全球變化背景下秦嶺北麓主要河流水質(zhì)研究進(jìn)展

郭明媛 陳琳娜

摘要：秦嶺地區(qū)資源豐富，人杰地靈，但隨著近年來(lái)科技的發(fā)展，人類生活水平逐漸提高，隨之而來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也逐漸顯露出來(lái)。因此對(duì)秦嶺北麓的水質(zhì)進(jìn)行研究，對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钏降奶岣呔哂兄卮笞饔谩１疚膶?duì)最近十年的相關(guān)文獻(xiàn)和期刊進(jìn)行了分析總結(jié)，希望能夠?qū)罄m(xù)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：秦嶺北麓;水污染;地表水;水質(zhì)分析

中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次全國(guó)人民代表大會(huì)以來(lái)，我國(guó)始終將生態(tài)文明建設(shè)放在首位，并且提出了“綠水青山就是金山銀山，既要綠水青山也要金山銀山”這樣的口號(hào)。并且，而不同地區(qū)，其生態(tài)系統(tǒng)具有豐富的多樣性，而一些特殊的自然地理氣候條件對(duì)其他地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生一些跨區(qū)域的影響。2018年7月，關(guān)于秦嶺違建別墅拆除這一問(wèn)題，受到了人們的廣泛關(guān)注。而這樣的一個(gè)別墅建筑的搭建與拆除過(guò)程，對(duì)秦嶺一帶的生態(tài)環(huán)境也造成了很大的影響。使得當(dāng)?shù)氐囊恍┥鷳B(tài)環(huán)境發(fā)生了變化。

秦嶺一帶具有豐富的森林資源以及水資源，是陜西省最重要的資源地帶。在2020年4月20日時(shí)，在陜西牛背梁國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)視察時(shí)指出，秦嶺是中華民族的祖脈。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，人們對(duì)水資源的需求也不斷增加，對(duì)水質(zhì)的要求也不斷提高。由于秦嶺地區(qū)的資源豐富，具有良好的研究性，因此對(duì)秦嶺地區(qū)的河流水質(zhì)進(jìn)行研究，一方面可以提高人們的生活水平，另一方面對(duì)保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 河流水質(zhì)污染狀況

1.1 河流污染來(lái)源

一般情況下水污染主要包括兩種，一是有機(jī)污染，二是無(wú)機(jī)污染。水的有機(jī)污染主要是來(lái)自與工業(yè)的快速發(fā)展，如石油化工、化石燃料工業(yè)、化學(xué)溶劑等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其中無(wú)機(jī)污染主要來(lái)自重金屬污染，主要污染的金屬離子有汞（Hg），鎘（Cd），銅（Cu），鋅（Zn），鉛（Pd），鉻（Cr），鎳（Ni），砷（As），硒（Se）等[1]，而有機(jī)污染物主要有氯代有機(jī)物，石油烴，鹵代烴，多環(huán)芳烴，多氯聯(lián)苯，硝基苯，氯酚，二硫化碳，甲基叔丁基醚，四溴乙烷等[2]。這些污染物的污染途徑一般分為四種，分別是間歇滲入型，連續(xù)滲入型，越流型，徑流型[3]。

1.2水質(zhì)分析方法

由于我國(guó)水資源分布不均，而水質(zhì)分析有助于對(duì)我國(guó)地表水資源質(zhì)量做出科學(xué)評(píng)價(jià)。一方面可以對(duì)河流域水環(huán)境做出評(píng)估，劃分水質(zhì)等級(jí)，為制定水生生物保護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)。另一方面可以對(duì)不同質(zhì)量的水資源確定不同的利用途徑，使水資源利用合理化。水質(zhì)的評(píng)價(jià)方法通常有水質(zhì)類別法，平均綜合污染指數(shù)法，地表水的分析方法主要有以下三種，單因子分析法，離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[4-6]。單因子分析法簡(jiǎn)單直觀，但是不能準(zhǔn)確全面地反映水體的真實(shí)情況，并且由于采樣點(diǎn)限制，結(jié)果誤差較大，適合初步分析。Hopfield網(wǎng)絡(luò)模型能夠更準(zhǔn)確的反應(yīng)水體水質(zhì)情況，但是如果輸入的指標(biāo)類型之間差異太大或著指標(biāo)的下屬類別分布相對(duì)分散的時(shí)候，Hopfield網(wǎng)絡(luò)模型就不能準(zhǔn)確識(shí)別分析結(jié)果[4]。T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法的通用性非常好，而且分析結(jié)果合理科學(xué)，能夠準(zhǔn)確反映水體的真實(shí)情況。在數(shù)據(jù)不足的情況下，可以利用函數(shù)和編程方法生成科學(xué)充分的訓(xùn)練樣本，使網(wǎng)絡(luò)輸出更客觀真實(shí)地反映水質(zhì)[5]。

