洱海北部上游不同修復類型濕地氮磷分布及污染風險評價*

蘇 倩 徐紅楓 劉云根# 梁帆帆 邵 晗 王 妍

(1.西南林業大學生態與環境學院，云南 昆明 650224；2.云南省山地農村生態環境演變與污染治理重點實驗室，云南 昆明 650224)

濕地是內陸最重要的水陸交錯帶，具有入湖水質凈化、穩定湖泊岸線、遲滯洪水等多種生態功能，同時也是湖泊流域中受人類活動干擾強度較高的區域[1]。圍湖造田、圍湖養魚、灘涂開發等人類活動使湖濱濕地被侵占，濕地生物多樣性下降，生態環境承載力嚴重削弱，生態自凈能力大大降低。近年來，我國各種類型濕地均出現不同程度的退化，對濕地供水、流域整體生態安全、區域協調發展等功能造成很大影響[2]。洱海作為云南省第二大淡水湖泊，是當地重要水源保護地和生存發展的基礎[3-4]。目前洱海流域水質TN、TP污染日益嚴重[5]，不合理的農業生產及人為干擾導致洱海流域濕地污染物濃度增高[6]，因此加強流域面源治理，控制污染擴散遷移，提高入湖濕地的攔截凈化效率至關重要[7-8]。

我國許多學者對濕地水體氮磷污染進行了大量研究，郭金強等[9]對長江水體營養鹽輸入進行研究分析，得出營養鹽普遍在冬季濃度較低，營養鹽通量相比過去呈現增加趨勢；林佳等[10]通過采集溪源水庫多期水樣研究對比不同時期氮磷濃度和浮游植物特征，認為建庫蓄水后浮游植物群落發生改變，水體氮磷濃度顯著增加；金春玲等[11]研究發現，對洱海西部地表徑流氮磷濃度影響最大的是城鎮用地和高施肥種植區。目前研究主要對不同流域內濕地氮磷污染情況進行研究，針對同一流域不同修復類型濕地水體氮磷分布差異及污染現狀比較的研究較少。洱海上游濕地重建設、輕管理、少評價現象較為突出，為此客觀評價洱海流域濕地水體富營養化現狀對于后期洱海水質污染防控具有重要價值。本研究選取洱海北部上游為研究區域，比較4種不同修復類型濕地水體氮磷含量空間分布差異，并采用對數型冪函數普適指數基于TN、氨氮、TP、正磷、溶解氧(DO)5個指標對水體進行富營養化評價，旨在較全面地比較不同修復類型濕地水體的污染特征及富營養化差異，以期為洱海上游水資源保護中的濕地修復建設及污染物防治提供理論依據。

1 研究區概況

洱海流域位于云南省大理自治州境內(100°5′E ～100°17′E，25°36′N～25°58′N)，屬滄江—湄公河水系，流域面積2 565 km2，2017年開展了保護洱海“七大行動”，實施環洱海流域湖濱緩沖帶生態修復與濕地建設項目，旨在削減污染量，保護入湖水質，提升水源涵養功能。

研究選取洱海北部上游4種不同修復類型的濕地片區，由南到北分別為人工修復河口灘地(H)、原生沼澤濕地(Y)、低洼庫塘濕地(K)、人工修復湖濱濕地(B)，對應濕地名稱分別為羅時江河口濕地、西湖濕地、大樹營濕地及茈碧湖濕地。洱海流域采樣濕地分布見圖1。羅時江河口濕地位于大理市上關鎮，為洱海主要入湖河流之一；西湖濕地位于洱源縣右所鎮，是洱海重要水源之一；大樹營濕地同樣位于洱源縣右所鎮，是東湖小流域恢復建設的生態庫塘濕地，是東湖濕地重要的組成部分；茈碧湖濕地位于洱源縣東北部，湖泊面積7.8 km2，是洱海的重要上游補水湖泊。4種濕地結構以湖泊、河口灘地、庫塘為主，每個濕地中種有蘆葦(Phragmitesaustralis)、茭草(Zizanialatifolia)、香蒲(TyphaorientalisPresl)等挺水植物，羅時江河口濕地及大樹營濕地除挺水植物外還種有荷花(NelumboSP)、睡蓮(Nymphaeatetragona)等浮水植物，形成各自的濕地水質凈化植物配置組合。

圖1 洱海流域采樣濕地分布Fig.1 Sampling wetland distribution in Erhai Lakewatershed landscape

2 研究方法

2.1 采樣點布設

根據洱海流域各濕地人為干擾因素、水生植物分布、水域面積及水流分布情況，結合采樣點布設原理，在4種濕地較為平整的水域分別設置12個采樣點，樣品采集時間為2020年8月。每個采樣點均采用全球定位系統(GPS)定位，采集3個水樣，共采集144個表層水樣，水樣均保存于550 mL的聚乙烯塑料瓶中，放置在冷藏箱中保存運輸。

