不同連通類型對(duì)會(huì)仙濕地水質(zhì)影響分析及評(píng)價(jià)

韋春伊，徐保利,*，馬惠娟，代俊峰，方榮杰,，徐覺明，鄒傳林

(1．桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004；2．廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；3．桂林理工大學(xué)巖溶地區(qū)水污染控制與用水安全保障協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 桂林 541004；4.恭城瑤族自治縣科技開發(fā)和情報(bào)研究所，廣西 恭城 542500)

濕地作為三大生態(tài)系統(tǒng)之一，被稱為“地球之腎”，是重要的天然蓄水庫和物種基因庫，具有涵養(yǎng)水源、補(bǔ)充地下水、調(diào)節(jié)氣候和凈化水質(zhì)等水文功能[1]。作為典型的巖溶濕地，會(huì)仙濕地為漓江流域中游提供了生態(tài)緩沖區(qū)和后備區(qū)，但是不合理的人類活動(dòng)導(dǎo)致諸多生態(tài)環(huán)境問題[2]。近幾十年來，隨著農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖的發(fā)展，會(huì)仙濕地來水量減少，耗水和污染物增加，濕地面積由42 km2縮減至15 km2，常年存水面積不足6 km2，大量濕地被圍墾為魚塘、農(nóng)田、果園，濕地生態(tài)功能減弱，水體環(huán)境容量顯著降低，出現(xiàn)了不同程度的污染[3]?，F(xiàn)有研究顯示，會(huì)仙濕地地表水體水質(zhì)為Ⅴ類和劣Ⅴ類，主要超標(biāo)污染物是總磷，特別是匯入會(huì)仙濕地核心區(qū)睦洞湖的睦洞河和古桂柳運(yùn)河，水質(zhì)較差，而且不同流域尺度河流氮磷季節(jié)變化受到水文條件的影響[4-6]。

在農(nóng)田、村莊、魚塘等人類景觀的分隔下，會(huì)仙濕地生境破碎，形成多種水文連通、半連通甚至孤立的濕地。水文連通是濕地生態(tài)過程主要的非生物驅(qū)動(dòng)因子，完整的水文連通能夠促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及能量的循環(huán)[7]。陳世峰[8]研究表明水系連通工程加強(qiáng)了博斯騰湖水體交換和更新能力，對(duì)改善水質(zhì)有重要作用；韓漢[9]在洞庭湖濕地的研究發(fā)現(xiàn)，水文連通度主要影響水體透明度、水深、總磷等環(huán)境因子。夏軍等[10]認(rèn)為維持水系連通可以明顯地改善濕地生態(tài)環(huán)境，但原本水質(zhì)好的河流和水質(zhì)相對(duì)較差河流連通后會(huì)降低原來河流的水質(zhì)。由此可見，濕地連通對(duì)水環(huán)境的影響機(jī)理較為復(fù)雜。在會(huì)仙濕地整體出現(xiàn)面積萎縮、功能退化的背景下，不同連通類型的濕地水環(huán)境質(zhì)量狀況如何變化仍不清楚。

因此，本文以會(huì)仙河濱濕地、河道相連水塘濕地、孤立水塘濕地為研究對(duì)象，分析不同時(shí)期3種連通類型濕地水體污染特征，并開展水質(zhì)評(píng)價(jià)，以加深對(duì)會(huì)仙濕地水環(huán)境狀況的認(rèn)識(shí)，為濕地保護(hù)和修復(fù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

會(huì)仙濕地橫跨桂林市臨桂縣會(huì)仙鎮(zhèn)、四塘鎮(zhèn)和雁山區(qū)東部(110°08′15″～110°18′00″E，25°01′30″～25°11′15″N)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫在16.5～20.5℃，年均降雨量1 890.4 mm。會(huì)仙濕地屬珠江水系一級(jí)支流漓江(桂江)流域與柳江流域(洛清江)的分水嶺地帶，主要水體有分水塘、古桂柳運(yùn)河及睦洞湖等，生態(tài)功能豐富[11]。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及水樣分析

選取會(huì)仙濕地連通的河濱濕地(HB)、河道相連水塘濕地(XL)以及孤立水塘濕地(GL)為研究對(duì)象，3種類型濕地均布設(shè)4個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，分別于2021年6月(豐水期)、2021年10月(枯水期01)和2021年12月(枯水期02)采集水樣，采樣點(diǎn)信息見表1。

圖1 會(huì)仙濕地不同連通類型采樣點(diǎn)分布

表1 會(huì)仙濕地不同連通類型采樣點(diǎn)信息

1.3 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

采用單因子評(píng)價(jià)法判別污染指標(biāo)和超標(biāo)倍數(shù)，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)水質(zhì)等級(jí)[12]，然后采用綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)水質(zhì)等級(jí)(表2)，并以污染分擔(dān)率表征各污染物貢獻(xiàn)[13]，最后采用對(duì)數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)公式評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)[14](表3)。

表2 綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)等級(jí)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連通類型濕地水質(zhì)變化特征

2.1.1濕地水質(zhì)物理指標(biāo)變化

監(jiān)測(cè)期間濕地pH在6.69～9.40，除枯水期02孤立水塘濕地02的水質(zhì)呈弱酸性外，其余時(shí)期各點(diǎn)水質(zhì)均呈弱堿性。監(jiān)測(cè)期水溫在12.72～34.82℃，與氣溫變化一致，電導(dǎo)率在177.238～519.410 μs/cm，平均電導(dǎo)率323.385 μs/cm。

