河北灤南濱海濕地春季水質(zhì)分布特征及評(píng)價(jià)

關(guān)鍵詞：濱海濕地;水質(zhì);統(tǒng)計(jì)分析;河北灤南

0 引言

河北灤南濱海濕地于2015年被認(rèn)定為河北省省級(jí)重要濕地。濕地由天然潮間帶灘涂與人工鹽池構(gòu)成，總面積18400hm2。濕地位于東亞-澳大利西亞候鳥遷飛帶上，優(yōu)美的環(huán)境為4種國(guó)家Ⅰ級(jí)保護(hù)鳥類、34種國(guó)家Ⅱ級(jí)保護(hù)鳥類、299種鳥類提供棲息生境，同時(shí)濕地內(nèi)還生長(zhǎng)有國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物野大豆等，灤南濱海濕地被譽(yù)為物種多樣性的寶庫[1]。近年來，由于人類的不合理開發(fā)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(dāng)人類活動(dòng)及徑流和潮汐往復(fù)活動(dòng)向?yàn)I海濕地輸入的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽超過濕地沉積物的吸附和接納能力時(shí)，營(yíng)養(yǎng)鹽達(dá)到一定條件時(shí)會(huì)釋放到地表水體中，當(dāng)水體積累到一定程度最終引起水環(huán)境惡化甚至發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化[2]。研究濱海濕地地表水體氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度是評(píng)價(jià)其水體環(huán)境質(zhì)量和了解沉積物對(duì)外源營(yíng)養(yǎng)鹽載入負(fù)荷能力的基礎(chǔ)工作。因此本研究可為該濱海濕地生態(tài)修復(fù)及保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)可為管理部門政策制定提供依據(jù)和參考，對(duì)生態(tài)文明建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)數(shù)據(jù)獲取與評(píng)價(jià)方法

1.1 研究區(qū)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(shì)北高南低，地貌類型簡(jiǎn)單，以鹽田、鹵水池、漁業(yè)養(yǎng)殖池塘等微地貌為主，地面標(biāo)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(qū)域，部分為臨濱區(qū)，因地處沿海，呈現(xiàn)暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)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?cè)照諘r(shí)數(shù)2376h。本海域風(fēng)的季節(jié)性變化明顯，常風(fēng)向?yàn)镾SW 向，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镋NE，全年平均風(fēng)速為5.30m/s。灤南沿岸屬于一個(gè)半封閉的內(nèi)陸海域，海上波浪以風(fēng)浪為主，海域潮汐性質(zhì)系數(shù)為0.77，屬不規(guī)則半日混合潮，平均潮差1.54m。本區(qū)海域潮流以漲潮和落潮的方式進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，平均流速小于0.3m/s處易形成局部淤積現(xiàn)象[3-4]。潮汐往復(fù)運(yùn)動(dòng)向?yàn)I海濕地輸入的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽超過濕地沉積物的吸附和接納能力時(shí)，營(yíng)養(yǎng)鹽達(dá)到一定條件時(shí)會(huì)釋放到地表水體中，當(dāng)水體積累到一定程度最終引起水環(huán)境惡化甚至發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化[2]。

研究區(qū)行政區(qū)劃隸屬灤南縣，其北部主要為生活居民區(qū)，西部及東南部主要為鹽田、養(yǎng)殖池塘及采田作業(yè)區(qū)，養(yǎng)殖廢水及工農(nóng)業(yè)尾水為研究區(qū)主要陸源輸入源。研究灤南濱海濕地地表水體氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度是評(píng)價(jià)其水體環(huán)境質(zhì)量和了解沉積物對(duì)外源營(yíng)養(yǎng)鹽載入負(fù)荷能力的基礎(chǔ)工作。本研究可為該濱海濕地生態(tài)修復(fù)及保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)可為管理部門政策制定提供依據(jù)和參考，對(duì)生態(tài)文明建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

1.2 樣品采集與測(cè)定

本次研究，地表水樣的采集、運(yùn)輸及保存按照《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T91-2002）[5]、《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》（HJ494-2009）[6]有關(guān)要求執(zhí)行。在采樣過程中，待水面穩(wěn)定時(shí)將采樣瓶投入水中10～20cm 位置處取樣，并避免晃動(dòng)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(yǎng)殖池塘、采油作業(yè)區(qū)等不同用地類型，根據(jù)水體區(qū)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(guī)范的前提下，樣品盡量均勻地布滿研究區(qū)，以期達(dá)到更好控制區(qū)內(nèi)地表水體質(zhì)量空間變化之目的。采樣結(jié)束后，立即擰緊瓶蓋封存，防止水體與外部空氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，并密封遮光保存。

1.3 樣品檢測(cè)方法

對(duì)所采集的30份水樣分別進(jìn)行了高錳酸鹽指數(shù)、氨氮（以N 計(jì)）、鹽度、總氮、總磷和葉綠素a等6項(xiàng)分析測(cè)試，用以綜合評(píng)價(jià)灤南濱海濕地的水體質(zhì)量。檢測(cè)方法和儀器如表1所示。