將水樣帶回實驗室進行處理分析，按照《水和廢水監測分析方法》[12]中的方法進行水質指標測定。其中，DO采用HQ40D便攜式哈希水質分析儀(美國哈希)現場測定；TP采用過硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法測定；正磷采用鉬銻抗分光光度法測定；TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；氨氮采用納氏試劑比色法測定。

2.2 水體富營養化狀態評價

采用對數型冪函數普適指數對研究區域水體進行富營養化評價，該方法廣泛應用于我國湖泊、水庫及河流水體的富營養化評價中。首先，選取水體TP、正磷、TN、氨氮、DO等指標，各指標的富營養化評級標準見表1[13]666。根據各采樣點不同指標實測值，利用式(1)計算各指標規范值，利用式(2)計算水體富營養化綜合指數[13]667。

表1 水體富營養化指標分級標準Table 1 Classification standards of water body eutrophication indicators

(1)

(2)

式中：x為各指標規范值；c0為各指標的標準值，mg/L或μg/L；本研究以各指標極貧狀態的限值為標準值；c為各指標的實測值，mg/L或μg/L；EI為水體富營養化綜合指數；j為指標序號；Wj為指標j的歸一化權重，本研究對5個指標做等權處理，各指標權重均為0.2；xj為指標j的規范值。

依照水體EI分級標準(見表2)，評價洱海北部上游不同修復類型濕地水體的富營養化狀態。

表2 水體EI分級標準Table 2 EI grading standard of water body

2.3 數據處理與分析

采用SPSS 22.0對原始數據進行基礎統計處理，比較不同濕地之間的差異性，利用Origin 2018制圖，并用ArcGIS 10.5中的反距離權重插值法對不同修復類型濕地的TN、TP空間分布進行分析。

3 結果與分析

3.1 不同修復類型濕地水體TN、TP空間分布

對4種濕地水體氮磷含量空間分布數據進行分析，發現不同修復類型濕地TN、TP含量空間變化特征明顯。由圖2可見，4種濕地水體TN在0.44～3.28 mg/L波動，介于《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中的Ⅲ～Ⅴ類水質標準；由圖3可見，濕地水體TP在0.03～0.23 mg/L，介于Ⅰ～Ⅳ類水質標準。總體看來，4種濕地水體TN、TP空間分布各有特點，TN含量表現為低洼庫塘濕地>人工修復河口灘地>原生沼澤濕地>人工修復湖濱濕地，TP含量表現為低洼庫塘濕地>原生沼澤濕地>人工修復河口灘地>人工修復湖濱濕地。4種濕地水體TN、TP均在人類活動較多的湖邊、村落附近、入水口等區域含量較高。

圖2 不同修復類型濕地水體TN空間分布Fig.2 Spatial distribution of TN content in different remediation type wetlands

圖3 不同修復類型濕地水體TP空間分布Fig.3 Spatial distribution of TP content in different remediation type wetlands

3.2 不同修復類型濕地水體N/P(質量比)的變化特征

N/P是考察水體營養鹽結構及營養化程度的重要指標[14]，常被用作判定水體的營養狀態。根據湖泊水體營養鹽限制分級標準[15-17]：當水體N/P<7時，水體中氮含量較少，為氮限制；當水體7≤N/P<16時，水體氮磷含量基本適中，但總體仍屬于氮限制；當水體16≤N/P<30時，水體開始表現為磷不足，為磷限制；當水體N/P≥30時，水中氮含量較高，表現為磷限制。

洱海北部上游不同修復類型濕地水體N/P波動較大，有著不同的營養鹽結構。由圖4可見，4個濕地不同采樣點的N/P在3.57～18.93波動，平均值為10.56，只有3個采樣點N/P大于16，水體屬于磷限制，其余采樣點N/P均小于16，屬于氮限制，說明洱海北部上游濕地大部分水體氮含量水平較磷低，處于氮限制狀態。通過N/P平均值比較，洱海北部上游區域濕地N/P為：人工修復河口灘地>低洼庫塘濕地>原生沼澤濕地>人工修復湖濱濕地。

圖4 不同修復類型濕地水體N/PFig.4 N/P of different remediation type wetlands

3.3 不同修復類型濕地水體富營養化評價

2020年洱海北部上游不同修復類型濕地各采樣點的EI在45.26～66.32波動，其中人工修復河口灘地水體富營養化狀態在中度營養化偏重富營養化之間，其他3種濕地水體在中度營養化偏富營養化狀態之間。綜上可知，洱海北部上游濕地水體富營養化狀態為人工修復河口灘地>低洼庫塘濕地>原生沼澤濕地>人工修復湖濱濕地，整體富營養化狀態為中度營養化偏富營養化狀態，水體富營養化程度較高。

圖5 洱海北部上游不同修復類型濕地水體EIFig.5 The EI of different remediation type wetlands in the upper reaches of Erhai Lake

