劉 倩 趙 娥 王克煥 熊 雄 吳辰熙

(1.西藏大學(xué)理學(xué)院, 拉薩 850000; 2.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430072;3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

濕地是介于陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的特殊生態(tài)系統(tǒng), 在攔截污染物、凈化水質(zhì)等方面發(fā)揮著重要作用。濕地可以通過(guò)一系列的物理、化學(xué)和生物作用實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬等污染物的有效凈化[1,2]。大量的研究表明, 濕地對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除率可達(dá)到50%以上[3—5]。由于濕地的強(qiáng)納污能力, 濕地已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于城市生活污水的處理。然而, 研究表明氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)等在不同程度地威脅著濕地生態(tài)系統(tǒng), 導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)破壞和功能退化[6,7]。青藏高原自然條件復(fù)雜, 濕地生態(tài)系統(tǒng)多樣。但高原濕地特有的海拔高、缺氧、寒冷干燥的自然條件, 使得高原濕地生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱, 濕地結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)簡(jiǎn)單, 環(huán)境容量十分有限, 受外界干擾時(shí)自身的調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力差[8—10]。在自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的影響下, 高原濕地開(kāi)始出現(xiàn)濕地退化萎縮、物種多樣性改變等問(wèn)題, 影響了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[8]。對(duì)高原城市濕地水質(zhì)凈化功能的研究, 可以為更好地保護(hù)高原濕地, 確保城市濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的正常發(fā)揮提供科學(xué)指導(dǎo)。

拉薩河下游區(qū)域濕地眾多, 其中拉魯濕地是我國(guó)海拔最高的城市天然濕地, 在美化拉薩市環(huán)境、增加濕度和含氧量、凈化污水等方面都有著極其重要的作用[8]。雖然目前拉薩市城市生活污水主要由污水處理廠處理, 但由于雨污分流不徹底, 老城區(qū)仍有部分污水和初期雨水進(jìn)入拉魯濕地流域。拉魯濕地不僅能截留住污水中大量的懸浮顆粒物和有毒有害重金屬離子, 濕地內(nèi)豐富的微生物群落又能有效分解水中大部分有機(jī)污染物[9]。然而隨著拉薩市城市化建設(shè), 拉魯濕地面積逐漸縮小, 嚴(yán)重影響了拉魯濕地生態(tài)功能[8,9]。拉魯濕地土壤、微生物和水生植物在凈化水質(zhì)功能的發(fā)揮中起著關(guān)鍵作用, 李家伶等[9]的研究表明拉魯濕地對(duì)水中硝酸根和硫酸根的去除率分別可達(dá)到42%和59%, 周會(huì)東等[11]發(fā)現(xiàn)濕地蘆葦對(duì)重金屬元素具有較強(qiáng)的富集作用, 對(duì)鐵、銅、鉛和鋅等重金屬元素的去除率均達(dá)60%以上。但對(duì)于整個(gè)拉魯濕地流域水環(huán)境變化的持續(xù)監(jiān)測(cè)和水質(zhì)凈化功能的評(píng)估仍是科學(xué)管理拉魯濕地的迫切需要。茶巴朗濕地是位于拉薩市郊一處位于農(nóng)耕區(qū)的天然濕地, 受到農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)污染源的影響。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致的面源污染所帶來(lái)的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素可造成水體富營(yíng)養(yǎng)化[7,12]。但目前對(duì)于茶巴朗濕地的研究多集中在外來(lái)魚(yú)類(lèi)的研究[13,14], 對(duì)濕地水質(zhì)的研究較少。

本研究通過(guò)對(duì)拉魯濕地流域和茶巴朗濕地在不同季節(jié)的水質(zhì)特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析, 揭示不同污染來(lái)源下高原天然濕地水環(huán)境特征的季節(jié)差異及其對(duì)水質(zhì)的凈化功能, 為青藏高原天然濕地水環(huán)境保護(hù)和生態(tài)安全保障提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

