扎龙河滨湿地水体营养化污染特征及水环境恢复对策

扎龙河滨湿地水体营养化污染特征及水环境恢复对策

生态环境 2003, 12(4): 393-397 Ecology and Environment E-mail: editor@

扎龙河滨湿地水体营养化污染特征及水环境恢复对策

郭跃东，邓 伟，潘继花

中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130012

摘要：对扎龙湿地水体富营养化污染状况进行调查，指出沼泽湿地、湖泊湿地TN、TP、BOD5等多项水质指标都已严重超

标；阐明了营养物年季变化特征；总结了扎龙湿地水体富营养化发展趋势；提出了保障湿地供水、生态工程恢复及控制流域地表水污染的多项管理策略。

关键词：扎龙湿地；富营养化；湿地恢复

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2003）04-0393-05

河滨湿地是典型湿地景观类型之一，是流域内重要的自然资源，其独特的景观发育位置和演化过程与整个流域水文水资源的分布、演化过程密切相关[1]。然而随着人口和社会经济的迅速发展，流域耕作面积急剧增加，水资源、土地资源利用加剧，非点源污染加重。这些都对流域中下游河滨湿地水环境产生明显的胁迫作用和累积环境效应，致使湿地补给水量减少、水位下降、水面面积萎缩，污染物逐渐积累，富营养化程度加重。在这种情况下，以水环境为生存和发育条件的河滨湿地，将迅速丧失生态水文功能。逐渐加重的湿地水环境污染，不仅破坏了生物栖息地环境，降低生物多样性，而且可能成为污染的“源”，威胁饮水水源地的水质安全，影响河道内渔业生产和旅游活动[2，3]。因此，防止河滨湿地水体污染，恢复河滨湿地水环境功能，对流域的生态安全和生活生产活动具有重要的实际意义。

图1 扎龙湿地保护区位置及水系示意

1 研究区概况

中国黑龙江扎龙自然保护区是以芦苇沼泽为主的内陆湿地和水域生态系统型的自然保护区，始建于1979年，1987年被批准为国家级自然保护区，1992年被列入国际重要湿地名录[1]。扎龙湿地位于松嫩平原西部，总面积21×104 hm2，是典型的河滨湿地，地处乌裕尔河、双阳河下游（参阅图1），地势低洼平坦，平均海拔144.0 m，比降9/1000，地下水排泄和循环慢，地表径流也缓慢，地下水位高，一般为1.5 m左右。该区是在第四纪早更新世早期乌裕尔河地区大规模沉降以及后来的平原区整体抬升而形成的。

此区属于中温带大陆性季风性气候，冬寒漫长，春干风大，夏热多雨，秋凉霜早。年平均降水

基金项目：中国科学院知识创新项目（KZCXZ-SW-320-2）

量420 mm，最多达754 mm（1957年）；６~８月份降水量占全年的67%；最多降水月是7月，平均降水138 mm。年平均蒸发量1489 mm。由于成土母质主要是第四纪河湖相沉积物，含有数量不同的石灰和可溶盐，质地重，渗透性差。主要土壤类型有潜育草甸土、草甸沼泽土及碳酸盐草甸土。自然植被以沼泽、沼泽草甸、盐化草甸为主；典型的沼泽植被为芦苇、苔草和羊草。

独特的地理位置和典型的湿地生态系统使其成为东北地区重要的鸟类繁殖和栖息地，在全世界鹤类保护和湿地保护中占有重要地位。目前扎龙湿地现有鸟类约260种，其中国家一级保护鸟类8种，国家二级保护鸟类33种；在全世界现存鹤类珍稀水禽15种中，扎龙就有6种；全世界现存2000多只丹顶鹤中，本区就有346只的繁殖种群，占全世

作者简介：郭跃东（1978–），男，博士研究生，主要研究方向是水资源与环境生态。 收稿日期：2003-06-09

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界丹顶鹤总数的17.3%，是国际重要的珍稀鹤类迁徙、繁殖基地[4]。

2 湿地污染来源及水质概况

扎龙河滨湿地地处乌裕尔河、双阳河下游，长期接纳流经县镇的工业、生活污水，克东、克山、依安三县的工业废水直接排入乌裕尔河，富裕、林甸直接排入保护区内的沼泽湿地。早在1994年的调查统计结果（表1）就已表明，扎龙湿地接纳工

