上海吴淞炮台湾国家湿地公园水质及沉积物调查研究

汪莉琴，刘群录

（1.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；2.上海宝绿园林绿化有限公司，上海 200940；3.上海交通大学设计院，上海 200240）

0 引言

随着我国生产力水平的不断提高，对湿地的利用也达到了前所未有的程度[1]。湿地面临着日益严重的威胁、天然湿地数量减少、湿地物种多样性受到威胁、湿地污染严重的趋势不断加剧，呈愈演愈烈态势[2]。2021年底我国出台湿地保护法，28 个省区市先后出台湿地保护法规，保护管理体系初步建立。我国城市棕地多是工厂搬迁后遗留下来的，造成城市土地资源紧张。本文以上海吴淞炮台湾湿地公园为对象，通过对炮台湾湿地公园的水质及沉积物进行调查，结合结果分析，得出相应的结论。

1 材料和方法

1.1 样地与样带的选择

针对上海吴淞炮台湾国家湿地公园的湿地部分展开研究，从人工湿地1、人工湿地2 以及滨海湿地3 个地方展开采集，共10 个采样点，从pH、溶解氧（DO）、五日生化需氧量（BOD5）、高锰酸盐、总磷、总氮6 个指标进行水质分析；从单因子指数、地累积指数、污染指数进行沉积物分析。

1.2 样方的设置与调查内容

本次调研采样点设置基于《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91—2002）、《环境监测技术规范（水和废水部分）》和《水质采样技术指导》（HJ 494—2009）等开展水质采样工作。

对于人工湿地选择其采样深度为水面下0.5m 处；对于滨海湿地，直接在样点处采集水样2L。水样采集完成后，按要求对样品统一编号，包括样品序号、监测点位、监测项目、采样日期并贴好标签，做好采样记录。运输前应将容器内、外盖改进，用采样箱装好。对每个样区采集样品，土壤采集深度与水质采集深度一致，将采集的土样装入塑封袋编号，带回实验室进行处理。

1.3 数据分析与处理

1.3.1 水质分析

本次研究在人工湿地和滨海湿地分别采样了10个采样点进行部分理化性质测定，湿地水样共选取6个指标：pH、溶解氧（DO）、五日生化需氧量（BOD5）、高锰酸钾指数、总磷、总氮。监测方法及标准如表1 所示。

表1 监测方法及标准

水质评价方法采用《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）作为水质评价标准，如表2 所示。

表2 水质评价标准

（1）溶解氧（DO）计算公式。

水中溶解氧是衡量水体自净能力的指标，测定方法为碘量法，计算公式如式（1）所示。

式中：CNa2S2O3——硫代硫酸钠摩尔浓度，0.0250mol/L；VNa2S2O3——硫代硫酸钠体积，mL；V水——水样的体积，mL。

（2）五日生化需氧量（BOD5）计算公式。

五日生化需氧量（BOD5）是水中有机物质在微生物的作用下，进行氧化分解所消耗的溶解氧量，测定方法为稀释接种法，计算公式如式（2）所示。

式中：C1——水样在培养前的溶解氧浓度，mg/L；C2——水样在培养后的溶解氧浓度，mg/L；B1——稀释水在培养前的溶解氧，mg/L；B2——稀释水在培养后的溶解氧，mg/L；f1——稀释水在培养液中占比，mg/L；f2——稀释水在培养液中占比，mg/L。

1.3.2 沉积物分析

沉积物可以反映水系状况以及水体被重金属污染的程度，是水环境重金属的指示剂[3]。本次研究共选取镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）5 个指标进行单因子污染指数、地累积指数、潜在生态风险污染指数分析。

（1）单因子污染指数法。

单因子指数法是结合实测值与标准值进行对比评判环境质量[4]，计算公式如式（3）所示。

式中，Pi——污染物i 的污染指数；Ci——污染物i 的实测浓度；Si——污染物i 的标准值。各指数标准如表3、表4 所示。

表3 土壤重金属环境质量标准值 单位：mg/kg

表4 土壤重金属污染等级划分标准

（2）地质累积指数法。

地质累积指数反映重金属分布的自然变化特征，判别人为活动对环境的影响[5]，计算公式如式（4）所示。

式中：Igeo——地质累积指数；Ci——元素i 在灰尘及土壤中的实测含量值；BEi——沉积岩中的地球化学背景值。地质累积污染指数分级评价标准表5 所示。

表5 地质累积污染指数分级评价标准

（3）潜在生态危害指数法。

潜在生态危害指数法，是依照重金属理化性质和自然环境等的特点，从沉积学学科方面提出来的，能够很好地对土壤中的重金属污染程度展开相应的评价的工作，计算公式如式（5）所示。