拉魯濕地位于我國(guó)西藏自治區(qū)拉薩市的西北部, 地理坐標(biāo)介于東經(jīng)91°03′41″—91°06′48″, 北緯29°39′25″—29°42′08″, 平均海拔高度為3645 m, 濕地保護(hù)區(qū)總面積為6.2 km2, 是我國(guó)海拔最高、面積最大的城市天然濕地, 屬于高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候, 是典型的高寒草甸沼澤濕地, 主要水生植物有金魚(yú)藻、杉葉藻、水蓼和菖蒲等[15]。拉魯濕地總體呈東西帶狀分布, 地勢(shì)東北高西南低, 濕地水流整體以東北-西南的方向穿過(guò)濕地系統(tǒng), 從西南方向流出。拉魯濕地的補(bǔ)給水源主要來(lái)自流沙河、北干渠、中干渠及南干渠。北干渠、中干渠及南干渠引自拉薩河上的獻(xiàn)多水電站尾水。拉薩市部分城市生活污水隨這些干渠排入拉魯濕地,濕地每年可凈化拉薩市污水約1×107kg[8]。拉魯濕地的進(jìn)水量約為5.8—9.31 m3/s, 其中3月最低, 8月最高[16]。

茶巴朗濕地位于拉薩市曲水縣茶巴朗村, 距離拉薩市50 km左右, 地理位置為北緯29°22′30″—29°22′59″, 東經(jīng)90°49′20″—90°50′30″, 平均海拔為3600 m, 總面積0.2 km2, 屬于高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū), 是典型的蘆葦坑塘型濕地, 以蘆葦、香蒲和水蔥為優(yōu)勢(shì)種[13]。茶巴朗濕地的補(bǔ)給水源主要來(lái)自拉薩河, 濕地位于拉薩河右岸呈帶狀分布, 濕地與拉薩河之間通過(guò)水渠相連。

1.2 采樣點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)濕地的地勢(shì)、水文特點(diǎn)及其水系分布情況, 本研究在拉魯濕地流域和茶巴朗濕地內(nèi)部分別設(shè)置 17 個(gè)采樣點(diǎn)和5個(gè)采樣點(diǎn)(圖1a), 其中拉魯濕地流域內(nèi)的城市干渠樣點(diǎn)10個(gè)(C1—C10, 圖1b), 包括拉魯濕地進(jìn)水上游(C1—C5)和出水下游(C6—C10)干渠樣點(diǎn)各5個(gè); 拉魯濕地內(nèi)部7個(gè)樣點(diǎn)(W1—W7,圖1c), 其中W1號(hào)采樣點(diǎn)為北干渠進(jìn)入濕地的入水口, W2號(hào)采樣點(diǎn)為中干渠進(jìn)入濕地的入水口, W7號(hào)采樣點(diǎn)是拉魯濕地中干渠出水口; 茶巴朗濕地采樣點(diǎn)5個(gè)(S1—S5, 圖1d), 其中S1號(hào)采樣點(diǎn)為茶巴朗濕地的入水口, S5號(hào)為濕地出水口。

圖1 研究區(qū)域和采樣點(diǎn)布設(shè)Fig.1 Layout of sampling points in the channels

1.3 樣品采集與分析

于2020年8月(夏季)和2021年4月(春季)分別進(jìn)行采樣, 每個(gè)樣點(diǎn)用聚乙烯樣品瓶采集水樣500 mL。現(xiàn)場(chǎng)采用便攜式多參數(shù)分析儀(Hach, HQ40D, 美國(guó))監(jiān)測(cè)水體的溫度、溶解氧(DO)、pH、電導(dǎo)率(EC)和濁度等指標(biāo)。樣品低溫避光保存帶回實(shí)驗(yàn)室分析。根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)測(cè)定總氮(TN)、氨氮(NH3-N), 硝酸鹽氮(NO3-N)、總磷(TP)、溶解性磷(SRP)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)等水質(zhì)指標(biāo)[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件和Origin 2021軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和繪圖, 利用 SPSS 21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析不同區(qū)域水質(zhì)的季節(jié)差異, 統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的顯著性水平為P<0.05。根據(jù)濕地入水口與出水口污染物濃度計(jì)算濕地對(duì)污染物的去除率, 選擇污染物的最大去除率來(lái)表示濕地的水質(zhì)凈化能力, 污染物去除率的計(jì)算公式如下:

