杭州西溪湿地水体中氮时空分布及污染评价
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摘要：于2011年4、7、9和11月对西溪湿地的11个采样点水样进行了不同形态氮含量的测定，分析了TN、NH3-N及NO3--N的空间分布及季节分布特征。结果表明，湿地公园出入水口附近的采样点水体中氮含量总体较高；西溪湿地水体中TN和NH3-N含量分别在11月份和9月份时达最高值，但均在4月份时最低，而NO3--N含量分别在11月份和7月份达至最高和最低水平；西溪湿地水质表现为季节性的TN和NH3-N超标，TN含量多达超V类水平，NH3-N含量多达III～V类水平，且7、9、11月超标相对严重。因此，今后应加强西溪湿地水质中TN和NH3-N的季节性监测和治理。
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）16-3811-04
湿地生态系统是介于陆地及水域生态系统之间的具有过渡性质的自然综合体，它是人类重要的自然资源，被称为“自然之肾”，在调节气候、降解污染物、净化水质、保护生物多样性和为人类提供资源等方面发挥着重要作用[1，2]。水质是湿地水体三大环境要素之一，是水体中营养物质的重要蓄积库，在沉淀和释放污染物方面起着重要作用。氮是湿地中最主要的限制性养分之一，亦是植物生长发育的必需营养元素，决定着植物的生物量和生态系统的生产力[3]；同时也是永久性淹水湿地发生富营养化的主要影响因子[4，5]。
随着大量N等营养盐和生物残体的排入，不少湿地水体受到污染，富营养化现象严重。西溪湿地是浙江省的省级重要湿地之一，亦是杭州市区最重要的城市湿地，其是在千余年人类渔耕经济的作用下逐渐演变成的次生湿地，水域面积约占50%。近年来，由于人类活动的影响，西溪湿地水体透明度下降，部分河道水体富营养化程度较重。因此，研究氮在西溪湿地水体中的空间及季节分布特征及污染现状，可为西溪湿地的管理和利用提供科学依据，也可为西溪湿地生态系统的氮循环研究打下理论基础。
1 材料与方法
1.1 西溪湿地概况及水样采集
1.1.1 西溪湿地概况 西溪湿地位于杭州市西部，主要属于西湖区的蒋村乡，小部分属于余杭区的五常乡，距西湖仅5 km，其东至紫金港，西以五常港与余杭区为界，南至沿山河，北至余杭塘河。湿地属亚热带季风气候区，四季分明，雨量丰沛，光照充足。湿地全区东西长约5.7 km，南北宽约4.1 km，总面积为10.08 km2，其中一期工程景区面积为3.46 km2。据了解， 该地区多年平均降水量为1 421.6 mm，多年平均蒸发量为758 mm，多年平均气温16.2 ℃，月平均相对湿度约为75%～85%。
2.1.2 水样采集 分别在2011年4、7、9和11月根据入水、出水方向，在西溪湿地公园一期景区中设置11个采样点，即五义桥、普济桥、泊庵、泊庵外、蒋相公桥、西溪草堂桥、浜水闸桥、练兵桥、蒹葭桥、湿地植物园、缓冲区。样品采集过程中由周家村入口进入西溪湿地后，于每个地点选取适当采样位置后依次采样，每个样点水体设3个取样点，重复取样3次。并用GPS导航仪记录位置。每个样点的水样在距水面0.5 m深处采集，采集后立即装入500 mL聚乙烯采样瓶中，贴上标签后送至实验室冷藏，并在两天内完成分析。
2.2 测定方法及数据处理
2 结果与分析
2.1 西溪湿地水中氮的空间分布特征
