黄河口滨海湿地水质污染物现状研究

刘 峰 ,李秀启 ,董贯仓 ,秦玉广 ,陈有光 ,王志忠 ,王 芳 (.山东省淡水水产研究所,山东 济南5003；.中国海洋大学教育部海水养殖重点实验室,山东 青岛 66003)

黄河口滨海湿地水质污染物现状研究

刘 峰1,2,李秀启1*,董贯仓1,秦玉广1,陈有光1,王志忠1,王 芳2(1.山东省淡水水产研究所,山东 济南250013；2.中国海洋大学教育部海水养殖重点实验室,山东 青岛 266003)

于2009年5月(枯水期)、8月(丰水期)和11月(平水期)在黄河入海口滨海湿地典型水域选取14个调查站点采集水样,测定水体营养盐、重金属、石油类等22项污染指标,采用内梅罗指数和综合营养状态指数评价法对水质污染现状进行研究和评价.结果表明,滨海湿地整体水质属于轻度富营养化水平,并呈现逐年加剧趋势.湿地湖泊、黄河故道、国家自然保护区、养殖池塘等静态水域污染较轻,以广利河、挑河、神仙沟、小岛河、孤东油田排涝沟为代表的支流水体污染较重,明显超过黄河主干河道.调查发现滨海湿地水体主要污染物为TN、TP、石油烃、Hg、NH4+-N、UIA和Chl-a等.与历史数据对比,湿地水体氮磷污染明显加剧,石油烃和Hg污染未见显著增长,其他重金属含量均未超标,整体水质污染形势不容乐观.

黄河口滨海湿地；水质污染；内梅罗指数；综合营养状态指数

黄河三角洲湿地是黄河携带大量泥沙填充渤海凹陷形成的新生湿地,位于山东省东营市黄河入海口处,是中国暖温带地区最完整、最广阔、最年轻的新生湿地生态系统[1].湿地内共计大小河流100多条,蓄水库500多座,较大湖泊3个,淡水资源面积高达 15.0×104hm2,在维护生态平衡、保障生态环境及协调经济发展方面发挥着重要作用[2].目前关于黄河三角洲湿地的研究多集中在近岸海域水体污染调查和湿地生态功能保护上,对滨海湿地水质的整体调查和研究主要是对各入海河口、淡水湖泊和养殖池塘等水域的单独调查和分散研究[3-5],难以系统反映湿地水体的整体污染状况.近年来由于受黄河断流、人口增多、城市污染和工农业及油田开发等因素影响,湿地水体质量明显下降,污染呈现加剧趋势,水生生物多样性降低,湿地面积持续萎缩,导致湿地生态服务功能退化问题日益突出[1,4].因此对黄河口滨海湿地进行水质污染现状调查尤为重要.本研究选取了黄河口滨海湿地具有代表性的湖泊、河流、养殖池塘和湿地苇塘等水域共计14处,进行水体营养盐、重金属和石油烃等污染物调查,分析湿地整体水体质量现状及其对水生态环境带来的危害,以期为黄河口滨海湿地湖泊、河流、养殖池塘和湿地苇塘等典型水体的保护和利用提供理论基础依据.

1 材料与方法

1.1 调查布局

在黄河口滨海湿地水域选取14个调查站点,详见图1.

图1 黄河口滨海湿地调查站点地理位置分布Fig.1 Samplings location in coastal wetland of Yellow River estuary

具体样点如下:1#挑河刁口桥,2#黄河故道,3#孤北水库,4#神仙沟五号桩,5#孤东油田排涝沟,6#自然保护区苇塘,7#黄河入海口清八浮桥,8#保护区芦苇湿地,9#小岛河夏镇拦河闸,10#海参养殖池塘,11#广利河明海闸,12#河蟹养殖池塘,13#天清湖,14#胜利浮桥.

1.2 实验方法

分别于2009年5月(枯水期)、8月(丰水期)和11月(平水期)在黄河口滨海湿地14个站点采集水样.使用 5L有机玻璃采水器采取水体表层约0.5m深度的水样,现场测定水体温度(T)、pH值、溶解氧(DO)和透明度(SD),水体营养盐、悬浮物(SS)、叶绿素a(Chl-a)、硫化物(SO42-)、汞(Hg)、锌(Zn)、砷(As)、铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)和石油烃等指标按国家标准[6-7]现场固定后,立即送到滨州海洋监测站分析测定.测定水质指标共22项.