1.4 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

1.4.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法是利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分類，選取水質(zhì)最差的類別即為評(píng)價(jià)結(jié)果，單因子污染指數(shù)法是最簡(jiǎn)單的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，因而被廣泛應(yīng)用，其計(jì)算公式如下。

式中：Pi為某一評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)污染值;Ci 為某一評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度值;Co 為某一評(píng)價(jià)指標(biāo)的最高允許標(biāo)準(zhǔn)值。Pi≤1 表示水體未受污染，Pigt;1 表示水體已受到污染，其數(shù)值反映污染物的超標(biāo)程度，即水體污染的嚴(yán)重程度[7-8]。

1.4.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算的最常用的方法之一，該方法兼顧了污染指數(shù)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(shù)計(jì)算方法如下[8]。

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

1.4.3 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法是以水體中葉綠素a、氮磷總量、透明度、化學(xué)需氧量等為指標(biāo)的水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。依據(jù)湖泊（濕地）富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定（中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站）中的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，評(píng)價(jià)營(yíng)養(yǎng)化狀況。營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)公式如下。

式中：TLI（Σ）為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj 為第j 種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI（j）為第j 種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

式中指標(biāo)單位均為mg/L。采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)濕地營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)：TLI（Σ）lt;30貧營(yíng)養(yǎng);30≤TLI（Σ）≤50為中營(yíng)養(yǎng);TLI（Σ）gt;50為富營(yíng)養(yǎng);5070為重度富營(yíng)養(yǎng)，在同一營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營(yíng)養(yǎng)程度越重。

以葉綠素a為基準(zhǔn)指標(biāo)，則第j 種指標(biāo)的歸一化權(quán)重按公式（7）計(jì)算[9-10]。

式中：Wj為第j 種指標(biāo)的相關(guān)權(quán)重;rj 為第j 種指標(biāo)與葉綠素a的相關(guān)系數(shù);j 為第j 種指標(biāo)，j=1、2、3、4。

2 結(jié)果與討論

2.1 濕地營(yíng)養(yǎng)鹽、理化指標(biāo)及空間分布特征

對(duì)所采集的30份灤南濱海濕地保護(hù)區(qū)水體樣品進(jìn)行測(cè)試，水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目為高錳酸鹽指數(shù)（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(shù)、氨氮、總氮、總磷4項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)濃度進(jìn)行對(duì)比，灤南濱海濕地總氮、總磷污染程度較大，濃度超過標(biāo)準(zhǔn)濃度倍數(shù)較高，最大均達(dá)到10倍以上，高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)倍數(shù)較低，最大為4.77倍（表2），氨氮濃度均低于標(biāo)準(zhǔn)濃度，質(zhì)量較好。其中總氮、總磷超標(biāo)站位主要集中在研究區(qū)北部生活區(qū)民區(qū)，由生活污水導(dǎo)致;高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)站位主要在東北角鹽田及西部養(yǎng)殖池塘，由工農(nóng)業(yè)廢水導(dǎo)致（圖1）。

2.2 水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)

2.2.1 單因子指數(shù)法

根據(jù)表2水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，利用單因子指數(shù)法（式1）按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）[11]中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)濃度進(jìn)行對(duì)比計(jì)算灤南濕地水質(zhì)各水樣的單因子污染指數(shù)，并按照各水樣的最差污染指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)（表3）。

該濕地水質(zhì)最差污染因子為總氮，評(píng)價(jià)結(jié)果為劣Ⅴ類，總氮30個(gè)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(shù)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(píng)價(jià)結(jié)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(píng)價(jià)平均污染指數(shù)為1.70。其中總氮、總磷超標(biāo)站位主要集中在研究區(qū)北部生活區(qū)民區(qū)，由生活污水導(dǎo)致;高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)站位主要在東北角鹽田及西部養(yǎng)殖池塘，由工農(nóng)業(yè)廢水導(dǎo)致（圖2）。

整體來看，該方法雖然概念明確、計(jì)算簡(jiǎn)單，通過水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以直觀體現(xiàn)出水質(zhì)指標(biāo)污染程度，從而將計(jì)算結(jié)果中最壞的指標(biāo)評(píng)價(jià)級(jí)別作為整體水質(zhì)的評(píng)價(jià)等級(jí)。不過這種評(píng)價(jià)方法較為消極，因?yàn)樵谒性u(píng)價(jià)指標(biāo)中，只要有一項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)污染程度較大，則無須考慮余下因子的污染評(píng)價(jià)等級(jí)，得到的最終評(píng)價(jià)結(jié)果中水質(zhì)等級(jí)都比較低，因此該方法應(yīng)用于水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)一定程度上不能反映出水體的整體水質(zhì)，往往與其他方法結(jié)合使用才能發(fā)揮其效益。

