宁夏不同湿地的水质研究

◇郭 颖 苏 雅

北京理工大学 生命学院，北京 100081

摘 要：宁夏地区天然湖泊湿地水生植物的天然净化能力，不仅能够为污水的净化提供低耗高效的处理途径，而且能够充分满足西部地区社会经济发展的需求。为了研究目前宁夏地区湿地水质的污染情况，本文结合水质监测及植物的空间分布，对宁夏不同类型湿地的水质及植物对水质的净化能力进行分析。本文通过测定水质的pH、微生物数量、总氮和总磷含量、COD等指标，得到目前宁夏湿地的水质状况，分析不同湿地水质的污染情况及植物对水质净化的作用。

关键词：宁夏地区；湿地；水质；分析

1.前言

湿地是水陆相互作用形成的特殊自然综合体，淡水湿地被当作濒危野生生物的最后集结地。湿地因具有巨大的水文和元素循环功能，被誉为地球之肾。湿地是自然界最具生产力的生态系统和人类最重要的生存环境之一。湿地是自然界最富生物多样性的生态景观，它不仅为人类的生产、生活提供许多资源，而且在调节气候、改变径流时空分布、涵养水源、保持水土、降解污染等方面具有其他系统不可替代的作用。同时，湿地还是众多野生动植物，特别是许多珍稀濒危水禽赖以生存和繁衍的场所。城市湿地作为城市重要的生态基础设施，除具有上述作用外，还具有许多服务功能，如调节城市气候、降低城市热岛效应、提高城市环境质量、为城市居民提供休闲娱乐场所以及丰富市民的业余生活等作用。

目前国内外对湿地都有一定程度的研究，但是总体来说发达国家的湿地研究较多，而发展中国家和地区对湿地的研究则相对较少。化学过程侧重研究各类湿地中的氮、硫、磷等大量元素、微量元素和汞等重金素循环，沉积物、枯落物的积累和降解及微生物在养分循环中的作用；侧重研究营养元素循环与生态功能的关系，重金属元素的富集、迁移和转化，湿地净化水质的过程与机理，杀虫剂与除草剂在湿地中的迁移与降解。有的外国科研人员（Hambright等）分别对Agmon湿地生态系统水体的氮、磷含量变化做了研究，并提出相应的解决措施。有的外国科研人员（Aksoy）等研究了土耳其Sultan湿地的铬污染，并且指出芦苇、毛茛都可以用来作为指示性的植物，但是芦苇更为合适。农业和旅游业活动对实地造成的污染日益引起重视。有的外国科研人员（Salvad等）对农业和旅游业造成的湿地污染进行了监测，指出最重要的污染源是农药和肥料，并且指出污染最严重的污染物和重金属。有的外国科研人员（Josef等）对英国的河流源头湿地自1945年以来的变化做了研究，指出杀虫剂、肥料、除草剂的使用对湿地造成了很大污染。有的外国科研人员（Alvarez-Roge等）对Mar Menor湖湿地的氮、磷含量做了调查，指出在农事活动最多的时间段内硝酸盐的含量较高，在旅游旺季铵盐基的含量较高。生物过程研究更加注意长期定位和模拟试验研究。有的外国科研人员（Zohary等）对Agmon湖1994—1997年的湿地浮游生物和后生植物的季节变化做了研究。有的外国科研人员（Ashkenazi）等对湿地鸟类的生存环境分布进行了研究。有的外国科研人员（Degani）等研究了Agmon湖的鱼类种群结构的变化，发现鱼类种群的优势种、数量、结构等都处于动态的过程。湿地生态系统健康是指湿地能够提供特殊生态功能的能力和维持自身有机组织的能力。它可以在不良的环境扰动中自行恢复。这方面的研究将提高湿地健康的预警能力。有的外国科研人员（Veraart J A等）选取金鱼藻、硬毛藻、丝粉藻与海藻等作为Albufera de Mallorca湿地生态系统健康的指示性物种。有的外国科研人员（Julia Martl’nez Fema’ndez等）选取MarMenor湿地的凤头鹧鹧、黑颈鹧鹧、红胸秋沙鸭等水栖鸟类作为营养变化以及生态系统退化的指示性物种。

