包头市南海湿地水污染现状与防治对策研究*

樊爱萍 王晓云 于玲红 孙岩柏 殷震育 李鑫玉 李卫平#

(1.内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古 包头014010；2.包头市生态湿地保护管理中心，内蒙古 包头 014010；3.运城市建筑设计研究院，山西 运城 044000；4.包钢第一中学，内蒙古 包头 014010)

包头市南海湿地水污染现状与防治对策研究*

樊爱萍1，2王晓云1，3于玲红1孙岩柏1殷震育1李鑫玉4李卫平1#

(1.内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古 包头014010；2.包头市生态湿地保护管理中心，内蒙古 包头 014010；3.运城市建筑设计研究院，山西 运城 044000；4.包钢第一中学，内蒙古 包头 014010)

通过对南海湿地进出水和核心区进行布点采样，检测了样品的氮磷和有机污染物，分析了湿地水污染现状，同时采用内梅罗污染指数法和综合营养状态指数法对湿地水质进行评价。结果表明：南海湿地水体达到污染级别，其中湿地进水区域和旅游开发区水质达到重污染级别；南海湿地现已处于富营养型。通过分析得出水污染的原因主要是：该地区人口多，人为污染大，南海湿地补水来源受污染严重；对水质净化具有一定作用的水生植物不被收割利用，对水质造成了二次污染。最终针对南海湿地的污染状况和原因，提出了科学合理的防治对策。

南海湿地 内梅罗污染指数 富营养化评价 防治对策

湿地具有不可代替的生态功能[1-2]，被誉为“地球之肾”[3-4]。包头南海湿地位于高纬度干旱内陆地区，是包头市乃至西北寒旱地区得天独厚的宝贵资源。南海湖是包头市区唯一的天然湖泊，发挥着湿地水体净化与蓄滞洪水等功能，在保护黄河湿地生态系统、防风固沙、涵养水源等方面，都起到了非常重要的作用[5-6]。智颖飙等[7]依据环境自我调节理论(Aaia假说)和应用市场价值法对南海湿地生态功能价值进行货币化评估和研究，结果证明，南海湿地生态系统每年提供于人类的服务价值巨大；王越等[8]通过PSR模型研究发现，由于人类活动强度大、私垦现象严重、化肥使用强度高，南海湿地已处于亚健康状态；刘建龙[9]指出，南海湖水质整体较差，主要表现为TN和COD超标，而且COD超标倍数较高，各水期平均超标4.52倍。水污染现状与富营养化状况分析是掌握湖泊湿地水环境状况和进行水质管理的基础[10-11]。为了解包头市南海湿地的水污染最新状况，本研究于2015年4-11月对南海湿地进行合理布点采样，通过对水质现状及主要污染物的研究与分析，得出了南海水污染现状和水环境污染的主要原因，为南海湿地的污染治理和水环境修复提供参考依据和防治对策。

1 研究方法

1.1 监测点的设置

南海湿地各监测点位置情况见表1。

表1 南海湿地各监测点情况

1.2 样品的采集、处理

2015年春季到冬季连续8个月，每月中旬对南海湿地6个取样点进行取样，所有样品的采集使用去离子水清洗干净的聚乙烯采样瓶密封保存，带回实验室立即测定，为客观反映水质，避免偶然性，每次实验每监测点重复测定3次。

本研究采用便携式多参数水质分析仪在采样现场对DO、pH等进行检测。根据文献[12]，TN、氨氮采用碱性过硫酸钾消解—紫外分光光度法、纳氏试剂分光光度法进行测定；硝态氮、亚硝态氮的样品通过0.45 μm微孔滤膜过滤，采用紫外分光光度法和N-(1萘基)-乙二胺光度法进行测定；TP、溶解性磷采用过硫酸钾-钼酸铵分光光度法测定，其中溶解性磷测定时样品需通过0.45 μm微孔滤膜过滤，不溶解性磷通过TP及溶解性磷差值求得；COD采用微波消解法测定。叶绿素a的测定采用《湖泊富营养化调查规范》中的丙酮研磨—比色法测定：量取100 mL水样，0.45 μm有机膜过滤，用90%(质量分数)丙酮萃取，测定萃取液中叶绿素a在750、645、663、630 nm波长下的吸光度，并根据公式计算叶绿素a的含量。

1.3 水质分析标准和方法

本研究包括水污染现状分析、水质评价和富营养化评价3个方面。水质现状分析依据水质监测结果；水质评价采用内梅罗污染指数法；富营养化状况采用综合营养状态指数(TSI(chla))法。

