包頭市南海濕地水污染現(xiàn)狀與防治對策研究*

樊愛萍 王曉云 于玲紅 孫巖柏 殷震育 李鑫玉 李衛(wèi)平#

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭014010；2.包頭市生態(tài)濕地保護(hù)管理中心，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.運(yùn)城市建筑設(shè)計研究院，山西 運(yùn)城 044000；4.包鋼第一中學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

包頭市南海濕地水污染現(xiàn)狀與防治對策研究*

樊愛萍1，2王曉云1，3于玲紅1孫巖柏1殷震育1李鑫玉4李衛(wèi)平1#

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭014010；2.包頭市生態(tài)濕地保護(hù)管理中心，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.運(yùn)城市建筑設(shè)計研究院，山西 運(yùn)城 044000；4.包鋼第一中學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

通過對南海濕地進(jìn)出水和核心區(qū)進(jìn)行布點采樣，檢測了樣品的氮磷和有機(jī)污染物，分析了濕地水污染現(xiàn)狀，同時采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對濕地水質(zhì)進(jìn)行評價。結(jié)果表明：南海濕地水體達(dá)到污染級別，其中濕地進(jìn)水區(qū)域和旅游開發(fā)區(qū)水質(zhì)達(dá)到重污染級別；南海濕地現(xiàn)已處于富營養(yǎng)型。通過分析得出水污染的原因主要是：該地區(qū)人口多，人為污染大，南海濕地補(bǔ)水來源受污染嚴(yán)重；對水質(zhì)凈化具有一定作用的水生植物不被收割利用，對水質(zhì)造成了二次污染。最終針對南海濕地的污染狀況和原因，提出了科學(xué)合理的防治對策。

南海濕地 內(nèi)梅羅污染指數(shù) 富營養(yǎng)化評價 防治對策

濕地具有不可代替的生態(tài)功能[1-2]，被譽(yù)為“地球之腎”[3-4]。包頭南海濕地位于高緯度干旱內(nèi)陸地區(qū)，是包頭市乃至西北寒旱地區(qū)得天獨厚的寶貴資源。南海湖是包頭市區(qū)唯一的天然湖泊，發(fā)揮著濕地水體凈化與蓄滯洪水等功能，在保護(hù)黃河濕地生態(tài)系統(tǒng)、防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源等方面，都起到了非常重要的作用[5-6]。智穎飆等[7]依據(jù)環(huán)境自我調(diào)節(jié)理論(Aaia假說)和應(yīng)用市場價值法對南海濕地生態(tài)功能價值進(jìn)行貨幣化評估和研究，結(jié)果證明，南海濕地生態(tài)系統(tǒng)每年提供于人類的服務(wù)價值巨大；王越等[8]通過PSR模型研究發(fā)現(xiàn)，由于人類活動強(qiáng)度大、私墾現(xiàn)象嚴(yán)重、化肥使用強(qiáng)度高，南海濕地已處于亞健康狀態(tài)；劉建龍[9]指出，南海湖水質(zhì)整體較差，主要表現(xiàn)為TN和COD超標(biāo)，而且COD超標(biāo)倍數(shù)較高，各水期平均超標(biāo)4.52倍。水污染現(xiàn)狀與富營養(yǎng)化狀況分析是掌握湖泊濕地水環(huán)境狀況和進(jìn)行水質(zhì)管理的基礎(chǔ)[10-11]。為了解包頭市南海濕地的水污染最新狀況，本研究于2015年4-11月對南海濕地進(jìn)行合理布點采樣，通過對水質(zhì)現(xiàn)狀及主要污染物的研究與分析，得出了南海水污染現(xiàn)狀和水環(huán)境污染的主要原因，為南海濕地的污染治理和水環(huán)境修復(fù)提供參考依據(jù)和防治對策。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測點的設(shè)置

南海濕地各監(jiān)測點位置情況見表1。

表1 南海濕地各監(jiān)測點情況

1.2 樣品的采集、處理

2015年春季到冬季連續(xù)8個月，每月中旬對南海濕地6個取樣點進(jìn)行取樣，所有樣品的采集使用去離子水清洗干凈的聚乙烯采樣瓶密封保存，帶回實驗室立即測定，為客觀反映水質(zhì)，避免偶然性，每次實驗每監(jiān)測點重復(fù)測定3次。

