西溪南鎮(zhèn)水體環(huán)境評(píng)價(jià)及水生植物對(duì)水體氮磷的凈化

吳夢(mèng)柯，黃顯懷

（安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源學(xué)院，合肥　230601）

水體環(huán)境評(píng)價(jià)

西溪南鎮(zhèn)水體環(huán)境評(píng)價(jià)及水生植物對(duì)水體氮磷的凈化

吳夢(mèng)柯，黃顯懷

（安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源學(xué)院，合肥230601）

通過對(duì)西溪南鎮(zhèn)水體污染的評(píng)價(jià)和對(duì)當(dāng)?shù)厮参餇顩r的分析，探討條壑和礌壑中水生植物在當(dāng)?shù)刈匀凰w凈化中的作用。研究結(jié)果表明：西溪南鎮(zhèn)水體CODCr和TN受到的污染較為嚴(yán)重，條壑CODCr和TN的質(zhì)量濃度分別為58.333～121.667mg/L和6.794～15.857mg/L，礌壑CODCr和TN的質(zhì)量濃度分別為96.667～108.333mg/L和4.413～8.427mg/L。TP和NH3-N的污染較輕，條壑TP和NH3-N的質(zhì)量濃度為0.145～0.375mg/L和0.643～1.028mg/L，礌壑TP和NH3-N的質(zhì)量濃度分別為0.040～0.208mg/L和0.085～0.937mg/L。河道內(nèi)沉水植物的生長(zhǎng)間接降低了水體TN和TP的污染，對(duì)于凈化微污染水源起到重要作用。

西溪南鎮(zhèn)；水體評(píng)價(jià)；水生植物；水體自凈

小城鎮(zhèn)氮、磷含量較高的生活污水排放量逐年增加，使水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化，水中氮、磷含量增加，最后直接或間接地影響到水生物種的生存和人類的健康［1-4］。

本研究地為黃山市徽州區(qū)西部的西溪南鎮(zhèn)，中心鎮(zhèn)區(qū)占地面積約為1.22平方公里，常住人口約為4 500人，村內(nèi)有3條河流：條壑、垅壑和礌壑。居民生活污水和暴雨徑流是輸入當(dāng)?shù)厮w的主要污染源，且當(dāng)?shù)厣钗廴驹闯士傮w分散、局部組團(tuán)式分布的特點(diǎn)，不適合大規(guī)模建設(shè)污水收集集中處理工藝。本文基于單因子污染評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅綜合污染評(píng)價(jià)法［5-7］對(duì)當(dāng)?shù)貤l壑和礌壑水體做出污染評(píng)價(jià)，在自然條件下研究當(dāng)?shù)厮参飳?duì)水體的凈化作用。

1　材料與方法

1.1樣品采集與處理

在條壑上靠近居民區(qū)且有持續(xù)性污染源匯入的河段自上游開始平均200 m布置1個(gè)取樣點(diǎn)，等距布置5個(gè)點(diǎn)，記為1～5號(hào)取樣點(diǎn)，其中1號(hào)和2號(hào)分別位于固定污染源罐頭廠排水口的上下游。礌壑沒有固定污染源匯入，河流水質(zhì)變化程度小，平均300 m布置1個(gè)取樣點(diǎn)，共3個(gè)點(diǎn)，記為6～8號(hào)取樣點(diǎn)。通過采水器采集表層和0.5 m深處水樣，均勻混合后裝入500 mL采樣瓶中。

泥樣用彼得森采泥器采集，揀出植物根系后裝入自封袋與水樣一起保存于便攜式冰箱中，帶回實(shí)驗(yàn)室后立即測(cè)定。

水生植物用樣方法采集0.5 m×0.5 m的樣方內(nèi)的所有沉水植物，去除藻類、浮游動(dòng)物等附著生物并洗凈底泥等雜質(zhì)，裝入利于水分蒸發(fā)的布袋中帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

1.2研究方法

將測(cè)定所獲得的2條河8個(gè)取樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，其中單因子污染指數(shù)法的具體計(jì)算方法如下：