2 结果与讨论

2.1 水污染现状分析

2.1.1 pH

监测期间，南海湿地水体pH为8.12～9.64。由图1可以看出，南海湿地水体碱度大，各监测点pH均大于8。其中，6—9月的pH平均值大于9，超过《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中pH为6～9的限值。这主要是南海湿地所在地区气温的变化和水体中水生植物繁殖共同作用的结果，包头每年这一时期的气温最高，此时CO2在水中的溶解度减小，使pH上升，并且南海湿地水体流动缓慢，易于藻类等水生植物大量繁殖，水中植物的光合作用会消耗水中的CO2导致pH的增加。10月后，气温降低且水生植物开始凋零，各监测点pH有不同程度的降低。

图1 南海湿地水体pH变化Fig.1 pH in the Nanhai wetland

2.1.2 各形态氮含量

南海湿地硝态氮为0.823～4.908 mg/L，超过了TN的50%(见图2)；亚硝态氮最低，为0.062～0.141 mg/L，只占TN的2.66%。南海湿地TN主要来源于生活污水和地表径流引入的农业污染物。经检测，进入南海湿地的生活污水氮的赋存形态以硝态氮和氨氮为主，农业污染物中的氮主要以铵态氮和硝态氮的形式存在。硝态氮高一方面来源于生活污水和农业污染物；另一方面水中DO含量高，有利于氨氮和亚硝态氮转化为硝态氮。而且，湿地pH在9左右，水中氨氮的挥发速率较大，一部分氨氮以气态形式挥发离开湿地系统[13]，导致氨氮偏低。

图2 南海湿地不同形态氮质量分数Fig.2 Percentage of different forms of nitrogen in Nanhai wetland

2.1.3 各形态磷含量

南海湿地水体中不溶解性磷为0.10～0.26 mg/L，约占TP的89.4%(见图3)。溶解性磷较少，为0.006 7～0.036 0 mg/L，约占TP的10.6%。南海湿地水体中磷的来源与TN相同，经检测，进入南海湿地的污水中TP约为1.0 mg/L，溶解性磷约为0.1 mg/L，以不溶解性磷为主。磷肥施入土壤后，没有被植物吸收的部分，很快与土壤发生理化反应，转化成难溶性磷酸盐[14]，随着地表径流进入湿地水体。而且，湿地中的水生植物主要利用溶解性磷合成各类供生命活动需要的化合物，从而降低了水体中溶解性磷的含量。因此，南海湿地的磷主要以不溶解性磷的形式赋存。

图3 南海湿地不同形态磷质量分数Fig.3 Percentage of different forms of phosphorus in Nanhai wetland

2.1.4 COD

4月，水体COD因受冰封期融水COD释放效应等影响，处于相对特殊的状态，暂不做研究。根据图5，5—11月COD均值分别为90.21、87.08、103.54、88.98、94.13、76.70、140.27 mg/L，各监测点的COD基本都超过了GB 3838-2002中Ⅴ类限值(40 mg/L)。由此可见，南海湿地水体受有机污染严重。这主要是由于黄河水量减少，湿地主要依靠东河补水，而东河接纳了周边工业废水和生活污水，因此受污染的东河水体增加了南海湿地的水质负重。

图4 南海湿地COD变化Fig.4 The variation of COD in the Nanhai wetland

N1、N3、N6点COD较其他点低，主要原因是N1、N3点生长大量芦苇，N6点生长大量香蒲，一方面植物本身能吸收部分有机污染物，另一方面植物根系微生物能促进有机污染物质分解，提高COD的净化能力。N2虽然也生长大量植物，但是地势原因导致水动力条件较差，故COD偏高。10月后，各点COD都升高，基本都在11月达到最大值，经分析主要是因为冬季温度降低，植物死亡，水生植物对有机污染物的降解最弱，使南海湿地COD升高。

2.2 水质评价

内梅罗污染指数(IP)的计算见式(1)，其中标准值采用GB 3838-2002中的Ⅲ类限值(即pH为6～9，DO、COD、氨氮、TP、TN分别为5、20、1.0、0.2、1.0 mg/L)。内梅罗污染指数对应水质等级为：≤1，清洁；>1～3，轻污染；>3～5，污染；>5～8，重污染；>8，严重污染。

(1)

从表2可以看出，污染指数最大值主要集中在COD和TN，说明南海湿地的COD和TN对水体的污染最显著。南海湿地各点内梅罗污染指数为3.68～5.03，其中N1和N4点内梅罗污染指数大于5，达到重污染级别，其他监测点在3～5，为污染级别。从空间上分析，N1为南海湿地的进水区域，N4虽然是南海湿地的旅游开发区，但是在本课题的调查中发现，在N4附近有排污暗口将污水排入南海湿地，因此N1和N4污染物浓度高，水体污染程度严重；N2、N3、N6点均有大量的芦苇和香蒲等水生植物，这些植物对水体中的氮磷污染物具有一定的降解作用，并且污水进入湿地后经沉降、过滤等过程使得水质得到净化。