本研究采用便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀在采樣現(xiàn)場對DO、pH等進(jìn)行檢測。根據(jù)文獻(xiàn)[12]，TN、氨氮采用堿性過硫酸鉀消解—紫外分光光度法、納氏試劑分光光度法進(jìn)行測定；硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮的樣品通過0.45 μm微孔濾膜過濾，采用紫外分光光度法和N-(1萘基)-乙二胺光度法進(jìn)行測定；TP、溶解性磷采用過硫酸鉀-鉬酸銨分光光度法測定，其中溶解性磷測定時樣品需通過0.45 μm微孔濾膜過濾，不溶解性磷通過TP及溶解性磷差值求得；COD采用微波消解法測定。葉綠素a的測定采用《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》中的丙酮研磨—比色法測定：量取100 mL水樣，0.45 μm有機(jī)膜過濾，用90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))丙酮萃取，測定萃取液中葉綠素a在750、645、663、630 nm波長下的吸光度，并根據(jù)公式計算葉綠素a的含量。

1.3 水質(zhì)分析標(biāo)準(zhǔn)和方法

本研究包括水污染現(xiàn)狀分析、水質(zhì)評價和富營養(yǎng)化評價3個方面。水質(zhì)現(xiàn)狀分析依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果；水質(zhì)評價采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法；富營養(yǎng)化狀況采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI(chla))法。

2 結(jié)果與討論

2.1 水污染現(xiàn)狀分析

2.1.1 pH

監(jiān)測期間，南海濕地水體pH為8.12～9.64。由圖1可以看出，南海濕地水體堿度大，各監(jiān)測點pH均大于8。其中，6—9月的pH平均值大于9，超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中pH為6～9的限值。這主要是南海濕地所在地區(qū)氣溫的變化和水體中水生植物繁殖共同作用的結(jié)果，包頭每年這一時期的氣溫最高，此時CO2在水中的溶解度減小，使pH上升，并且南海濕地水體流動緩慢，易于藻類等水生植物大量繁殖，水中植物的光合作用會消耗水中的CO2導(dǎo)致pH的增加。10月后，氣溫降低且水生植物開始凋零，各監(jiān)測點pH有不同程度的降低。

圖1 南海濕地水體pH變化Fig.1 pH in the Nanhai wetland

2.1.2 各形態(tài)氮含量

南海濕地硝態(tài)氮為0.823～4.908 mg/L，超過了TN的50%(見圖2)；亞硝態(tài)氮最低，為0.062～0.141 mg/L，只占TN的2.66%。南海濕地TN主要來源于生活污水和地表徑流引入的農(nóng)業(yè)污染物。經(jīng)檢測，進(jìn)入南海濕地的生活污水氮的賦存形態(tài)以硝態(tài)氮和氨氮為主，農(nóng)業(yè)污染物中的氮主要以銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的形式存在。硝態(tài)氮高一方面來源于生活污水和農(nóng)業(yè)污染物；另一方面水中DO含量高，有利于氨氮和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。而且，濕地pH在9左右，水中氨氮的揮發(fā)速率較大，一部分氨氮以氣態(tài)形式揮發(fā)離開濕地系統(tǒng)[13]，導(dǎo)致氨氮偏低。

圖2 南海濕地不同形態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 Percentage of different forms of nitrogen in Nanhai wetland

2.1.3 各形態(tài)磷含量

南海濕地水體中不溶解性磷為0.10～0.26 mg/L，約占TP的89.4%(見圖3)。溶解性磷較少，為0.006 7～0.036 0 mg/L，約占TP的10.6%。南海濕地水體中磷的來源與TN相同，經(jīng)檢測，進(jìn)入南海濕地的污水中TP約為1.0 mg/L，溶解性磷約為0.1 mg/L，以不溶解性磷為主。磷肥施入土壤后，沒有被植物吸收的部分，很快與土壤發(fā)生理化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成難溶性磷酸鹽[14]，隨著地表徑流進(jìn)入濕地水體。而且，濕地中的水生植物主要利用溶解性磷合成各類供生命活動需要的化合物，從而降低了水體中溶解性磷的含量。因此，南海濕地的磷主要以不溶解性磷的形式賦存。

