包頭市南海濕地水污染現(xiàn)狀與防治對(duì)策研究*

樊愛(ài)萍 王曉云 于玲紅 孫巖柏 殷震育 李鑫玉 李衛(wèi)平#

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭014010；2.包頭市生態(tài)濕地保護(hù)管理中心，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.運(yùn)城市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 運(yùn)城 044000；4.包鋼第一中學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

包頭市南海濕地水污染現(xiàn)狀與防治對(duì)策研究*

樊愛(ài)萍1，2王曉云1，3于玲紅1孫巖柏1殷震育1李鑫玉4李衛(wèi)平1#

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭014010；2.包頭市生態(tài)濕地保護(hù)管理中心，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.運(yùn)城市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 運(yùn)城 044000；4.包鋼第一中學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

通過(guò)對(duì)南海濕地進(jìn)出水和核心區(qū)進(jìn)行布點(diǎn)采樣，檢測(cè)了樣品的氮磷和有機(jī)污染物，分析了濕地水污染現(xiàn)狀，同時(shí)采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)濕地水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：南海濕地水體達(dá)到污染級(jí)別，其中濕地進(jìn)水區(qū)域和旅游開(kāi)發(fā)區(qū)水質(zhì)達(dá)到重污染級(jí)別；南海濕地現(xiàn)已處于富營(yíng)養(yǎng)型。通過(guò)分析得出水污染的原因主要是：該地區(qū)人口多，人為污染大，南海濕地補(bǔ)水來(lái)源受污染嚴(yán)重；對(duì)水質(zhì)凈化具有一定作用的水生植物不被收割利用，對(duì)水質(zhì)造成了二次污染。最終針對(duì)南海濕地的污染狀況和原因，提出了科學(xué)合理的防治對(duì)策。

南海濕地 內(nèi)梅羅污染指數(shù) 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià) 防治對(duì)策

濕地具有不可代替的生態(tài)功能[1-2]，被譽(yù)為“地球之腎”[3-4]。包頭南海濕地位于高緯度干旱內(nèi)陸地區(qū)，是包頭市乃至西北寒旱地區(qū)得天獨(dú)厚的寶貴資源。南海湖是包頭市區(qū)唯一的天然湖泊，發(fā)揮著濕地水體凈化與蓄滯洪水等功能，在保護(hù)黃河濕地生態(tài)系統(tǒng)、防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源等方面，都起到了非常重要的作用[5-6]。智穎飆等[7]依據(jù)環(huán)境自我調(diào)節(jié)理論(Aaia假說(shuō))和應(yīng)用市場(chǎng)價(jià)值法對(duì)南海濕地生態(tài)功能價(jià)值進(jìn)行貨幣化評(píng)估和研究，結(jié)果證明，南海濕地生態(tài)系統(tǒng)每年提供于人類(lèi)的服務(wù)價(jià)值巨大；王越等[8]通過(guò)PSR模型研究發(fā)現(xiàn)，由于人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度大、私墾現(xiàn)象嚴(yán)重、化肥使用強(qiáng)度高，南海濕地已處于亞健康狀態(tài)；劉建龍[9]指出，南海湖水質(zhì)整體較差，主要表現(xiàn)為T(mén)N和COD超標(biāo)，而且COD超標(biāo)倍數(shù)較高，各水期平均超標(biāo)4.52倍。水污染現(xiàn)狀與富營(yíng)養(yǎng)化狀況分析是掌握湖泊濕地水環(huán)境狀況和進(jìn)行水質(zhì)管理的基礎(chǔ)[10-11]。為了解包頭市南海濕地的水污染最新?tīng)顩r，本研究于2015年4-11月對(duì)南海濕地進(jìn)行合理布點(diǎn)采樣，通過(guò)對(duì)水質(zhì)現(xiàn)狀及主要污染物的研究與分析，得出了南海水污染現(xiàn)狀和水環(huán)境污染的主要原因，為南海濕地的污染治理和水環(huán)境修復(fù)提供參考依據(jù)和防治對(duì)策。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置

南海濕地各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置情況見(jiàn)表1。

表1 南海濕地各監(jiān)測(cè)點(diǎn)情況

1.2 樣品的采集、處理

2015年春季到冬季連續(xù)8個(gè)月，每月中旬對(duì)南海濕地6個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣，所有樣品的采集使用去離子水清洗干凈的聚乙烯采樣瓶密封保存，帶回實(shí)驗(yàn)室立即測(cè)定，為客觀反映水質(zhì)，避免偶然性，每次實(shí)驗(yàn)每監(jiān)測(cè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)定3次。