的污染源，使非点源污染成为重要的污染形式。N、P的降雨径流流失是加重湿地水体富营养化程度的重要原因。已有的研究结果[4]表明，扎龙湿地水质已达到地面水环境质量标准Ⅴ类水质，主要污染物为COD、BOD5、TN及TP；COD的质量分数为14.26% ~ 65.02%，BOD5的质量分数为2.57% ~ 47.83%，TP的质量分数为1.41% ~ 36.15%。大部分湖泊富营养化严重，地表水体属于重营养化范围。

表1 各县区主要污染物排放量

地区 克东 克山 依安 富裕 林甸 合计

f(工业废水) 工业废水 /(106 m3·a-1) 排污去向

1.75 2.40 1.50 1.55 1.90 9.10

COD

BOD5 579.1 224.4 402.7 617.6

SS 186.5 102 126.7 481.6

NH3-N 0.211 4.2 0.36 3.09 0.52 8.39

f(污染物)/(m3·a-1)

3 水体营养化分异特征和演化趋势

3.1 沼泽湿地水体

众多研究表明，富营养化是扎龙湿地主要的水质问题。以下选择与水体富营养化密切相关的水质参数TN、TP及BOD5等，对湿地水体营养化特征进行分析。沼泽湿地是长期演化形成的潜育化土壤湿地，土壤自上而下分为草根层、泥炭层、腐殖质层和粘土层。其中泥炭层和腐殖质层对水中悬浮物、有机物、重金属及氮磷有强烈的吸附作用，使它们进入湿地小尺度地球化学循环，这是造成湿地内源富营养化的根源。此外，径流补给输入的有机物、氮和磷，使扎龙沼泽湿地水体富营养化特征更加明显，且原因更加复杂。扎龙保护区沼泽湿地主要包括保护区的核心区大部及整个科学实验区，约占整个保护区面积的55％；根据1991～2000年的地表水体监测资料（表2），该区湿地沼泽水体TN、

1995年

质量浓度超标率

乌裕尔河 1038.9 乌裕尔河

720

乌裕尔河 1893.8 1379.5 1442.6 沼泽湿地 743.9 沼泽湿地 1483.5

5880.1 3203.3 2319.4

业污水总量已达到9.10×106 m3/a；其中就污染物而言，f(COD) 5880 m3/a，f(BOD5) 3203 m3/a，f(SS) 2319 m3/a，f(NH3-N) 8.39 m3/a。同时近年来流域内森林、草地覆被的大面积破坏，土壤侵蚀引起的养分流失日益加重。研究区内的繁荣、东升及江东灌区，总面积达40066.7 hm2，化肥施用量约10200 t/a，农药施用量90 t/a，人为增加了N、P及有机污染物

污 染 物

表2 扎龙沼泽湿地水体营养化指标1991~2000年际变化[5]

1991年

质量浓度超标率

1992年

质量浓度超标率

1993年

质量浓度超标率

1994年

质量浓度超标率

1996年

质量浓度超标率

1999年

质量浓度超标率

2000年

质量浓度

超标率 /%

ρ/(mg·L)

-1

/% ρ/(mg·L)

-1

/% ρ/(mg·L)

-1

/% ρ/(mg·L)

-1

/% ρ/(mg·L)

-1

/% ρ/(mg·L)

-1

/% ρ/(mg·L)

-1

/% ρ/(mg·L)

-1

TN TP COD

6.46 0.347 58.02

100 100 100 100

8.42 0.058 48.11 1.98

100 100 100

2.51 0.101 25.02 3.75

66.7 100 100 33.3

1.28 0.066 26.96 5.83

100 100 100 66.7

1.91 0.267 24.11 4.27

66.7 100 100 50

4.83 0.178 41.19 27.05

88.9 100 100 58.8

1.31 0.096 21.51 12.20

100 66.7 100 100

2.52 0.104 33.65 11.68

100 100 100 100

BOD5 69.45

TP、COD及BOD5等主要富营养化指标平均值绝大部分严重超标；其中TP、COD多年超标率均为100%，TP最高质量浓度达到0.347 mg/L, COD质量浓度范围为24.11~58.02 mg/L，均已大大超过国家地表水质标准，说明研究区水体的富营养化过程主要由有机物污染引起。水体TN和BOD5质量浓度的变化范围分别在1.91~8.42 mg/L和1.98~69.45 mg/L之间；TN的超标率大于66.7%，BOD5的超标率大于33.3%，超过国家地表水质标准数倍。同时，上述指标存在显著的年际变化特征，TP和BOD5质量浓度年际变化最明显，相邻年际间最大变率分别达到83.3％和97.2％；TN和COD质量浓度变化相对较小。此外，可以看出，4项指标年际变化没有明显的相关性，不同指标平均值的年际变化也没有相关性，随机特征明显。