會(huì)仙濕地DO濃度在2.05～15.9 mg/L，其中河道相連水塘濕地DO濃度最高，河濱濕地DO濃度最低，特別是豐水期河道相連水塘濕地DO濃度顯著高于其他類型濕地(圖2)。河道相連水塘濕地水體中有水葫蘆、大薸等水生植物，在光合作用下DO濃度增加；而河濱濕地雖有大量水生植物進(jìn)行光合作用，但受養(yǎng)殖尾水污染，未礦化分解的有機(jī)質(zhì)增加[15]，微生物活動(dòng)活躍，增大濕地耗氧量，因而河濱濕地的DO濃度偏低。

表4 濕地水質(zhì)物理指標(biāo)

a)豐水期

2.1.2不同類型濕地污染狀況

2.1.2.1不同類型濕地氮素污染分析

d)豐水期硝氮

2.1.2.2不同濕地類型總磷污染分析

會(huì)仙濕地TP濃度在0.04～0.29 mg/L，河道相連水塘的TP濃度高于其他2種類型濕地，其原因可能是河道相連水塘濕地水面水生植物覆蓋率較高(85%)，生長(zhǎng)空間受到限制時(shí)，水生植物吸附的氮磷量降低且會(huì)出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，沉入水體釋放氮磷，造成二次污染[20]。監(jiān)測(cè)期間孤立水塘濕地間總磷濃度波動(dòng)幅度顯著高于其余濕地，河濱濕地間總磷濃度波動(dòng)幅度最小(圖4)，這是由于河濱濕地連通性較好，有助于水體流動(dòng)，不同點(diǎn)位水體相互摻混降低了總磷濃度波動(dòng)幅度，而孤立水塘濕地連通性差，來水主要為稻田排水，不同點(diǎn)位水塘的稻田排水TP濃度差異較大，導(dǎo)致受納排水的孤立水塘TP濃度波動(dòng)幅度升高。

a)豐水期

2.1.2.3不同濕地類型化學(xué)需氧量分析

會(huì)仙濕地CODCr濃度在6.19～120.28 mg/L，其中孤立水塘濕地CODCr平均濃度最高，而河道相連水塘濕地CODCr平均濃度最低(圖5)。孤立水塘濕地連通性極差，雖然污染來源較少，但其水循環(huán)、水體凈化能力弱，污染物逐漸累積，使CODCr平均濃度大于其它濕地；而河濱濕地較河道相連水塘連通性強(qiáng)，受水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水污染嚴(yán)重，CODCr平均濃度大于河道相連水塘。

a)豐水期

2.2 會(huì)仙濕地水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

單因子評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，會(huì)仙不同連通類型濕地水體皆為劣Ⅴ水質(zhì)，主要超標(biāo)因子為TN和CODCr(表5)。與III類水標(biāo)準(zhǔn)值相比，河濱濕地TN超標(biāo)倍數(shù)最大(1.37倍)、孤立水塘濕地次之(1.00倍)；孤立水塘濕地CODCr超標(biāo)倍數(shù)最大(1.06倍)，河濱濕地次之(0.83倍)，河道相連水塘濕地TN和CODCr超標(biāo)倍數(shù)均最小。

表5 不同連通類型各時(shí)期單因子水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，河濱濕地、河道相連水塘濕地、孤立水塘濕地均為重度污染，河道相連水塘濕地的水質(zhì)略優(yōu)于河濱濕地和孤立水塘濕地(表6)。除孤立水塘濕地01、04點(diǎn)和河道相連水塘濕地01、04點(diǎn)為中度污染，其余各點(diǎn)均為重度污染。

表6 不同連通類型各時(shí)期綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

河濱濕地、河道相連水塘濕地污染物分擔(dān)率均為TN污染最高，CODCr次之，且河道相連水塘TN、CODCr分擔(dān)率略低于河濱濕地(表7)，說明雖然這兩個(gè)水質(zhì)指標(biāo)分別是兩類濕地的第一和第二污染物，但河道相連水塘濕地其他污染物的貢獻(xiàn)率略高。孤立水塘濕地CODCr分擔(dān)率污染最高，TN次之，這可能是由于孤立水塘靠近農(nóng)田與村落，受農(nóng)田排水與生活污水排放，且孤立水塘連通性弱，常年積累導(dǎo)致CODCr污染加重。

表7 不同類型濕地水質(zhì)指標(biāo)分擔(dān)率 %

會(huì)仙各時(shí)期不同類型濕地營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)(EI)均值都大于40，均處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，其中河濱濕地富營(yíng)養(yǎng)化程度最嚴(yán)重，孤立水塘濕地富營(yíng)養(yǎng)化程度相對(duì)較輕(圖6)。會(huì)仙濕地周邊水體受農(nóng)業(yè)種植、魚塘尾水、人類活動(dòng)等影響，導(dǎo)致氮素濃度較高，連通性強(qiáng)有助于周邊氮素濃度較高水體進(jìn)入河濱濕地，從而使水體氮素含量增加，因此隨連通性的增強(qiáng)富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸加重。

a)豐水期

3 結(jié)論

b)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，會(huì)仙不同連通類型濕地水質(zhì)皆處于劣Ⅴ類，主要污染因子是TN和CODCr。受到周邊污染物的影響，不同連通類型濕地水質(zhì)均處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，且富營(yíng)養(yǎng)化程度隨連通性增強(qiáng)而逐漸加重。

c)由于人類活動(dòng)的增加，會(huì)仙濕地受到生活污水、養(yǎng)殖尾水、農(nóng)田排水等污染源的影響較大，雖然水文連通能夠改善水動(dòng)力條件，但應(yīng)在考慮濕地水環(huán)境容量的基礎(chǔ)上，合理控制進(jìn)入濕地的污染物，特別是控制主要超標(biāo)因子TN和CODCr，防止污染物沿著連通路徑污染濕地水環(huán)境，為下一步會(huì)仙濕地的水質(zhì)改善提供指導(dǎo)。