杭州西溪濕地水體中氮時(shí)空分布及污染評(píng)價(jià)

摘要：于2011年4、7、9和11月對(duì)西溪濕地的11個(gè)采樣點(diǎn)水樣進(jìn)行了不同形態(tài)氮含量的測(cè)定，分析了TN、NH3-N及NO3--N的空間分布及季節(jié)分布特征。結(jié)果表明，濕地公園出入水口附近的采樣點(diǎn)水體中氮含量總體較高；西溪濕地水體中TN和NH3-N含量分別在11月份和9月份時(shí)達(dá)最高值，但均在4月份時(shí)最低，而NO3--N含量分別在11月份和7月份達(dá)至最高和最低水平；西溪濕地水質(zhì)表現(xiàn)為季節(jié)性的TN和NH3-N超標(biāo)，TN含量多達(dá)超V類水平，NH3-N含量多達(dá)III～V類水平，且7、9、11月超標(biāo)相對(duì)嚴(yán)重。因此，今后應(yīng)加強(qiáng)西溪濕地水質(zhì)中TN和NH3-N的季節(jié)性監(jiān)測(cè)和治理。

關(guān)鍵詞：杭州西溪濕地；氮；時(shí)空分布；污染評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）16-3811-04

濕地生態(tài)系統(tǒng)是介于陸地及水域生態(tài)系統(tǒng)之間的具有過渡性質(zhì)的自然綜合體，它是人類重要的自然資源，被稱為“自然之腎”，在調(diào)節(jié)氣候、降解污染物、凈化水質(zhì)、保護(hù)生物多樣性和為人類提供資源等方面發(fā)揮著重要作用[1，2]。水質(zhì)是濕地水體三大環(huán)境要素之一，是水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要蓄積庫(kù)，在沉淀和釋放污染物方面起著重要作用。氮是濕地中最主要的限制性養(yǎng)分之一，亦是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素，決定著植物的生物量和生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[3]；同時(shí)也是永久性淹水濕地發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因子[4，5]。

隨著大量N等營(yíng)養(yǎng)鹽和生物殘?bào)w的排入，不少濕地水體受到污染，富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重。西溪濕地是浙江省的省級(jí)重要濕地之一，亦是杭州市區(qū)最重要的城市濕地，其是在千余年人類漁耕經(jīng)濟(jì)的作用下逐漸演變成的次生濕地，水域面積約占50%。近年來，由于人類活動(dòng)的影響，西溪濕地水體透明度下降，部分河道水體富營(yíng)養(yǎng)化程度較重。因此，研究氮在西溪濕地水體中的空間及季節(jié)分布特征及污染現(xiàn)狀，可為西溪濕地的管理和利用提供科學(xué)依據(jù)，也可為西溪濕地生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán)研究打下理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 西溪濕地概況及水樣采集

1.1.1 西溪濕地概況 西溪濕地位于杭州市西部，主要屬于西湖區(qū)的蔣村鄉(xiāng)，小部分屬于余杭區(qū)的五常鄉(xiāng)，距西湖僅5 km，其東至紫金港，西以五常港與余杭區(qū)為界，南至沿山河，北至余杭塘河。濕地屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨量豐沛，光照充足。濕地全區(qū)東西長(zhǎng)約5.7 km，南北寬約4.1 km，總面積為10.08 km2，其中一期工程景區(qū)面積為3.46 km2。據(jù)了解， 該地區(qū)多年平均降水量為1 421.6 mm，多年平均蒸發(fā)量為758 mm，多年平均氣溫16.2 ℃，月平均相對(duì)濕度約為75%～85%。

