永年洼春季水體環(huán)境研究

謝全森，劉藝冉，蔡 靈，孫彩娟，郭少華，王少輝，青友民

(1.邯鄲學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院，河北 邯鄲 056000；2.邯鄲市水產(chǎn)技術(shù)推廣站，河北 邯鄲 056000；3.河北恒一檢測(cè)科技有限公司，河北 邯鄲 056000； 4.邯鄲市鑫垚農(nóng)業(yè)科技有限公司，河北 邯鄲 056000)

永年洼在河北省邯鄲市的永年區(qū)東南部[1]，與白洋淀、衡水湖并稱為華北三大洼淀,永年洼原為自然形成的洼淀，現(xiàn)周圍有圍堤，總長(zhǎng)18.6 km，洼底高程40 m，洼邊地面高程43.0 m，周邊圍堤高程45.5 m。東南以滏陽河左堤為界，西、北與圍堤連接[2-4]。東南側(cè)滏陽河蓮花口建有永年洼分洪閘，該閘設(shè)計(jì)流量183 m3/s。北圍堤上建有借馬莊泄洪閘(該閘設(shè)計(jì)流量125 m3/s)，永年洼設(shè)計(jì)滯洪水位44.56 m，蓄洪量0.54億 m3，面積16.00 km2。永年洼曾經(jīng)開展了大量的漁業(yè)養(yǎng)殖，由于盲目開發(fā)、氣候干燥，以及滏陽河來水受到嚴(yán)重污染等原因，永年洼的自然風(fēng)貌遭到了嚴(yán)重的破壞，水域面積也日益縮小，從先前的4.6萬畝銳減到了1萬多畝，千畝葦蕩、萬波碧傾的勝境已經(jīng)不復(fù)存在。永年洼作為冀南地區(qū)內(nèi)陸型洼淀發(fā)揮了重要生態(tài)屏障作用，在開展冀南地區(qū)休閑垂釣漁業(yè)研究、國(guó)家級(jí)泥鰍和黃鱔良種場(chǎng)發(fā)展示范方面是河北省的重要試驗(yàn)示范地區(qū)，同時(shí)也是河北省內(nèi)為數(shù)不多的國(guó)家級(jí)濕地公園重點(diǎn)建設(shè)單位，對(duì)其水體環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)和初步評(píng)價(jià)是后續(xù)開展生態(tài)保護(hù)的重要基礎(chǔ)[4-6]?；诖?，我們從底泥與浮游生物兩方面進(jìn)行測(cè)定。水體受到污染后，部分污染物也會(huì)通過沉淀作用累積在河流底部。對(duì)底泥中的氮、磷等污染物的檢測(cè)，獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以為永年洼的生態(tài)恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供一些理論性的數(shù)據(jù)及一些解決方法。

1 材料與方法

1.1 材料

永年洼濕地緊緊圍繞廣府古城，其形狀接近C形，地理位置坐標(biāo)是：北緯36°40′24″-36°43′12″、東經(jīng)114°42′28″-114°45′06″之間。取樣以中部為基礎(chǔ)點(diǎn)，每個(gè)正向70 m分別設(shè)定為本次試驗(yàn)的采樣點(diǎn)，即東部、南部、西部、北部。另合理利用區(qū)在東北部。

底泥：采集地點(diǎn)設(shè)置五處：東部、西部、南部、北部和合理利用區(qū)。

水樣：采集地點(diǎn)同底泥采樣處。

1.2 分析方法

1.2.1 pH值的測(cè)定 取1 g過60目篩子的風(fēng)干土樣放入錐形瓶?jī)?nèi)，再加入10 mL的蒸餾水。密封后放到震蕩培養(yǎng)箱內(nèi)。在常溫下震蕩4 h后取出過濾，最后用pH測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定[7]。

1.2.2 總氮的測(cè)定 總氮用凱氏定氮儀進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 有效氮的測(cè)定 有效氮測(cè)定使用堿解法，堿液為1.2 mol/L的氫氧化鈉。在密封恒溫的條件下，堿與樣品中的有機(jī)氮反應(yīng)，生成氨，然后被擴(kuò)散皿內(nèi)室的硼酸吸收，再用鹽酸滴定[8-11]，得出數(shù)據(jù)。

