會仙巖溶濕地水質監(jiān)測及評價

陳瑞紅，莫德清*，李金城，鄧志強，王厚峰，秦云紅，秦繼華

(1. 桂林電子科技大學 生命與環(huán)境科學學院，廣西 桂林 541004；2. 桂林理工大學 環(huán)境科學與工程學院，廣西 桂林 541004；3. 桂林市臨桂區(qū)會仙濕地公園管理局，廣西 桂林 541100)

濕地被譽為地球之腎，近年來隨著人類對濕地的開發(fā)與利用，濕地系統(tǒng)遭到嚴重的破壞，很多學者對我國的濕地保護做出了系列的研究[1-2]。會仙濕地位于桂林市臨桂縣會仙鎮(zhèn)與四塘鄉(xiāng)之間，是典型的亞熱帶風貌巖溶濕地，具有重要的研究意義。據(jù)蔡德所，馬祖陸等人的研究，1970年以前會仙濕地面積約為25km2，后因周邊居民的生產(chǎn)生活，使過多的養(yǎng)殖垃圾、生活垃圾、生活污水排入濕地，導致濕地遭受嚴重的破壞和污染，面積銳減至6km2[3]。近些年來，濕地保護受到政府的高度重視，會仙濕地已被列入全國三大濕地保護與修復水工程之一，桂林臨桂縣委、縣政府完成了《會仙濕地修復水工程規(guī)劃報告》、《廣西桂林市水生態(tài)系統(tǒng)保護與修復項目會仙濕地修復近期水工程設計報告》和《會仙濕地修復水工程建設征地專題報告》等前期工作，并進行了有效的實施[4]。會仙巖溶濕地在2012年獲國家林業(yè)局批準建立為"廣西桂林會仙喀斯特國家濕地公園"并列入國家濕地公園試點[5]。文云峰、戴英歷、吳應科等人已對會仙濕地的生態(tài)問題、水體富營養(yǎng)化做出相關研究[6-8]。程亞平、蔣亞萍等人對近年來會仙濕地退化的程度與原因做出進一步的研究[9]。

本研究以會仙濕地為對象，在毛家碼頭，穿過睦洞湖至龍頭山水域及七星碼頭至古橋之間水域進行基本水質調研，設置十個采樣點，測定水樣中DO，COD，氨氮，總氮，總磷，高錳酸鹽指數(shù)，葉綠素a等7項指標。結合當?shù)嘏盼矍闆r，選取DO，COD，氨氮，總氮，總磷，高錳酸鹽指數(shù)作為參評因子[2]，采用單因子水質標識指數(shù)評價法，研究睦洞湖、七星碼頭水域生態(tài)環(huán)境。了解濕地水質狀況并對水質作出科學評價，為會仙濕地水質的保護、研究以及進一步的治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點布設

依據(jù)相關的水質監(jiān)測資料，結合會仙濕地的地理特征、人文背景以及水域污染狀況，本文選擇睦洞湖以及七星碼頭水域作為此次研究的水質監(jiān)測流域。根據(jù)岸段狀況和水體流向在監(jiān)測區(qū)域設置10個采樣點，見圖1。

1.2 采樣時間確定

實驗水域處于豐水期、平水期、枯水期時進行采樣。根據(jù)走訪村民、查閱資料了解當?shù)亓饔虻乃臓顩r，以及2015年10月至2016年5月之間的水位變化及溫度變化，選定2016年1月16日、3月12日、3月25日以及4月21日作為采樣時間，分別對應豐水期一、枯水期、平水期、豐水期二的水質。

圖1 會仙濕地水域采樣點設置Fig.1 The setting of sampling points in Huixian karst wetland

1.3 監(jiān)測項目及檢測方法的確定

以國家頒布的《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)，《生活飲用水衛(wèi)生標準檢驗方法》(GB/ T5750- 2006)等標準為依據(jù)，結合劉巍等人的研究[10]以及會仙巖溶濕地的具體情況，確定此次水質監(jiān)測項目包括：DO，COD，氨氮，總氮，總磷，高錳酸鹽指數(shù)，葉綠素a。在水深0.3～0.5 m處，用500mL聚乙烯瓶采集水樣，根據(jù)國標法進行定樣和預處理[11]，所有水樣采集后貼好標簽帶回實驗室按要求保存。所有指標分析采用國家標準，并在兩天內完成測量，樣品測量設置三個平行樣。各指標具體的分析方法見表1。