西溪湿地表层水中TN、NH3-N及NO3--N的空间分布见表1。由表1 可见，西溪湿地表层水中TN的空间变化趋势从高到低依次为泊庵外、蒋相公桥、五义桥、普济桥、泊庵、蒹葭桥、西溪草堂桥、西溪植物园、西溪浜水闸桥、练兵桥、缓冲区，TN平均浓度变化范围在3.77～5.74 mg/L，空间分布浓度相差幅度明显。湿地表层水中NH3-N空间变化趋势从高到低依次为五义桥、蒋相公桥、泊庵外、西溪湿地植物园、普济桥、泊庵、蒹葭桥、西溪草堂桥、西溪浜水闸桥、缓冲区、练兵桥，NH3-N平均浓度范围在0.53～1.35 mg/L，空间分布相对均匀。而湿地表层水中NO3--N空间变化趋势从高到低依次为五义桥、普济桥、泊庵、蒋相公桥、蒹葭桥、西溪湿地植物园、泊庵外、缓冲区、练兵桥、西溪草堂桥、西溪浜水闸桥，NO3--N平均浓度范围在1.04～3.35 mg/L，空间分布浓度相差幅度较大。由表1还可知，离湿地公园的出入水口较近的五义桥、普济桥和蒋相公桥等采样点水体中氮含量总体较高，这可能与西溪湿地公园周边的住宅区中的人们排放生活污水、工业区排放的工业废水及牲畜的排泄物等有关。据了解，西溪湿地水体中氮源主要来自两个方面：一是湿地上游乡镇部分未经处理的生活和工业污水；二是养猪业占了当地农业养殖的近70%，生产生活污水对湿地水体的影响比较严重[6]。
2.2 西溪湿地典型采样点水中氮的季节分布特征
从11个采样点中，选出具有代表性的5个点（五义桥、普济桥、泊庵、缓冲区和蒋相公桥），对水体中的氮含量进行季节分布特征分析。结果如图1、图2、图3所示。
2.2.1 湿地水中TN季节分布特征 图1为西溪湿地典型5个地点水体TN的季节变化动态，由图1可知， 4-11月西溪湿地不同地点水中TN含量均呈一致的季节变化趋势，即4月TN含量最低，而11月的水体TN含量最高。其中，五义桥、普济桥、泊庵、蒋相公桥和缓冲区水体中TN含量在4月时分别为2.432、2.273、2.330、3.131和0.110 mg/L；在7月时分别为7.120、6.046、6.540、6.764和5.338 mg/L，与4月份相比分别提高了1.93、1.66、1.81、1.16和47.53倍；9月各地点水体TN含量略高于4月，但却明显低于7月；与4月相比，11月五义桥、普济桥、泊庵、蒋相公桥和缓冲区水体中TN含量分别增加了2.48、2.91、2.63、1.86和76.70倍。可见，西溪湿地5个样点水体TN含量季节变化的大小顺序均为11月、7月、9月、4月，表明西溪湿地在4月和9月均存在水体TN降解、植物吸收或向内部水体扩散稀释的最大可能性，而使西溪湿地各地点水体TN含量在4月和9月出现明显下降。
2.2.2 湿地水中NH3-N季节分布特征 NH3-N是无机氮的重要存在形态，含量一般占无机氮的44.81%～98.89%。图2为西溪湿地不同地点水体NH3-N 的季节动态，由图2可见，除蒋相公桥处水体NH3-N含量在4月较高（0.911 mg/L）外，五义桥、普济桥、泊庵、缓冲区处水体中NH3-N含量均在4月相对最低，分别为0.591、0.397、0.474和0.136 mg/L；7月时，蒋相公桥水体NH3-N含量呈下降趋势并降至最低，为0.432 mg/L，而五义桥、普济桥、泊庵、缓冲区水体NH3-N含量均有不同程度的升高；此后，5个地点水体中NH3-N含量均呈上升趋势并在9 月时达到最大值，五义桥、普济桥、泊庵、蒋相公桥和缓冲区水体NH3-N含量分别为2.350、1.394、1.082、2.059和0.859 mg/L，与4月相比，分别增加了2.98、2.51、1.28、1.26和5.32倍，这可能与9月时各地点水体TN分解导致TN含量下降进而导致NH3-N含量上升有关，而至11月时各地水体NH3-N含量则呈明显下降趋势。