4 討 論

4.1 不同修復類型濕地水體氮磷含量特征及成因

在4種濕地中，低洼庫塘濕地水體TN、TP含量最高，這是由于濕地本身區域面積較小，植物組合配置較復雜，水源是來自農村面源污染的混合污水，導致水質偏差，水體中營養鹽含量較高[18]。人工修復河口灘地位于4個濕地的最南部，是洱海入湖濕地之一，TN、TP為主要污染物，通過濕地對氮磷污染物去除，使得濕地水域TN、TP含量產生空間差異，北部區域污染物含量高于南部，這與梁啟斌等[19]研究結果相似。原生沼澤濕地位于洱海北部的西湖片區，濕地水域與村落相伴，還有污水處理廠相鄰，造成水體營養鹽含量較高，這是由于大量的農村生活污水、污水處理廢水及農田徑流排入湖中造成水體富營養化現象[20]。而人工修復湖濱濕地位于洱海上游最北部，是洱源縣人民重要的水源庫，濕地水質情況較好，采樣區屬濕地水域外圍，人類活動及水生植物種類較多，旅游開發及植物釋放的營養鹽含量較高，造成湖濱帶區域水體TN、TP含量高于湖泊東部區域，湖濱修復帶對低污染水體具有很好的凈化截留效果[21]。農業面源污染的復雜性也是造成濕地流域氮磷差異大、難去除的主要原因之一[22]。

4.2 不同修復類型濕地水體N/P對藻類的影響

洱海北部上游濕地N/P平均值都在30以下波動，大部分在16以下，均為氮限制水體。不同濕地N/P的波動趨勢不同，這與各濕地分區結構、植物配置組合、水域面積及污染量等均有一定關系。此外，水體對藻類生長有嚴重影響，水華暴發與藻類密不可分。研究發現，適宜藻類生長的水體N/P為15～16[23]，可見本研究區水體營養鹽結構較適宜藻類生長，水體富營養化風險較大。影響湖泊N/P的直接因素是湖泊營養鹽的污染源，綜合分析研究區觀測數據，外源TN、TP的輸入造成濕地水域微生物群落發生改變，從而進一步導致濕地水質變差，促進藻類繁殖，加重濕地凈水負擔[24]，洱海北部上游應聯合采取內源外源污染控制工作，如提高廢水污染治理及底泥清淤等[25]。

4.3 修復方式對水體富營養化狀態及濕地凈化效果的影響

根據水體富營養化評價結果，洱海上游濕地水體均為中度營養化以上水平，人工修復河口灘地EI最高，原因在于其處于洱海上游最下游位置，容易產生污染物累積及截留上游污染物的現象，人為干擾較為嚴重[26]。雖然低洼庫塘濕地對污染物氮磷具有沉淀、生物吸收等去除效果[27]，但此區域污染物含量較高，濕地凈化截留作用較弱是造成水質富營養化狀態較高的主要原因。不同地理位置、流速、水域面積、植物組合及面源污染受納面積等都會影響濕地水質富營養化狀態[28]，同樣濕地的修復方式也會不同程度地影響濕地水體污染物含量，從而使得不同濕地的富營養程度不同。從富營養化狀態結果來看，人工修復方式在一定程度上可以降低水質污染物含量，而濕地自身具有的凈化截留效果在人為干擾較小的情況下會發揮最大的作用，人為治理方式不僅會為濕地生態修復帶來顯著效果，還會為社會帶來更多的經濟利用價值。

5 結論與建議

(1) 4種濕地水體TN在0.44～3.28 mg/L，介于GB 3838—2002中的Ⅲ～Ⅴ類水質標準； TP在0.03～0.23 mg/L，介于Ⅰ～Ⅳ類水質標準。其中，低洼庫塘濕地TN、TP含量最高，人工修復湖濱濕地TN、TP含量最低，4種濕地TN、TP均在人類活動較多的湖邊、村落附近、入水口等區域含量較高。

(2) 洱海北部上游不同類型修復濕地水體N/P波動較大，不同采樣點的N/P在3.57～18.93波動，平均值為10.56，大部分采樣點N/P小于16，說明洱海北部上游濕地水體中氮含量水平較磷低，總體處于氮限制狀態。

(3) 水體富營養化綜合指數評價結果表明，研究區域大部分水體為中度營養化偏富營養化狀態，少數達到富營養化偏重富營養化狀態。4種濕地富營養化狀態為人工修復河口灘地>低洼庫塘濕地>原生沼澤濕地>人工修復湖濱濕地。

(4) 洱海北部上游濕地應采取合理的土地利用方式，調整適宜的修復模式，對于生活污水及農業生產污染物排放進行嚴格治理和管理。現存的濕地修復方式在應用時應定期檢測水體營養鹽等指標，及時調整濕地凈化截留效果，控制污染物含量；同時進一步關注人為干擾為濕地帶來的損害，保證洱海補水水源的水質，這對洱海濕地水資源可持續利用具有非常重要的實踐意義。