式中,R為去除率(%);C0為濕地入水口處污染物濃度(mg/L);C1為濕地出水口處污染物濃度(mg/L)。

2 結(jié)果

2.1 水體理化指標(biāo)分布特征

本研究中濕地水體pH在7.50—10.21, 總體呈弱堿性, 個(gè)別樣點(diǎn)pH大于9。夏季pH總體高于春季(圖2a)。拉魯濕地內(nèi)pH在春夏兩季均表現(xiàn)出從入水口向出水口降低趨勢(shì), 而茶巴朗濕地內(nèi)pH變化不明顯。水體DO含量為1.71—9.29 mg/L, 拉魯濕地春季水體DO明顯高于夏季, 拉魯濕地出水DO較濕地入水明顯降低, 而茶巴朗濕地夏季水體DO普遍高于春季, 濕地出水DO明顯高于濕地入水(圖2b)。水體濁度為0.90—46 NTU, 拉魯濕地水體濁度夏季明顯高于春季, 在春夏兩季也都沿濕地水流方向呈降低趨勢(shì), 而茶巴朗濕地春季濁度總體高于夏季(圖2c)。水體EC為135.8—405.0 μs/cm, 春季水體EC普遍略高于夏季, 但夏季拉魯濕地內(nèi)樣點(diǎn)間EC差異大于春季(圖2d)。

圖2 不同區(qū)域各采樣點(diǎn)表層水理化指標(biāo)Fig.2 Physical and chemical indexes of surface water at different sampling points in different regions

2.2 水體營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)分布特征

如圖3所示, 夏季, 拉魯濕地流域水體TN、NH3-N和NO3-N濃度分別為0.34—3.25、0.10—2.06和0.05—1.02 mg/L, TP和SRP濃度分別為0.045—0.481和0.001—0.087 mg/L, CODMn為1.08—4.21 mg/L。拉魯濕地上游干渠各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)濃度均不高, 空間差異不大, 但干渠入濕地處營(yíng)養(yǎng)鹽含量普遍較高。在上游干渠流入拉魯濕地后, 中干渠進(jìn)入濕地的進(jìn)水TP超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),NH3-N和CODMn分別滿足地表水Ⅲ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。濕地內(nèi)大部分營(yíng)養(yǎng)鹽濃度呈下降趨勢(shì), 濕地出水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度明顯低于進(jìn)水, TP和CODMn滿足地表水Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), NH3-N可達(dá)地表水Ⅰ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在濕地出水進(jìn)入下游干渠后, 各營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)又明顯升高。夏季茶巴朗濕地水體TN、NH3-N和NO3-N濃度分別為0.63—1.59、0.22—0.83和0.05—0.09 mg/L, TP和SRP濃度分別為0.069—0.360和0.008—0.014 mg/L, CODMn為3.67—7.18 mg/L,濕地內(nèi)TN、NH3-N和TP濃度總體表現(xiàn)出從入水到出水下降的趨勢(shì), 濕地進(jìn)水NH3-N和TP滿足Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), CODMn滿足Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 流經(jīng)濕地后濕地出水NH3-N、TP和CODMn均達(dá)Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 不同區(qū)域各采樣點(diǎn)表層水營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)Fig.3 Nutrient indexes of surface water at different sampling points in different regions