1.2.4 總磷的測(cè)定 總磷測(cè)定使用鉬酸銨分光光度法。在中性條件下，過硫酸鉀與樣品在高溫高壓條件下發(fā)生反應(yīng)，樣品中的有機(jī)磷、無機(jī)磷就會(huì)被氧化成正磷酸。然后在酸性介質(zhì)中，溶解性正磷酸與鉬酸銨反應(yīng)，在銻鹽存在下會(huì)生成磷鉬雜多酸，生成后會(huì)立即被抗壞血酸還原，生成藍(lán)色的絡(luò)合物，在700 nm的波長(zhǎng)處可以達(dá)到最大的吸收度[12-15]。

計(jì)算公式：

式中：ω(P)為污泥有效磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；ρ為從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的磷的質(zhì)量濃度，mg/L；m為污泥樣品質(zhì)量，g；V為顯色液體積(顯色時(shí)定容體積)，mL；ts為分取倍數(shù)。

1.2.5 有效磷的測(cè)定 有效磷測(cè)定使用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗分光光度法。

1.2.6 重金屬的測(cè)定 本次實(shí)驗(yàn)只對(duì)鉛和鎘進(jìn)行測(cè)定。采用的是原子吸收法。樣品經(jīng)硝酸過氧化氫-鹽酸常壓消解，然后將消解液噴入空氣-乙炔火焰中。在高溫火焰下，化合物離解為基態(tài)原子，該基態(tài)原子蒸汽吸收從燈射出的特征波長(zhǎng)的光，吸收度的大小與火焰中基態(tài)原子含量成正比，可從校準(zhǔn)曲線查得被測(cè)元素的含量[16-17]。

1.2.7 浮游植物的檢測(cè) 選取一個(gè)水樣取樣50 mL，滴加魯哥氏液約0.5 mL，攪拌后，分液漏斗靜置12～24 h后沉淀濃縮至約5 mL，使用滴管吸取搖勻后的試樣1滴(約0.05 mL)，在顯微鏡下進(jìn)行觀察，觀察其中浮游植物的種類和相應(yīng)數(shù)量并計(jì)數(shù)，然后對(duì)該試樣再進(jìn)行三次平行檢測(cè)。

1.2.8 浮游動(dòng)物的檢測(cè) 選取一個(gè)水樣取樣50 mL，滴加魯哥氏液約0.5 mL，攪拌后，分液漏斗靜置12～24 h后沉淀濃縮至盡可能小，使用滴管吸取含有浮游動(dòng)物的液滴，在顯微鏡下進(jìn)行觀察，并對(duì)浮游動(dòng)物定種，然后多次觀察試樣中其余浮游動(dòng)物，并結(jié)合顯微鏡和直接觀察試液對(duì)浮游動(dòng)物進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 永年洼底泥相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 pH值 為縮小實(shí)驗(yàn)測(cè)定誤差值，進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，取平均值。詳情見表1。

表1 pH值

從表中可以看出，整個(gè)永年洼的底泥都是呈堿性的，并且西面、南面、北面以及合理利用區(qū)的數(shù)值非常接近，而東面的pH偏低。

2.1.2 總氮的含量 總氮含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 總氮含量

從表中可以看出東面的含氮量最高，南面與北面相差不大，這三個(gè)方位含氮量很高，已經(jīng)高于標(biāo)準(zhǔn)，有中富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。而合理利用區(qū)與西面含量很低，屬于貧營(yíng)養(yǎng)。

2.1.3 有效氮的含量 有效氮含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 有效氮含量

通過對(duì)有效氮含量的測(cè)定，與總氮的相比較，有效氮的含量大概占總氮的13%左右。

2.1.4 總磷的含量 總磷含量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及標(biāo)準(zhǔn)曲線見表4和圖1。

表4 總磷含量

從表中的數(shù)據(jù)可以看出東面的含磷量較高，有富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)，而西、南、北三個(gè)地方的含磷量相差不大，含量都較低，都處于合理的可控范圍。其中，合理利用區(qū)含量最低。

2.1.5 有效磷的含量 測(cè)定結(jié)果見表5和圖2。

表5 有效磷含量

從實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)中可以看出，因?yàn)闁|面的總磷含量也比較高，所以東面有效磷的含量較高，其他幾個(gè)地點(diǎn)都較低，合理利用區(qū)含量最低。雖然含量有差異，但是占總磷的百分比也比較接近。在22%～28%范圍內(nèi)。

2.1.6 重金屬的含量 測(cè)定結(jié)果見表6。

表6 重金屬含量

從得出的數(shù)據(jù)中可以看出，永年洼東面的鉛和鎘的含量顯著高于其他區(qū)域，合理利用區(qū)均為最低值。但上述五個(gè)區(qū)域的重金屬含量均高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的重金屬污染。

2.2 永年洼浮游生物相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)數(shù)據(jù)整理獲得的不同地區(qū)的主要浮游生物種類見表7。