表1 檢測方法Table 1 The detection methods

1.4 水質評價方法

常見的水質評價方法有水質標識指數(shù)評價法，模糊綜合評判法，灰色關聯(lián)分析法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡法[12-14]。結合各個方法的特點，本文采用水質標識指數(shù)評價法評價水質[15]。

水質評價方法采用徐祖信提出的單因子水質標識指數(shù)評價法，單因子水質指數(shù)P由三位有效數(shù)字組成,表示為：Pi=X1.X2X3式中:X1代表該項水質指標的水質類別；X2代表該水質監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質區(qū)間中所處的位置，為百分數(shù)首位四舍五入得來；X3代表水質類別與水體功能區(qū)類別的計較結果[16]。

2 水質監(jiān)測結果與討論

2.1 各采樣點pH值變化的分析

由圖2可知，監(jiān)測水質除平水期pH值較低外，pH值基本穩(wěn)定。其中豐水期二中第1監(jiān)測點pH值偏高是因為人類活動向水體中排放大量堿性物質，屬于偶然現(xiàn)象。枯水期第七、八、九、十采樣點pH值偏高，可能與植物的光合作用以及氨氮的含量有關。

圖2 pH值動態(tài)變化Fig.2 The dynamic change of pH

2.2 DO值變化分析

由圖3可知，各監(jiān)測點，豐水期一、枯水期DO值較高。這可能是由于，豐水期一降水中含大量溶解氧，且當時溫度下，水生動植物作用較緩慢，導致水中溶解氧含量豐富。枯水期，水體表層下降，大氣復氧作用能影響底部的溶解氧濃度，且隨著光照強度增加，底部的水生植物光合作用增強，使水體的DO濃度保持在不低的水平。平水期與豐水期二DO值較低，這是由于濕地中水生動植物大量繁殖，消耗大量的氧氣，且陰雨綿綿，光合作用較少，使DO值降低。

圖3 DO值動態(tài)變化Fig.2 The dynamic change of DO

2.3 COD值變化分析

由圖4可看出，平水期COD含量最低，是因為水中微生物大量繁殖，消耗有機物。豐水期一和枯水期COD濃度較高，可能是由于，豐水期一水體中不僅含有固定排放的有機污染物，還有雨水沖刷帶入的有機污染物，這些污染物在低溫環(huán)境下降解受到抑制，導致水體COD濃度升高。枯水期，生活污水和養(yǎng)殖廢水的固定排放使水體中有機污染物量保持一定的水平，而水量的減少使得其濃度升高，影響COD的濃度。濕地周邊人為活動頻繁使豐水期二COD含量升高。枯水期第二監(jiān)測點COD濃度大幅度上升，可能是因為古桂柳運河上游突然大量排污導致的。監(jiān)測點七的整體COD值水平較高，是由于該監(jiān)測點在污染源附近。

圖4 COD值動態(tài)變化Fig.4 The dynamic change of COD

2.4 氨氮含量變化分析

由圖5可知，氨氮含量較為穩(wěn)定，豐水期二氨氮含量最高，是由于當時的環(huán)境有利于含氮有機物分解為氨氮。枯水期COD水質較差微生物降解速率慢，氨氮含量最低。第六采樣點枯水期，氨氮含量升高是由養(yǎng)殖場廢水排放導致的。采樣點七的氨氮含量較為異常，可能因為該點處藻類或其他水生植物較少，又有不斷的生活排污、畜禽糞便進入，導致氨氮的量一直居高不下，在枯水期時的水位大量下降，但是污染來源不斷，其濃度值是最高的。采樣點八平水期氨氮含量上升，可能是周邊居民突然排污造成的。

圖5 氨氮含量動態(tài)變化Fig.5 The dynamic change of ammonia nitrogen's content

2.5 總氮含量變化分析

由圖6所示，總氮含量較為穩(wěn)定。但采樣點七至采樣點十，枯水期的總氮含量異常升高，可能是因為水位下降，而人們的生活污水、畜禽養(yǎng)殖糞便等污水不斷排入濕地，再加上低溫情況下易使底泥釋放氮磷且氮沉降較慢，最終導致總氮含量上升。

2.6 總磷含量變化分析

由圖7可知，監(jiān)測水域總磷含量較低且比較平穩(wěn)，豐水期一總磷含量最高，這是由于降水將含磷物質從農(nóng)田，垃圾堆放處帶入河流，影響總磷含量。枯水期總磷含量最低，這是由含磷物質被分解導致的。平水期第四采樣點總磷含量較高的原因在于人類收蝦籠的活動攪動底泥，釋放了底泥中的含磷物質。采樣點七在平水期與豐水期二，人類活動頻繁，使總磷含量升高。

