了中、小型的工业磷矿床,是安徽省重要的产磷层位和产磷区之一.其分布范围南起孤山,北至文集,西自南淝河,东到苏家湾2柘皋一线,约500km2以上,矿区主要矿石类型为磷灰岩.在这些地区土壤中磷的自然背景值偏高,直接覆盖于磷矿上部的土壤为普通黄棕壤,经过对土样分析,其总磷含量平均值为0.069%,此值与巢湖底泥总磷接近(0.058%).另外对湖区地表和地下水自然本底的调查表明,矿区的地表径流中总磷浓度为0.05mg/l,矿区及其周围地区的地下水径流中总磷含量为0.04mg/l,这一总磷水平已超过了湖泊由贫营养向中营养过渡的浓度0.02mg/l,从而使巢湖具备了发生富营养化的基础条件.该区域内各时代地层含磷地层列于表2[8].　　由于地质构造、地形地貌的影响,从磷矿区和含磷地层发源的水系大部分都汇入巢湖.其中从磷矿和含磷地层出露区起源的河流有店埠河、歧阳河、炯炀河、山王河、桐荫河、柘皋河等,巢湖流域各水系情况见图1.南淝河(支流店埠河)、岐阳河、炯炀河、柘皋河等河流补给来源于含磷岩层出露区的地表径流,每年有大量的磷质通过物理、化学和生物作用进入巢湖,尤其是近几十年来由于大规模开采磷矿,导致进入巢湖的磷急剧增加.磷质绝大多数是通过河流带入湖泊的,首先在入湖口处沉积下来,从而导致这些河流入湖口处底泥总磷含量要高于南岸河流入湖口处的总磷含量.

表2　巢湖流域含磷地层简表

Table2　PhosphoricstratasummaryofChaohuLakebasin

地层特征地层系统

志留系寒武系Pt3

含磷地层及其主要岩性

茅山组:下部为黄绿色粉砂岩、粉砂质泥岩及薄层不莫砂岩、交薄层透镜状磷矿岩,厚0.2-1m,长数十米至数百米,含P2O%-14%.

坟山组:黄绿色粉砂质页岩、粉砂质中局部夹透镜状磷矿质,单层厚度小于1m,不稳定,延长数米至千米,含P2O55-10%.

黄栗树组:下部为硅质炭质页岩,含结核状磷块岩和硅质磷块岩薄层,总厚1.5-10m,结核含磷P2O510%-20%,磷块岩含P2O53%-7%,个别达17%.灯影组:主要为砂岩及白云质灰岩,中下部夹磷质粉砂岩.

陡山沱组:中下部为粉砂岩、砂质千枚岩及千枚岩互层,加数层含磷岩层,呈层状和透镜状,厚4.3-9.3m,含P2O55%左右.

双山组:矿层产于白云质大理岩之下部的片麻岩、片岩和透镜状大理岩中,主要矿层三层,成似层状和透镜状,断续延长2-3km,矿体延长一般数十米至数百米,厚一般在5m左右,含P2O5一般在10%-20%左右.

分布地区

分布于本区的西南巢县一带,区内出露面积很少分布情况同上

分布于调查区东北部六安山一带

出露于苏家湾和柘皋一带为调查区内主要含磷层位和工业类型矿体,分布在西山驿一桥头集一带

古生界

P’z

元古界

震旦系肥东群

Pt1

4　结　论

　　(1)靠近磷矿区以及含磷地层的巢湖北部河流入湖口处底泥中总磷含量明显高些,其原因之一是发源于

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这些地区的水系带来大量的磷质,首先在入湖口沉积,丰富了底泥中总磷的含量.

　　(2)柘皋河和兆河底泥中总磷的垂直分布趋势基本相同,随深度增加呈先上升再下降的趋势,变化程度的差异主要是河流流域环境的差异造成的,柘皋河补给来源于含磷地层出露区的地表径流,每年有大量的磷进入该河,并在河口处沉积.　　随着含磷地层的不断被开发、暴露,进入巢湖中的磷将逐年增多.要想彻底根治巢湖富营养化,含磷地层对巢湖中总磷含量的影响也应该引起足够的重视,并应采取有力措施控制来自磷矿区的磷污染.　　致谢:感谢安徽师范大学环境监测与治理中心的老师们在实验数据分析中给与的帮助!

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inChaohuLakeandItsGeologicalOrigin

WANGXu2wei1,　WANGXin2yuan2,　FENGYi2,　LIUHui2lan1

(1.CollegeofEnvironmentScience,AnhuiNormalUniversity,Wuhu241003,China;2.CollegeofTerritorialResourcesandTourism,AnhuiNormalUniversity,Wuhu241003,China)

Abstract:LevelandverticaldistributionsoftotalcontentofphosphorusinthesedimentsinChaohuLakewereexaminedandanalyzed.TheresultsshowedthatthecontentoftotalphosphoruswerehigherinthesurfacesedimentofmouthoflakeinthenorthofChaohuLake.ThereasonwasthatagreatdealofphosphoruswerecarriedbytheriversthatoriginatefromthenorthofChaohuLake.VerticaldistributionsinthesedimentsoftherivermoutharedifferentchangesintheZhegaoriverandZhaoheriver.ItoriginatesthatZhegaoriverwhichflowsthroughthephosphorus2containinglayersarea.

Keywords:ChaohuLake;sediments;totalphosphorus;estuaryofthelake