1.3 检测与评估标准

测定方法参照《中国环境保护标准汇编-水质分析方法》[6]、《海洋监测规范》[7]、《湖泊富营养化调查规范》[8]和非离子氨查表法[9];评价方法参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类标准、中华人民共和国海水水质标准(GB3097-1997)、内梅罗指数法[8](表1)和《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》中的综合营养状态指数法[8](表2).

表1 内梅罗指数污染等级划分Table1 Pollution classification of Nemero Index method

表2 淡水湖泊(水库)营养状态分级Table 2 Classification standard of lake (reservoir) trophic level

1.4 数据处理

数据统计分析与图表处理采用SPSS 16.0、Adobe Photoshop11.0等软件,以P＜0.05作为差异显著性标志.

2 结果

2.1 实验结果

由表3可知,各站点水体pH值含量接近,呈弱碱性.DO含量较高,符合Ⅱ类水质标准(4#为Ⅲ类). 8月DO含量显著低于5月和11月(P＜0.05).

表3 调查水体各指标平均值及内梅罗指数评价结果Table 3 Results of Nemero index in the sample water

TN年平均含量为4.3mg/L,其中10#年均值属于地表水环境质量标准中的II类,2#、8#样点年均值属于Ⅲ类,3#、6#和 13#为Ⅳ类,12#为Ⅴ类,其他均属劣Ⅴ类水质,占 50%;TP年平均含量为0.21mg/L,2#、3#、9#为湖、库标准III类:6#、8#、10#、12#、13#为湖、库标准IV类,4#为V类,其他站点均属劣Ⅴ类; NH4+-N平均含量为0.9mg/L,5#和 11#为劣Ⅴ类,4#为Ⅳ类,其他均符合Ⅲ类标准;非离子氨(UIA)平均含量为39.5μg/L, 4#、5#、8#、9#、10#和13#为Ⅲ类,其他均为Ⅴ类; COD平均含量为 7.6mg/L,所有样点年均值均在 II类标准类.Chl-a平均含量为 12.0μg/L,5#最高为Ⅴ类.除DO外,上述指标季节性差异均不显著(P＞0.05).

水体Cu、Pb和Cd含量均未检出.Hg平均含量为0.38μg/L,除10#和12#未检出外,其他均为劣Ⅴ类.石油烃类平均含量0.21mg/L,5#为劣Ⅴ类, 1#、4#、6#、9#和11#为Ⅳ类,其他均未超过Ⅲ类水质标准.

2.2 评价结果

2.2.1 内梅罗指数评价结果 内梅罗指数评价结果(表 3)表明滨海湿地整体水质受到明显污染,周年污染等级为Ⅴ类.不同季节污染水平较为接近,平均污染指数11月＞8月＞5月.湿地水体氮磷污染严重,TN和TP周年污染指数分别为4.39和4.14,周年超标率为 83.33%和 78.6%;其次为石油烃类,周年污染指数为4.17,超标率为54.8%;再次为重金属Hg污染,周年污染指数为3.76,其他重金属含量都远低于标准值.NH4+-N、UIA、Chl-a和COD均存在不同程度的超标现象,其他指标I值均较低.

周年污染等级结果显示,静态水域水质较好,如 10#海参池塘,12#河蟹池塘为Ⅱ类轻污染,但COD超标较明显;2#黄河故道、6#保护区苇塘、8#保护区湿地、9#小岛河夏镇拦河闸、13#天清湖为Ⅲ类污染,其他均为Ⅴ类恶性污染.黄河流域水体水质较差,主要污染因子为TN和TP.如1#挑河刁口桥、4#神仙沟五号桩、5#孤东油田排涝沟、7#黄河胜利浮桥、11#广利河明海闸、14#胜利浮桥三次调查均为Ⅴ类污染,其中5#周年污染指数最高,为25.01.3#孤北水库11月为Ⅳ类污染,5月和8月为Ⅴ类污染, 主要污染因子为UIA.

2.2.2 富营养化评价结果 由表4可知,湿地水体全年为轻度富营养化水平,5月水体为中营养水平,8月和11月为轻度富营养化.2#黄河故道、8#保护区湿地水质较好,为贫营养水平;3#孤北水库、6#保护区苇塘、7#清八浮桥、10#海参池塘、12#河蟹养殖池塘和 13#天清湖水体为中度营养水平;1#挑河刁口桥、9#小岛河夏镇拦河闸和14#黄河胜利浮桥为轻度富营养化;4#神仙沟五号桩为中度富营养化;5#孤东油田排涝沟和 11#广利河明海闸为重度富营养化.在总共 42组数据中,5/42为重度富营养化,5/42为中度富营养化,7/42为轻度富营养化,20/42为中度营养水平,5/42为贫营养水平,说明黄河口滨海湿地整体水质富营养化问题较为突出.

