西溪南镇水体环境评价及水生植物对水体氮磷的净化

吴梦柯，黄显怀

（安徽建筑大学 环境与能源学院，合肥　230601）

水体环境评价

西溪南镇水体环境评价及水生植物对水体氮磷的净化

吴梦柯，黄显怀

（安徽建筑大学 环境与能源学院，合肥230601）

通过对西溪南镇水体污染的评价和对当地水生植物状况的分析，探讨条壑和礌壑中水生植物在当地自然水体净化中的作用。研究结果表明：西溪南镇水体CODCr和TN受到的污染较为严重，条壑CODCr和TN的质量浓度分别为58.333～121.667mg/L和6.794～15.857mg/L，礌壑CODCr和TN的质量浓度分别为96.667～108.333mg/L和4.413～8.427mg/L。TP和NH3-N的污染较轻，条壑TP和NH3-N的质量浓度为0.145～0.375mg/L和0.643～1.028mg/L，礌壑TP和NH3-N的质量浓度分别为0.040～0.208mg/L和0.085～0.937mg/L。河道内沉水植物的生长间接降低了水体TN和TP的污染，对于净化微污染水源起到重要作用。

西溪南镇；水体评价；水生植物；水体自净

小城镇氮、磷含量较高的生活污水排放量逐年增加，使水体出现富营养化，水中氮、磷含量增加，最后直接或间接地影响到水生物种的生存和人类的健康［1-4］。

本研究地为黄山市徽州区西部的西溪南镇，中心镇区占地面积约为1.22平方公里，常住人口约为4 500人，村内有3条河流：条壑、垅壑和礌壑。居民生活污水和暴雨径流是输入当地水体的主要污染源，且当地生活污染源呈总体分散、局部组团式分布的特点，不适合大规模建设污水收集集中处理工艺。本文基于单因子污染评价法和内梅罗综合污染评价法［5-7］对当地条壑和礌壑水体做出污染评价，在自然条件下研究当地水生植物对水体的净化作用。

1　材料与方法

1.1样品采集与处理

在条壑上靠近居民区且有持续性污染源汇入的河段自上游开始平均200 m布置1个取样点，等距布置5个点，记为1～5号取样点，其中1号和2号分别位于固定污染源罐头厂排水口的上下游。礌壑没有固定污染源汇入，河流水质变化程度小，平均300 m布置1个取样点，共3个点，记为6～8号取样点。通过采水器采集表层和0.5 m深处水样，均匀混合后装入500 mL采样瓶中。

泥样用彼得森采泥器采集，拣出植物根系后装入自封袋与水样一起保存于便携式冰箱中，带回实验室后立即测定。

水生植物用样方法采集0.5 m×0.5 m的样方内的所有沉水植物，去除藻类、浮游动物等附着生物并洗净底泥等杂质，装入利于水分蒸发的布袋中带回实验室检测。

1.2研究方法

将测定所获得的2条河8个取样点的数据采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法进行污染评价，其中单因子污染指数法的具体计算方法如下：

Pi=Ci/Si（1）

式中：Pi——单项污染指标的污染指数；

Ci—— 单项污染指标的实测质量浓度，mg/L；

Si——单项污染指标的地表水水质标准值，mg/L。

内梅罗综合污染指数评价计算公式为：

式中：Pm——内梅罗综合污染指数；

Pmax——水环境中所有污染物中的最大污染指数。

1.3分析方法

水质指标：CODCr测定采用重铬酸钾法，NH3-N测定采用纳氏试剂分光光度法，TP测定采用钼酸铵分光光度法，TN测定采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法。