沼泽湿地污染物质在水体中的分布不仅年际变化显著，而且空间变化也很明显，并表现出一定规律性。在夏季对扎龙湿地进出流动水体多项富营养化指标的监测表明（表3），COD、BOD5沿进水

表3 扎龙沼泽湿地水体营养化指标空间变化 监测点 东升水库(进水区) 吐木可(核心区) 哈塔桥(出水区)

pH值 7.89 7.76 7.85

DO 8.85 8.28 8.14

COD 9.96 10.52 12.85

BOD5

TN 0.51 0.58 0.45

TP 0.057 0.024 0.024

ρ/(mg·L) 0.37 0.88 1.05

-1

区、核心区、出水区的流动方向依次增加，TP、DO沿流动方向依次减少，TN质量浓度在核心区最高。参照地表水环境质量标准（Ⅰ类），COD、TP质量浓度在各点均超标，超标范围分别为3.98～5.43倍

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和0.2～1.85倍[6]。可见由于营养物总体含量过高，扎龙沼泽湿地在植物生长季节已经起不到对有机物的过滤作用，相反却成为有机物输出的“源”，同时沼泽湿地对氮磷污染物的净化作用也不明显，说明富营养化已经导致了沼泽湿地生态水文功能的下降。

3.2 湖泊湿地水体

扎龙湿地湖泊众多，根据2001年夏季TM影像的景观提取分析，夏季湖泊总数已达152个；其中面积在2 km2以上的有47个，是扎龙重要的湿地景观类型。扎龙湖泊湿地主要分布在老乌裕尔河河尾区，即湿地的右半部分，夏季水深平均1.5～2.0米，湖面开阔，水体流动滞缓，是湿地水体污染物重要的富集场所，加之近年来湖泊渔业的兴起，大量鱼类的生长繁殖增加了底泥污染物重新进入水体的途径，加快了小尺度污染物的生物地球化学循环，使富营养化发生的潜在危险性大大增加[7]。

在1998年5、8、10和11月对扎龙核心区的4个主要湖泊（克钦湖、扎龙湖、仙鹤湖、赵三亮子）和大型供水水库（东升水库）进行TN、TP及BOD5质量浓度等指标的监测，以及对扎龙湖泊湿地水体营养状态进行调查分析，结果如图2所示。扎龙湖泊湿地平均营养化水平较高，TN、TP、BOD5质量浓度的总体平均值分别为0.418 mg/L、0.069 mg/L、3.78 mg/L。这些污染物的质量浓度波动范围较大，季节性差异明显，指标间不存在季节动态相关性。其中TN质量浓度的变化范围是0.16～3.16 mg/L；总体上秋季含量最低，平均值为0.072 mg/L。除仙鹤湖、赵三亮子春季TN质量浓度偏高外，其他湖泊季节变化特征不是很明显。相反，TP质量浓度的变化最为显著，随季节呈现降低－增加－再降低的总体波动趋势。夏季达到最低值平均0.099 mg/L；秋季达到最大平均值0.299 mg/L，其中克钦湖的含量最高，达0.49 mg/L；初冬季节又迅速恢复到0.069 mg/L的水平；如此剧烈的波动说明湖泊湿地TP质量浓度极易受水文环境的影响，而水位、温度和植被状况可能是主要影响因素。从BOD5质量浓度的变化可以看到，其变化范围在0.3～13.6 mg/L之间；春季平均质量浓度最高，达到9.2 mg/L，湖泊湿地之间的差异也最为明显，克钦湖比赵三亮子高出近2.5倍；夏季骤然降低到最低，平均值为2.1 mg/L；到秋冬季节有所回升，扎龙湖和仙鹤湖回升的最快。总体上夏季到初冬各湖泊湿地之间差异不大。 3.3 水体富营养化趋势