2.1.2 水樣采集 分別在2011年4、7、9和11月根據(jù)入水、出水方向，在西溪濕地公園一期景區(qū)中設(shè)置11個(gè)采樣點(diǎn)，即五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、泊庵外、蔣相公橋、西溪草堂橋、浜水閘橋、練兵橋、蒹葭橋、濕地植物園、緩沖區(qū)。樣品采集過程中由周家村入口進(jìn)入西溪濕地后，于每個(gè)地點(diǎn)選取適當(dāng)采樣位置后依次采樣，每個(gè)樣點(diǎn)水體設(shè)3個(gè)取樣點(diǎn)，重復(fù)取樣3次。并用GPS導(dǎo)航儀記錄位置。每個(gè)樣點(diǎn)的水樣在距水面0.5 m深處采集，采集后立即裝入500 mL聚乙烯采樣瓶中，貼上標(biāo)簽后送至實(shí)驗(yàn)室冷藏，并在兩天內(nèi)完成分析。

2.2 測(cè)定方法及數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 西溪濕地水中氮的空間分布特征

西溪濕地表層水中TN、NH3-N及NO3--N的空間分布見表1。由表1 可見，西溪濕地表層水中TN的空間變化趨勢(shì)從高到低依次為泊庵外、蔣相公橋、五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、蒹葭橋、西溪草堂橋、西溪植物園、西溪浜水閘橋、練兵橋、緩沖區(qū)，TN平均濃度變化范圍在3.77～5.74 mg/L，空間分布濃度相差幅度明顯。濕地表層水中NH3-N空間變化趨勢(shì)從高到低依次為五義橋、蔣相公橋、泊庵外、西溪濕地植物園、普濟(jì)橋、泊庵、蒹葭橋、西溪草堂橋、西溪浜水閘橋、緩沖區(qū)、練兵橋，NH3-N平均濃度范圍在0.53～1.35 mg/L，空間分布相對(duì)均勻。而濕地表層水中NO3--N空間變化趨勢(shì)從高到低依次為五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、蔣相公橋、蒹葭橋、西溪濕地植物園、泊庵外、緩沖區(qū)、練兵橋、西溪草堂橋、西溪浜水閘橋，NO3--N平均濃度范圍在1.04～3.35 mg/L，空間分布濃度相差幅度較大。由表1還可知，離濕地公園的出入水口較近的五義橋、普濟(jì)橋和蔣相公橋等采樣點(diǎn)水體中氮含量總體較高，這可能與西溪濕地公園周邊的住宅區(qū)中的人們排放生活污水、工業(yè)區(qū)排放的工業(yè)廢水及牲畜的排泄物等有關(guān)。據(jù)了解，西溪濕地水體中氮源主要來自兩個(gè)方面：一是濕地上游鄉(xiāng)鎮(zhèn)部分未經(jīng)處理的生活和工業(yè)污水；二是養(yǎng)豬業(yè)占了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)養(yǎng)殖的近70%，生產(chǎn)生活污水對(duì)濕地水體的影響比較嚴(yán)重[6]。

2.2 西溪濕地典型采樣點(diǎn)水中氮的季節(jié)分布特征

從11個(gè)采樣點(diǎn)中，選出具有代表性的5個(gè)點(diǎn)（五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、緩沖區(qū)和蔣相公橋），對(duì)水體中的氮含量進(jìn)行季節(jié)分布特征分析。結(jié)果如圖1、圖2、圖3所示。

2.2.1 濕地水中TN季節(jié)分布特征 圖1為西溪濕地典型5個(gè)地點(diǎn)水體TN的季節(jié)變化動(dòng)態(tài)，由圖1可知， 4-11月西溪濕地不同地點(diǎn)水中TN含量均呈一致的季節(jié)變化趨勢(shì)，即4月TN含量最低，而11月的水體TN含量最高。其中，五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、蔣相公橋和緩沖區(qū)水體中TN含量在4月時(shí)分別為2.432、2.273、2.330、3.131和0.110 mg/L；在7月時(shí)分別為7.120、6.046、6.540、6.764和5.338 mg/L，與4月份相比分別提高了1.93、1.66、1.81、1.16和47.53倍；9月各地點(diǎn)水體TN含量略高于4月，但卻明顯低于7月；與4月相比，11月五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、蔣相公橋和緩沖區(qū)水體中TN含量分別增加了2.48、2.91、2.63、1.86和76.70倍。可見，西溪濕地5個(gè)樣點(diǎn)水體TN含量季節(jié)變化的大小順序均為11月、7月、9月、4月，表明西溪濕地在4月和9月均存在水體TN降解、植物吸收或向內(nèi)部水體擴(kuò)散稀釋的最大可能性，而使西溪濕地各地點(diǎn)水體TN含量在4月和9月出現(xiàn)明顯下降。