2 秦嶺北麓水質(zhì)狀況

2.1秦嶺北麓污水排放情況

最近幾年以來(lái)，我國(guó)農(nóng)村的環(huán)境普遍變得比較惡劣，這也直接地影響了當(dāng)?shù)氐牡乇硭?，?yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)村居民的健康和生存環(huán)境。也間接地影響了土壤和水，造成了地下水的污染。在我國(guó)建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的進(jìn)程中，農(nóng)業(yè)地面污染同樣也是導(dǎo)致河流，湖泊和水質(zhì)不斷惡化的一個(gè)重要原因。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，氮（N），磷（P）等各種有害營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，農(nóng)藥和其他有機(jī)物的污染，無(wú)機(jī)環(huán)境污染物，通過(guò)田間地表的徑流以及由于田間滲漏而造成的土壤環(huán)境污染，其中主要包括農(nóng)藥污染、農(nóng)藥和畜禽糞便污染等[7]。

也有報(bào)道稱，我國(guó)農(nóng)用藥物的消費(fèi)量已達(dá)50 ～ 60萬(wàn)噸，其中近80%的農(nóng)用藥物通過(guò)各種途徑進(jìn)入環(huán)境，大部分農(nóng)藥最終被收集到水中，造成了各種水污染。從1960年開(kāi)始到現(xiàn)在，我國(guó)的畜類，禽類的養(yǎng)殖行業(yè)一直呈現(xiàn)著高速發(fā)展的趨勢(shì)，使得農(nóng)村地區(qū)一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的畜禽糞便產(chǎn)量大大超過(guò)了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田，養(yǎng)殖負(fù)荷已經(jīng)成為水體的重要污染[9]。

2.2 秦嶺北麓水質(zhì)污染狀況

通過(guò)閱讀文獻(xiàn)了解到，通過(guò)最近幾年對(duì)水質(zhì)的治理力度不斷加大，秦嶺北麓各流域的污染物濃度逐步下降。

相關(guān)數(shù)據(jù)表明2017年渭河支流水質(zhì)總體表現(xiàn)為重度污染，水質(zhì)優(yōu)良的河流有石頭河，黑河，田峪河。2017年通過(guò)對(duì)西安市15條河流32個(gè)斷面進(jìn)行檢測(cè)，各斷面所達(dá)到的水質(zhì)類型，如圖1所示。與2016年檢測(cè)結(jié)果相比，西安市除皂河污染加重，污染指數(shù)與上年同期下降4.9%-48.2%。氨氮，總磷，化學(xué)需氧量（COD），高錳酸鉀，生化需氧量以及石油類，是河流中的主要污染物除了石油類污染程度有所加重，其他污染物均有所下降。綜合所有數(shù)據(jù)得到秦嶺北麓河流水質(zhì)也是輕度污染，其主要超標(biāo)污染物為：氨氮，化學(xué)需氧量等[10，11]。

2.3 浮游藻類研究

藻類生產(chǎn)者可以說(shuō)是整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，同樣也是整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)以及能源流動(dòng)的基礎(chǔ)[12，13]。浮游藻類的生物個(gè)體小，并且其細(xì)胞結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，對(duì)于棲息環(huán)境的變化敏感等特性，比較容易受到環(huán)境中的各種因素影響，從而可以在很短的一段時(shí)間內(nèi)改變，而相對(duì)于與其他生物種群來(lái)說(shuō)，藻類更加能及時(shí)地反映出水域生態(tài)系統(tǒng)的變化[14]。對(duì)于大型的河流來(lái)說(shuō)，其所在的流域范圍寬闊，流經(jīng)的各個(gè)地區(qū)環(huán)境紛繁復(fù)雜，并且每個(gè)地區(qū)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)條件也是多種多樣。

而對(duì)于湖泊這個(gè)大環(huán)境來(lái)說(shuō)，浮游藻類的種類組成和數(shù)量特征與水中氮（N）和磷（P）的含量密切相關(guān)。但是對(duì)于河流來(lái)說(shuō)，浮游藻類與氮（N）磷（P）含量的關(guān)系非常復(fù)雜。許多研究結(jié)果表明，浮游藻類的數(shù)量和組成，對(duì)河流中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的敏感性。其中流域面積，水滯留時(shí)間的長(zhǎng)短，河岸植被遮掩程度，河水的渾濁程度，人類活動(dòng)影響等因素起決定作用。

2020年魏靜[15]通過(guò)對(duì)關(guān)中地區(qū)城市景觀水體（譎河濕地公園和小西湖），渭河陜西段，陜南山塘這三個(gè)秦嶺北麓具有代表性的地區(qū)進(jìn)行研究。分別測(cè)定了NH4+-N、NO3--N、TN（總氮）和TP（總磷）等水質(zhì)指標(biāo)。研究通過(guò)運(yùn)用RDN分析，結(jié)果表明在所研究的兩個(gè)水體中藍(lán)藻門(mén)以及硅藻門(mén)均與T呈正相關(guān)。圖2給出了不同N，P環(huán)境適宜生長(zhǎng)的藻類。