扎龙湿地作为典型的流域下游河滨湿地，地质地貌和水文自然演化过程决定了它从贫营养状态

)

l /gm ( NT 0.5

克钦湖 0.4

)

l/g0.3

m( PT0.2

0.1

0.0

)

l /gm （5D OB

采 样 时间

图2 扎龙湖泊湿地TN、TP、BOD5质量浓度的季节变化

向富营养状态的自然演化轨迹。低位沼泽潜育化土壤发育过程中形成大面积极易吸收营养物和污染物的泥炭层和腐殖质层，在水文条件剧烈改变的情况下，成为内源富营养化污染的重要来源。尤其是在湿地水量匮乏、水位降低的情况下，湿地生态水文功能不能正常调节和代谢物化过程产生的营养物质，使湿地内部土壤－水－植物－微生物间快速的生物化学循环所产生的营养物在水体富集，使湿地面临整体的富营养化威胁[8]。从图3可以看到，近20年来扎龙湿地水量补给呈明显减少的趋势。尤其是1998年的洪灾以来，乌裕尔河对扎龙湿地的补给更是微乎其微，严重的缺水一度使湖泊湿地水深降至1 m以下，水藻大量爆发；同时乌裕尔河大量工业废水和农业非点源污染，直接或间接排入

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)3 m·8 01( 量/ 流径

年份

图3 扎龙湿地上游依安站年径流补给情况

扎龙湿地，使湿地水体营养化进程大大加快。因此，扎龙湿地水体受到多种因素的影响，同时具有内源富营养化、缺水型富营养化及污染型富营养化的特征和趋势。多因素的协同作用使湿地富营养化程度越来越严重，爆发富营养化灾害的频率和危害性越来越高，整体富营养化趋势明显。1988年的评价结果表明扎龙湿地为富营养化水体，而1995年的水质评价表明，所有的监测点的水体，包括重要湖泊、典型沼泽等50多个采样点，春季5月和夏季8月都处于重营养化状态。1998年特大洪水使湿地的污染有一定幅度降低，但其后几年中湿地水体的富营养状态又迅速回升，说明扎龙湿地水体的营养化趋势是湿地主导演化方向。

4 水环境恢复对策

4.1 保证湿地供水，合理调配水资源

水是维持湿地生态系统结构稳定，保障湿地正常生态水文功能的主导生态因子。连续多年的供水不足，严重影响了扎龙湿地地球化学循环过程和蓄水纳污的生态功能，缺水型水体富营养化是扎龙湿地水体污染的重要特征之一。因此，根据水体净化功能、湿地植被群落生长、生物栖息地水质水量的需求计算湿地生态需水量，是扎龙湿地生态补水和区域水资源调配的重要前提；以此为依据而保证湿地生态用水，恢复湿地自身污染物净化能力，维系湿地生态水文功能的稳定，是综合治理水体污染的基础[9~11]。此外，还应充分发挥扎龙湿地涵养水源调节水量的水文功能，按照流域水资源时空分异特征合理地调配水资源，保证不同季节湿地的基本湿地生态需水量，发挥湿地自身污染物净化能力[12]。 4.2 应用恢复生态学原理方法，进行湿地恢复

长期的供水不足和人为干扰使扎龙湿地的水生态环境已受到严重的破坏，应用科学的生态恢复方法、生态工程的技术措施，可以人为地调节湿地水文循环，控制营养物的生态循环，促进污染物的

底泥沉积和外界输出速度[9]。因此，根据扎龙湿地水环境特点，借鉴国外湿地恢复的成功范例，认识扎龙湿地生境演替规律，促进湿地生境更新，逐步改善湿地水体环境。生态恢复的重点是调节生态水文过程的水质、生物结构，建立保护区非点源污染生物缓冲带，开挖湿地下游排污排水渠道。同时，综合考虑集水区地表水文过程引起的地表径流污染，完善周边农业区非点源污染的控制措施，在敏感地区建立湿地植被缓冲带，净化地表径流，缓解波动性污染负荷的冲击[13]。