Pi=Ci/Si（1）

式中：Pi——單項(xiàng)污染指標(biāo)的污染指數(shù)；

Ci—— 單項(xiàng)污染指標(biāo)的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度，mg/L；

Si——單項(xiàng)污染指標(biāo)的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)計(jì)算公式為：

式中：Pm——內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；

Pmax——水環(huán)境中所有污染物中的最大污染指數(shù)。

1.3分析方法

水質(zhì)指標(biāo)：CODCr測(cè)定采用重鉻酸鉀法，NH3-N測(cè)定采用納氏試劑分光光度法，TP測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法，TN測(cè)定采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法。

土壤在自然風(fēng)干后，經(jīng)研體磨細(xì)分別過60目和20目篩后干燥保存：TN測(cè)定采用凱式消煮法，有效磷（A-P）測(cè)定采用鹽酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法。

水生植物在烘箱烘干后，經(jīng)研體磨細(xì)分別過60目和100目篩后干燥保存：TN測(cè)定采用H2SO4-混合加速劑-蒸餾法，TP測(cè)定采用鉬銻抗比色法。

2　結(jié)果與討論

2.1水污染特征

本次監(jiān)測(cè)了8個(gè)取樣點(diǎn)的地表水，其主要水質(zhì)指標(biāo)含量見表1。

條壑通過西溪南鎮(zhèn)外圍農(nóng)田流入村內(nèi)老街再出村匯入豐樂河。老街由于年代久遠(yuǎn)其地下并沒有生活污水收集系統(tǒng)，老街居民生活污水散排入條壑現(xiàn)象嚴(yán)重，其下游出村口地區(qū)建有罐頭廠，有穩(wěn)定的污染源匯入導(dǎo)致其下游水質(zhì)指標(biāo)整體處于較高水平。由表1可見，條壑中CODCr的質(zhì)量濃度為58.333～121.667mg/L，平均值87.333mg/L，根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)總局制定的GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，CODCr普遍超標(biāo)2倍以上，超標(biāo)率為100%?？梢娧芯繀^(qū)域地表水總體有機(jī)物污染嚴(yán)重，水體生物降解能力較差。這是由于河流經(jīng)過農(nóng)田，流入大量農(nóng)藥和有機(jī)肥料導(dǎo)致河流整體CODCr處于較高水平。TN的質(zhì)量濃度變化范圍為6.794～15.857mg/L，平均值為11.483mg/L，超標(biāo)率為100%，可見條壑受到較為嚴(yán)重的TN污染，在一定程度上影響到水體的自凈，但對(duì)水中浮游生物和微生物的生長(zhǎng)提供幫助。NH3-N的質(zhì)量濃度變化范圍為0.643～1.028mg/L，平均值為0.765mg/L，以及TP的質(zhì)量濃度變化范圍為0.145～0.375mg/L，平均值為0.257mg/L，NH3-N和TP整體處于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，超標(biāo)率為20%，表明條壑的水體富營養(yǎng)化程度低。

表1　水體污染物含量Tab.1　Po11utants content in water

礌壑中CODCr的質(zhì)量濃度變化范圍為96.667～108.333mg/L，平均值為101.111mg/L，超標(biāo)率為100%。TN的質(zhì)量濃度變化范圍為4.413～8.427mg/L，平均值為6.714mg/L，超標(biāo)率為100%。TP的質(zhì)量濃度變化范圍為0.040～0.208mg/L，平均值為0.097mg/L，超標(biāo)率為66.667%。NH3-N的質(zhì)量濃度變化范圍為0.085～0.937mg/L，平均值為0.496mg/L，未檢測(cè)出超標(biāo)樣品。礌壑是從豐樂河分流出進(jìn)入西溪南新街再出村匯入豐樂河，礌壑上游有小片農(nóng)田并且新街內(nèi)有少量的生活污水排入，導(dǎo)致礌壑的CODCr和TN濃度超標(biāo)嚴(yán)重，TP濃度也出現(xiàn)輕度超標(biāo)，但是礌壑整條河流并無工廠生產(chǎn)、生活污水排放，且新街地下建有污水收集管道，所以礌壑的整體污染物濃度低于條壑。