拉魯濕地流域水體春季TN、NH3-N和NO3-N濃度分別為0.61—3.24、0.11—1.14和0.43—2.20 mg/L,TP和SRP濃度分別為0.010—0.679和0.006—0.079 mg/L, CODMn為0.16—7.14 mg/L。拉魯濕地上游干渠和濕地進(jìn)水氮濃度普遍高于夏季, 磷濃度和CODMn略有降低。濕地進(jìn)水NH3-N和TP滿足Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), CODMn滿足Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。流經(jīng)拉魯濕地后出水氮磷濃度較入水有所降低, NH3-N和TP滿足Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), CODMn達(dá)Ⅰ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。下游干渠各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)濃度明顯上升, 但總體低于夏季。春季茶巴朗濕地水體各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)波動(dòng)變化, TN、NH3-N和NO3-N濃度分別為0.52—0.92、0.27—0.65和0.07—0.15 mg/L, TP和SRP濃度分別為0.045—0.145和0.007—0.010 mg/L, CODMn為3.29—7.84 mg/L。濕地進(jìn)水NH3-N和TP分別符合Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), CODMn符合Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 進(jìn)入濕地后濕地內(nèi)TN、NH3-N、TP和CODMn濃度均有表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì), 但春季各營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化不如夏季明顯,濕地出水NH3-N和TP達(dá)Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), CODMn符合Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

從圖4可以看出, 拉魯濕地上游干渠水體春季TN和NO3-N濃度顯著高于夏季(P<0.05), 夏季TP濃度和CODMn顯著高于春季(P<0.05), NH3-N和SRP濃度無(wú)顯著季節(jié)變化(P>0.05)。拉魯濕地內(nèi)春季TN和NO3-N濃度顯著高于夏季(P<0.05), 夏季CODMn顯著高于春季(P<0.05), NH3-N、TP和SRP濃度無(wú)顯著季節(jié)變化(P>0.05)。下游干渠各營(yíng)養(yǎng)鹽均無(wú)顯著季節(jié)變化(P>0.05)。茶巴朗濕地內(nèi)春季水體NO3-N濃度顯著高于夏季(P<0.05), 夏季SRP濃度顯著高于春季(P<0.05), 其他營(yíng)養(yǎng)鹽季節(jié)變化均不顯著(P>0.05)。

圖4 不同區(qū)域水體營(yíng)養(yǎng)鹽季節(jié)變化Fig.4 Seasonal variation of nutrient concentrations in water bodies in different regions

2.3 濕地對(duì)污染物的去除率

拉魯濕地和茶巴朗濕地都具有一定的水質(zhì)凈化功能, 但不同季節(jié)不同污染物的去除效果存在差異(圖5)。夏季, 拉魯濕地對(duì)TN、NH3-N和NO3-N的最大去除率分別可以達(dá)到75.0%、65.2%和89.5%,對(duì)TP和SRP的最大去除率分別可以達(dá)到85.2%和35.3%, 但濕地對(duì)CODMn沒(méi)有表現(xiàn)出去除作用, 出水相對(duì)進(jìn)水增加14.5%(圖5a)。春季, 拉魯濕地對(duì)TN、NH3-N和NO3-N的最大去除率分別為35.2%、65.9%和56.8%, 對(duì)TP、SRP和CODMn的最大去除率分別為59.5%、62.3%和17.9%(圖5b)。夏季, 茶巴朗濕地對(duì)TN、NH3-N和NO3-N的去除率分別為60.7%、73.5%和12.7%, 對(duì)TP和SRP的去除率分別為35.9%和5.0%, 對(duì)CODMn同樣沒(méi)有表現(xiàn)出去除作用, 出水相對(duì)進(jìn)水增加9.3%(圖5a)。春季, 茶巴朗濕地對(duì)TN、NH3-N和NO3-N的去除率分別為2.2%、10.2%和11.3%, 對(duì)TP、SRP和CODMn的去除率分別為11.3%、9.0%和26.0%(圖5b)。

