北京漢石橋濕地水質分析與凈化價值評價

肖紅葉，張曼胤，崔麗娟，楊思，李偉，3，趙欣勝

(1. 中國林業科學研究院濕地所，北京100091；2.濕地生態功能與恢復北京市重點實驗室，北京100091；3.北京漢石橋濕地國家生態系統定位觀測研究站，北京100091)

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北京漢石橋濕地水質分析與凈化價值評價

肖紅葉1，2，3，張曼胤1，2，3，崔麗娟1，2，3，楊思1，李偉1，3，趙欣勝1

(1. 中國林業科學研究院濕地所，北京100091；2.濕地生態功能與恢復北京市重點實驗室，北京100091；3.北京漢石橋濕地國家生態系統定位觀測研究站，北京100091)

通過對漢石橋濕地自然保護區核心區、東湖、西湖、游船區及微濕地開展水質監測、樣品采集及實驗室測定，對比分析了漢石橋濕地各區域水質，結果表明：濕地總氮、總磷的去除率為92.3%、79.0%，漢石橋濕地每年可凈化總氮43.79 t、總磷4.00 t；利用替代費用法，計算出漢石橋濕地水質凈化價值為1 684.03萬元。

漢石橋濕地自然保護區；濕地水質；凈化價值；去除率

濕地是人類賴以生存和發展的重要生態系統[1]，它具有凈化污染、涵養水源、調蓄洪水和維持生物多樣性等多種生態服務功能，被譽為“地球之腎”[2]。濕地能夠凈化水質，通過一系列生物、物理及化學過程滯留和降解污染物，從而起到“排毒”、“解毒”的功能[3]。當農業和生活污水流入濕地，水生植物和底泥的攔截削弱了水動力，通過有毒物質和過量的營養物質的沉淀、過濾、水解、離子吸附、微生物分解、碳酸平衡、氧化還原平衡和植物吸收等生化過程，實現水體凈化功能[4-6]。例如，茭白、伊樂藻和慈姑等濕地植物對氮的去除率可達75%，蘆葦和慈姑對磷的去除率可達65%，茭白等濕地植物對濕地中磷的去除率高達80%[7]。濕地生態系統的結構和功能受水分數量、質量及運動方式等制約，因此，水文是濕地最重要的因子之一，包括凈化水質、調蓄洪水和涵養水源在內的調節功能是維持其健康發展的前提，這也是濕地生態系統與森林、草地等自然生態系統最主要的區別。隨著水體富營養化現象的加重，農業與生活污水的持續排放，濕地生態系統在凈化水質、維持地球生化學循環中的氮、磷平衡中發揮的作用日益引起重視[8]。

濕地生態系統與人類福祉息息相關，2002年聯合國環境規劃署(UNEP)發布數據，據測算，濕地生態系統單位價值是熱帶雨林的7倍，農田的160倍，濕地年均可創造1.4萬美元·hm-2的價值，在各類生態系統中居首[9]。有關于濕地生態系統服務價值評價的研究也逐漸成為生態學前沿和熱點問題[10]。濕地生態系統十分脆弱。隨著北京的城市化進程加快與多年持續干旱，河道干涸、地下水位下降和水質污染等問題日益突出，北京市水資源和生物多樣性的安全面臨威脅，濕地生態系統受到嚴峻考驗[11，12]。水質凈化功能是濕地生態系統最重要的服務功能之一，系統自凈能力是衡量濕地健康與否的重要標志[13]。因此，開展北京市漢石橋濕地水質分析與凈化價值評價的研究，為相關管理機構提供全面、科學的管理依據，是漢石橋濕地資源有效管理的迫切需要。

1　研究區概況

北京市漢石橋濕地自然保護區地處京東平原，位于順義區楊鎮西南邊界，以楊鎮葦塘濕地為核心，共1 900 hm2[14]，屬溫帶半濕潤大陸季風氣候，全年日照超過2 745 h，平均無霜期為190 d，年平均氣溫11.5 ℃，其中，7月平均最高氣溫25.7 ℃， 1月為月均最低氣溫，達-4.9 ℃。最大降雨量1 027 mm，最小降雨量289.3 mm，年均降雨量為624.9 mm，降水主要集中在6—8月，易形成地表徑流 ，濕地所在區域為箭桿河支流蔡家河下游的低洼地，屬潮白河水系，南、北、東三側地勢略高，雨水和地下水匯集到低洼地帶，形成集水坑塘，其內部地形較為平坦。 漢石橋濕地是北京市平原地區重要的大型蘆葦沼澤濕地，常被稱為“京郊小白洋淀”和“京東蘆葦蕩”[15]。同時，它也是京郊少有的半天然荒野型濕地，是順義新城東部的重要生態屏障和生物多樣性重點保護區域，被定義為北京市四大重點濕地保護區之一[16]。