藍(lán)藻門(mén)與TP呈正相關(guān)，硅藻門(mén)與TP成負(fù)相關(guān)。同時(shí)兩個(gè)水體中微囊藻屬，舟形藻屬以及針桿藻屬于和T和TP關(guān)系密切，微囊藻屬和TP（總磷）之間呈現(xiàn)正相關(guān)，舟形藻屬和針桿藻屬與TP呈負(fù)相關(guān)。NO3--N、TP、TN和DOC與浮游藻類門(mén)類演替關(guān)系密切。TDP、DOC（化學(xué)需氧量）、TN（總氮）和TP（總磷）都與浮游藻類的優(yōu)勢(shì)藻種之間的演替有著非常密切的關(guān)系 。并且通過(guò)對(duì)秦嶺北麓這三種典型水體研究，結(jié)果表明NP的濃度會(huì)對(duì)藻類的生長(zhǎng)環(huán)境造成影響。

我國(guó)國(guó)土幅員遼闊，各地區(qū)自然條件差異明顯，研究浮游藻類與其河流生態(tài)環(huán)境的關(guān)系不僅是科學(xué)研究中不可缺少的內(nèi)容，也是對(duì)我國(guó)河流生態(tài)系統(tǒng)的研究保護(hù)工作的關(guān)鍵，因此建立健全適合我國(guó)不同河流生態(tài)系統(tǒng)特征的浮游藻類指數(shù)等問(wèn)題，對(duì)進(jìn)一步深入研究和討論相關(guān)環(huán)境問(wèn)題具有重要意義。

2.4 無(wú)機(jī)物和有機(jī)物污染研究

2017年范亞寧[16]通過(guò)In VEST模型分別評(píng)估了2000年和2010年秦嶺北麓地區(qū)水源涵養(yǎng)功能和空間分布特征以及N、P元素對(duì)土壤的影響。結(jié)果表明越靠近秦嶺主脊水源涵養(yǎng)能力越強(qiáng)，各流域內(nèi)的水源涵養(yǎng)能力和水源涵養(yǎng)量分布大體一致，并且各個(gè)子流域的水源涵養(yǎng)能力表現(xiàn)為從南到北依次逐漸遞減。N、P元素的來(lái)源主要是農(nóng)用地的化肥農(nóng)藥的使用，農(nóng)田的覆蓋率和研究區(qū)的N、P呈正相關(guān)，并且從營(yíng)養(yǎng)元素輸量來(lái)看，褐土，黃綿土，棕壤，新積土的輸出量占比較高，大約占總輸出量的80%。

2008年肖玲[17]，王書(shū)轉(zhuǎn)，張健，王利軍，任桂鎮(zhèn)等人運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)指數(shù)，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用算術(shù)平均值法綜合污染指數(shù)對(duì)秦嶺北麓的水質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示該地區(qū)有56.10%的河流受到不同程度污染，水質(zhì)最嚴(yán)重的占73.2%，其中河流的污染成分主要以有機(jī)物為主，其次是金屬污染，最后是F污染。

2017年張建通過(guò)對(duì)輞川河水地區(qū)進(jìn)行研究，結(jié)果表明秦嶺北麓地區(qū)的地表水還具有一定的開(kāi)發(fā)能力，但是其中生態(tài)岸線差劣的河流24條，河段占比40%，采砂河流18條，河段占比30%。綜合分析得出，秦嶺北麓河流水質(zhì)為輕度污染，其中氨氮和COD等是嚴(yán)重的超標(biāo)污染物，并且水資源短缺，時(shí)空分布不均衡;水治理體系整體性沒(méi)有形成，生態(tài)空間不足，防洪體系不夠完善[11]。

3 結(jié)論

本文研究了秦嶺北麓水質(zhì)的研究進(jìn)展，通過(guò)閱讀文獻(xiàn)了解到，該地區(qū)屬于輕度污染，并且以有機(jī)物污染為主，其次是金屬污染。并且知道了不同的氮，磷濃度對(duì)浮游藻類的影響，基于這樣的了解，更有利于制定相關(guān)的防治措施。

由于秦嶺北麓地區(qū)的水資源在時(shí)間以及空間上的分布是不均勻的，而且城鎮(zhèn)供水要求比較高，加上水庫(kù)，湖水等調(diào)蓄能力有限，所以就造成當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)水資源短缺現(xiàn)狀。而秦嶺北麓作為目前重要的地理單元，具有重要的生態(tài)價(jià)值，生態(tài)意義。水環(huán)境污染日益加劇，嚴(yán)重影響了我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此對(duì)地表水的研究至關(guān)重要，直接影響到人類的日常生活以及生態(tài)環(huán)境。因此重視秦嶺北麓地區(qū)河流生態(tài)的修復(fù)工作至關(guān)重要。

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郭明媛（1989年2月--），女，漢族，陜西渭南人，講師，博士，主要研究方向：地表水水質(zhì)分析。

陳琳娜（1999年3月--），女，漢族，陜西蒲城人，專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)。

*基金項(xiàng)目：陜西省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（20JS048），陜西省高?？茀f(xié)青年人才托舉計(jì)劃項(xiàng)目（20200611），陜西省科技廳自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2021JQ-826），渭南師范學(xué)院人才項(xiàng)目（20RC+9）。