潜在生态危害污染指数分级评价标准如表6 所示。

表6 潜在生态危害污染指数分级评价标准

2 结果分析

2.1 水质结果分析

炮台湾公园水质整体呈弱酸性，pH 为5.980～6.910，最高值在人工湿地R1，最低值在人工湿地R4。溶解氧在4.0～7.1mg/L，最高值在滨海湿地T1 采样点，最低值在人工湿地R5，属于Ⅲ类水。五日生化需氧量（BOD5）在3.8～6.0mg/L，1 号人工和2 号人工湿地均比滨海湿地高，2 号人工湿地含量最高。其中最高值为R4，最低值为T2 与T3，最高值在2 号人工湿地，最低值在滨海湿地。高锰酸钾指数范围在5.81～13.01mg/L，其中最高值为R5，最低值为R4，最高指数在2 号人工湿地，最低指数在2 号人工湿地。人工湿地与滨海湿地的总磷整体较高，指数范围在0.113～0.200mg/L，其中最高值为R6，出现在人工湿地2；最低值为R3，出现在人工湿地1。人工湿地与滨海湿地的各个采样点的总氮波动较大，指数范围在0.336～3.872mg/L，其中最高值为T4，出现在滨海湿地；最低值为T1，出现在滨海湿地，总氮含量超出标准指标，污染较严重。

2.2 沉积物结果分析

2.2.1 单因子污染指数

在炮台湾公园土壤各个重金属的污染指数中严重的区域为人工湿地1，在该区域中Zn 污染较重，Cr、Pb、Cu 污染最轻。可以看出，Cr 污染指数在0.39～0.71，最高值在滨海湿地T1，最低值在滨海湿地T3，根据单因子污染指数分级评价标准，Cr 污染指数在清洁级别。Cu污染指数在0.01～0.15，最高值在滨海湿地T3，最低值在人工湿地R2，根据单因子污染指数分级评价标准，Cu 污染指数在清洁级别。Pb 污染指数在0.07～0.25，最高值在滨海湿地T2 与人工湿地R5，最低值在人工湿地R1 与滨海湿地T1，根据单因子污染指数分级评价标准，Pb 污染指数在清洁级别。Zn 污染指数在0.11～0.83，最高值在人工湿地R4，最低值在滨海湿地T1，根据单因子污染指数分级评价标准，Zn 污染指数在清洁级别。

2.2.2 地累积指数

炮台湾公园各重金属元素的地累积污染指数严重的区域为人工湿地1，在该区域中Cu、Pb 与Zn 污染较重，Cr 污染最轻。可以看出，Cr 地累积指数在0.34～1.20，最高值在滨海湿地T1，最低值在滨海湿地T3，根据地累积污染指数等级划分标准，Cr 污染指数在0～1级别。Cu 地累积指数在-1.48～5.84，最高值在滨海湿地T3，最低值在滨海湿地R3，根据地累积污染指数等级划分标准，Cu 污染指数在0～2 级别。Pb 地累积指数在-0.55～1.34，最高值在滨海湿地T2 与人工湿地R5，最低值在人工湿地R1 与滨海湿地T1，根据地累积污染指数等级划分标准，Pb 污染指数在0～2 级别。Zn 地累积指数在-1.97～0.92，最高值在人工湿地R4，最低值在滨海湿地T1，根据地累积污染指数等级划分标准，Zn 污染指数在0～2 级别。

2.2.3 潜在生态风险污染指数

在炮台湾公园土壤各个重金属的污染指数中污染较为严重的是人工湿地1，在该区域中Cr 污染较重，Zn、Pb、Cu 污染最轻。可以看出，Cr 污染指数在3.79～6.91，最高值在滨海湿地T1，最低值在滨海湿地T3，根据潜在生态危害污染指数分级评价标准，Cr 潜在生态风险指数风险程度为低。Cu 污染指数在0.13～2.68，最高值在滨海湿地T3，最低值在滨海湿地R3，根据潜在生态危害污染指数分级评价标准，Cu 潜在生态风险指数风险程度为低。Pb 污染指数在5.11～19.05，最高值在滨海湿地T2 与人工湿地R5，最低值在人工湿地R1 与滨海湿地T1，根据潜在生态危害污染指数分级评价标准，Pb 潜在生态风险指数风险程度为低。Zn 污染指数在0.38～2.83，最高值在人工湿地R4，最低值在滨海湿地T1，根据潜在生态危害污染指数分级评价标准，Zn潜在生态风险指数风险程度为低。

3 结语

上海吴淞炮台湾公园水质基本符合Ⅲ类水域水质标准。在水质监测项目中总氮作为首要污染物，人工湿地的含量明显大于滨海湿地，这可能与长江每日的涨潮和自净能力有关。由炮台湾湿地公园重金属监测结果可知，10 个采样点重金属含量都有所差异，其中锌的空间分布差异最大，并且人工湿地的重金属锌的含量明显高于滨海湿地。在地质累积指数评价中，污染最重的是一期人工湿地。在污染指数评价中，污染最重的是一期人工湿地，总体情况良好。

结合实验结果对湿地植物群落特征及湿地植物群落生态的多样性提出相应的建议，具体如下：①加大资金投入和扶持力度；②加强教育宣传推广；③注重湿地公园生物多样性恢复，重点保护珍稀濒危水禽；④综合整治湿地公园资源环境；⑤政府部门应明确自身管理职能，创设城市湿地公园保护和可持续利用的协调管理机制。