2.2.2 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，分別計(jì)算出各參數(shù)單因子指數(shù)的最大值及平均值，根據(jù)內(nèi)梅羅計(jì)算公式（2）計(jì)算出灤南濱海濕地評(píng)價(jià)結(jié)果（表4），結(jié)合內(nèi)梅羅指數(shù)污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（表5），灤南濱海濕地水質(zhì)除氨氮（P 綜合lt;1）處于清潔狀態(tài)外，高錳酸鹽指數(shù)處于重污染狀態(tài)，總氮、總磷均處于嚴(yán)重污染狀態(tài)，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分別為4.83、11.05、8.07。與單因子指數(shù)評(píng)價(jià)方法相比，評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，較好地反應(yīng)了灤南濱海濕地水質(zhì)整體狀況。

該方法考慮了污染指數(shù)平均值和最高值，可以突出污染較重的污染物的作用，但當(dāng)研究樣本個(gè)體差異顯著時(shí)，導(dǎo)致單因子指數(shù)max（Pi）值較大時(shí)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)很高，整體靈敏度較差[12-14]。

2.2.3 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

評(píng)價(jià)指標(biāo)依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）[11]。根據(jù)上述綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)公式求得各因子綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（圖3），最后利用各因子不同權(quán)重（表6）計(jì)算灤南濱海濕地綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（表7），計(jì)算結(jié)果為高錳酸鉀指數(shù)（95.70）、總氮指數(shù)（83.10）、總磷指數(shù)（98.60）、葉綠素a指數(shù)（68.20），綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為80.49，灤南濱海濕地保護(hù)區(qū)存在重度水體富營(yíng)養(yǎng)化;水質(zhì)一般，淡黃色、微渾、鹽度高，僅達(dá)到地表水劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，存在水體富營(yíng)養(yǎng)化。

整體來看，卡爾森指數(shù)法是美國(guó)科學(xué)家卡爾森在1977年提出來的，這一評(píng)價(jià)方法克服了單一因子評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化的片面性，而是綜合各項(xiàng)參數(shù)，力圖將單變量的簡(jiǎn)易與多變量綜合判斷的準(zhǔn)確性相結(jié)合，與單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法相比，評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，但高錳酸鹽指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果及所占權(quán)重相對(duì)上述兩種方法提高較多[15-18]。

2.3 討論

根據(jù)不同地貌的不同人類活動(dòng)方式，對(duì)代表性區(qū)域水體30件樣品的分布位置及結(jié)果進(jìn)行分析研究，灤南濱海濕地水質(zhì)污染源主要為生活源和企業(yè)源，生活源主要為濕地西北部主要居民居住區(qū)，生活廢水是地表水污染的來源之一，企業(yè)源主要為灤南濱海濕地內(nèi)及周邊的養(yǎng)殖池塘、鹽場(chǎng)及采油場(chǎng)等工農(nóng)業(yè)廢棄水排放，是導(dǎo)致水質(zhì)狀況差及富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因;通過水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，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(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于圍海養(yǎng)殖等導(dǎo)致濕地破碎嚴(yán)重，水體連通性差，同時(shí)調(diào)查季節(jié)為春季，排水溝渠等設(shè)施堵塞，導(dǎo)致鹽度隨著水分的蒸發(fā)而逐漸升高，通過Origin軟件利用皮爾遜相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，總氮、總磷、鹽度、高錳酸鹽指數(shù)變化趨勢(shì)較為一致，呈顯著正相關(guān)。因此，受灤南濱海濕地破碎嚴(yán)重、水體流通性差等因素影響，導(dǎo)致區(qū)域鹽度，氮、磷等物質(zhì)不易擴(kuò)散，濃度增加，致使水體營(yíng)養(yǎng)鹽富集。

3 結(jié)論

濱海濕地作為一種具有多種功能和蘊(yùn)含豐富資源的生態(tài)系統(tǒng)，是人類重要的生存環(huán)境之一。濕地水體狀況是生態(tài)系統(tǒng)健康性的重要指標(biāo)之一，本次利用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)該濕地地表水進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論。

（1）灤南濱海濕地水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果顯示，高錳酸鹽指數(shù)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(biāo)準(zhǔn)濃度倍數(shù)較高，最大均達(dá)到10倍以上，高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)倍數(shù)較低，最大為4.77倍，氨氮濃度均低于標(biāo)準(zhǔn)濃度，質(zhì)量較好。其中總氮、總磷超標(biāo)站位主要集中在研究區(qū)東北角，高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)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(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果平均污染指數(shù)為1.70，高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分別為4.83、11.05、8.07，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為80.49。表明濕地水體存在嚴(yán)重污染，濕地水質(zhì)重度富營(yíng)養(yǎng)化，其主要原因?yàn)閲ｐB(yǎng)殖造成濕地破碎化嚴(yán)重，水體連通性差。污染源主要為工業(yè)源，其次為生活源。