河北灤南濱海濕地春季水質分布特征及評價

關鍵詞：濱海濕地;水質;統計分析;河北灤南

0 引言

河北灤南濱海濕地于2015年被認定為河北省省級重要濕地。濕地由天然潮間帶灘涂與人工鹽池構成，總面積18400hm2。濕地位于東亞-澳大利西亞候鳥遷飛帶上，優美的環境為4種國家Ⅰ級保護鳥類、34種國家Ⅱ級保護鳥類、299種鳥類提供棲息生境，同時濕地內還生長有國家重點保護野生植物野大豆等，灤南濱海濕地被譽為物種多樣性的寶庫[1]。近年來，由于人類的不合理開發利用，灤南濱海濕地存在天然濕地面積減小、岸線自然屬性降低、互花米草生物入侵等問題。

當人類活動及徑流和潮汐往復活動向濱海濕地輸入的氮、磷等營養鹽超過濕地沉積物的吸附和接納能力時，營養鹽達到一定條件時會釋放到地表水體中，當水體積累到一定程度最終引起水環境惡化甚至發生富營養化[2]。研究濱海濕地地表水體氮、磷等營養鹽濃度是評價其水體環境質量和了解沉積物對外源營養鹽載入負荷能力的基礎工作。因此本研究可為該濱海濕地生態修復及保護提供基礎數據，同時可為管理部門政策制定提供依據和參考，對生態文明建設具有指導意義。

1 研究區數據獲取與評價方法

1.1 研究區概況及意義

灤南濱海濕地地處燕山山脈南麓，灤河下游，渤海灣北岸，華北平原東部邊緣。地勢北高南低，地貌類型簡單，以鹽田、鹵水池、漁業養殖池塘等微地貌為主，地面標高在1.00～4.50m 之間，地形平緩。濕地大部位于海岸帶中的前濱區域，部分為臨濱區，因地處沿海，呈現暖溫帶半濕潤季風型大陸性氣候特征。

灤南縣年平均氣溫11.9 ℃，年平均降水量648.10mm，年平均總日照時數2376h。本海域風的季節性變化明顯，常風向為SSW 向，強風向為ENE，全年平均風速為5.30m/s。灤南沿岸屬于一個半封閉的內陸海域，海上波浪以風浪為主，海域潮汐性質系數為0.77，屬不規則半日混合潮，平均潮差1.54m。本區海域潮流以漲潮和落潮的方式進行往復運動，平均流速小于0.3m/s處易形成局部淤積現象[3-4]。潮汐往復運動向濱海濕地輸入的氮、磷等營養鹽超過濕地沉積物的吸附和接納能力時，營養鹽達到一定條件時會釋放到地表水體中，當水體積累到一定程度最終引起水環境惡化甚至發生富營養化[2]。

研究區行政區劃隸屬灤南縣，其北部主要為生活居民區，西部及東南部主要為鹽田、養殖池塘及采田作業區，養殖廢水及工農業尾水為研究區主要陸源輸入源。研究灤南濱海濕地地表水體氮、磷等營養鹽濃度是評價其水體環境質量和了解沉積物對外源營養鹽載入負荷能力的基礎工作。本研究可為該濱海濕地生態修復及保護提供基礎數據，同時可為管理部門政策制定提供依據和參考，對生態文明建設具有指導意義。

1.2 樣品采集與測定

本次研究，地表水樣的采集、運輸及保存按照《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T91-2002）[5]、《水質采樣技術指導》（HJ494-2009）[6]有關要求執行。在采樣過程中，待水面穩定時將采樣瓶投入水中10～20cm 位置處取樣，并避免晃動水體。本次工作共采集樣品30件，水樣采集的位置按照鹽田、養殖池塘、采油作業區等不同用地類型，根據水體區域代表性、空間分布、污染源接近性等特征確定，在符合采樣規范的前提下，樣品盡量均勻地布滿研究區，以期達到更好控制區內地表水體質量空間變化之目的。采樣結束后，立即擰緊瓶蓋封存，防止水體與外部空氣接觸發生氧化反應，并密封遮光保存。

1.3 樣品檢測方法

對所采集的30份水樣分別進行了高錳酸鹽指數、氨氮（以N 計）、鹽度、總氮、總磷和葉綠素a等6項分析測試，用以綜合評價灤南濱海濕地的水體質量。檢測方法和儀器如表1所示。