拉魯濕地和茶巴朗濕地都具有一定的水質(zhì)凈化功能, 但不同季節(jié)不同污染物的去除效果存在差異(圖5)。夏季, 拉魯濕地對(duì)TN、NH3-N和NO3-N的最大去除率分別可以達(dá)到75.0%、65.2%和89.5%,對(duì)TP和SRP的最大去除率分別可以達(dá)到85.2%和35.3%, 但濕地對(duì)CODMn沒(méi)有表現(xiàn)出去除作用, 出水相對(duì)進(jìn)水增加14.5%(圖5a)。春季, 拉魯濕地對(duì)TN、NH3-N和NO3-N的最大去除率分別為35.2%、65.9%和56.8%, 對(duì)TP、SRP和CODMn的最大去除率分別為59.5%、62.3%和17.9%(圖5b)。夏季, 茶巴朗濕地對(duì)TN、NH3-N和NO3-N的去除率分別為60.7%、73.5%和12.7%, 對(duì)TP和SRP的去除率分別為35.9%和5.0%, 對(duì)CODMn同樣沒(méi)有表現(xiàn)出去除作用, 出水相對(duì)進(jìn)水增加9.3%(圖5a)。春季, 茶巴朗濕地對(duì)TN、NH3-N和NO3-N的去除率分別為2.2%、10.2%和11.3%, 對(duì)TP、SRP和CODMn的去除率分別為11.3%、9.0%和26.0%(圖5b)。

圖5 夏季(a)和春季(b)濕地對(duì)污染物的去除效果Fig.5 Removal rate of pollutants in wetlands in summer (a)and spring (b)

3 討論

3.1 濕地水環(huán)境特征分析

拉魯濕地和茶巴朗濕地水質(zhì)的差異主要受污染來(lái)源的影響。拉魯濕地流域污染來(lái)源主要是拉薩市居民的生產(chǎn)生活污染排放。拉魯濕地下游干渠位于拉薩市主城區(qū)水污染最為嚴(yán)重, 其次為位于拉薩市東部的上游干渠, 這可能與附近人類(lèi)活動(dòng)水平和污水排放量有關(guān)。茶巴朗濕地位于以農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)為主的茶巴朗村, 濕地污染來(lái)源可能更多的來(lái)自農(nóng)藥化肥的使用以及牲畜養(yǎng)殖, 隨干渠和地表徑流流入濕地。本研究結(jié)果顯示, 茶巴朗濕地水體部分氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和高錳酸鹽指數(shù)普遍高于拉魯濕地, 這可能反映了茶巴朗濕地較小的集水面積對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的面源污染的匯聚作用, 并給濕地水體帶來(lái)更為嚴(yán)重的環(huán)境壓力。

本研究不同區(qū)域夏季和春季水質(zhì)特征顯示, 水體DO、EC、TN和NO3-N濃度夏季普遍低于春季,但pH、濁度、TP、SRP和CODMn夏季普遍高于春季。夏季拉薩河進(jìn)入豐水期, 拉魯濕地流域上游來(lái)水量大, 對(duì)污染物可能具有一定的稀釋作用[18,19],導(dǎo)致水體EC和污染物濃度降低。但夏季拉薩市旅游人數(shù)增加, 人類(lèi)活動(dòng)影響增大, 在一定程度上可能增加了拉魯濕地流域干渠中磷含量和CODMn。夏季降水量增加, 流域內(nèi)人為活動(dòng)產(chǎn)生的污染物也可能隨地表徑流流入干渠和濕地, 導(dǎo)致水體的濁度和磷含量增大。對(duì)于茶巴朗濕地, 降雨可以將農(nóng)田中大量養(yǎng)分和農(nóng)藥化肥隨地表徑流流入濕地中, 這可能是其水體氮磷污染物濃度在夏季偏高的主要原因。濕地具有一定自?xún)裟芰? 濕地植物和微生物在其中起著關(guān)鍵作用[2,20—22]。夏季拉魯濕地和茶巴朗濕地植物生長(zhǎng)旺盛, 促進(jìn)濕地自?xún)裟芰? 氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度降低[20], 浮游植物強(qiáng)烈的光合作用消耗大量CO2導(dǎo)致水體pH升高[23]。夏季兩濕地水生植物的生長(zhǎng)代謝也會(huì)向水體中釋放有機(jī)物, 使?jié)竦厮w中CODMn增加。微生物活動(dòng)能夠促進(jìn)濕地水質(zhì)凈化, 夏季水溫高有利于微生物活動(dòng), 好氧微生物消耗大量氧氣導(dǎo)致水體DO降低, 而春季水溫低不利于微生物活動(dòng), 濕地水質(zhì)凈化能力減弱, 水質(zhì)明顯下降[21,24]。