4.3 加强排污管理，严格监管政策

鉴于乌裕尔河水污染物是扎龙湿地水体营养物的主要来源，防止乌裕尔河工农业污染势在必行。有关部门应严格按照国家有关功能地表水体的水质标准对流域内水体进行严格监管；依据湿地自然保护区管理条例，彻底关闭河流沿岸保护区周边地区不符合排污标准的小造纸、化工、皮革的重点企业，减轻湿地的污染压力，改变只看重经济效益和先污染再治理的错误思想，实行排污收费制度，引导流域内众多小企业进行地理布局和产业结构调整。

4.4 合理规划保护区功能区范围，实施生态移民 合理划分和管理保护区功能区是湿地资源保护和科学管理的基础。尽管扎龙保护区已经划分了缓冲区、核心区和实验区，但由于缺乏法定边界，功能区实质上没有起到应有的功能，核心区内人口数量、耕地面积逐渐增多，化肥、生活污水、放牧使水体污染日益严重。应严格按照《中华人民共和国自然保护区条例》的规定，迁出保护区内居民；在功能区内杜绝开垦、放牧及渔业养殖行为；核心区禁止任何单位和个人进入；实验区可从事相应的科学研究和开发活动；缓冲区只允许从事科学研究和观测活动[2]。

4.5 提高全民湿地保护意识，增强政府管理职能

提高公众对湿地生态效益的认识，强化公众湿地保护意识。公众应监督政府职能部门履行湿地环境保护的各项法令法规，在政府的参与下积极筹措湿地保护资金，推广湿地生态补偿政策，积极治理和防止湿地水体污染。要实现湿地水环境的可持续发展，必须依靠政府的重视和民众的支持和参与，建立广泛参与湿地保护的机制，实现“全民环保”。

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The characteristics of water eutrophication in Zhalong wetlands

and strategy of environmental recovery

GUO Yue-dong, DENG Wei, PAN Ji-hua

Northeast Institute of Geography and Agricultural Ecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012, China

Abstract: In this paper, the author analyses the status of water eutrophication in Zhalong wetlands, and points out that the majority of water quality indexes, such as TN, TP and BOD5, have gone beyond the water quality standards seriously. Meanwhile, the author elucidates the characteristics of nutrition, then summarizes the eutrophication trend of Zhalong wetlands. Aiming at ameliorating the environment, some suggestions are brought forward, such as ensuring water supply, restoring ecology, and controlling surfacial water pollutants, and so on.

Key words: Zhalong wetlands; eutrophication; wetland recovery

400万年前的池塘

在接近北纬79°的加拿大Ellesmere岛上的泥炭沉积物中发现的一个400万年前的池塘残迹，含有代表在当今树线以北3219 km的一个地区的动植物群落的丰富材料。当这个池塘存在时，它是在树线以内，被落叶松林包围，里面生活着Dipoides，它是一种现已灭绝的“旧世界”海狸物种，只与现存海狸有远亲关系。在该池塘中保存下来的是一组种类繁多的哺乳动物，它们在东亚几乎都有近亲，包括一种已经灭绝的熊、狼獾、亚洲獾、三趾马和麝香鹿。当时的气候温度比现在高约15 ℃，与今天加拿大拉布拉多的条件差不多。（肖辉林摘自Nature, 2003, 425: 388）

亚马逊河流域沉积芯研究

对来自亚马逊河两个支流Beni河和Mamore河两岸的沉积芯所做的一项研究，显示了亚马逊冲积平原

52

一个面积为7.2×10 km的地区的沉积历史。该地区是亚马逊河的主要沉积源，这里的沉积芯表明，沉积过程与气候事件的关系非常密切，最厚的沉积层是在厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）周期的冷期形成的。在此期间，迅速上涨的洪水将大量沉积物从安第斯山脉冲刷到这里。这意味着，由ENSO周期驱动的短暂过程控制着亚马逊冲积平原的形成，调节沉积物向下游的输送，同时调节相关的碳、营养物和污染物向亚马逊主流的输送。（肖辉林摘自Nature, 2003, 425: 493）

扎龙河滨湿地水体营养化污染特征及水环境恢复对策

89生环境态第 21卷 第4 期(20 3 年 011月

此)期，迅间速涨的洪水上将量大积沉物安第从斯脉冲刷到这山。这里味意着， ENS由O周期 驱动的暂短 过程控着制马逊冲亚平原积的形，调成节沉物积下游的向送，输时同调节关相的、碳养营物和污物向染亚马 逊流主输的送 。(辉林摘自肖N ture,a 0023, 25: 4493)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/maxj.html