1.4 水質評價方法

1.4.1 單因子指數法

單因子指數法是利用實測數據和標準對比分類，選取水質最差的類別即為評價結果，單因子污染指數法是最簡單的水質評價方法，因而被廣泛應用，其計算公式如下。

式中：Pi為某一評價指標的相對污染值;Ci 為某一評價指標的實測濃度值;Co 為某一評價指標的最高允許標準值。Pi≤1 表示水體未受污染，Pigt;1 表示水體已受到污染，其數值反映污染物的超標程度，即水體污染的嚴重程度[7-8]。

1.4.2 內梅羅綜合污染指數法

內梅羅指數法是當前國內外進行綜合污染指數計算的最常用的方法之一，該方法兼顧了污染指數平均值和最高值，可以突出污染較重的重金屬污染物的作用，綜合指數計算方法如下[8]。

式中：P 綜合為土壤綜合污染指數;P2i為土壤中各污染物的指數平均值;max（P2i ）為土壤中單項污染物的最大污染指數。

1.4.3 綜合營養狀態指數法

綜合營養狀態指數法是以水體中葉綠素a、氮磷總量、透明度、化學需氧量等為指標的水體營養狀態評價方法。依據湖泊（濕地）富營養化評價方法及分級技術規定（中國環境監測總站）中的綜合營養狀態指數法，評價營養化狀況。營養狀態指數公式如下。

式中：TLI（Σ）為綜合營養狀態指數;Wj 為第j 種參數的營養狀態指數的相關權重;TLI（j）為第j 種參數的營養狀態指數。

式中指標單位均為mg/L。采用0～100的一系列連續數字對濕地營養狀態進行分級：TLI（Σ）lt;30貧營養;30≤TLI（Σ）≤50為中營養;TLI（Σ）gt;50為富營養;5070為重度富營養，在同一營養狀態下，指數值越高，其營養程度越重。

以葉綠素a為基準指標，則第j 種指標的歸一化權重按公式（7）計算[9-10]。

式中：Wj為第j 種指標的相關權重;rj 為第j 種指標與葉綠素a的相關系數;j 為第j 種指標，j=1、2、3、4。

2 結果與討論

2.1 濕地營養鹽、理化指標及空間分布特征

對所采集的30份灤南濱海濕地保護區水體樣品進行測試，水質評價項目為高錳酸鹽指數（1.30～39.40 mg/L，平均11.27 mg/L）、氨氮（0.07～0.29mg/L，平均0.13 mg/L）、鹽度（34.10～159.75mg/L，平均53.57 mg/L）、總氮（0.44～15.30mg/L，平均3.17 mg/L）、總磷（0.05～2.26mg/L，平均0.32 mg/L）、葉綠素a（0.00～145μg/L，平均25.57μg/L）。將高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷4項營養鹽指標的實測濃度與《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中Ⅲ類水標準濃度進行對比，灤南濱海濕地總氮、總磷污染程度較大，濃度超過標準濃度倍數較高，最大均達到10倍以上，高錳酸鹽指數超標倍數較低，最大為4.77倍（表2），氨氮濃度均低于標準濃度，質量較好。其中總氮、總磷超標站位主要集中在研究區北部生活區民區，由生活污水導致;高錳酸鹽指數超標站位主要在東北角鹽田及西部養殖池塘，由工農業廢水導致（圖1）。

2.2 水質狀況評價

2.2.1 單因子指數法

根據表2水質檢測結果，利用單因子指數法（式1）按《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）[11]中Ⅲ類水標準濃度進行對比計算灤南濕地水質各水樣的單因子污染指數，并按照各水樣的最差污染指標進行水質評價（表3）。

該濕地水質最差污染因子為總氮，評價結果為劣Ⅴ類，總氮30個采樣站位其Pi 值處于0.44～15.30之間，平均值為3.17，為灤南濱海濕地主要污染因子。高錳酸鹽指數Pi 值處于0.30～6.57之間，平均值為1.88，總磷Pi 值處于0.25～11.30之間，平均值為1.62，評價結果為Ⅴ、Ⅳ類，氨氮Pi 值為0.07～0.29，平均值為0.13，不存在污染。灤南濱海濕地總體單因子評價平均污染指數為1.70。其中總氮、總磷超標站位主要集中在研究區北部生活區民區，由生活污水導致;高錳酸鹽指數超標站位主要在東北角鹽田及西部養殖池塘，由工農業廢水導致（圖2）。

整體來看，該方法雖然概念明確、計算簡單，通過水質監測數據可以直觀體現出水質指標污染程度，從而將計算結果中最壞的指標評價級別作為整體水質的評價等級。不過這種評價方法較為消極，因為在所有評價指標中，只要有一項指標相對污染程度較大，則無須考慮余下因子的污染評價等級，得到的最終評價結果中水質等級都比較低，因此該方法應用于水質評價時一定程度上不能反映出水體的整體水質，往往與其他方法結合使用才能發揮其效益。