3.2 濕地水質(zhì)凈化功能分析

夏季拉魯濕地和茶巴朗濕地對(duì)氮的去除效果優(yōu)于春季。一般來(lái)說(shuō), 濕地對(duì)氮的去除主要依靠濕地植物的吸收作用和微生物的硝化、反硝化作用[2,25,26]。夏季濕地植物生物量大, 可以大量吸收水體中的氮素, 從而降低濕地出水的氮濃度。微生物的硝化作用是在好氧體條件下亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌將銨鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽; 反硝化作用是通過(guò)反硝化細(xì)菌將硝酸鹽還原成N2或者N2O, 從而實(shí)現(xiàn)水體中氮元素的去除[25,27]。環(huán)境因子, 如水溫、DO和pH等, 會(huì)影響濕地中微生物的硝化和反硝化過(guò)程, 從而影響濕地中氮化合物的去除[4,25,28]。夏季水溫高, 微生物的硝化和反硝化作用加強(qiáng), 促進(jìn)水體中氮化合物的相互轉(zhuǎn)化[24]。本研究中夏季濕地水體氮的組成以NH3-N為主, NO3-N濃度一直較低, 濕地對(duì)TN和NH3-N的去除率也都很高, 說(shuō)明由硝化反應(yīng)產(chǎn)生的NO3-N很快能被反硝化細(xì)菌利用而不易積累。春季濕地植物生物生長(zhǎng)不如夏季旺盛, 植物對(duì)氮的吸收減少, 同時(shí)較低的水溫會(huì)抑制微生物的硝化和反硝化作用, 導(dǎo)致春季氮的去除率降低。本研究發(fā)現(xiàn)春季拉魯濕地對(duì)NH3-N仍有較高的去除率, 但對(duì)NO3-N的去除率降低, 這可能與水體中DO含量有關(guān)。好氧環(huán)境會(huì)促進(jìn)微生物的硝化作用, 但會(huì)抑制反硝化作用[4], 因此春季拉魯濕地NO3-N成為水體中氮的主要組分。

拉魯濕地和茶巴朗濕地對(duì)磷元素都有一定的去除效果, 夏季對(duì)TP的去除率高于春季, 而夏季對(duì)SRP的去除率低于春季。對(duì)于磷來(lái)說(shuō), 濕地對(duì)磷的去除途徑包括化學(xué)和物理吸附沉降、植物吸收和微生物作用等[4,25]?？扇苄詿o(wú)機(jī)磷容易與濕地中的懸浮顆粒物、黏土礦物和無(wú)機(jī)金屬離子如Fe3+、Al3+和Ca2+等發(fā)生吸附和沉淀反應(yīng)[7], 因此拉魯濕地水體濁度和磷含量均沿水流逐漸降低。濕地植物可以通過(guò)根系直接吸收水體中的無(wú)機(jī)磷用于自身生長(zhǎng)[1,2]。夏季植物生長(zhǎng)旺盛, 可以吸收水體中大量的無(wú)機(jī)磷, 磷的去除率增加。春季大部分植物開(kāi)始萌芽, 對(duì)磷的吸收也增加。本研究結(jié)果顯示春季濕地對(duì)溶解性磷的去除率明顯高于夏季, 這可能與春季水流量小, 流速慢, 水力停留時(shí)間長(zhǎng)有關(guān), 水體中的磷在濕地內(nèi)有更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行吸附沉降和植物吸收。