2.2.2 濕地水中NH3-N季節(jié)分布特征 NH3-N是無(wú)機(jī)氮的重要存在形態(tài)，含量一般占無(wú)機(jī)氮的44.81%～98.89%。圖2為西溪濕地不同地點(diǎn)水體NH3-N 的季節(jié)動(dòng)態(tài)，由圖2可見，除蔣相公橋處水體NH3-N含量在4月較高（0.911 mg/L）外，五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、緩沖區(qū)處水體中NH3-N含量均在4月相對(duì)最低，分別為0.591、0.397、0.474和0.136 mg/L；7月時(shí)，蔣相公橋水體NH3-N含量呈下降趨勢(shì)并降至最低，為0.432 mg/L，而五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、緩沖區(qū)水體NH3-N含量均有不同程度的升高；此后，5個(gè)地點(diǎn)水體中NH3-N含量均呈上升趨勢(shì)并在9 月時(shí)達(dá)到最大值，五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、蔣相公橋和緩沖區(qū)水體NH3-N含量分別為2.350、1.394、1.082、2.059和0.859 mg/L，與4月相比，分別增加了2.98、2.51、1.28、1.26和5.32倍，這可能與9月時(shí)各地點(diǎn)水體TN分解導(dǎo)致TN含量下降進(jìn)而導(dǎo)致NH3-N含量上升有關(guān)，而至11月時(shí)各地水體NH3-N含量則呈明顯下降趨勢(shì)。

2.2.3 濕地水中NO3--N季節(jié)分布特征 圖3為西溪濕地不同地點(diǎn)NO3--N的季節(jié)變化。由圖3可見，整個(gè)取樣期間西溪濕地水體中NO3--N含量呈“U”形變化，不同季節(jié)表層水中NO3--N含量11月最高，4月次之，9月再次，7月最低。其中，7月五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、蔣相公橋和緩沖區(qū)水體NO3--N含量分別為 2.283、1.825、1.896、1.945和0.749 mg/L，11月五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、蔣相公橋和緩沖區(qū)水體NO3--N含量分別為5.348、5.448、5.182、4.707和2.232 mg/L，分別是7月的2.34、2.99、2.73、2.42和2.98倍。此外，11月TN和NO3--N含量均達(dá)最高，而NH3-N含量11月卻相對(duì)較低。結(jié)合圖2，圖3可以看出，整個(gè)取樣期間中，西溪濕地水中NO3--N含量明顯高于NH3-N，說明其水中無(wú)機(jī)氮主要以NO3--N形態(tài)存在，且在NH3-N含量升高的時(shí)候，NO3--N含量降低，反之，NO3--N含量升高，這可能反映了水中硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌對(duì)不同時(shí)期各形態(tài)氮鹽的轉(zhuǎn)化特征。水中NH3-N、NO3--N及TN含量變化受到水體氧化還原電位、植物生長(zhǎng)吸收、溫度等環(huán)境因素的綜合影響， 經(jīng)實(shí)測(cè)，2011年11月的水溫在20 ℃左右，此水溫利于微生物的生長(zhǎng)，大量動(dòng)植物殘?jiān)晃⑸锓纸猓宜械南趸?xì)菌通過硝化作用將NH3-N轉(zhuǎn)化為NO3--N，因此，NO3--N的含量達(dá)到峰值，而NH3-N含量則出現(xiàn)明顯降低現(xiàn)象。

2.3 濕地典型采樣點(diǎn)水中氮污染評(píng)價(jià)