2.2.2 內梅羅綜合指數法

根據檢測結果，分別計算出各參數單因子指數的最大值及平均值，根據內梅羅計算公式（2）計算出灤南濱海濕地評價結果（表4），結合內梅羅指數污染等級劃分標準（表5），灤南濱海濕地水質除氨氮（P 綜合lt;1）處于清潔狀態外，高錳酸鹽指數處于重污染狀態，總氮、總磷均處于嚴重污染狀態，內梅羅綜合指數分別為4.83、11.05、8.07。與單因子指數評價方法相比，評價結果基本一致，較好地反應了灤南濱海濕地水質整體狀況。

該方法考慮了污染指數平均值和最高值，可以突出污染較重的污染物的作用，但當研究樣本個體差異顯著時，導致單因子指數max（Pi）值較大時，綜合評價結果會很高，整體靈敏度較差[12-14]。

2.2.3 綜合營養狀態指數法

評價指標依據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）[11]。根據上述綜合營養狀態指數公式求得各因子綜合營養狀態指數（圖3），最后利用各因子不同權重（表6）計算灤南濱海濕地綜合營養狀態指數（表7），計算結果為高錳酸鉀指數（95.70）、總氮指數（83.10）、總磷指數（98.60）、葉綠素a指數（68.20），綜合營養狀態指數為80.49，灤南濱海濕地保護區存在重度水體富營養化;水質一般，淡黃色、微渾、鹽度高，僅達到地表水劣Ⅴ類標準，存在水體富營養化。

整體來看，卡爾森指數法是美國科學家卡爾森在1977年提出來的，這一評價方法克服了單一因子評價富營養化的片面性，而是綜合各項參數，力圖將單變量的簡易與多變量綜合判斷的準確性相結合，與單因子指數法、內梅羅指數法相比，評價結果基本一致，但高錳酸鹽指數評價結果及所占權重相對上述兩種方法提高較多[15-18]。

2.3 討論

根據不同地貌的不同人類活動方式，對代表性區域水體30件樣品的分布位置及結果進行分析研究，灤南濱海濕地水質污染源主要為生活源和企業源，生活源主要為濕地西北部主要居民居住區，生活廢水是地表水污染的來源之一，企業源主要為灤南濱海濕地內及周邊的養殖池塘、鹽場及采油場等工農業廢棄水排放，是導致水質狀況差及富營養化的主要原因;通過水質檢測數據發現，灤南濱海濕地地表鹽度介于34.10～159.75，明顯高于正常濱海濕地地表水體，經實地調查發現，由于圍海養殖等導致濕地破碎嚴重，水體連通性差，同時調查季節為春季，排水溝渠等設施堵塞，導致鹽度隨著水分的蒸發而逐漸升高，通過Origin軟件利用皮爾遜相關性分析發現，總氮、總磷、鹽度、高錳酸鹽指數變化趨勢較為一致，呈顯著正相關。因此，受灤南濱海濕地破碎嚴重、水體流通性差等因素影響，導致區域鹽度，氮、磷等物質不易擴散，濃度增加，致使水體營養鹽富集。

3 結論

濱海濕地作為一種具有多種功能和蘊含豐富資源的生態系統，是人類重要的生存環境之一。濕地水體狀況是生態系統健康性的重要指標之一，本次利用單因子指數法、內梅羅綜合污染指數法和綜合營養狀態指數法對該濕地地表水進行了評價，得出如下結論。

（1）灤南濱海濕地水質檢測結果顯示，高錳酸鹽指數平均值為11.27mg/L、氨氮平均值為0.13mg/L、鹽度平均值為53.57mg/L、總氮平均值為3.17mg/L、總磷平均值為0.32mg/L、葉綠素a平均值為25.57μg/L。

（2）灤南濱海濕地總氮、總磷污染程度較大，濃度超過標準濃度倍數較高，最大均達到10倍以上，高錳酸鹽指數超標倍數較低，最大為4.77倍，氨氮濃度均低于標準濃度，質量較好。其中總氮、總磷超標站位主要集中在研究區東北角，高錳酸鹽指數超標站位主要在東北角及西部。

（3）灤南濱海濕地總體單因子指數法評價結果平均污染指數為1.70，高錳酸鹽指數、總氮、總磷內梅羅綜合指數分別為4.83、11.05、8.07，綜合營養狀態指數為80.49。表明濕地水體存在嚴重污染，濕地水質重度富營養化，其主要原因為圍海養殖造成濕地破碎化嚴重，水體連通性差。污染源主要為工業源，其次為生活源。