夏季濕地對(duì)CODMn均未表現(xiàn)出去除作用, 而春季對(duì)CODMn表現(xiàn)出一定的去除作用。濕地對(duì)有機(jī)污染物的去除主要通過(guò)物理的截留沉淀和微生物的分解作用[29,30]。不溶性有機(jī)物在濕地內(nèi)隨水流逐漸沉淀或被截留, 可溶性有機(jī)物可以被濕地植物上附著的生物膜吸附, 從而被微生物分解去除[29]。本研究中季節(jié)對(duì)有機(jī)物的去除影響較大, 春季水力停留時(shí)間更長(zhǎng)有利于水中不溶性有機(jī)物的去除, 夏季溫度升高生物膜的作用增加, 有利于可溶性有機(jī)物的去除。但本研究結(jié)果顯示夏季濕地出水CODMn均比進(jìn)水高, 這可能說(shuō)明夏季濕地內(nèi)生長(zhǎng)旺盛的水生植物釋放的有機(jī)物更多。

不同濕地對(duì)水體污染物的凈化效果不同。天然濕地的自身特征會(huì)影響濕地的水質(zhì)凈化功能, 包括濕地面積、濕地類(lèi)型、污染物負(fù)荷、濕地水文、濕地所在地區(qū)的地形和氣候條件等[2,21,31]。拉魯濕地和茶巴朗濕地的海拔和氣候條件接近, 因此濕地結(jié)構(gòu)、水文水動(dòng)力特征和污染物負(fù)荷可能是影響水質(zhì)凈化能力的主要因素。雖然拉魯濕地來(lái)水量比茶巴朗濕地更大, 但拉魯濕地面積是茶巴朗濕地面積的30多倍, 水域面積更廣, 植物覆蓋率更高, 這增加了污染物在濕地中的停留時(shí)間, 濕地植物為微生物活動(dòng)提供充足的場(chǎng)所和良好的附著條件, 因此拉魯濕地的水質(zhì)凈化能力更強(qiáng)。

4 結(jié)論

(1)本研究不同區(qū)域水質(zhì)特征結(jié)果表明, 拉魯濕地和茶巴朗濕地由于污染來(lái)源不同, 各營(yíng)養(yǎng)鹽含量存在差異。拉魯濕地上游干渠和下游干渠由于直接受拉薩市人為活動(dòng)的影響污染物含量較高, 拉魯濕地進(jìn)水水質(zhì)最差可達(dá)劣Ⅴ類(lèi), 主要超標(biāo)因子為T(mén)P, 而拉魯濕地對(duì)上游干渠來(lái)水中的污染物具有一定的去除作用, 出水水質(zhì)可達(dá)Ⅱ類(lèi)。茶巴朗濕地流域主要受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響, 進(jìn)水水質(zhì)較拉魯濕地進(jìn)水水質(zhì)好, 為Ⅲ—Ⅳ類(lèi)水, 主要污染因子為CODMn,出水水質(zhì)也能滿足Ⅱ類(lèi)水要求。(2)比較夏季和春季濕地水質(zhì)特征發(fā)現(xiàn), 濕地水體TN和NO3-N濃度夏季普遍低于春季, 這可能與濕地季節(jié)性水量、植物和微生物活性有關(guān), 但TP、SRP和CODMn夏季普遍高于春季, 這可能與夏季流域人為活動(dòng)增加有關(guān)。(3)拉魯濕地和茶巴朗濕地均具有凈化水質(zhì)作用, 拉魯濕地對(duì)氮、磷污染物的去除率更高, 且去除效果季節(jié)差異明顯, 夏季去除效果普遍優(yōu)于春季。春季濕地對(duì)有機(jī)污染物表現(xiàn)出較低的凈化作用, 而夏季未表現(xiàn)出對(duì)有機(jī)污染物的凈化。本研究結(jié)果表明,高原濕地對(duì)凈化流域內(nèi)人為來(lái)源的污染物具有重要作用, 但這一作用會(huì)受到來(lái)水水質(zhì)、水位、季節(jié)、濕地面積和植被覆蓋等多重因素影響。有必要對(duì)濕地來(lái)水進(jìn)行合理的調(diào)控, 以發(fā)揮高原天然濕地凈水功能的最大作用。