圖3 南海濕地不同形態(tài)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.3 Percentage of different forms of phosphorus in Nanhai wetland

2.1.4 COD

4月，水體COD因受冰封期融水COD釋放效應(yīng)等影響，處于相對特殊的狀態(tài)，暫不做研究。根據(jù)圖5，5—11月COD均值分別為90.21、87.08、103.54、88.98、94.13、76.70、140.27 mg/L，各監(jiān)測點的COD基本都超過了GB 3838-2002中Ⅴ類限值(40 mg/L)。由此可見，南海濕地水體受有機(jī)污染嚴(yán)重。這主要是由于黃河水量減少，濕地主要依靠東河補(bǔ)水，而東河接納了周邊工業(yè)廢水和生活污水，因此受污染的東河水體增加了南海濕地的水質(zhì)負(fù)重。

圖4 南海濕地COD變化Fig.4 The variation of COD in the Nanhai wetland

N1、N3、N6點COD較其他點低，主要原因是N1、N3點生長大量蘆葦，N6點生長大量香蒲，一方面植物本身能吸收部分有機(jī)污染物，另一方面植物根系微生物能促進(jìn)有機(jī)污染物質(zhì)分解，提高COD的凈化能力。N2雖然也生長大量植物，但是地勢原因?qū)е滤畡恿l件較差，故COD偏高。10月后，各點COD都升高，基本都在11月達(dá)到最大值，經(jīng)分析主要是因為冬季溫度降低，植物死亡，水生植物對有機(jī)污染物的降解最弱，使南海濕地COD升高。

2.2 水質(zhì)評價

內(nèi)梅羅污染指數(shù)(IP)的計算見式(1)，其中標(biāo)準(zhǔn)值采用GB 3838-2002中的Ⅲ類限值(即pH為6～9，DO、COD、氨氮、TP、TN分別為5、20、1.0、0.2、1.0 mg/L)。內(nèi)梅羅污染指數(shù)對應(yīng)水質(zhì)等級為：≤1，清潔；>1～3，輕污染；>3～5，污染；>5～8，重污染；>8，嚴(yán)重污染。

(1)

從表2可以看出，污染指數(shù)最大值主要集中在COD和TN，說明南海濕地的COD和TN對水體的污染最顯著。南海濕地各點內(nèi)梅羅污染指數(shù)為3.68～5.03，其中N1和N4點內(nèi)梅羅污染指數(shù)大于5，達(dá)到重污染級別，其他監(jiān)測點在3～5，為污染級別。從空間上分析，N1為南海濕地的進(jìn)水區(qū)域，N4雖然是南海濕地的旅游開發(fā)區(qū)，但是在本課題的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在N4附近有排污暗口將污水排入南海濕地，因此N1和N4污染物濃度高，水體污染程度嚴(yán)重；N2、N3、N6點均有大量的蘆葦和香蒲等水生植物，這些植物對水體中的氮磷污染物具有一定的降解作用，并且污水進(jìn)入濕地后經(jīng)沉降、過濾等過程使得水質(zhì)得到凈化。

表2 各采樣點水質(zhì)指標(biāo)的均值、內(nèi)梅羅污染指數(shù)及水質(zhì)等級1)

注：1)水質(zhì)指標(biāo)均值單位均為mg/L。

表3 各監(jiān)測點葉綠素a均值、TSI(chla)及富營養(yǎng)程度

2.3 富營養(yǎng)化評價

TSI(chla)計算見式(2)，其分級的富營養(yǎng)程度為：≤37，貧營養(yǎng)型；>37～53，中營養(yǎng)型；>53，富營養(yǎng)型。

(2)

式中：T為TSI(chla)；c為葉綠素a質(zhì)量濃度，mg/m3。

根據(jù)藻類生長狀況，對各監(jiān)測點6—11月的富營養(yǎng)程度進(jìn)行評價。從表3可以看出，南海濕地各監(jiān)測點均為富營養(yǎng)型。主要是由于南海濕地水流緩慢，水動力條件差，并且南海濕地周邊多為居民區(qū)，生活污水的無序排放增加了南海濕地氮磷的累積；多年來由徑流帶入濕地的水體污染物總量大大超過了水體的自凈能力。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，濕地水生植物對濕地水質(zhì)的凈化有不可小覷的作用，但是南海湖內(nèi)對氮磷有去除作用的蘆葦、香蒲覆蓋率較低，由于產(chǎn)量低而不被收割利用，反而會對水質(zhì)造成二次污染。污染物長期在水體中累積、沉積導(dǎo)致沉積物在水環(huán)境中釋放污染物，使底泥也成為了南海湖的內(nèi)源污染貢獻(xiàn)者。