土壤在自然风干后，经研体磨细分别过60目和20目筛后干燥保存：TN测定采用凯式消煮法，有效磷（A-P）测定采用盐酸氢钠浸提钼锑抗比色法。

水生植物在烘箱烘干后，经研体磨细分别过60目和100目筛后干燥保存：TN测定采用H2SO4-混合加速剂-蒸馏法，TP测定采用钼锑抗比色法。

2　结果与讨论

2.1水污染特征

本次监测了8个取样点的地表水，其主要水质指标含量见表1。

条壑通过西溪南镇外围农田流入村内老街再出村汇入丰乐河。老街由于年代久远其地下并没有生活污水收集系统，老街居民生活污水散排入条壑现象严重，其下游出村口地区建有罐头厂，有稳定的污染源汇入导致其下游水质指标整体处于较高水平。由表1可见，条壑中CODCr的质量浓度为58.333～121.667mg/L，平均值87.333mg/L，根据国家环境保护总局制定的GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水标准，CODCr普遍超标2倍以上，超标率为100%。可见研究区域地表水总体有机物污染严重，水体生物降解能力较差。这是由于河流经过农田，流入大量农药和有机肥料导致河流整体CODCr处于较高水平。TN的质量浓度变化范围为6.794～15.857mg/L，平均值为11.483mg/L，超标率为100%，可见条壑受到较为严重的TN污染，在一定程度上影响到水体的自净，但对水中浮游生物和微生物的生长提供帮助。NH3-N的质量浓度变化范围为0.643～1.028mg/L，平均值为0.765mg/L，以及TP的质量浓度变化范围为0.145～0.375mg/L，平均值为0.257mg/L，NH3-N和TP整体处于Ⅳ类水标准范围内，超标率为20%，表明条壑的水体富营养化程度低。

表1　水体污染物含量Tab.1　Po11utants content in water

礌壑中CODCr的质量浓度变化范围为96.667～108.333mg/L，平均值为101.111mg/L，超标率为100%。TN的质量浓度变化范围为4.413～8.427mg/L，平均值为6.714mg/L，超标率为100%。TP的质量浓度变化范围为0.040～0.208mg/L，平均值为0.097mg/L，超标率为66.667%。NH3-N的质量浓度变化范围为0.085～0.937mg/L，平均值为0.496mg/L，未检测出超标样品。礌壑是从丰乐河分流出进入西溪南新街再出村汇入丰乐河，礌壑上游有小片农田并且新街内有少量的生活污水排入，导致礌壑的CODCr和TN浓度超标严重，TP浓度也出现轻度超标，但是礌壑整条河流并无工厂生产、生活污水排放，且新街地下建有污水收集管道，所以礌壑的整体污染物浓度低于条壑。

2.2污染物评价

依据单因子污染指数法计算条壑和礌壑中各项污染指标，计算结果见表2。

表2　水体污染物单项污染指数评价结果Tab.2　Eva1uation resu1ts of sing1e factor po11ution indexes of water po11utants

根据评价标准，2条河流的CODCr、TN浓度一直处于超标状态，对应的超标倍数范围分别为条壑1.9～4.1倍和4.5～10.6倍，礌壑3.2～3.6倍和2.9～5.6倍，NH3-N和TP相对无污染，只在个别位置超标。条壑CODCr和TN最高污染超标在下游罐头厂排污口，最低在上游入村口处；礌壑CODCr和TN最高污染超标在河流中段，最低在河流上游入村口处。从单因子评价结果可以得出西溪南地区地表水受到CODCr和TN污染，且超标倍数TN＞CODCr＞NH3-N＞TP，总体礌壑的污染情况要好于条壑。

依据内梅罗综合污染指数方法，其评价结果见表3。

由表3可见，条壑中TN污染指标严重超标，危害水体环境，CODCr中度污染，TP和NH3-N优良无污染现象，礌壑和条壑污染特征相近，TN严重超标，CODCr中度污染，但是礌壑水质优于条壑，其中TP和NH3-N均处于安全等级，优良无污染。

表3　水体污染物综合指数评价结果Tab.3　Eva1uation resu1ts of Mu1ti-factor indexes of water po11utants

2.3水生植物氮、磷含量

由于人类多年活动的影响，西溪南镇河道内水生植物的数量自上游至下游随着人类活动的频繁而逐渐减少，水体氮、磷与水生植物数量以及体内氮、磷含量的关系见表4。

由表4可见，条壑和礌壑相对水生植物密集生长区为上游5#和8#地区，其水体中TN和TP的质量浓度分别为6.794和4.413mg/L，显著低于无水生植物或者零星生长水生植物的下游地区，河道内TN和TP含量对植物吸收和固定氮、磷有显著影响，且当地水生植物TN和TP含量的背景值分别为9 333.333和653.333mg/kg，河道内的水生植物氮、磷含量普遍超出背景值1～8倍，说明水生植物固定了大量来自条壑和礌壑的氮、磷，水生植物通过根系吸收从水体沉降到底泥中的氮、磷等营养物作为自身营养盐，间接地影响水体中的氮、磷含量。

