北京汉石桥湿地水质分析与净化价值评价

肖红叶，张曼胤，崔丽娟，杨思，李伟，3，赵欣胜

(1. 中国林业科学研究院湿地所，北京100091；2.湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京100091；3.北京汉石桥湿地国家生态系统定位观测研究站，北京100091)



北京汉石桥湿地水质分析与净化价值评价

肖红叶1，2，3，张曼胤1，2，3，崔丽娟1，2，3，杨思1，李伟1，3，赵欣胜1

(1. 中国林业科学研究院湿地所，北京100091；2.湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京100091；3.北京汉石桥湿地国家生态系统定位观测研究站，北京100091)

通过对汉石桥湿地自然保护区核心区、东湖、西湖、游船区及微湿地开展水质监测、样品采集及实验室测定，对比分析了汉石桥湿地各区域水质，结果表明：湿地总氮、总磷的去除率为92.3%、79.0%，汉石桥湿地每年可净化总氮43.79 t、总磷4.00 t；利用替代费用法，计算出汉石桥湿地水质净化价值为1 684.03万元。

汉石桥湿地自然保护区；湿地水质；净化价值；去除率

湿地是人类赖以生存和发展的重要生态系统[1]，它具有净化污染、涵养水源、调蓄洪水和维持生物多样性等多种生态服务功能，被誉为“地球之肾”[2]。湿地能够净化水质，通过一系列生物、物理及化学过程滞留和降解污染物，从而起到“排毒”、“解毒”的功能[3]。当农业和生活污水流入湿地，水生植物和底泥的拦截削弱了水动力，通过有毒物质和过量的营养物质的沉淀、过滤、水解、离子吸附、微生物分解、碳酸平衡、氧化还原平衡和植物吸收等生化过程，实现水体净化功能[4-6]。例如，茭白、伊乐藻和慈姑等湿地植物对氮的去除率可达75%，芦苇和慈姑对磷的去除率可达65%，茭白等湿地植物对湿地中磷的去除率高达80%[7]。湿地生态系统的结构和功能受水分数量、质量及运动方式等制约，因此，水文是湿地最重要的因子之一，包括净化水质、调蓄洪水和涵养水源在内的调节功能是维持其健康发展的前提，这也是湿地生态系统与森林、草地等自然生态系统最主要的区别。随着水体富营养化现象的加重，农业与生活污水的持续排放，湿地生态系统在净化水质、维持地球生化学循环中的氮、磷平衡中发挥的作用日益引起重视[8]。

湿地生态系统与人类福祉息息相关，2002年联合国环境规划署(UNEP)发布数据，据测算，湿地生态系统单位价值是热带雨林的7倍，农田的160倍，湿地年均可创造1.4万美元·hm-2的价值，在各类生态系统中居首[9]。有关于湿地生态系统服务价值评价的研究也逐渐成为生态学前沿和热点问题[10]。湿地生态系统十分脆弱。随着北京的城市化进程加快与多年持续干旱，河道干涸、地下水位下降和水质污染等问题日益突出，北京市水资源和生物多样性的安全面临威胁，湿地生态系统受到严峻考验[11，12]。水质净化功能是湿地生态系统最重要的服务功能之一，系统自净能力是衡量湿地健康与否的重要标志[13]。因此，开展北京市汉石桥湿地水质分析与净化价值评价的研究，为相关管理机构提供全面、科学的管理依据，是汉石桥湿地资源有效管理的迫切需要。

1　研究区概况

北京市汉石桥湿地自然保护区地处京东平原，位于顺义区杨镇西南边界，以杨镇苇塘湿地为核心，共1 900 hm2[14]，属温带半湿润大陆季风气候，全年日照超过2 745 h，平均无霜期为190 d，年平均气温11.5 ℃，其中，7月平均最高气温25.7 ℃， 1月为月均最低气温，达-4.9 ℃。最大降雨量1 027 mm，最小降雨量289.3 mm，年均降雨量为624.9 mm，降水主要集中在6—8月，易形成地表径流 ，湿地所在区域为箭杆河支流蔡家河下游的低洼地，属潮白河水系，南、北、东三侧地势略高，雨水和地下水汇集到低洼地带，形成集水坑塘，其内部地形较为平坦。 汉石桥湿地是北京市平原地区重要的大型芦苇沼泽湿地，常被称为“京郊小白洋淀”和“京东芦苇荡”[15]。同时，它也是京郊少有的半天然荒野型湿地，是顺义新城东部的重要生态屏障和生物多样性重点保护区域，被定义为北京市四大重点湿地保护区之一[16]。