圖6 總氮含量動態(tài)變化Fig.6 The dynamic change of total nitrogen's content

圖7 總磷含量動態(tài)變化Fig.7 The dynamic change of total phosphorus's content

2.7 高錳酸鹽指數(shù)變化分析

高猛酸鹽指數(shù)與水中的有機質含量有關。如圖8所示，高錳酸鹽指數(shù)基本趨于穩(wěn)定，豐水期一略高，平水期和豐水期二較低，這與有機污染物濃度和微生物降解活性有關。采樣點六、七、八枯水期高錳酸鹽指數(shù)異常升高，這是由污染物排放及水位下降引起的。

圖8 高錳酸鹽指數(shù)動態(tài)變化Fig.8 The dynamic change of permanganate index

2.8 葉綠素a變化分析

圖9 葉綠素a含量動態(tài)變化 Fig.9 The dynamic change of chlorophyll a's content

葉綠素a的濃度由水中的浮游生物、藻類和綠色植物等決定。由圖9所示，葉綠素a濃度基本穩(wěn)定，各采樣點按豐水期一、枯水期、平水期、豐水期二依次遞增，這是由于當營養(yǎng)物質豐富，DO充足時，水生浮游植物的生長受溫度影響較大。采樣點七至采樣點十，平水期葉綠素a含量異常升高，是由氣溫回升，浮游生物大量繁殖導致的。

2.9 水質綜合評價與分析

根據(jù)會仙濕地的功能，以《地表水環(huán)境質量標準》II類水質作為評價標準，采用單因子水質標識指數(shù)法，選取DO，COD，氨氮，總氮，總磷，高錳酸鹽指數(shù)作為參評因子，對會仙濕地進行水質評價。表二至表五的評價結果顯示：(1)七星碼頭斷面、龍頭山、毛家碼頭以及睦洞湖靠近污染源水域采樣點，水質超出其功能水域標準，達到IV、V類水質。這與生活污水、畜禽糞便、生活垃圾及其他廢棄物、農(nóng)業(yè)面源污染的排放有關。(2) 距離碼頭越遠，或者靠近睦洞湖中心的水質逐漸變好，達到其功能水域標準，說明會仙濕地水體自凈功能保存完整。

表2 豐水期一水質單因子標識指數(shù)Table 2 The water quality single factor identification index in wet season1

表3 枯水期單因子水質標識指數(shù)Table 3 The water quality single factor identification index in dry season

表4 平水期單因子水質標識指數(shù)Table 4 The water quality single factor identification index in flat water period

表4(續(xù))

表5 豐水期二單因子水質標識指數(shù)Table 5 The water quality single factor identification index in wet season 2

3 結論

通過對會仙濕地水質部分指標的監(jiān)測與評價，得出以下結論：

(1) 毛家碼頭和龍頭山養(yǎng)殖場附近水體受到生活污水和養(yǎng)殖廢水的嚴重污染，導致COD、含氮物質、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a濃度高于其余采樣點。COD和總磷是該處水體的主要污染物，達到了劣V類水質標準閾值。

(2) 睦洞湖的三個采樣點受生活污水和養(yǎng)殖廢水影響較小，主要受到河道旁邊農(nóng)田施肥影響。睦洞湖中心是水體污染較輕的區(qū)域，達到會仙濕地本身的II類水環(huán)境功能類型，說明會仙濕地睦洞湖地區(qū)水體自凈功能保存完整。

(3) 七星碼頭斷面的采樣點，受到周邊污染源的影響最嚴重，達到了劣V類水質標準閾值。距離碼頭越遠，有些水質指標(如：DO、葉綠素a)的值呈梯度減小，有些水質指標(如：COD、氨氮等)的值呈梯度增大，可達到II類水質。說明了七星碼頭周邊污染源對濕地水質有一定影響，呈現(xiàn)明顯的由近及遠的關系。

(4) 通過對會仙濕地不同水域水質進行監(jiān)測評價，可知會仙濕地受到生活污水、養(yǎng)殖廢水、農(nóng)田施肥等污染物的影響較大。

(5) 對會仙濕地水質的保護，應建立完善的污水處理系統(tǒng)對周邊生活污水和養(yǎng)殖廢水進行收集，采取工藝進行COD和TP去除處理后排放可降低睦洞湖水體水質污染情況。

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