表4　水体氮、磷与水生植物生长的关系Tab.4　Re1ationship beween nitrogen and phosphorus in water and growth of aquatic p1ants

2.4水生植物与水中氮、磷的相关分析

水生植物在生长时通过改变水环境因子，进而对水中氮、磷含量产生影响［8-12］。通过对水生植物种类和数量的调查显示，西溪南镇流域河道内沉水植物以黑藻为主，部分河段长有少量苦草。沉水植物氮、磷化学计量特征与河流化学计量参数的相关分析结果见图1。

由图1可见，条壑水体氮、磷与水生植物氮、磷的相关性较高，均大于0.9，礌壑的相关性相对稍低。两条河流中氮、磷浓度越高，其河底水生植物体内的氮、磷含量越高，总体来看水体中氮、磷和水生植物体内氮、磷具有较高的相关性，水生植物生长固定河流氮、磷对于降低河流整体氮、磷水平有着显著的影响。

图1　西溪南河流与水生植物中氮、磷的相关性Fig.1　Corre1ation between nitrogen and phosphorus in river of Xixinan town and aquatic p1ants

3　结论

（1）西溪南镇中条壑和礌壑已经遭受一定程度污染，根据评价等级划分，其中条壑TN浓度处于严重污染水平，CODCr浓度处于中度污染而TP浓度已经达到污染警戒线，仅有NH3-N浓度处于较低水平。礌壑中NH3-N和TP浓度均处于较低水平，但是CODCr和TN浓度依然处于污染较重的等级。总的来说礌壑污染状况要好于条壑，且污染程度依次为TN＞CODCr＞TP≥NH3-N。

（2）礌壑和条壑水生植物体内TN、TP含量与水体TN、TP含量具有很高的相关性，这是因为水生植物生长需要氮、磷作为营养物质，在一定范围内其水体中TN和TP浓度越高，水生植物体内吸收和固定的氮、磷含量就越大，水生植物的存在对于降低河流整体氮、磷水平有着显著影响。

（3）礌壑和条壑水生植物体内氮、磷含量超出当地植物氮、磷含量的背景值1～8倍，并且随着水生植物数量的增加，其水体中氮、磷的含量逐渐下降，在上游地区水生植物大量生长，条壑中TN和TP的质量浓度分别为6.764和0.145mg/L，礌壑中TN和TP的质量浓度分别为4.413和0.042mg/L，在含量上远低于中下游地区，结果表明水生植物的大量生长有助于减轻水体中TN和TP的污染。

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Water environmental evaluation of Xixinan town and effect of aquatic plants on nitrogen and phosphorus purification

WU Meng-ke，HUANG Xian-huai
（School of Environment and Energy，Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China）

Trough the assessment of water po11ution in Xixinan town and the ana1ysis of the growth status of the 1oca1 aquatic p1ants，the effect of aquatic p1ants in Tiao He and Lei He sink on natura1 water purification was discussed.The study resu1ts showed that，the water environment of Xixinan town was serious1y po11uted by CODCrand TN，the mass concentrations of CODCrand TN in Tiao He were 58.333-121.667 and 6.794-15.857mg/L respective1y，the corresponding va1ues in Lei He were 96.667-108.333 and 4.413-8.427mg/L respective1y.The po11ution caused by TP and NH3-N were re1ative1y s1ight，the mass concentrations of TP and NH3-N in Tiao He were 0.145-0.375 and 0.643-1.028mg/L respective1y，the mass concentrations of TP and NH3-N in Lei He were 0.040-0.208 and 0.085-0.937mg/L respective1y.The growth of submerged p1ants in river channe1 indirect1y a11eviated the po11ution of TN and TP，which p1ayed an important ro1e in purifying micro-po11uted water resource.

Xixinan town；water eva1uation；aquatic p1ant；se1f-purification of water

X132；X503.23

A

1009-2455（2016）03-0074-04

国家科技支撑计划项目（2012BAJ08B01）

吴梦柯（1990-），男，安徽合肥人，硕士研究生，主要研究方向为水处理理论与技术，（电子信箱）2896288944@qq. com。

2016-03-24（修回稿）