2　研究方法

汉石桥湿地水源主要来自天然降水、再生水厂及箭杆河。为实现区域水资源的可持续利用，再生水厂截留和净化即将进入汉石桥湿地的污水和雨洪，每天向湿地排放约6 500 m3再生水。箭杆河从汉石桥湿地的西北角进入，流经汉石桥湿地核心区后汇入湿地内部。汉石桥湿地核心区与非核心区间水面不连通，非核心区各个功能区间互相联通，且东、西两湖地势高于游船区。结合地形及流动性调查，汉石桥湿地平均水深在1.3 m，水位较浅，地面低洼处水体流动性较差，常为静水状态，当补水量较大时，有微弱水流流动[17]。为研究汉石桥湿地水质现状及净化功能，本文结合汉石桥湿地功能分区及水流流向，共设置了22个水质样点，每个水质样点设置3个重复，按照《水样采样方案设计技术规定》(GB12997-1991)、《水质监测规范》和《湿地生态系统观测方法》采集水质样品[18，19]。在野外调查与实验室分析相结合的基础上，利用多参数水质监测仪(YSI 6820)和全自动化学分析仪(SMARTCHEM)等仪器设备测定水质样品的总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)和溶解氧(DO Conc)等指标，判定所属区域水质等级，并计算核心区及非核心区的氮、磷去除率，利用费用成本法[1]，以氮、磷为例，计算汉石桥湿地水质净化价值。

3　水质分析

将东湖、西湖、游船区和核心区水质样本中溶解氧、氨氮、总磷、总氮含量与《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》[20]中水质等级标准作对比(见表1)。

表1　汉石桥各区域水样中溶解氧、氨氮、总磷、总氮指标与水质等级对比

结果显示：东湖水体中溶解氧均值为7.56 mg·L-1，符合Ⅰ类水质标准；水体氨氮含量均值为0.12 mg·L-1，符合Ⅰ类水质标准；水体总磷含量均值为0.04 mg·L-1，符合Ⅱ类水质标准；东湖水体中总氮均值为1.05 mg·L-1，符合Ⅳ类水质标准。汉石桥西湖湖水中溶解氧含量均值为14.51 mg·L-1，符合Ⅰ类水质的标准；湖水中氨氮含量均值为0.11 mg·L-1，符合Ⅰ类水质的标准；西湖水体总磷含量均值为0.07 mg·L-1，符合Ⅱ类水质标准；西湖水体总氮含量均值为1.56 mg·L-1，符合Ⅴ类水质标准。汉石桥湿地游船区湖水中溶解氧含量均值为15.23 mg·L-1，符合Ⅰ类水质的标准；湖水中氨氮含量均值为0.13 mg·L-1，符合Ⅰ类水质的标准；游船区水体总磷含量均值为0.60 mg·L-1，符合劣Ⅴ类水质标准；游船区水体总氮含量均值为1.80 mg·L-1，属于劣Ⅴ类水质标准。核心区水体氨氮均值为0.38 mg·L-1，符合Ⅱ类水质标准；总磷含量均符合Ⅱ类水中相关标准，均值为0.69 mg·L-1，符合Ⅱ类水质标准；核心区水体总氮含量均值为2.38 mg·L-1，符合劣Ⅴ类水质标准。

汉石桥湿地水质情况总体上为：东湖水质>西湖水质>游船区水质>核心区水质。符合汉石桥湿地水流流向及地势特点。湿地水质与人类活动密切相关，汉石桥湿地周边人口密度较大，人类干扰离湿地较近，缺乏缓冲空间，周边居民生活污水、家畜养殖及农业污水，直接或间接流入湿地，在一定程度上，影响了汉石桥湿地的水质[21]。农田多集中在汉石桥湿地北部，且附近存在数条微型生活污水排放口，农业排水及家畜养殖废水向汉石桥湿地核心区排放了大量有机氮及氮化物，居民生活使用的含磷的洗涤剂随着生活污水同时排入了汉石桥湿地，因此，湿地北部水域氮、磷含量较高，经过“龙”字形河道过滤、沉降后，氮、磷含量逐渐降低。汉石桥湿地公园内游客数量的增加也加重了湿地净化负荷，再生水厂的中水补给、周边流域非点源污染导致重金属及过量营养物质直接进入湿地核心区，造成湿地富营养化现象，从而限制部分湿地功能[22]。汉石桥保护区内地势低平、长期存有积水的核心区具有不可替代的重要水质净化功能。

4　水质净化价值评价

人工微湿地，位于汉石桥湿地内双子湖餐厅附近，主要用来净化双子湖餐厅及周边公共厕所排放的生活污水，污水依次经过处理水池Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ，最终从出水口排放，总氮指标去除率达95.8%，总磷去除率达92%(图1)。但因微湿地面积较小，净化水量有限，在计算汉石桥湿地水质净化价值时暂忽略不计。