2.2污染物評(píng)價(jià)

依據(jù)單因子污染指數(shù)法計(jì)算條壑和礌壑中各項(xiàng)污染指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　水體污染物單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2　Eva1uation resu1ts of sing1e factor po11ution indexes of water po11utants

根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，2條河流的CODCr、TN濃度一直處于超標(biāo)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的超標(biāo)倍數(shù)范圍分別為條壑1.9～4.1倍和4.5～10.6倍，礌壑3.2～3.6倍和2.9～5.6倍，NH3-N和TP相對(duì)無污染，只在個(gè)別位置超標(biāo)。條壑CODCr和TN最高污染超標(biāo)在下游罐頭廠排污口，最低在上游入村口處；礌壑CODCr和TN最高污染超標(biāo)在河流中段，最低在河流上游入村口處。從單因子評(píng)價(jià)結(jié)果可以得出西溪南地區(qū)地表水受到CODCr和TN污染，且超標(biāo)倍數(shù)TN＞CODCr＞NH3-N＞TP，總體礌壑的污染情況要好于條壑。

依據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)方法，其評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

由表3可見，條壑中TN污染指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，危害水體環(huán)境，CODCr中度污染，TP和NH3-N優(yōu)良無污染現(xiàn)象，礌壑和條壑污染特征相近，TN嚴(yán)重超標(biāo)，CODCr中度污染，但是礌壑水質(zhì)優(yōu)于條壑，其中TP和NH3-N均處于安全等級(jí)，優(yōu)良無污染。

表3　水體污染物綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3　Eva1uation resu1ts of Mu1ti-factor indexes of water po11utants

2.3水生植物氮、磷含量

由于人類多年活動(dòng)的影響，西溪南鎮(zhèn)河道內(nèi)水生植物的數(shù)量自上游至下游隨著人類活動(dòng)的頻繁而逐漸減少，水體氮、磷與水生植物數(shù)量以及體內(nèi)氮、磷含量的關(guān)系見表4。

由表4可見，條壑和礌壑相對(duì)水生植物密集生長(zhǎng)區(qū)為上游5#和8#地區(qū)，其水體中TN和TP的質(zhì)量濃度分別為6.794和4.413mg/L，顯著低于無水生植物或者零星生長(zhǎng)水生植物的下游地區(qū)，河道內(nèi)TN和TP含量對(duì)植物吸收和固定氮、磷有顯著影響，且當(dāng)?shù)厮参颰N和TP含量的背景值分別為9 333.333和653.333mg/kg，河道內(nèi)的水生植物氮、磷含量普遍超出背景值1～8倍，說明水生植物固定了大量來自條壑和礌壑的氮、磷，水生植物通過根系吸收從水體沉降到底泥中的氮、磷等營養(yǎng)物作為自身營養(yǎng)鹽，間接地影響水體中的氮、磷含量。

表4　水體氮、磷與水生植物生長(zhǎng)的關(guān)系Tab.4　Re1ationship beween nitrogen and phosphorus in water and growth of aquatic p1ants

2.4水生植物與水中氮、磷的相關(guān)分析

水生植物在生長(zhǎng)時(shí)通過改變水環(huán)境因子，進(jìn)而對(duì)水中氮、磷含量產(chǎn)生影響［8-12］。通過對(duì)水生植物種類和數(shù)量的調(diào)查顯示，西溪南鎮(zhèn)流域河道內(nèi)沉水植物以黑藻為主，部分河段長(zhǎng)有少量苦草。沉水植物氮、磷化學(xué)計(jì)量特征與河流化學(xué)計(jì)量參數(shù)的相關(guān)分析結(jié)果見圖1。