表4 调查水体营养状态分级Table 4 Classification of trophic level in sampling water

3 讨论

3.1 黄河口滨海湿地水质污染物变化及其原因

3.1.1 时空变化 申保忠等[2]、潘怀剑等[5]20世纪90年代调查就发现,黄河故道未受明显污染,孤北水库等静态水体仅为轻度污染,相对黄河流域及其支流河道水质明显较好,这与本调查结果相符.和20世纪90年代相比,黄河故道和天清湖已为污染状态,孤北水库已为恶性污染,污染呈现加剧趋势,主要超标因子仍为TN、TP、NH4+-N、NH3

--N和石油烃,说明近年来湿地尚未出现新的污染源.

黄河流域调查结果显示,90年代广利河为重污染,挑河为严重污染,主要超标因子为NH4+-N和石油烃(当时均未作TN、TP检测),2009年调查结果发现支流水体污染明显加剧,均为恶性污染,超过黄河主干河道,主要超标因子有TN、TP、Hg和石油烃,污染指数较以前有显著增加.如孤东油田排涝沟污染最重,污染指数高达 25.01;小岛河污染最轻(2.64),挑河和广利河还存在NH4+-N、NH3--N含量明显超标现,与申保忠等[2]和潘怀剑等[5]的调查结果吻合;而刘成等[10]2001年调查也证明,黄河诸河口水污染多超过地表水Ⅴ类标准,主要污染物为Hg、N和P,其他污染物含量均在地表水Ⅱ类标准以内,与本调查结果相符合.这些都说明近年来黄河水质污染状况日趋严重.

上世纪末黄河流域水体和沉积物均已开始出现不同程度石油烃和 Hg污染残留[11-12],对比上世纪90年代较高的背景值,发现黄河口湿地水体石油烃和 Hg污染增加速度较为缓慢,说明近年来对石油烃和重金属污染控制效果较好.石油烃和 Hg污染能通过食物链的逐级传递,最终都会在黄河入海口滨海湿地水体、土壤及生物体内大量富集,会影响到黄河口周围生态环境安全及生物机体健康.

3.1.2 变化原因 黄河口湿地水域污染逐渐加剧的主要原因有三个:第一,水域附近的工厂污染排放和生活污水汇集,这可能是导致黄河流域污染的主要原因;第二,地表水带入地表径流导致污染富集,这可能是静态非养殖水域,尤其是靠近农田、油田等污染源地区水域污染的主要原因,第三,高密度养殖导致养殖水域N、P富集,包括水库、池塘和河道网箱养殖区.主要针对传统对虾和鱼类养殖,而刺参养殖作为新兴高效生态养殖新品种,对池塘和外环境水体N、P污染压力较低[5,13].

陈为峰等[1]认为小清河和广利河是湿地内黄河流域的重要污染源.如广利河、挑河、神仙沟、小岛河、孤东油田排涝沟为代表的支流水体污染较重,明显超过黄河主干河道,主要是从上游到下游河流沿岸的工厂污染排放和生活污水汇集造成的.其中孤东油田排涝沟受到外源排放污染最为严重.另外地表水径流和养殖污染也是影响流域水质的重要因素之一.挑河和广利河NH4+-N含量超标可能与水体及底质污染负荷密切相关.因为二者是反映水体负荷的重要指标,说明挑河和广利河水体可能存在负荷及生物排泄作用积累较高的问题.

湖泊水库、养殖池塘、保护区等静态水域主要受地表水径流和养殖的污染影响,受工农业排放污染影响较小.如农业灌溉时节河水引进农田,农业退水和雨季水土流失导致大量的有机物质随地表径流重回河流造成污染.近年来水库养鱼规模不断扩大,饵料和肥料投放过多,加上养殖生物排泄不断积累会导致水质恶化,这正是孤北水库、河蟹养殖池塘水质污染相比天清湖严重的主要原因.保护区内水体污染相对较轻,与芦苇湿地对石油烃、水体N、P具有较高的截留和降解作用有关[14-15].作为黄河三角洲最大的沼泽植被类型,芦苇群落在蓄水调洪、补充地下水、维持区域水平衡、净化环境和保护生物多样性等方面均具有重要意义[15].