3 南海濕地水污染防治對策

(1) 禁止周邊未達(dá)標(biāo)污廢水進(jìn)入濕地，降低COD、TN、TP的點源污染。根據(jù)南海濕地水污染現(xiàn)狀分析結(jié)果可知，監(jiān)測期間COD、TN、TP均超過GB 3838-2002中Ⅴ類限值。內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價得出，包頭南海濕地水體達(dá)到污染和重污染級別，其中COD、TN對污染的貢獻(xiàn)值最高。本研究小組在對濕地水體監(jiān)測期間發(fā)現(xiàn)，濕地附近有污水排入濕地水體，因此濕地管理部門應(yīng)加強(qiáng)濕地保護(hù)隊伍，禁止未達(dá)標(biāo)廢水進(jìn)入濕地。

(2) 增加水生植物的密度，定期對水生植物進(jìn)行修剪與收割。在N1、N3、N6等植被豐富的監(jiān)測點COD、TN、TP較其他監(jiān)測點低，可見南海濕地內(nèi)的水生植物對水質(zhì)的凈化有一定的作用。但是，濕地內(nèi)的水生植物沒有統(tǒng)一管理種植收割。因為水生植物的產(chǎn)出較少，不被收割利用容易對水質(zhì)造成二次污染，所以要增加水生植物的密度，定期進(jìn)行修剪與收割，不僅可增加濕地景觀的美化效果，還可凈化水質(zhì)，避免二次污染。

(3) 加強(qiáng)實時監(jiān)測，定期取樣檢測，及時發(fā)現(xiàn)、解決問題。監(jiān)測期間南海濕地各監(jiān)測點均為富營養(yǎng)型。因此，建立科研監(jiān)測點，定期對濕地水體進(jìn)行取樣檢測，保證濕地水環(huán)境穩(wěn)定健康，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問題后，快速分析問題原因，及時解決。

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WaterpollutionanditspreventioncountermeasuresofNanhaiwetland，Baotou

FANAiping1，2，WANGXiaoyun1，3，YULinghong1，SUNYanbai1，YINZhenyu1，LIXinyu4，LIWeiping1.

(1.SchoolofEnergyandEnvironment，InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology，BaotouInnerMongolia014010；2.BaotouEcologicalWetlandConservationandManagementCenter，BaotouInnerMongolia014010；3.TheArchitecturalDesignResearchInstituteofYunchengCity，YunchengShanxi044000；4.BaogangNO.1HighSchool，BaotouInnerMongolia014010)

Site sampling was carried out in the inlet，core area and outlet water of Nanhai wetland. The nitrogen and phosphorus contaminants and organic pollutants were tested. The wetland pollution status was analyzed. Meanwhile，the water quality was evaluated with Nemerow Pollution Exponential and Eutrophication State Index methods. The results showed that：the water of Nanhai wetland had reached the contaminative level with its inlet water and the tourism development zone being severely contaminated；the wetland had reached the eutrophic state. The reasons for this were as follows: large population surrounding the area，the serious man-induced contamination and thereby heavily polluted make-up water resources；the secondary pollution was generated because the aquatic plants，which work in the water purification process，were not harvested in a timely manner. Based on all these factors，scientific and practical water contamination prevention countermeasures for Nanhai wetland have been put forward for consideration in this essay.

Nanhai wetland； Nemerow Pollution Exponential； eutrophication assessment； water contamination prevention countermeasures

樊愛萍，女，1966年生，本科，高級工程師，主要從事濕地環(huán)境保護(hù)的研究。#

。

*國家自然科學(xué)基金資助項目(No.41263010)；內(nèi)蒙古包頭黃河濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站運(yùn)行研究項目(No.2017-LYPT-DW-007)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.12.010

2016-05-23)