由圖1可見，條壑水體氮、磷與水生植物氮、磷的相關(guān)性較高，均大于0.9，礌壑的相關(guān)性相對(duì)稍低。兩條河流中氮、磷濃度越高，其河底水生植物體內(nèi)的氮、磷含量越高，總體來看水體中氮、磷和水生植物體內(nèi)氮、磷具有較高的相關(guān)性，水生植物生長(zhǎng)固定河流氮、磷對(duì)于降低河流整體氮、磷水平有著顯著的影響。

圖1　西溪南河流與水生植物中氮、磷的相關(guān)性Fig.1　Corre1ation between nitrogen and phosphorus in river of Xixinan town and aquatic p1ants

3　結(jié)論

（1）西溪南鎮(zhèn)中條壑和礌壑已經(jīng)遭受一定程度污染，根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分，其中條壑TN濃度處于嚴(yán)重污染水平，CODCr濃度處于中度污染而TP濃度已經(jīng)達(dá)到污染警戒線，僅有NH3-N濃度處于較低水平。礌壑中NH3-N和TP濃度均處于較低水平，但是CODCr和TN濃度依然處于污染較重的等級(jí)。總的來說礌壑污染狀況要好于條壑，且污染程度依次為TN＞CODCr＞TP≥NH3-N。

（2）礌壑和條壑水生植物體內(nèi)TN、TP含量與水體TN、TP含量具有很高的相關(guān)性，這是因?yàn)樗参锷L(zhǎng)需要氮、磷作為營養(yǎng)物質(zhì)，在一定范圍內(nèi)其水體中TN和TP濃度越高，水生植物體內(nèi)吸收和固定的氮、磷含量就越大，水生植物的存在對(duì)于降低河流整體氮、磷水平有著顯著影響。

（3）礌壑和條壑水生植物體內(nèi)氮、磷含量超出當(dāng)?shù)刂参锏?、磷含量的背景?～8倍，并且隨著水生植物數(shù)量的增加，其水體中氮、磷的含量逐漸下降，在上游地區(qū)水生植物大量生長(zhǎng)，條壑中TN和TP的質(zhì)量濃度分別為6.764和0.145mg/L，礌壑中TN和TP的質(zhì)量濃度分別為4.413和0.042mg/L，在含量上遠(yuǎn)低于中下游地區(qū)，結(jié)果表明水生植物的大量生長(zhǎng)有助于減輕水體中TN和TP的污染。

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Water environmental evaluation of Xixinan town and effect of aquatic plants on nitrogen and phosphorus purification

WU Meng-ke，HUANG Xian-huai
（School of Environment and Energy，Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China）

Trough the assessment of water po11ution in Xixinan town and the ana1ysis of the growth status of the 1oca1 aquatic p1ants，the effect of aquatic p1ants in Tiao He and Lei He sink on natura1 water purification was discussed.The study resu1ts showed that，the water environment of Xixinan town was serious1y po11uted by CODCrand TN，the mass concentrations of CODCrand TN in Tiao He were 58.333-121.667 and 6.794-15.857mg/L respective1y，the corresponding va1ues in Lei He were 96.667-108.333 and 4.413-8.427mg/L respective1y.The po11ution caused by TP and NH3-N were re1ative1y s1ight，the mass concentrations of TP and NH3-N in Tiao He were 0.145-0.375 and 0.643-1.028mg/L respective1y，the mass concentrations of TP and NH3-N in Lei He were 0.040-0.208 and 0.085-0.937mg/L respective1y.The growth of submerged p1ants in river channe1 indirect1y a11eviated the po11ution of TN and TP，which p1ayed an important ro1e in purifying micro-po11uted water resource.

Xixinan town；water eva1uation；aquatic p1ant；se1f-purification of water

X132；X503.23

A

1009-2455（2016）03-0074-04

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAJ08B01）

吳夢(mèng)柯（1990-），男，安徽合肥人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樗幚砝碚撆c技術(shù)，（電子信箱）2896288944@qq. com。

2016-03-24（修回稿）