我国湿地研究虽起步于20世纪50年代，但到目前为止还没有形成完整的理论体系，对不同类型生态系统的研究很不平衡。赵红雪等于2008年4月至2009年1月对宁夏沙湖水质进行了调查，分析了透明度、叶绿素a、高锰酸盐指数、总氮、总磷、浮游植物等水质指标的季节变化规律，采用非生物因子、综合营养状态指数（TLI）与浮游植物密度、生物量、种类组成、多样性指数等对其营养水平现状进行了分析和评价。结果表明，沙湖水体已达到富营养化状态。2009年姚鑫等对自然湿地的水质净化机理做了研究。2013年谢俊斐等对银川阅海湿地进行了水质营养状况评价，选择较为适合阅海湿地水体富营养状态的评价指标体系评价了阅海湿地的水质状况，认为阅海湿地水体富营养化的状况没有好转。2013年钟艳霞等研究了银川阅海湿地水质的时空变化，结果显示在不同季节湿地的污染状况不同。同时钟艳霞等对银川市鸣翠湖利用国标水质分析检测方法，开展多点位水质综合评价，同时利用GIS空间分析手段中的反距离权重法，开展污染物空间分布研究，结果显示湖泊内部不同区域的综合水质评价结果存在一定的差异。

近年来，随着宁夏地区经济的发展与人们生活水平的提高，宁夏湿地旅游也逐渐发展壮大，但是湿地的环境仍存在一些问题：湿地过度开发利用和渔业的过度捕捞、无节制排放废污水、经济发展与环境保护不相协调使水质污染较严重。为了得到宁夏地区湿地的水质变化情况，我们选择了3个比较典型的湿地：沙湖、黄沙古渡和鸣翠湖，在采样地点采取水样进行监测分析，得到水质理化、生物状况，通过测定pH、微生物数量、总氮、总磷及BOD、COD等指标判断水质污染情况。

2.材料与方法

2.1　研究区域概况

我们选择了四种不同的湿地，黄河古渡湿地——河流湿地、鸣翠湖湿地——城市湿地、沙湖——湖泊湿地；腾格里湿地——沙漠湿地。

2.2　样品采集

2.2.1　采样地点

（1）沙湖：分别在鸟类观测站、芦苇旁、鸟岛附近、湖中央采样，样品编码依次为NXSH-1、NXSH-2、NXSH-3、NXSH-4。

（2）黄沙古渡：分别在人为活动区、污水排放口、鸟岛、出水口采样，样品编码依次为NXGD-1、NXGD-2、NXGD-3、NXGD-4。

（3）鸣翠湖：分别在进芦苇口处、芦苇迷宫、水车园与荷花池交汇处、荷花池采样，样品编码依次为MCH-1、MCH-2、MCH-3、MCH-4。

2.2.2　采样方法

我们采集表层水样，用塑料瓶深入水面10厘米左右取大约400毫升水样，采样后立即加盖，避免其接触空气（有植物分布处尽量在植物根系附近取样），然后贴上标签，编号，记录采样地点和时间，并对水温、色度、pH、臭味、溶解氧、余氯、所含重金属情况进行描述。

2.3　水样理化指标的测定

湿地水样分析包括水的物理指标分析和化学指标分析两种，水的物理指标如温度、颜色、气味、浊度、盐度、电导率等属于感官形状指标。水的物理化学性质与温度有密切关系。具体分析方法采用国标方法：COD检测采用重铬酸钾法，氨氮检测采用奈氏试剂比色法，总磷检测采用钼酸铵分光光度法，微生物数量测定使用大肠菌群测试片和菌落总数测试片。

