張燕，劉雪蘭，伏春燕，董紅云，李新華，3，閻百興，吳家強(qiáng)，閻佩佩，石天虹

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院家禽研究所，山東 濟(jì)南 250023；2.山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所／山東省濕地生態(tài)農(nóng)業(yè)工程實驗室，山東 濟(jì)南 250100；3.農(nóng)業(yè)部華東都市農(nóng)業(yè)重點實驗室，山東 濟(jì)南 250100；4.中國科學(xué)院濕地生態(tài)與環(huán)境重點實驗室／中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長春 130102）

黃河三角洲濕地是我國三大河口三角洲之一，是我國暖溫帶以及大江大河最年輕、保存完整的河口濕地生態(tài)系統(tǒng)，也是世界上最年輕、我國最具有開發(fā)潛力的三角洲濕地［1］，已經(jīng)成為東北亞內(nèi)陸和環(huán)西太平洋鳥類中轉(zhuǎn)、繁殖、越冬等核心棲息場所［2］。近年來，自然和人為因素（圍填海、石油開采等活動）導(dǎo)致黃河下游斷流和年度流量減少，造成黃河三角洲濕地萎縮以及功能退化嚴(yán)重、土壤次生鹽漬化加劇、禽鳥生境破壞，生物多樣性也受到水鹽脅迫［3-5］。針對這些問題，黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)管理局采用生態(tài)補(bǔ)水工程進(jìn)行了一系列淡水生態(tài)修復(fù)工程，旨在以淡水壓制土壤返鹽。通過多次淡水生態(tài)修復(fù)工程的實施不僅顯著改善了黃河三角洲濕地水文連通性和水鹽條件，也明顯增加濕地植物生物量和生物多樣性，改善禽鳥生境，提高黃河三角洲濕地系統(tǒng)功能多樣性，因此引起國內(nèi)很多學(xué)者的關(guān)注，并相繼提出了黃河三角洲生態(tài)修復(fù)保護(hù)措施［6，7］。但是有關(guān)黃河三角洲淡水恢復(fù)工程濕地水質(zhì)評價方面的研究并不多見。

在眾多水質(zhì)評價方法中，內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計算的最常用方法之一，它能對水質(zhì)狀況做出定量描述，其結(jié)果能夠反映水體污染程度［8］。但是傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法存在過于突出分指數(shù)最大因子對水質(zhì)的影響，而且也沒有考慮各污染因子權(quán)重［9］。為了規(guī)避傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的缺點，本研究采用改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對黃河三角洲區(qū)域的引黃溝渠、連河濕地和恢復(fù)濕地的水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評價，以期為黃河三角洲濕地生態(tài)維護(hù)、改進(jìn)修復(fù)措施提供理論依據(jù)，為黃河三角洲濕地生態(tài)發(fā)展及保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)（37°35′N～38°12′N，118°33′E～119°207′E）位于山東省東營市的黃河入?？谔帲迸R渤海，東靠萊州灣，介于東北亞內(nèi)陸和江淮平原之間，處于新、老黃河入?？趦蓚?cè)［10］?？偯娣e15.3×104hm2，其中核心區(qū)5.8×104hm2，緩沖區(qū)1.3×104hm2，試驗區(qū)8.2×104hm2。試驗區(qū)內(nèi)含有引黃溝渠、連河濕地和恢復(fù)濕地三種類型濕地，其中引黃溝渠連接黃河主干道和連河濕地，用于黃河三角洲灌輸黃河水；連河濕地主要功能是便于黃河水灌溉，連接引黃溝渠和恢復(fù)濕地，緩沖黃河水流速等作用；恢復(fù)濕地用于植物、土壤、生態(tài)等恢復(fù)，流速較慢或靜止。采樣點見圖1，其中A1～A3為引黃溝渠采樣點；B1～B3為連河濕地采樣點；C1～C5為恢復(fù)濕地采樣點。本區(qū)年降水量551.6 mm，蒸發(fā)量1 928 mm，氣候為暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，年平均水資源量達(dá)5.3×108m3［10，11］。由于淡水生態(tài)工程的貢獻(xiàn)使得保護(hù)區(qū)內(nèi)動植物資源豐富，但是由于水庫、漁業(yè)養(yǎng)殖、鹽田以及石油開采等人為活動，對該區(qū)域影響巨大。保護(hù)區(qū)內(nèi)淡水恢復(fù)工程包括引黃溝渠、連河濕地和恢復(fù)濕地，這些類型濕地主要以蘆葦植物為主。本研究主要關(guān)注分析淡水恢復(fù)工程濕地中的引黃溝渠、連河濕地和恢復(fù)濕地水質(zhì)。

圖1 黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)試驗區(qū)采樣點（左圖比例1∶650）

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

評價指標(biāo)包括化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、總氮（TN）及重金屬元素銅、鋅、鉻、鉛。水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)均為課題組成員于2018年5、8、11月現(xiàn)場采集水樣，放入4℃移動冰箱中帶回實驗室測定后獲取，其測試方法均根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》第四版進(jìn)行測試分析。