本研究采用便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀在采樣現(xiàn)場(chǎng)對(duì)DO、pH等進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)文獻(xiàn)[12]，TN、氨氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解—紫外分光光度法、納氏試劑分光光度法進(jìn)行測(cè)定；硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮的樣品通過(guò)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾，采用紫外分光光度法和N-(1萘基)-乙二胺光度法進(jìn)行測(cè)定；TP、溶解性磷采用過(guò)硫酸鉀-鉬酸銨分光光度法測(cè)定，其中溶解性磷測(cè)定時(shí)樣品需通過(guò)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾，不溶解性磷通過(guò)TP及溶解性磷差值求得；COD采用微波消解法測(cè)定。葉綠素a的測(cè)定采用《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》中的丙酮研磨—比色法測(cè)定：量取100 mL水樣，0.45 μm有機(jī)膜過(guò)濾，用90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))丙酮萃取，測(cè)定萃取液中葉綠素a在750、645、663、630 nm波長(zhǎng)下的吸光度，并根據(jù)公式計(jì)算葉綠素a的含量。

1.3 水質(zhì)分析標(biāo)準(zhǔn)和方法

本研究包括水污染現(xiàn)狀分析、水質(zhì)評(píng)價(jià)和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)3個(gè)方面。水質(zhì)現(xiàn)狀分析依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果；水質(zhì)評(píng)價(jià)采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法；富營(yíng)養(yǎng)化狀況采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI(chla))法。

2 結(jié)果與討論

2.1 水污染現(xiàn)狀分析

2.1.1 pH

監(jiān)測(cè)期間，南海濕地水體pH為8.12～9.64。由圖1可以看出，南海濕地水體堿度大，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)pH均大于8。其中，6—9月的pH平均值大于9，超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中pH為6～9的限值。這主要是南海濕地所在地區(qū)氣溫的變化和水體中水生植物繁殖共同作用的結(jié)果，包頭每年這一時(shí)期的氣溫最高，此時(shí)CO2在水中的溶解度減小，使pH上升，并且南海濕地水體流動(dòng)緩慢，易于藻類(lèi)等水生植物大量繁殖，水中植物的光合作用會(huì)消耗水中的CO2導(dǎo)致pH的增加。10月后，氣溫降低且水生植物開(kāi)始凋零，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)pH有不同程度的降低。

圖1 南海濕地水體pH變化Fig.1 pH in the Nanhai wetland

2.1.2 各形態(tài)氮含量

南海濕地硝態(tài)氮為0.823～4.908 mg/L，超過(guò)了TN的50%(見(jiàn)圖2)；亞硝態(tài)氮最低，為0.062～0.141 mg/L，只占TN的2.66%。南海濕地TN主要來(lái)源于生活污水和地表徑流引入的農(nóng)業(yè)污染物。經(jīng)檢測(cè)，進(jìn)入南海濕地的生活污水氮的賦存形態(tài)以硝態(tài)氮和氨氮為主，農(nóng)業(yè)污染物中的氮主要以銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的形式存在。硝態(tài)氮高一方面來(lái)源于生活污水和農(nóng)業(yè)污染物；另一方面水中DO含量高，有利于氨氮和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。而且，濕地pH在9左右，水中氨氮的揮發(fā)速率較大，一部分氨氮以氣態(tài)形式揮發(fā)離開(kāi)濕地系統(tǒng)[13]，導(dǎo)致氨氮偏低。

圖2 南海濕地不同形態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 Percentage of different forms of nitrogen in Nanhai wetland

2.1.3 各形態(tài)磷含量

南海濕地水體中不溶解性磷為0.10～0.26 mg/L，約占TP的89.4%(見(jiàn)圖3)。溶解性磷較少，為0.006 7～0.036 0 mg/L，約占TP的10.6%。南海濕地水體中磷的來(lái)源與TN相同，經(jīng)檢測(cè)，進(jìn)入南海濕地的污水中TP約為1.0 mg/L，溶解性磷約為0.1 mg/L，以不溶解性磷為主。磷肥施入土壤后，沒(méi)有被植物吸收的部分，很快與土壤發(fā)生理化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成難溶性磷酸鹽[14]，隨著地表徑流進(jìn)入濕地水體。而且，濕地中的水生植物主要利用溶解性磷合成各類(lèi)供生命活動(dòng)需要的化合物，從而降低了水體中溶解性磷的含量。因此，南海濕地的磷主要以不溶解性磷的形式賦存。