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中TN、NH3-N及NO3--N的限值對(duì)濕地典型采樣點(diǎn)水中氮污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表2。由表2可知，西溪濕地入水口附近的五義橋、普濟(jì)橋、泊庵、蔣相公橋樣點(diǎn)水中的全年平均TN含量及其在4、7、9和11月時(shí)的TN含量均為Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)狀況有待改善，而離濕地入水口較遠(yuǎn)的緩沖區(qū)水中總氮含量在7月和11月亦為Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，但其在4月和9月時(shí)則分別為Ⅰ類和Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，說明其水質(zhì)狀況相對(duì)較好。各樣點(diǎn)水體中NH3-N含量在4月時(shí)基本符合Ⅱ～Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；在7月時(shí)除蔣相公橋和緩沖區(qū)樣點(diǎn)水體NH3-N含量符合Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)外，五義橋、普濟(jì)橋和泊庵水體NH3-N含量均為Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；而9月份時(shí)除緩沖區(qū)水體NH3-N含量為Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)外，其他樣點(diǎn)水體NH3-N含量均為Ⅳ～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)；在11月時(shí)各樣點(diǎn)水體NH3-N含量基本符合Ⅲ～Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；從各樣點(diǎn)全年平均NH3-N含量看，五義橋和蔣相公橋水體NH3-N含量達(dá)Ⅲ～Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，其他樣點(diǎn)水體NH3-N含量則達(dá)Ⅱ～Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。可見，各樣點(diǎn)水體的全年平均NH3-N含量和4月NH3-N污染相對(duì)較輕，但在7、9、11月份存在不同嚴(yán)重程度的季節(jié)性NH3-N污染，應(yīng)引起重視。西溪濕地典型樣點(diǎn)水體中NO3--N的全年平均含量及在4、7、9和11月的含量均未超標(biāo)，符合地表水NO3--N含量限量標(biāo)準(zhǔn)。可見，西溪濕地各樣點(diǎn)水體均存在不同程度的TN污染和NH3-N污染，且在五義橋、普濟(jì)橋、蔣相公橋等離入水口近的樣點(diǎn)TN及NH3-N含量較高，水質(zhì)較差，這可能與當(dāng)?shù)鼐用裆睢⑸a(chǎn)過程的氮源排污有關(guān)，而遠(yuǎn)離西溪濕地入水口處的采樣點(diǎn)水質(zhì)較好，這可能與排入水體中的污染物被水稀釋有關(guān)。

3 結(jié)論

1）處于西溪濕地公園入水口處的采樣點(diǎn)五義橋、普濟(jì)橋、蔣相公橋，其水中的氮鹽含量較其他地點(diǎn)高，受人為污染較嚴(yán)重，有關(guān)部門應(yīng)該加大對(duì)周邊廢水排放的管理力度，來提高濕地水環(huán)境質(zhì)量，減少及避免水體的富營(yíng)養(yǎng)化污染。

2）西溪濕地水體中TN和NH3-N含量分別在11月和9月時(shí)達(dá)最高水平，但均在4月時(shí)最低；4-11月期間西溪濕地水體中硝氮含量呈”U”形變化，且NO3--N含量明顯高于NH3-N，在NH3-N含量升高的時(shí)候，NO3--N含量出現(xiàn)降低現(xiàn)象，反之，NO3--N含量則出現(xiàn)升高現(xiàn)象，且NO3--N含量在11月時(shí)最高，而7月NO3--N含量最低。

3）西溪濕地不同樣點(diǎn)水體各季節(jié)TN含量多為V類水平，且以入水口附近污染程度更為嚴(yán)重；各樣點(diǎn)水體在7、9、11月存在一定的季節(jié)性NH3-N超標(biāo)現(xiàn)象，多為Ⅲ～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，亦應(yīng)引起重視；水體NO3--N含量在各季節(jié)均符合相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，今后應(yīng)加強(qiáng)西溪濕地水質(zhì)中TN和NH3-N的季節(jié)性監(jiān)測(cè)和治理。

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