表7 永年洼春季浮游生物種類分布

在多次觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，永年洼地區(qū)的浮游植物以綠藻為主，其他藻類數(shù)量及種類都較少，除西部水域外，存在著較為豐富的浮游動(dòng)物，原生動(dòng)物的數(shù)量較多，輪蟲和枝角類都較少且不容易發(fā)現(xiàn)，可能是由于春季氣候較冷不適合輪蟲及枝角類的生存繁衍，也可能是顫藻及微囊藻含有毒素使毒素抗性差的浮游動(dòng)物生存及繁殖力下降[18-20]。橈足類中劍水蚤的豐度非常高，西部水域外的水中都能明顯發(fā)現(xiàn)大量的劍水蚤，并且在樣品中發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)達(dá)到2 mm大小的劍水蚤。

經(jīng)數(shù)據(jù)整理獲得的不同區(qū)域數(shù)量分布見表8。

表8 永年洼春季不同水域浮游生物種類及數(shù)量

2.3 結(jié)果與分析

通過對(duì)整個(gè)永年洼春季底泥的測(cè)定，可以看到，所選取樣點(diǎn)均存在較多的污染物質(zhì)，而東邊所含的各種污染物以及營(yíng)養(yǎng)元素均超出了其他地方，并且東邊的水污染情況也較嚴(yán)重。一般的底泥中所含的污染物都是由水體中沉淀下來的，水體中的含量越多，底泥中也會(huì)越多，由于目前對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)方法尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[21]，本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取為進(jìn)一步評(píng)價(jià)永年洼富營(yíng)養(yǎng)化程度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

東部水域：綠藻門出現(xiàn)最多且為優(yōu)勢(shì)種，原生動(dòng)物和橈足類含量豐度，浮游生物數(shù)量隨著深度降低。

南部水域：浮游植物中綠藻門為優(yōu)勢(shì)種，原生動(dòng)物和橈足類含量較多，其他物種含量都很低。

西部水域：浮游植物都很少的情況下，綠藻門為優(yōu)勢(shì)種，該地區(qū)的物種種類很少，原生動(dòng)物外的浮游動(dòng)物幾乎沒有。

北部水域：物種和數(shù)量都比較豐富，綠藻門仍為優(yōu)勢(shì)種，其他物種和豐度都比較高。

在四個(gè)水域中東部水域的浮游動(dòng)物種類和含量都相對(duì)較高，浮游植物含量低于北部水域，這說明東部水域?yàn)樗膫€(gè)水域中自凈化能力最差的，水體老化最為嚴(yán)重的。而西部水域的浮游動(dòng)物含量極低且浮游植物的相對(duì)含量較高，說明西部水域的水質(zhì)較優(yōu)。

綜合上述兩方面實(shí)驗(yàn)結(jié)果，浮游動(dòng)物的水平分布為由西南方向向東北方向逐漸增多，垂直分布上，由淺到深，浮游動(dòng)物的數(shù)量逐漸降低。西面的污染度最低。

3 討論

永年洼濕地位于水陸交接地帶，擁有豐富的生物資源以及獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，具有調(diào)蓄水量、改善水質(zhì)等作用，同時(shí)是大量動(dòng)植物的理想棲息地[21]。但國(guó)內(nèi)的大部分濕地也遭到了不同程度的破壞，近十年間，我國(guó)的濕地面積減少了約300萬hm2，減少率約為9%[22]。據(jù)研究報(bào)道浮游生物數(shù)量多，種類復(fù)雜，在水域生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用[23-26]。水質(zhì)對(duì)浮游生物造成影響時(shí)，會(huì)有一定的滯后性，所以對(duì)水體中的浮游生物進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，要考慮全面，包括水質(zhì)、生境因素等帶來的效果[27]。以往研究發(fā)現(xiàn)，只有河網(wǎng)型的水源地的水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，可以使用夏秋季的所有浮游動(dòng)物的密度、生物量和浮游動(dòng)物體積多樣性指數(shù)來表示[28]。

隨著社會(huì)與科技的發(fā)展，人們進(jìn)行生產(chǎn)產(chǎn)生很多的污染物及廢棄物，使用污染源濃度(水質(zhì)和底泥)檢測(cè)和浮游生物監(jiān)測(cè)，可以為研究人員和監(jiān)測(cè)單位提供連續(xù)的綜合環(huán)境信息。同時(shí)，隨著學(xué)科與監(jiān)測(cè)技術(shù)的融合，水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)也將取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，必將產(chǎn)生更多的研究熱點(diǎn)。