2.3.1　pH值的测定

采用梅特勒-托利多pH计测定所有样品的pH值。

2.3.2　微生物数量的测定

用移液枪取200微升水样于牛肉膏蛋白胨固体平板上，用涂布棒在酒精灯火焰旁涂布均匀，倒置于32℃的培养箱中培养24小时。

2.3.3　总氮的测定

本测定根据《碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（GB 11894—89）进行。

（1）稀释浓度测定范围：0.05～4毫克/升。

（2）测总氮：

①加1毫升试样，加5毫升碱性过硫酸钾。

②硝解（121℃，30分钟）。

③加（1+9）盐酸1毫升，用蒸馏水稀释至25毫升标线。

④测220纳米、275纳米的吸光值。

⑤代入标线得到CTN×25毫克/升，即为总氮浓度。

（3）溶液配制：4克过硫酸钾+1.5克氢氧化钠定容至100毫升。

2.3.4　总磷的测定

采用钼酸铵分光光度法（GB 11893—89）测定。

（1）稀释浓度测定范围：0.01～0.6毫克/升。

（2）测总磷：

①加1毫升试样，稀释至10毫升，然后加入1.6毫升过硫酸钾。

②硝解（121℃，30分钟）。

③稀释到25毫升，再加0.4毫升抗坏血酸，30秒后加0.8毫升钼酸盐，混匀，15分钟后于700纳米测定吸光值。

④带入标线方程得到C总P×25毫克/升，即为总磷浓度。

（3）溶液配制：

①50克/升过硫酸钾溶液：称取5克过硫酸钾，溶于水，转移溶液于100毫升容量瓶中，加水稀释至标线。

②100克/升抗坏血酸溶液：称取10克抗坏血酸，溶于水中，转移溶液于100毫升容量瓶中，加水稀释至标线。

③钼酸盐溶液：称取13克钼酸铵和0.35酒石酸锑钾分别溶于100毫升水中，在不断搅拌下把钼酸铵溶液缓慢加入到300毫升硫酸（1+1）中，加酒石酸锑钾溶液并混合摇匀。

2.3.5　COD的测定

采用《快速消解分光光度法》（HJ/T 399—2007）测定。

（1）稀释浓度测定范围：15～250毫克/升。

（2）测COD：

①2毫升水样+1毫升（K2Cr2O7+HgSO4）+4毫升（H2SO4+AgSO4）。

②硝解（硝解器）（165℃，15分钟）。

③在440纳米测比色OD。

④最后代标线得到CCOD×（2/2）毫克/升，即为COD浓度。

2.4　标准曲线的制作

2.4.1　总氮标准曲线的绘制

1.硝酸钾标准溶液的配制

（1）硝酸钾标准贮备液：CN=100毫克/升，硝酸钾（KNO3）在105℃～110℃烘箱中干燥3小时，在干燥器中冷却后，称取0.721 8克，溶于水中，移到1 000毫升容量瓶中，用水稀释至标线，在0℃～10℃暗处保存，或加入1～2毫升三氯甲烷保存，可稳定6个月。

（2）硝酸钾标准使用液：CN=10毫克/升，将贮备液稀释10倍后得到。

2.实验步骤

在10个25毫升的比色管中，分别加入0.00毫升、0.10毫升、0.30毫升、0.50毫升、0.70毫升、1.00毫升、3.00毫升、5.00毫升、7.00毫升、10.00毫升硝酸钾标准使用液，其所对应的总氮含量分别为0.00毫克、0.001毫克、0.003毫克、0.005毫克、0.007毫克、0.01毫克、0.03毫克、0.05毫克、0.07毫克、0.1毫克，加水至10毫升标线，加5毫升碱性过硫酸钾，在121℃硝解30分钟，之后加1+9的盐酸1毫升，在波长225纳米和275纳米下，用石英比色皿，以水作参比，测量吸光度。以空白校正后的吸光度为纵坐标，以其对应的总N浓度为横坐标，绘制标准曲线。

2.4.2　总磷标准曲线的绘制

1.标准使用溶液的配制：

（1）称取0.2197克磷酸二氢钾于110℃烘箱干燥2小时，加水溶解后转移至1 000毫升容量瓶中，加5毫升硫酸（1+1），用水稀释到标线，此为磷标准贮备液，将10.00毫升的磷标准贮备液转移至250毫升容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀，此为磷标准使用溶液，含磷量为2毫克/升。

（2）取10毫升磷使用标准溶液于250毫升容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀，此为含磷2毫克/升的标准液。