2　研究方法

漢石橋濕地水源主要來自天然降水、再生水廠及箭桿河。為實現區域水資源的可持續利用，再生水廠截留和凈化即將進入漢石橋濕地的污水和雨洪，每天向濕地排放約6 500 m3再生水。箭桿河從漢石橋濕地的西北角進入，流經漢石橋濕地核心區后匯入濕地內部。漢石橋濕地核心區與非核心區間水面不連通，非核心區各個功能區間互相聯通，且東、西兩湖地勢高于游船區。結合地形及流動性調查，漢石橋濕地平均水深在1.3 m，水位較淺，地面低洼處水體流動性較差，常為靜水狀態，當補水量較大時，有微弱水流流動[17]。為研究漢石橋濕地水質現狀及凈化功能，本文結合漢石橋濕地功能分區及水流流向，共設置了22個水質樣點，每個水質樣點設置3個重復，按照《水樣采樣方案設計技術規定》(GB12997-1991)、《水質監測規范》和《濕地生態系統觀測方法》采集水質樣品[18，19]。在野外調查與實驗室分析相結合的基礎上，利用多參數水質監測儀(YSI 6820)和全自動化學分析儀(SMARTCHEM)等儀器設備測定水質樣品的總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)和溶解氧(DO Conc)等指標，判定所屬區域水質等級，并計算核心區及非核心區的氮、磷去除率，利用費用成本法[1]，以氮、磷為例，計算漢石橋濕地水質凈化價值。

3　水質分析

將東湖、西湖、游船區和核心區水質樣本中溶解氧、氨氮、總磷、總氮含量與《地表水環境質量標準(GB3838-2002)》[20]中水質等級標準作對比(見表1)。

表1　漢石橋各區域水樣中溶解氧、氨氮、總磷、總氮指標與水質等級對比

結果顯示：東湖水體中溶解氧均值為7.56 mg·L-1，符合Ⅰ類水質標準；水體氨氮含量均值為0.12 mg·L-1，符合Ⅰ類水質標準；水體總磷含量均值為0.04 mg·L-1，符合Ⅱ類水質標準；東湖水體中總氮均值為1.05 mg·L-1，符合Ⅳ類水質標準。漢石橋西湖湖水中溶解氧含量均值為14.51 mg·L-1，符合Ⅰ類水質的標準；湖水中氨氮含量均值為0.11 mg·L-1，符合Ⅰ類水質的標準；西湖水體總磷含量均值為0.07 mg·L-1，符合Ⅱ類水質標準；西湖水體總氮含量均值為1.56 mg·L-1，符合Ⅴ類水質標準。漢石橋濕地游船區湖水中溶解氧含量均值為15.23 mg·L-1，符合Ⅰ類水質的標準；湖水中氨氮含量均值為0.13 mg·L-1，符合Ⅰ類水質的標準；游船區水體總磷含量均值為0.60 mg·L-1，符合劣Ⅴ類水質標準；游船區水體總氮含量均值為1.80 mg·L-1，屬于劣Ⅴ類水質標準。核心區水體氨氮均值為0.38 mg·L-1，符合Ⅱ類水質標準；總磷含量均符合Ⅱ類水中相關標準，均值為0.69 mg·L-1，符合Ⅱ類水質標準；核心區水體總氮含量均值為2.38 mg·L-1，符合劣Ⅴ類水質標準。

漢石橋濕地水質情況總體上為：東湖水質>西湖水質>游船區水質>核心區水質。符合漢石橋濕地水流流向及地勢特點。濕地水質與人類活動密切相關，漢石橋濕地周邊人口密度較大，人類干擾離濕地較近，缺乏緩沖空間，周邊居民生活污水、家畜養殖及農業污水，直接或間接流入濕地，在一定程度上，影響了漢石橋濕地的水質[21]。農田多集中在漢石橋濕地北部，且附近存在數條微型生活污水排放口，農業排水及家畜養殖廢水向漢石橋濕地核心區排放了大量有機氮及氮化物，居民生活使用的含磷的洗滌劑隨著生活污水同時排入了漢石橋濕地，因此，濕地北部水域氮、磷含量較高，經過“龍”字形河道過濾、沉降后，氮、磷含量逐漸降低。漢石橋濕地公園內游客數量的增加也加重了濕地凈化負荷，再生水廠的中水補給、周邊流域非點源污染導致重金屬及過量營養物質直接進入濕地核心區，造成濕地富營養化現象，從而限制部分濕地功能[22]。漢石橋保護區內地勢低平、長期存有積水的核心區具有不可替代的重要水質凈化功能。

4　水質凈化價值評價

人工微濕地，位于漢石橋濕地內雙子湖餐廳附近，主要用來凈化雙子湖餐廳及周邊公共廁所排放的生活污水，污水依次經過處理水池Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ，最終從出水口排放，總氮指標去除率達95.8%，總磷去除率達92%(圖1)。但因微濕地面積較小，凈化水量有限，在計算漢石橋濕地水質凈化價值時暫忽略不計。