3.2 富营养化原因分析

富营养化是径流对地表冲刷和淋溶及排放废污水携带营养物质的大量汇集,使水体 N、P等营养元素严重超标造成[16].主要发生在淡水湖泊、水库、江河和沿海海水等[17].近年来黄河口及其近岸海域赤潮发生的次数也明显增多[18],高发期在夏季6～9月[19].1990年至2004年上半年渤海海域共发现赤潮83起,累计面积达3万km2.仅2002～2003两年间渤海共发生赤潮26次,影响面积近800km2.赤潮降低海域水体DO,产生大量毒素破坏生物链,降低海域浮游生物数量及其物种多样性,对渔业资源、生态系统、人类健康和旅游业都产生了巨大危害[20].

对比历史数据和查阅相关文献可以发现,黄河流域水体、黄河口陆源排污和地表径流带来的大量营养物进入附近海域,是黄河口及其附近海域赤潮频发、渤海近岸生态环境受到破坏的主要

原因.事实上黄河口及其近岸海域富营养化原因较为复杂.首先,工农业污染、生活垃圾污染等都是滨海湿地陆源污染;其次,黄河径流量的减少甚至断流对黄河口海域环境变化起着至关重要的作用[21-23].黄河入海水量从20世纪70年代开始逐年减少,至2000年以后仅为上世纪60年代的十分之一[24-25].海平面上升和蚀退作用使湿地逐渐被侵蚀,水体面积缩小,富营养化程度加剧,自净功能逐渐减弱.黄河断流和海岸侵蚀还会引起湿地水体和土壤的温度变化和盐分失衡,导致部分湿地植被出现提早衰亡、过渡和演化现象,改变湿地原有的植被格局[26-28].再次,渤海湾特殊的自然地理条件对有机物的矿化及营养盐的再生极为有利也是一个重要原因[18].

4 结论

4.1 黄河口滨海湿地整体水质属于轻度富营养化水平.静态水域污染较轻,主要是受到地表径流及养殖排放水污染所致.支流水体污染较重,主要是河流沿岸排放工农业及生活污水汇集造成.陆源排放和地表径流污染是湿地富营养化的主要原因.

4.2 水体主要污染因子为 TN、TP、石油类、Hg、NH4+-N、NH3--N和Chl-a等.与历史数据对比,水体N、P污染加剧,石油类和Hg污染未见显著增长,其他重金属含量均未超标.

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Water pollution of Yellow River estuary coastal wetland.

LIU Feng1,2, LI Xiu-qi1*, DONG Guan-cang1, QIN Yu-guang1, CHEN You-guang1, WANG Zhi-zhong1, WANG Fang2(1.Freshwater Fisheries Research Institute of Shandong Province, Jinan 250013, China；2.Key Laboratory of Mariculture, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003, China). China Environmental Science, 2011,31(10)：1705～1710

14 representative water-sample sites were selected around the coastal wetland of Yellow River Estuary and three times surveys were carried out on May (dry period), August (wet period) and November (level period), respectively. 22 pollution indexes such as nutritive salt, heavy metal, petroleum etc. were measured. The pollution status was assessed with Nemero Index and comprehensive nutritional status index (TLI). The results showed that the water quality of coastal wetland was light eutrophication and deteriorated with each passing year. The slight pollution sites were found at wetland lakes, Yellow River old course, the national nature reserve, culture ponds and other static state water area, whereas the tributaries like Guangli River, Tiao River, Shenxiangou River, Xiaodao River and Gudong oil fields drainage ditch were serious polluted which were more serious polluted than the Yellow River. TN, TP, NH4+-N, UIA, Chl-a and petroleum were main pollutants at coastal wetland. As for the pollution of nitrogen and phosphorus, comparing with historical data, deteriorated significantly. The whole water quality was not optimistic in Yellow River estuary, although no significantly increase of petroleum pollutants and Hg pollution and no detection of other heavy metals.

coastal wetland of Yellow River estuary；water pollution；Nemero index；nutritional status irdex (TLI)

X508

A

1000-6923(2011)10-1705-06

2011-01-13

国家海洋公益性行业专项(200805070,200905009-5)

* 责任作者, 副研究员, lixiuqi2004@yahoo.com.cn

致谢：本实验的现场采样工作由东营市海洋渔业局水产研究所协助完成,在此表示感谢.

刘 峰(1983-),男,山东烟台人,中国海洋大学博士研究生,主要从事水域环境生态学研究.