2.实验步骤：

分别量取0.500毫升、1.00毫升、3.00毫升、5.00毫升、10.00毫升、15.00毫升的标液到25毫升比色管中，加水稀释至标线，按测定方法进行测定。以空白校正后的吸光度为纵坐标，以其对应的总磷浓度为横坐标，绘制标准曲线。

2.4.3　COD标准曲线的绘制

（1）重铬酸钾标准溶液：c=0.120摩尔/升。

将重铬酸钾在120℃±2℃下干燥至恒重后，称取5.883 7克重铬酸钾置于烧杯中，加入600毫升水，搅拌下慢慢加入100毫升硫酸（1.84克/毫升），溶液冷却后，转移此溶液于1 000毫升容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。溶液可稳定保存6个月。

（2）硫酸溶液（1+9）。

将100毫升硫酸沿烧杯壁慢慢加入到900毫升水中，搅拌均匀，冷却备用。

（3）硫酸汞溶液（0.24克/毫升）。

将48.0克硫酸汞分次加入200毫升硫酸溶液（2）中，搅拌溶解，此溶液可稳定保存6个月。

（4）硫酸银——硫酸溶液（10克/升）

将5.0克硫酸银加入到500毫升硫酸中，静置1～2天，搅拌，使其溶解。

（5）预装混合试剂。

在硝解管中加入1.00毫升重铬酸钾溶液+硫酸汞溶液（2+1）和4.00毫升硫酸银——硫酸溶液，拧紧盖子，轻轻摇匀，冷却至室温，避光保存。其可稳定保存一年。在使用前应将混合试剂摇匀。

（6）COD标准贮备液：COD值为1 250毫克/升。

将邻苯二甲酸氢钾在105℃～110℃下干燥至恒重后，称取2.127 4克邻苯二甲酸氢钾溶于250毫升水中，转移此溶液于500毫升容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。

量取上述溶液50.00毫升于200毫升容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。此溶液在2℃～8℃下储存，其可稳定保存一个月。

（7）COD标准系列溶液。

COD值分别为25毫克/升、50毫克/升、100毫克/升、150毫克/升、200毫克/升、250毫克/升。

分别量取5.00毫升、10.00毫升、20.00毫升、30.00毫升、40.00毫升和50.00毫升COD标准储备液（6）加入到相应250毫升容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。此溶液在2℃～8℃下储存，可稳定保存一个月。

（8）实验步骤

打开加热器，预热到设定的165℃±2℃。将预装混合试剂摇匀后再拧开消解管管盖。量取相应体积的COD标准系列溶液沿消解管内壁慢慢加入消解管中。拧紧消解管管盖，手执管盖，颠倒摇匀消解管中溶液，用无毛纸擦净管外壁。将消解管放入165℃±2℃时，计时加热15分钟。待消解管冷却至60℃左右时，手执管盖颠倒摇动消解管几次，静置，冷却至室温。在440纳米波长处，以水为参比液，用光度计测定吸光度值。使用溶液COD值对应空白试验测定的吸光度值减去其测定的吸光度值的差值，绘制校准曲线。

（9）空白试验

用水代替式样按照上述步骤测定其吸光值，空白试验应与试样同时测定。

3.结果与分析

3.1　不同湿地主要水生植物类群统计

本次科考考察了沙湖、黄沙古渡湿地、鸣翠湖湿地、腾格里湿地以及鸟岛自然保护区。这些湿地的主要水生植物是芦苇和香蒲。沙湖基本上挺水植物全部为芦苇，分布面积很广；黄沙古渡的芦苇生长面积比较大，间或有些蒲草，并且在水面上可看到有许多水草；鸣翠湖也是芦苇较多，芦苇丛里有一些香蒲，其中有一片湖种植着荷花；腾格里湿地的水生植物较少，只有近岸边有一些芦苇、香蒲；鸟岛主要也是芦苇较多，并且生长面积很大。

这五个湿地所共有的水生植物是芦苇，且芦苇都是自然生长的，分布面积比较广，这表示芦苇比较容易存活，适应性较强。其次，除了沙湖，其他湿地也都有香蒲，但是分布面积较小，没有单一植物群落，只有鸣翠湖有荷花，且是人工种植的，有很高的观赏价值。

