水源地人工溼地水質淨化效果及其對浮遊植物的影響

2021-01-10 慧聰水工業網

浮遊植物是水生態系統的初級生產力，其群落結構對水體環境變化響應非常靈敏，能夠用來反映水體的水質特徵。通常認為，浮遊植物生長主要受到營養鹽、水溫、光照和水動力的影響，其群落結構更是會受到水體中各種理化因子和生物因子，甚至是人工措施的影響。

人工溼地作為飲用水源地的淨化措施已有許多應用實例。目前，關於人工溼地的水質淨化效果和對浮遊植物影響的研究大多是在中小尺度的試驗控制下進行，但在工程應用中的大型人工溼地水源地的研究較少。

本研究以嘉興市水源地石臼漾溼地和貫涇港溼地兩個人工溼地為研究對象，分析溼地內的水質變化特徵和浮遊植物分布特徵，探究人工溼地淨化對浮遊植物生長和群落結構的影響，為人工溼地水源地的建設和管理提供理論依據。

Part 1 材料和方法

1.1 研究區域概況

石臼漾溼地和貫涇港溼地位於浙江省嘉興市境內，均為人工溼地，是嘉興市的重要水源地。兩個人工溼地的淨化流程可分為4個功能區塊，即預處理區、溼地根孔淨化區、深度淨化區及引水區。

1.2 採樣點和採樣時間

2019年3月—5月，分別在溼地的進水處、根孔淨化區出水處和深度淨化區出水處設置採樣點。S1～S3為石臼漾溼地採樣點，如圖1(a)所示，其中，S1位於進水處，S2位於溼地根孔淨化區出水處，S3位於水廠取水處；G1和G2為貫涇港溼地採樣點，如圖1(b)所示，其中，G1位於溼地進水處，G2位於根孔淨化區出水處。水質採樣的時間為3月27日—5月27日，每周1次，共採樣10次。浮遊植物的採樣日期為3月27日、4月2日、4月17日和5月22日。

1.3 樣品採集與分析

渾濁度和葉綠素a使用YSI EXO多參數水質分析儀進行現場測定。總氮(TN)、氨氮NH4+-N硝酸鹽氮NO3--N、總磷(TP)、磷酸鹽PO43--P進行實驗室測定。TN根據HJ 636—2012測定，NH4+-N根據HJ 535—2009測定，NO3--N根據HJ/T 346—2007測定，TP根據GB/T 11893—1989測定，PO43--P根據GB/T 5750.5—2006測定。浮遊植物的測定指標包括豐度和群落結構。

Part 2 結果與分析

2.1 氮磷營養鹽濃度

兩個溼地各監測點的氮營養鹽濃度變化如圖2所示。總體而言，石臼漾溼地進出水TN濃度變化不大，TN的淨化效果不明顯。根孔淨化區對NH4+-N的去除效果明顯，但深度淨化區處理前後NH4+-N濃度基本不變。根孔淨化區和深度淨化區對NO3--N的去除效果均不明顯。

兩個溼地各監測點的磷營養鹽濃度變化如圖3所示。水流經過S1→S2→S3，TP濃度逐漸降低，根孔淨化區和深度淨化區均對TP有較好的去除效果。水流經過根孔淨化區和深度淨化區，鹽PO43--P濃度逐漸降低。

2.2 濁度

濁度是影響水體富營養化的重要光學指標，主要受到水中懸浮顆粒物、浮遊植物、浮遊動物等影響。由圖4可知，石臼漾溼地的進水濁度較高，經過人工溼地淨化後，濁度大幅度下降。水流經過S1→S2→S3，水體濁度逐步降低，根孔淨化區和深度淨化區均對濁度有較好的淨化效果。貫涇港溼地的進水濁度比石臼漾溼地低，經過溼地淨化後濁度也在一定程度上降低。

2.3 葉綠素a

葉綠素a是表徵水體中浮遊植物數量的重要指標。如圖5所示，在貫涇港溼地中， 由於深度淨化區水域較小，G1和G2的葉綠素濃度相近。總體而言，兩個人工溼地的葉綠素a濃度呈現出「深度淨化區>根孔淨化區≈進水區」的特徵。

2.4 浮遊植物群落結構

在石臼漾溼地中共鑑定出藻類7門71屬，在貫涇港溼地中共鑑定出藻類7門62屬。兩個人工溼地的浮遊植物種屬構成基本一致。

兩個人工溼地的5個採樣點在4個採樣日期的藻類優勢種如表1所示。兩個人工溼地的優勢種屬基本一致，主要優勢種屬為隱藻屬(Cryptomonas sp.)、藍隱藻屬(Chroomonas sp.)、小環藻屬(Cyclotella sp.)、四星藻屬(Tetrastrum sp.)和衣藻屬(Chlamydomonas sp.)。經過人工溼地淨化，浮遊植物群落結構發生了改變。

Part 3 討論

3.1 影響浮遊植物生長的水質因子

氮磷營養鹽是藻類生長的物質基礎，但營養鹽對藻類生長的促進作用有濃度上限，超過一定濃度後，藻類生長已有足夠的營養，營養鹽不再是藻類生長的限制條件。從營養鹽角度來看，經過人工溼地淨化後藻類的營養限制類型由「磷限制與不受磷限制間波動」轉變為「磷限制」。

兩個人工溼地的氮磷營養鹽濃度都是出水低於進水，而葉綠素a濃度卻呈現出「深度淨化區>根孔淨化區≈進水區」的特徵。現有研究表明，較長的水力停留時間有利於藻類生長。因此，人工溼地建設中應關注藻類增殖問題，合理控制水力停留時間。

3.2 浮遊植物群落對人工溼地水質處理的響應

兩個溼地的主要優勢種屬為隱藻、藍隱藻、小環藻、四星藻、衣藻。人工溼地淨化改變了水體生境，影響藻類群落結構，促使石臼漾溼地和貫涇港溼地的優勢種屬向藍隱藻和隱藻轉變。

Part 4 結論

(1)石臼漾溼地的TN進出水濃度基本不變，NH4+-N平均去除率為17.0%，NH3--N平均去除率為4.7%，TP平均去除率為45.3%，PO43--P平均去除率為52.7%，濁度平均去除率為57.0%；貫涇港溼地的TN平均去除率為10.9%，NH4+-N平均去除率為36.7%，淨化前後NH3--N濃度基本不變，TP平均去除率為21.4%，PO43--P平均去除率為13.6%，濁度平均去除率為22.5%。經人工溼地淨化後，氮磷營養鹽濃度和濁度降低，對磷營養鹽的淨化效果比氮好。

(2)經溼地淨化後，水體營養鹽濃度降低，但由於水體透明體提升，深度淨化區水流緩慢，水力停留時間長，出水處的葉綠素a濃度和藻類數量都明顯增加。因此，人工溼地建設中應關注藻類增殖問題，合理控制水力停留時間。

(3)從浮遊植物功能群的適宜生境來看，兩個溼地總體上為中、富營養狀態的低流速淺水水體。溼地進水區的浮遊植物群落易受到上遊來水的影響，但人工溼地淨化可改變水體生境，影響藻類群落結構，促使石臼漾和貫涇港溼地的優勢種屬向藍隱藻和隱藻轉變。

來源：淨水萬事屋

作者：葉之穎等

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