会仙岩溶湿地水质监测及评价

2018-04-19陈瑞红莫德清李金城邓志强王厚峰秦云红秦继华

山东化工 2018年6期

陈瑞红，莫德清*，李金城，邓志强，王厚峰，秦云红，秦继华

(1. 桂林电子科技大学生命与环境科学学院，广西桂林 541004；2. 桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林 541004；3. 桂林市临桂区会仙湿地公园管理局，广西桂林 541100)

湿地被誉为地球之肾，近年来随着人类对湿地的开发与利用，湿地系统遭到严重的破坏，很多学者对我国的湿地保护做出了系列的研究[1-2]。会仙湿地位于桂林市临桂县会仙镇与四塘乡之间，是典型的亚热带风貌岩溶湿地，具有重要的研究意义。据蔡德所，马祖陆等人的研究，1970年以前会仙湿地面积约为25km2，后因周边居民的生产生活，使过多的养殖垃圾、生活垃圾、生活污水排入湿地，导致湿地遭受严重的破坏和污染，面积锐减至6km2[3]。近些年来，湿地保护受到政府的高度重视，会仙湿地已被列入全国三大湿地保护与修复水工程之一，桂林临桂县委、县政府完成了《会仙湿地修复水工程规划报告》、《广西桂林市水生态系统保护与修复项目会仙湿地修复近期水工程设计报告》和《会仙湿地修复水工程建设征地专题报告》等前期工作，并进行了有效的实施[4]。会仙岩溶湿地在2012年获国家林业局批准建立为"广西桂林会仙喀斯特国家湿地公园"并列入国家湿地公园试点[5]。文云峰、戴英历、吴应科等人已对会仙湿地的生态问题、水体富营养化做出相关研究[6-8]。程亚平、蒋亚萍等人对近年来会仙湿地退化的程度与原因做出进一步的研究[9]。

本研究以会仙湿地为对象，在毛家码头，穿过睦洞湖至龙头山水域及七星码头至古桥之间水域进行基本水质调研，设置十个采样点，测定水样中DO，COD，氨氮，总氮，总磷，高锰酸盐指数，叶绿素a等7项指标。结合当地排污情况，选取DO，COD，氨氮，总氮，总磷，高锰酸盐指数作为参评因子[2]，采用单因子水质标识指数评价法，研究睦洞湖、七星码头水域生态环境。了解湿地水质状况并对水质作出科学评价，为会仙湿地水质的保护、研究以及进一步的治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 采样点布设

依据相关的水质监测资料，结合会仙湿地的地理特征、人文背景以及水域污染状况，本文选择睦洞湖以及七星码头水域作为此次研究的水质监测流域。根据岸段状况和水体流向在监测区域设置10个采样点，见图1。

1.2 采样时间确定

实验水域处于丰水期、平水期、枯水期时进行采样。根据走访村民、查阅资料了解当地流域的水文状况，以及2015年10月至2016年5月之间的水位变化及温度变化，选定2016年1月16日、3月12日、3月25日以及4月21日作为采样时间，分别对应丰水期一、枯水期、平水期、丰水期二的水质。

图1 会仙湿地水域采样点设置Fig.1 The setting of sampling points in Huixian karst wetland

1.3 监测项目及检测方法的确定

以国家颁布的《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，《生活饮用水卫生标准检验方法》(GB/ T5750- 2006)等标准为依据，结合刘巍等人的研究[10]以及会仙岩溶湿地的具体情况，确定此次水质监测项目包括：DO，COD，氨氮，总氮，总磷，高锰酸盐指数，叶绿素a。在水深0.3～0.5 m处，用500mL聚乙烯瓶采集水样，根据国标法进行定样和预处理[11]，所有水样采集后贴好标签带回实验室按要求保存。所有指标分析采用国家标准，并在两天内完成测量，样品测量设置三个平行样。各指标具体的分析方法见表1。

表1 检测方法Table 1 The detection methods

1.4 水质评价方法

常见的水质评价方法有水质标识指数评价法，模糊综合评判法，灰色关联分析法及人工神经网络法[12-14]。结合各个方法的特点，本文采用水质标识指数评价法评价水质[15]。

水质评价方法采用徐祖信提出的单因子水质标识指数评价法，单因子水质指数P由三位有效数字组成,表示为：Pi=X1.X2X3式中:X1代表该项水质指标的水质类别；X2代表该水质监测数据在X1类水质区间中所处的位置，为百分数首位四舍五入得来；X3代表水质类别与水体功能区类别的计较结果[16]。

2 水质监测结果与讨论

2.1 各采样点pH值变化的分析

由图2可知，监测水质除平水期pH值较低外，pH值基本稳定。其中丰水期二中第1监测点pH值偏高是因为人类活动向水体中排放大量碱性物质，属于偶然现象。枯水期第七、八、九、十采样点pH值偏高，可能与植物的光合作用以及氨氮的含量有关。