表2 各采样点水质指标的均值、内梅罗污染指数及水质等级1)

注：1)水质指标均值单位均为mg/L。

表3 各监测点叶绿素a均值、TSI(chla)及富营养程度

2.3 富营养化评价

TSI(chla)计算见式(2)，其分级的富营养程度为：≤37，贫营养型；>37～53，中营养型；>53，富营养型。

(2)

式中：T为TSI(chla)；c为叶绿素a质量浓度，mg/m3。

根据藻类生长状况，对各监测点6—11月的富营养程度进行评价。从表3可以看出，南海湿地各监测点均为富营养型。主要是由于南海湿地水流缓慢，水动力条件差，并且南海湿地周边多为居民区，生活污水的无序排放增加了南海湿地氮磷的累积；多年来由径流带入湿地的水体污染物总量大大超过了水体的自净能力。通过监测数据可知，湿地水生植物对湿地水质的净化有不可小觑的作用，但是南海湖内对氮磷有去除作用的芦苇、香蒲覆盖率较低，由于产量低而不被收割利用，反而会对水质造成二次污染。污染物长期在水体中累积、沉积导致沉积物在水环境中释放污染物，使底泥也成为了南海湖的内源污染贡献者。

3 南海湿地水污染防治对策

(1) 禁止周边未达标污废水进入湿地，降低COD、TN、TP的点源污染。根据南海湿地水污染现状分析结果可知，监测期间COD、TN、TP均超过GB 3838-2002中Ⅴ类限值。内梅罗污染指数评价得出，包头南海湿地水体达到污染和重污染级别，其中COD、TN对污染的贡献值最高。本研究小组在对湿地水体监测期间发现，湿地附近有污水排入湿地水体，因此湿地管理部门应加强湿地保护队伍，禁止未达标废水进入湿地。

(2) 增加水生植物的密度，定期对水生植物进行修剪与收割。在N1、N3、N6等植被丰富的监测点COD、TN、TP较其他监测点低，可见南海湿地内的水生植物对水质的净化有一定的作用。但是，湿地内的水生植物没有统一管理种植收割。因为水生植物的产出较少，不被收割利用容易对水质造成二次污染，所以要增加水生植物的密度，定期进行修剪与收割，不仅可增加湿地景观的美化效果，还可净化水质，避免二次污染。

(3) 加强实时监测，定期取样检测，及时发现、解决问题。监测期间南海湿地各监测点均为富营养型。因此，建立科研监测点，定期对湿地水体进行取样检测，保证湿地水环境稳定健康，发现水质问题后，快速分析问题原因，及时解决。

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WaterpollutionanditspreventioncountermeasuresofNanhaiwetland，Baotou

FANAiping1，2，WANGXiaoyun1，3，YULinghong1，SUNYanbai1，YINZhenyu1，LIXinyu4，LIWeiping1.

(1.SchoolofEnergyandEnvironment，InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology，BaotouInnerMongolia014010；2.BaotouEcologicalWetlandConservationandManagementCenter，BaotouInnerMongolia014010；3.TheArchitecturalDesignResearchInstituteofYunchengCity，YunchengShanxi044000；4.BaogangNO.1HighSchool，BaotouInnerMongolia014010)

Site sampling was carried out in the inlet，core area and outlet water of Nanhai wetland. The nitrogen and phosphorus contaminants and organic pollutants were tested. The wetland pollution status was analyzed. Meanwhile，the water quality was evaluated with Nemerow Pollution Exponential and Eutrophication State Index methods. The results showed that：the water of Nanhai wetland had reached the contaminative level with its inlet water and the tourism development zone being severely contaminated；the wetland had reached the eutrophic state. The reasons for this were as follows: large population surrounding the area，the serious man-induced contamination and thereby heavily polluted make-up water resources；the secondary pollution was generated because the aquatic plants，which work in the water purification process，were not harvested in a timely manner. Based on all these factors，scientific and practical water contamination prevention countermeasures for Nanhai wetland have been put forward for consideration in this essay.

Nanhai wetland； Nemerow Pollution Exponential； eutrophication assessment； water contamination prevention countermeasures

樊爱萍，女，1966年生，本科，高级工程师，主要从事湿地环境保护的研究。#

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*国家自然科学基金资助项目(No.41263010)；内蒙古包头黄河湿地生态系统国家定位观测研究站运行研究项目(No.2017-LYPT-DW-007)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.12.010

2016-05-23)