由于调查时入水口1(即箭杆河出水口处)水量较少，湿地核心区主要水源补给来自于污水处理厂，将汉石桥湿地核心区水体总氮、总磷含量均值与汉石桥湿地入水口2(即污水处理厂出水口)处水质对比分析(见图2)，计算出汉石桥湿地水体总氮去除率为92.3%，总磷去除率为79.0 %。根据遥感解译数据，汉石桥湿地水面面积为118.13 hm2，水深基本保持恒定，约为1.3 m，则汉石桥2015年水资源量为1.54×106m3，最终求得汉石桥湿地每年可去除总氮43.79 t，总磷4.00 t。

利用替代费用法计算汉石桥湿地水质净化价值，计算公式如下：

V=VN+VP=ΔQN×αN+ΔQP×αP

其中：VN为净化总氮的价值，万元；

VP为净化总磷的价值，万元；

ΔQN为总氮TN被净化的总量，t；

ΔQP为总磷TP被净化的总量，t；

αN、αP为单位污染物的净化价值，万元·t-1。

αN和αP为2003年去除污染物投资额，分别为总氮2.66万元·t-1，总磷55.86万元·t-1[23]，对比2003与2014年的GDP变化，按照GDP变化的比例把2003年的去除污染物单位价值转换为2015年的价值，分别为总氮13.18万元·t-1，总磷276.72万元·t-1。根据公式最终求得汉石桥湿地净化总氮的价值为577.15 万元，净化总磷的价值为1 106.88 万元，汉石桥湿地水质净化价值为1 684.03 万元。

5　讨论

本文基于野外调查与实验室分析，通过比较汉石桥湿地各区域水质样本的相关参数，并与《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》中水质等级标准作对比，发现汉石桥湿地水质情况总体呈现东湖最优，西湖第二，游船区第三，核心区水质最差的情况，符合湿地外源污染进入情况及水流流向特点，计算出汉石桥湿地水体总氮去除率为92.3%，总磷去除率为79.0%。与之相对应的是，有学者测算扎龙自然保护区沼泽湿地的水体氮、磷净化率分别为49.4和 60.8%[24]，洞庭湖湿地的氮、磷去除率为21.74%和23.24%[25]，内蒙古乌梁素海湿地的氮、磷去除率分别为35.6%和40.8%[26]，白洋淀水陆交错带芦苇根区土壤对地表下径流中总氮和总磷的截留率分别为64%和92%[27]，说明汉石桥沼泽湿地对氮、磷的净化能力相对较高。汉石桥湿地每年可去除总氮43.79t，总磷4.00t，湿地净化总氮、总磷价值可达1684.03万元。本文通过分析北京市汉石桥湿地水质及对总氮和总磷的去除能力，计算了湿地水质净化功能的价值，以货币的形式量化湿地生态系统为人类提供的水质净化服务功能，有助于提高人们对生态系统服务功能的认识程度，促进经济核算体系的不断完善，帮助周边居民及管理者进一步了解湿地生态系统服务价值，为未来更好地保护和利用汉石桥的湿地资源提供决策依据。

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Analysis on Water Quality and Evaluation on Purification Value in the Hanshiqiao Wetland in Beijing City

Xiao Hongye1,2,3,Zhang Manyin1,2,3,Cui Lijuan1,2,3，Yang Si1,Li Wei1,3,Zhao Xinsheng1

(1.Wetlands Research Institute,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;2.Ecological Functions of Wetlands Restoration and Beijing Key Laboratory,Beijing 100091,China;3. Beijing Hanshiqiao National Wetland Ecosystem Research Station,Beijing 100091,China)

Water quality monitoring,sample collection and laboratory measurement were comparatively analyzed in the core area,East Lake,West Lake,boat area & micro-wetland in Hanshiqiao Wetland Nature Reserve;water quality,sample collection & determination in laboratory were conducted .The removal rate of the total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) is 92.3%,79.0%,respectively,purifying TN 43.79 t,TP 4.00 t in Hanshiqiao wetlands every year;water purification value in Hanshiqiao wetland was calculated,being 16.8403 million Yuan by using alternative cost method.

Hanshiqiao Wetland Nature Reserve;water quality of the wetland;purification value;removal rate

1005-5215(2016)09-0004-04

2016-08-25

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(CAFINT2014K05)

肖红叶(1987-)，女，硕士，研究实习员，主要从事湿地生态服务功能价值评价相关研究.

张曼胤(1979-)，男，辽宁沈阳人，博士，副研究员，主要从事湿地生态学及湿地景观与规划设计研究，Email: cneco@126.com

S959；X824

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.09.002