图2 pH值动态变化Fig.2 The dynamic change of pH

2.2 DO值变化分析

由图3可知，各监测点，丰水期一、枯水期DO值较高。这可能是由于，丰水期一降水中含大量溶解氧，且当时温度下，水生动植物作用较缓慢，导致水中溶解氧含量丰富。枯水期，水体表层下降，大气复氧作用能影响底部的溶解氧浓度，且随着光照强度增加，底部的水生植物光合作用增强，使水体的DO浓度保持在不低的水平。平水期与丰水期二DO值较低，这是由于湿地中水生动植物大量繁殖，消耗大量的氧气，且阴雨绵绵，光合作用较少，使DO值降低。

图3 DO值动态变化Fig.2 The dynamic change of DO

2.3 COD值变化分析

由图4可看出，平水期COD含量最低，是因为水中微生物大量繁殖，消耗有机物。丰水期一和枯水期COD浓度较高，可能是由于，丰水期一水体中不仅含有固定排放的有机污染物，还有雨水冲刷带入的有机污染物，这些污染物在低温环境下降解受到抑制，导致水体COD浓度升高。枯水期，生活污水和养殖废水的固定排放使水体中有机污染物量保持一定的水平，而水量的减少使得其浓度升高，影响COD的浓度。湿地周边人为活动频繁使丰水期二COD含量升高。枯水期第二监测点COD浓度大幅度上升，可能是因为古桂柳运河上游突然大量排污导致的。监测点七的整体COD值水平较高，是由于该监测点在污染源附近。

图4 COD值动态变化Fig.4 The dynamic change of COD

2.4 氨氮含量变化分析

由图5可知，氨氮含量较为稳定，丰水期二氨氮含量最高，是由于当时的环境有利于含氮有机物分解为氨氮。枯水期COD水质较差微生物降解速率慢，氨氮含量最低。第六采样点枯水期，氨氮含量升高是由养殖场废水排放导致的。采样点七的氨氮含量较为异常，可能因为该点处藻类或其他水生植物较少，又有不断的生活排污、畜禽粪便进入，导致氨氮的量一直居高不下，在枯水期时的水位大量下降，但是污染来源不断，其浓度值是最高的。采样点八平水期氨氮含量上升，可能是周边居民突然排污造成的。

图5 氨氮含量动态变化Fig.5 The dynamic change of ammonia nitrogen's content

2.5 总氮含量变化分析

由图6所示，总氮含量较为稳定。但采样点七至采样点十，枯水期的总氮含量异常升高，可能是因为水位下降，而人们的生活污水、畜禽养殖粪便等污水不断排入湿地，再加上低温情况下易使底泥释放氮磷且氮沉降较慢，最终导致总氮含量上升。

2.6 总磷含量变化分析

由图7可知，监测水域总磷含量较低且比较平稳，丰水期一总磷含量最高，这是由于降水将含磷物质从农田，垃圾堆放处带入河流，影响总磷含量。枯水期总磷含量最低，这是由含磷物质被分解导致的。平水期第四采样点总磷含量较高的原因在于人类收虾笼的活动搅动底泥，释放了底泥中的含磷物质。采样点七在平水期与丰水期二，人类活动频繁，使总磷含量升高。

图6 总氮含量动态变化Fig.6 The dynamic change of total nitrogen's content

图7 总磷含量动态变化Fig.7 The dynamic change of total phosphorus's content

2.7 高锰酸盐指数变化分析

高猛酸盐指数与水中的有机质含量有关。如图8所示，高锰酸盐指数基本趋于稳定，丰水期一略高，平水期和丰水期二较低，这与有机污染物浓度和微生物降解活性有关。采样点六、七、八枯水期高锰酸盐指数异常升高，这是由污染物排放及水位下降引起的。

图8 高锰酸盐指数动态变化Fig.8 The dynamic change of permanganate index

2.8 叶绿素a变化分析

图9 叶绿素a含量动态变化 Fig.9 The dynamic change of chlorophyll a's content

叶绿素a的浓度由水中的浮游生物、藻类和绿色植物等决定。由图9所示，叶绿素a浓度基本稳定，各采样点按丰水期一、枯水期、平水期、丰水期二依次递增，这是由于当营养物质丰富，DO充足时，水生浮游植物的生长受温度影响较大。采样点七至采样点十，平水期叶绿素a含量异常升高，是由气温回升，浮游生物大量繁殖导致的。

2.9 水质综合评价与分析

根据会仙湿地的功能，以《地表水环境质量标准》II类水质作为评价标准，采用单因子水质标识指数法，选取DO，COD，氨氮，总氮，总磷，高锰酸盐指数作为参评因子，对会仙湿地进行水质评价。表二至表五的评价结果显示：(1)七星码头断面、龙头山、毛家码头以及睦洞湖靠近污染源水域采样点，水质超出其功能水域标准，达到IV、V类水质。这与生活污水、畜禽粪便、生活垃圾及其他废弃物、农业面源污染的排放有关。(2) 距离码头越远，或者靠近睦洞湖中心的水质逐渐变好，达到其功能水域标准，说明会仙湿地水体自净功能保存完整。