圖3 南海濕地不同形態(tài)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.3 Percentage of different forms of phosphorus in Nanhai wetland

2.1.4 COD

4月，水體COD因受冰封期融水COD釋放效應(yīng)等影響，處于相對(duì)特殊的狀態(tài)，暫不做研究。根據(jù)圖5，5—11月COD均值分別為90.21、87.08、103.54、88.98、94.13、76.70、140.27 mg/L，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的COD基本都超過(guò)了GB 3838-2002中Ⅴ類(lèi)限值(40 mg/L)。由此可見(jiàn)，南海濕地水體受有機(jī)污染嚴(yán)重。這主要是由于黃河水量減少，濕地主要依靠東河補(bǔ)水，而東河接納了周邊工業(yè)廢水和生活污水，因此受污染的東河水體增加了南海濕地的水質(zhì)負(fù)重。

圖4 南海濕地COD變化Fig.4 The variation of COD in the Nanhai wetland

N1、N3、N6點(diǎn)COD較其他點(diǎn)低，主要原因是N1、N3點(diǎn)生長(zhǎng)大量蘆葦，N6點(diǎn)生長(zhǎng)大量香蒲，一方面植物本身能吸收部分有機(jī)污染物，另一方面植物根系微生物能促進(jìn)有機(jī)污染物質(zhì)分解，提高COD的凈化能力。N2雖然也生長(zhǎng)大量植物，但是地勢(shì)原因?qū)е滤畡?dòng)力條件較差，故COD偏高。10月后，各點(diǎn)COD都升高，基本都在11月達(dá)到最大值，經(jīng)分析主要是因?yàn)槎緶囟冉档停参锼劳觯参飳?duì)有機(jī)污染物的降解最弱，使南海濕地COD升高。

2.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)

內(nèi)梅羅污染指數(shù)(IP)的計(jì)算見(jiàn)式(1)，其中標(biāo)準(zhǔn)值采用GB 3838-2002中的Ⅲ類(lèi)限值(即pH為6～9，DO、COD、氨氮、TP、TN分別為5、20、1.0、0.2、1.0 mg/L)。內(nèi)梅羅污染指數(shù)對(duì)應(yīng)水質(zhì)等級(jí)為：≤1，清潔；>1～3，輕污染；>3～5，污染；>5～8，重污染；>8，嚴(yán)重污染。

(1)

從表2可以看出，污染指數(shù)最大值主要集中在COD和TN，說(shuō)明南海濕地的COD和TN對(duì)水體的污染最顯著。南海濕地各點(diǎn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)為3.68～5.03，其中N1和N4點(diǎn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)大于5，達(dá)到重污染級(jí)別，其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)在3～5，為污染級(jí)別。從空間上分析，N1為南海濕地的進(jìn)水區(qū)域，N4雖然是南海濕地的旅游開(kāi)發(fā)區(qū)，但是在本課題的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在N4附近有排污暗口將污水排入南海濕地，因此N1和N4污染物濃度高，水體污染程度嚴(yán)重；N2、N3、N6點(diǎn)均有大量的蘆葦和香蒲等水生植物，這些植物對(duì)水體中的氮磷污染物具有一定的降解作用，并且污水進(jìn)入濕地后經(jīng)沉降、過(guò)濾等過(guò)程使得水質(zhì)得到凈化。

表2 各采樣點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)的均值、內(nèi)梅羅污染指數(shù)及水質(zhì)等級(jí)1)

注：1)水質(zhì)指標(biāo)均值單位均為mg/L。

表3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)葉綠素a均值、TSI(chla)及富營(yíng)養(yǎng)程度

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

TSI(chla)計(jì)算見(jiàn)式(2)，其分級(jí)的富營(yíng)養(yǎng)程度為：≤37，貧營(yíng)養(yǎng)型；>37～53，中營(yíng)養(yǎng)型；>53，富營(yíng)養(yǎng)型。

(2)