1.3 改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法水質(zhì)評價模型

改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法考慮了多個污染因子在水質(zhì)評價中所占的權(quán)重，并首先確定水質(zhì)計算標(biāo)準(zhǔn)，然后根據(jù)公式（1）、（2）計算各污染因子的權(quán)重值［12，13］。

式中，ωi為第i個污染因子的權(quán)重值；n為污染因子的個數(shù)；si為第i個污染因子的計算標(biāo)準(zhǔn)濃度；smax為n個污染因子計算標(biāo)準(zhǔn)濃度的最大值。

從水體環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中選擇與被評價水體相同的污染因子，采用下列公式計算各水質(zhì)污染等級的改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)，進(jìn)而得出改進(jìn)后水質(zhì)評價污染等級標(biāo)準(zhǔn)：

式中，ci為第i個污染因子的實測值；si意義同上；Fmax為單項污染指數(shù)Fi的最大值；Fω為權(quán)重值最大的污染因子的F值；P′為改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)。

1.4 水質(zhì)評價

選擇水中COD、NH3-N、TP、TN、銅、鋅、鉻、鉛作為評價指標(biāo)，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB-3838—2002）作為評價標(biāo)準(zhǔn)，將水質(zhì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類5個等級，如表1所示。

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn) （mg／L）

采用改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對黃河三角洲恢復(fù)工程濕地的三種類型濕地水質(zhì)進(jìn)行評價，具體步驟如下：以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB-3838—2002）作為評價標(biāo)準(zhǔn)，本次水質(zhì)評價以Ⅲ類水為計算標(biāo)準(zhǔn)；由公式（1）和公式（2）計算各污染因子的權(quán)重值，其計算結(jié)果見表2。

表2 地表水質(zhì)量評價因子權(quán)重（ωi）

由表2看出，鉻和鉛在8個污染因子中的權(quán)重值最大，也就是說鉻和鉛在評價系統(tǒng)中的影響權(quán)重相當(dāng)，均占整個評價體系權(quán)重的40.77%，為了方便計算僅選鉛元素作為最大權(quán)重值。同時根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB-3838—2002）中所選污染因子，采用公式（3）、（4）、（5）計算各水質(zhì)等級改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)，由改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)劃分的污染等級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)劃分的水質(zhì)級別

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)物質(zhì)污染狀況

由表4看出，各類型濕地中COD在不同時期其質(zhì)量濃度存在明顯差異，基本表現(xiàn)為：11月＞8月＞5月，且5月和8月份引黃溝渠中COD濃度明顯低于連河濕地和恢復(fù)濕地，但是11月由于引黃溝渠中蘆葦?shù)戎参锏狗鼑?yán)重，造成COD濃度明顯升高，而且引黃溝渠水質(zhì)受黃河水質(zhì)及流經(jīng)途中人為干擾的影響［15］，使得引黃溝渠水質(zhì)COD濃度均明顯高于其他兩種類型濕地。各個時期三種濕地水體中NH3-N濃度存在一定的波動，其中引黃溝渠中波動較大，而且其濃度一般低于其他兩個濕地類型，而連河濕地和恢復(fù)濕地均在1.392～1.984 mg／L之間波動，這說明連河濕地和恢復(fù)濕地NH3-N主要來源于濕地系統(tǒng)自身物質(zhì)降解或土壤釋放（即內(nèi)源性NH3-N）。TN的變化規(guī)律與NH3-N不同，其中引黃溝渠水質(zhì)在三個時期TN濃度一般高于連河濕地和恢復(fù)濕地，這說明黃河水質(zhì)TN濃度可能已經(jīng)超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB-3838—2002）的Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而且由于8月份處于雨季，由黃河中上游雨水沖刷以及攜帶大量污染物導(dǎo)致8月份引黃溝渠水體中TN濃度最高，而11月份經(jīng)過水體自凈，TN濃度下降，但是仍高于5月份；而連河濕地由于受自身濕地系統(tǒng)和引黃溝渠水質(zhì)影響較大，各個時期TN濃度存在一定波動；恢復(fù)濕地水體相對靜止，其水質(zhì)變化受自身濕地系統(tǒng)影響較大，使得5月到11月TN濃度略有減少，但變化幅度較小。TP的變化規(guī)律同NH3-N，這也說明連河濕地和恢復(fù)濕地系統(tǒng)內(nèi)源性磷釋放占主導(dǎo)地位［16］。

從表4還可以看出，各濕地系統(tǒng)水體中重金屬濃度存在一定波動。首先各個時期銅含量均較低，鋅濃度僅在5月份超過0.02 mg／L，但均未超標(biāo)，這說明淡水恢復(fù)工程銅、鋅元素均不存在污染風(fēng)險；鉻元素8、11月份各濕地系統(tǒng)基本超出Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)濃度，而且由于連河濕地和恢復(fù)濕地自身系統(tǒng)鉻元素釋放導(dǎo)致其濃度均高于引黃溝渠；鉛濃度大小多表現(xiàn)為：11月＞5月＞8月，這說明雨季水中鉛濃度得到稀釋，同時可能存在由于水量較大而抑制土壤中的鉛釋放，而且11月份，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)三種濕地水量明顯減少，地表水水文連貫性減弱，尤其是連河濕地和恢復(fù)濕地，導(dǎo)致其濃度顯著增加，而且很可能存在濕地系統(tǒng)鉛釋放，這需要進(jìn)一步研究證明。