3.2　水质现场描述及水质检测仪的检测结果

检测结果见表5。

表5

续表

3.3　标准曲线绘制结果

3.3.1　总氮标准曲线绘制结果

绘制结果如图23所示。

图23

3.3.2　总磷标准曲线绘制结果

绘制结果如图24所示。

图24

3.3.3　COD标准曲线绘制结果

绘制结果如图25所示。

图25

3.4　水质污染指标测定结果

测定结果见表6。

本次考察所研究的几个湿地的水质pH均在8左右，青铜峡鸟岛的水质pH达到8.88，严重偏碱，可能会使物种多样性受到影响。在沙湖的几个采样点中，鸟类观测站、湖中央明水面的微生物数量较少，芦苇旁和鸟岛附近的微生物数量较多。鸟岛附近的COD，总氮、总磷含量最高，芦苇旁和湖中央次之。这可能是因为鸟岛是鸟类集中活动的区域，鸟粪全落入水中，导致水中有机质含量丰富，所以微生物数量，COD，总氮、总磷含量都很高。芦苇旁和湖中央的水体经过了芦苇等植物的净化作用，所以微生物数量，COD，总氮、总磷含量相对较低。鸟类观测站的COD值较高，总磷和总氮含量较少，这可能是因为这里游客活动较少、植物较多，故水质较好。

在鸣翠湖的4个采样点中，进芦苇口的水质未经过净化作用，COD最高，微生物数量，总氮、总磷含量也比较高；芦苇迷宫的微生物数量最多，COD，总氮、总磷含量也很高；水车园与荷花池交汇处的微生物数量和COD变低，但总氮、总磷含量仍然较高；荷花池处的各项指标最低，水体经过芦苇丛、荷花池的一系列净化，在荷花池处水质达到最佳。

在黄沙古渡湿地，污水排放口的微生物数量最多，但COD，总氮、总磷含量最低，这可能是因为我们取样点的设置不合理，在排放管道口取样，水中的有机污染物还未经过分解。其他4个站点的各项指标都比较高，说明水质未得到较好的净化。

腾格里湿地的码头和鱼塘的微生物数量，COD，总氮、总磷含量都很高，鱼塘尤其高，这说明养殖等人类活动对水质的污染比较大。泉眼处的水可饮用，其微生物数量、COD、总磷含量都很低，但总氮含量较高，这可能是因为操作过程中仪器不干净等因素对其有干扰。

青铜峡鸟岛采水处的微生物数量，COD，总氮、总磷含量均严重超标，水质污染很严重。

4.结论

根据《地面水环境质量标准》（GB 3838—83），沙湖的水质为Ⅴ类，鸣翠湖的水质可达到Ⅲ类，黄沙古渡主要为Ⅳ类水，腾格里的水质为Ⅴ类，泉眼处的水质可达Ⅱ类。青铜峡鸟岛处于无人管理状态，水质很差，属于劣Ⅴ类。

水生植物具有一定的水质净化作用，而水质好坏也影响植物的生长。在水质较好的湿地，植物类群较多，分布广，同时植物又可净化水源，使水质更好；而在水质较差的湿地，水生植物类群单一，分布面积小，水质净化作用较小。

5.展望

本次调查的四种湿地的水质差别较大，且同一湿地不同地点的水质情况也相差较大，人类活动，尤其是养鱼会使水质变差，而芦苇、荷花等植物则对水质有净化作用。调查结果表明湿地中的水生植物有一定的天然净化作用，故在湿地建设中可人工种植荷花、芦苇、香蒲等水生植物，它们既具有观赏性又可以净化水质。而人类活动往往会破坏水质，污染湿地，所以对湿地还是应以保护为主，已开发的湿地公园等应限制进入湿地的游客数量，减少船只游轮对湿地的破坏。养鱼对水质的破坏最严重，故在天然湿地不宜进行养殖活动，养鱼要限制在一定水域中，并要对鱼塘进行科学管理，及时清理死鱼等，避免鱼塘水源影响整个湿地的水质。

本次调查中只进行了一次采样，实验结果有一定局限性。以后应在不同湿地设置多个采样点，在不同季节、不同时段对水质进行实时监测，以便科学系统地分析湿地的水质。

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