2.2.3 湿地水中NO3--N季节分布特征 图3为西溪湿地不同地点NO3--N的季节变化。由图3可见，整个取样期间西溪湿地水体中NO3--N含量呈“U”形变化，不同季节表层水中NO3--N含量11月最高，4月次之，9月再次，7月最低。其中，7月五义桥、普济桥、泊庵、蒋相公桥和缓冲区水体NO3--N含量分别为 2.283、1.825、1.896、1.945和0.749 mg/L，11月五义桥、普济桥、泊庵、蒋相公桥和缓冲区水体NO3--N含量分别为5.348、5.448、5.182、4.707和2.232 mg/L，分别是7月的2.34、2.99、2.73、2.42和2.98倍。此外，11月TN和NO3--N含量均达最高，而NH3-N含量11月却相对较低。结合图2，图3可以看出，整个取样期间中，西溪湿地水中NO3--N含量明显高于NH3-N，说明其水中无机氮主要以NO3--N形态存在，且在NH3-N含量升高的时候，NO3--N含量降低，反之，NO3--N含量升高，这可能反映了水中硝化细菌和反硝化细菌对不同时期各形态氮盐的转化特征。水中NH3-N、NO3--N及TN含量变化受到水体氧化还原电位、植物生长吸收、温度等环境因素的综合影响， 经实测，2011年11月的水温在20 ℃左右，此水温利于微生物的生长，大量动植物残渣被微生物分解，且水中的硝化细菌通过硝化作用将NH3-N转化为NO3--N，因此，NO3--N的含量达到峰值，而NH3-N含量则出现明显降低现象。
2.3 湿地典型采样点水中氮污染评价
根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中TN、NH3-N及NO3--N的限值对湿地典型采样点水中氮污染进行评价，结果见表2。由表2可知，西溪湿地入水口附近的五义桥、普济桥、泊庵、蒋相公桥样点水中的全年平均TN含量及其在4、7、9和11月时的TN含量均为Ⅴ类标准，水质状况有待改善，而离湿地入水口较远的缓冲区水中总氮含量在7月和11月亦为Ⅴ类标准，但其在4月和9月时则分别为Ⅰ类和Ⅳ标准，说明其水质状况相对较好。各样点水体中NH3-N含量在4月时基本符合Ⅱ～Ⅲ类标准；在7月时除蒋相公桥和缓冲区样点水体NH3-N含量符合Ⅱ类标准外，五义桥、普济桥和泊庵水体NH3-N含量均为Ⅳ类标准；而9月份时除缓冲区水体NH3-N含量为Ⅲ类标准外，其他样点水体NH3-N含量均为Ⅳ～Ⅴ类标准；在11月时各样点水体NH3-N含量基本符合Ⅲ～Ⅳ类标准；从各样点全年平均NH3-N含量看，五义桥和蒋相公桥水体NH3-N含量达Ⅲ～Ⅳ类标准，其他样点水体NH3-N含量则达Ⅱ～Ⅲ类标准。可见，各样点水体的全年平均NH3-N含量和4月NH3-N污染相对较轻，但在7、9、11月份存在不同严重程度的季节性NH3-N污染，应引起重视。西溪湿地典型样点水体中NO3--N的全年平均含量及在4、7、9和11月的含量均未超标，符合地表水NO3--N含量限量标准。可见，西溪湿地各样点水体均存在不同程度的TN污染和NH3-N污染，且在五义桥、普济桥、蒋相公桥等离入水口近的样点TN及NH3-N含量较高，水质较差，这可能与当地居民生活、生产过程的氮源排污有关，而远离西溪湿地入水口处的采样点水质较好，这可能与排入水体中的污染物被水稀释有关。
3 结论
1）处于西溪湿地公园入水口处的采样点五义桥、普济桥、蒋相公桥，其水中的氮盐含量较其他地点高，受人为污染较严重，有关部门应该加大对周边废水排放的管理力度，来提高湿地水环境质量，减少及避免水体的富营养化污染。
2）西溪湿地水体中TN和NH3-N含量分别在11月和9月时达最高水平，但均在4月时最低；4-11月期间西溪湿地水体中硝氮含量呈”U”形变化，且NO3--N含量明显高于NH3-N，在NH3-N含量升高的时候，NO3--N含量出现降低现象，反之，NO3--N含量则出现升高现象，且NO3--N含量在11月时最高，而7月NO3--N含量最低。
3）西溪湿地不同样点水体各季节TN含量多为V类水平，且以入水口附近污染程度更为严重；各样点水体在7、9、11月存在一定的季节性NH3-N超标现象，多为Ⅲ～Ⅴ类标准，亦应引起重视；水体NO3--N含量在各季节均符合相关水质标准。因此，今后应加强西溪湿地水质中TN和NH3-N的季节性监测和治理。
参考文献：
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