式中：T為T(mén)SI(chla)；c為葉綠素a質(zhì)量濃度，mg/m3。

根據(jù)藻類(lèi)生長(zhǎng)狀況，對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)6—11月的富營(yíng)養(yǎng)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。從表3可以看出，南海濕地各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均為富營(yíng)養(yǎng)型。主要是由于南海濕地水流緩慢，水動(dòng)力條件差，并且南海濕地周邊多為居民區(qū)，生活污水的無(wú)序排放增加了南海濕地氮磷的累積；多年來(lái)由徑流帶入濕地的水體污染物總量大大超過(guò)了水體的自?xún)裟芰ΑＭㄟ^(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，濕地水生植物對(duì)濕地水質(zhì)的凈化有不可小覷的作用，但是南海湖內(nèi)對(duì)氮磷有去除作用的蘆葦、香蒲覆蓋率較低，由于產(chǎn)量低而不被收割利用，反而會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染。污染物長(zhǎng)期在水體中累積、沉積導(dǎo)致沉積物在水環(huán)境中釋放污染物，使底泥也成為了南海湖的內(nèi)源污染貢獻(xiàn)者。

3 南海濕地水污染防治對(duì)策

(1) 禁止周邊未達(dá)標(biāo)污廢水進(jìn)入濕地，降低COD、TN、TP的點(diǎn)源污染。根據(jù)南海濕地水污染現(xiàn)狀分析結(jié)果可知，監(jiān)測(cè)期間COD、TN、TP均超過(guò)GB 3838-2002中Ⅴ類(lèi)限值。內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)得出，包頭南海濕地水體達(dá)到污染和重污染級(jí)別，其中COD、TN對(duì)污染的貢獻(xiàn)值最高。本研究小組在對(duì)濕地水體監(jiān)測(cè)期間發(fā)現(xiàn)，濕地附近有污水排入濕地水體，因此濕地管理部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)濕地保護(hù)隊(duì)伍，禁止未達(dá)標(biāo)廢水進(jìn)入濕地。

(2) 增加水生植物的密度，定期對(duì)水生植物進(jìn)行修剪與收割。在N1、N3、N6等植被豐富的監(jiān)測(cè)點(diǎn)COD、TN、TP較其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)低，可見(jiàn)南海濕地內(nèi)的水生植物對(duì)水質(zhì)的凈化有一定的作用。但是，濕地內(nèi)的水生植物沒(méi)有統(tǒng)一管理種植收割。因?yàn)樗参锏漠a(chǎn)出較少，不被收割利用容易對(duì)水質(zhì)造成二次污染，所以要增加水生植物的密度，定期進(jìn)行修剪與收割，不僅可增加濕地景觀的美化效果，還可凈化水質(zhì)，避免二次污染。

(3) 加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，定期取樣檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題。監(jiān)測(cè)期間南海濕地各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均為富營(yíng)養(yǎng)型。因此，建立科研監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期對(duì)濕地水體進(jìn)行取樣檢測(cè)，保證濕地水環(huán)境穩(wěn)定健康，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問(wèn)題后，快速分析問(wèn)題原因，及時(shí)解決。

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WaterpollutionanditspreventioncountermeasuresofNanhaiwetland，Baotou

FANAiping1，2，WANGXiaoyun1，3，YULinghong1，SUNYanbai1，YINZhenyu1，LIXinyu4，LIWeiping1.

(1.SchoolofEnergyandEnvironment，InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology，BaotouInnerMongolia014010；2.BaotouEcologicalWetlandConservationandManagementCenter，BaotouInnerMongolia014010；3.TheArchitecturalDesignResearchInstituteofYunchengCity，YunchengShanxi044000；4.BaogangNO.1HighSchool，BaotouInnerMongolia014010)

Site sampling was carried out in the inlet，core area and outlet water of Nanhai wetland. The nitrogen and phosphorus contaminants and organic pollutants were tested. The wetland pollution status was analyzed. Meanwhile，the water quality was evaluated with Nemerow Pollution Exponential and Eutrophication State Index methods. The results showed that：the water of Nanhai wetland had reached the contaminative level with its inlet water and the tourism development zone being severely contaminated；the wetland had reached the eutrophic state. The reasons for this were as follows: large population surrounding the area，the serious man-induced contamination and thereby heavily polluted make-up water resources；the secondary pollution was generated because the aquatic plants，which work in the water purification process，were not harvested in a timely manner. Based on all these factors，scientific and practical water contamination prevention countermeasures for Nanhai wetland have been put forward for consideration in this essay.

Nanhai wetland； Nemerow Pollution Exponential； eutrophication assessment； water contamination prevention countermeasures

樊愛(ài)萍，女，1966年生，本科，高級(jí)工程師，主要從事濕地環(huán)境保護(hù)的研究。#

。

*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.41263010)；內(nèi)蒙古包頭黃河濕地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站運(yùn)行研究項(xiàng)目(No.2017-LYPT-DW-007)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.12.010

2016-05-23)