各個時期引黃溝渠水質(zhì)偏堿，其pH值均在8.20以上，而連河濕地和恢復(fù)濕地水質(zhì)pH值相當(dāng)，均低于引黃溝渠水質(zhì)，5月和11月各濕地pH值偏堿性；而且8月份各濕地系統(tǒng)pH值最低（表4），這說明雨季降水能有效調(diào)節(jié)各濕地系統(tǒng)pH值，使其接近中性。

表4 2018年不同時期濕地水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2 重金屬污染狀況

根據(jù)表4中黃河三角洲恢復(fù)工程濕地水質(zhì)數(shù)據(jù)，利用改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法相關(guān)公式分別計算不同時期引黃溝渠、連河濕地和恢復(fù)濕地的改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)，結(jié)果見表5。

表5數(shù)據(jù)顯示，5月份引黃溝渠水質(zhì)處于Ⅳ類，屬于重度污染狀態(tài)，而其他各濕地系統(tǒng)和各個時期各類型濕地均為Ⅴ類水質(zhì)。這說明水質(zhì)處于嚴(yán)重污染狀態(tài)，與劉峰等［14］對黃河口濱海濕地水質(zhì)污染調(diào)研結(jié)果相同。結(jié)合表4和表5可以看出，由于引黃溝渠的水體直接來源于黃河水，說明用于濕地修復(fù)的黃河水水質(zhì)處于重度污染狀態(tài)，也間接說明黃河三角洲上游水質(zhì)給本研究區(qū)帶來了較大污染風(fēng)險。

從表5的評價結(jié)果可以看出，不同時期內(nèi)梅羅污染指數(shù)值為：11月＞8月＞5月。5月份引黃溝渠的水質(zhì)等級略優(yōu)于同一時期連河濕地和恢復(fù)濕地水質(zhì)，而連河濕地水質(zhì)優(yōu)于恢復(fù)濕地水質(zhì)，引黃溝渠、連河濕地和恢復(fù)濕地污染程度遞增，這是由于5月份淡水恢復(fù)工程濕地各濕地系統(tǒng)水體處于靜止?fàn)顟B(tài)，各濕地之間交互作用較少，尤其是黃河水對恢復(fù)濕地的影響較??；而連河濕地和恢復(fù)濕地中COD、NH3-N、TP、鋅、鉻和鉛含量明顯高于引黃溝渠水質(zhì)，說明這一時期這兩類型濕地釋放相應(yīng)的內(nèi)源性物質(zhì)。

8月份由于大氣降雨等氣候條件影響，各濕地系統(tǒng)連貫性加強(qiáng)，存在一定的交互作用。而且由于黃河水受上游來水的影響以及降雨沖刷輸水過程中的不同景觀區(qū)，導(dǎo)致引黃溝渠水質(zhì)污染等級升高，連河濕地和恢復(fù)濕地水質(zhì)污染程度也相應(yīng)增加，但是引黃溝渠水質(zhì)仍然優(yōu)于其他兩個濕地類型。

11月份各濕地系統(tǒng)水質(zhì)內(nèi)梅羅指數(shù)最高，而且引黃溝渠水質(zhì)的內(nèi)梅羅指數(shù)明顯高于其他兩個濕地類型，而且連河濕地和恢復(fù)濕地內(nèi)梅羅指數(shù)相當(dāng)。這是由于引黃溝渠水質(zhì)受人為活動（漁業(yè)養(yǎng)殖、石油開采等）的影響較大。

表5 2018年不同時期各濕地改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指標(biāo)及水質(zhì)評價結(jié)果

3 討論與結(jié)論

（1）改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價結(jié)果顯示，僅5月份引黃溝渠水質(zhì)為Ⅳ類，其余各時期引黃溝渠、連河濕地和恢復(fù)濕地水質(zhì)均為Ⅴ類。這說明監(jiān)測期間黃河三角洲淡水恢復(fù)工程濕地目前仍處于嚴(yán)重污染狀態(tài)。

（2）三種濕地系統(tǒng)COD和TN濃度均超出地表水Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這需要對三種濕地類型進(jìn)行植物刈割，同時要對黃河三角洲上游水質(zhì)加強(qiáng)污染管控，進(jìn)而削弱修復(fù)用水水質(zhì)污染風(fēng)險。

（3）三種濕地系統(tǒng)中銅、鋅不存在污染風(fēng)險，而鉻、鉛元素出現(xiàn)超標(biāo)問題，但是降雨削弱了兩者污染風(fēng)險，而且11月份兩者濃度過高，這說明該時期需要進(jìn)一步補(bǔ)充水量，不僅能以淡壓鹽，也能抑制濕地系統(tǒng)金屬元素釋放。