由于調查時入水口1(即箭桿河出水口處)水量較少，濕地核心區主要水源補給來自于污水處理廠，將漢石橋濕地核心區水體總氮、總磷含量均值與漢石橋濕地入水口2(即污水處理廠出水口)處水質對比分析(見圖2)，計算出漢石橋濕地水體總氮去除率為92.3%，總磷去除率為79.0 %。根據遙感解譯數據，漢石橋濕地水面面積為118.13 hm2，水深基本保持恒定，約為1.3 m，則漢石橋2015年水資源量為1.54×106m3，最終求得漢石橋濕地每年可去除總氮43.79 t，總磷4.00 t。

利用替代費用法計算漢石橋濕地水質凈化價值，計算公式如下：

V=VN+VP=ΔQN×αN+ΔQP×αP

其中：VN為凈化總氮的價值，萬元；

VP為凈化總磷的價值，萬元；

ΔQN為總氮TN被凈化的總量，t；

ΔQP為總磷TP被凈化的總量，t；

αN、αP為單位污染物的凈化價值，萬元·t-1。

αN和αP為2003年去除污染物投資額，分別為總氮2.66萬元·t-1，總磷55.86萬元·t-1[23]，對比2003與2014年的GDP變化，按照GDP變化的比例把2003年的去除污染物單位價值轉換為2015年的價值，分別為總氮13.18萬元·t-1，總磷276.72萬元·t-1。根據公式最終求得漢石橋濕地凈化總氮的價值為577.15 萬元，凈化總磷的價值為1 106.88 萬元，漢石橋濕地水質凈化價值為1 684.03 萬元。

5　討論

本文基于野外調查與實驗室分析，通過比較漢石橋濕地各區域水質樣本的相關參數，并與《地表水環境質量標準(GB3838-2002)》中水質等級標準作對比，發現漢石橋濕地水質情況總體呈現東湖最優，西湖第二，游船區第三，核心區水質最差的情況，符合濕地外源污染進入情況及水流流向特點，計算出漢石橋濕地水體總氮去除率為92.3%，總磷去除率為79.0%。與之相對應的是，有學者測算扎龍自然保護區沼澤濕地的水體氮、磷凈化率分別為49.4和 60.8%[24]，洞庭湖濕地的氮、磷去除率為21.74%和23.24%[25]，內蒙古烏梁素海濕地的氮、磷去除率分別為35.6%和40.8%[26]，白洋淀水陸交錯帶蘆葦根區土壤對地表下徑流中總氮和總磷的截留率分別為64%和92%[27]，說明漢石橋沼澤濕地對氮、磷的凈化能力相對較高。漢石橋濕地每年可去除總氮43.79t，總磷4.00t，濕地凈化總氮、總磷價值可達1684.03萬元。本文通過分析北京市漢石橋濕地水質及對總氮和總磷的去除能力，計算了濕地水質凈化功能的價值，以貨幣的形式量化濕地生態系統為人類提供的水質凈化服務功能，有助于提高人們對生態系統服務功能的認識程度，促進經濟核算體系的不斷完善，幫助周邊居民及管理者進一步了解濕地生態系統服務價值，為未來更好地保護和利用漢石橋的濕地資源提供決策依據。

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Analysis on Water Quality and Evaluation on Purification Value in the Hanshiqiao Wetland in Beijing City

Xiao Hongye1,2,3,Zhang Manyin1,2,3,Cui Lijuan1,2,3，Yang Si1,Li Wei1,3,Zhao Xinsheng1

(1.Wetlands Research Institute,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;2.Ecological Functions of Wetlands Restoration and Beijing Key Laboratory,Beijing 100091,China;3. Beijing Hanshiqiao National Wetland Ecosystem Research Station,Beijing 100091,China)

Water quality monitoring,sample collection and laboratory measurement were comparatively analyzed in the core area,East Lake,West Lake,boat area & micro-wetland in Hanshiqiao Wetland Nature Reserve;water quality,sample collection & determination in laboratory were conducted .The removal rate of the total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) is 92.3%,79.0%,respectively,purifying TN 43.79 t,TP 4.00 t in Hanshiqiao wetlands every year;water purification value in Hanshiqiao wetland was calculated,being 16.8403 million Yuan by using alternative cost method.

Hanshiqiao Wetland Nature Reserve;water quality of the wetland;purification value;removal rate

1005-5215(2016)09-0004-04

2016-08-25

中央級公益性科研院所基本科研業務費專項資金項目(CAFINT2014K05)

肖紅葉(1987-)，女，碩士，研究實習員，主要從事濕地生態服務功能價值評價相關研究.

張曼胤(1979-)，男，遼寧沈陽人，博士，副研究員，主要從事濕地生態學及濕地景觀與規劃設計研究，Email: cneco@126.com

S959；X824

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.09.002