扎龙国家级自然保护区水环境评价与湿地资源可持续发展研究
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收稿日期:2006-04-28作者简介:赵 旭,男,黑龙江省齐齐哈尔水文局,高级工程师。
《水资源研究》第27卷第3期(总第100期)2006年9月生态环境扎龙国家级自然保护区水环境评价与湿地资源可持续发展研究赵 旭(黑龙江省齐齐哈尔水文局,黑龙江齐齐哈尔161005)摘 要:扎龙自然保护区水环境污染较重,主要表现为水体有机污染和富营养化,总氮、总磷、高锰酸盐指数超标率达100%。
水质与水生生物评价结果表明湿地水环境处于中、重度污染程度。
其污染原因是生活污水、工业废水的排放和农药、化肥的施用等。
扎龙自然保护区补给水量不足,年缺水约3亿m 3。
综上所述,提出了开展湿地宣传教育活动;建立科学的资源与环境生态水利体系;建立湿地水文监测系统等5条措施,为研究自然保护区水环境与湿地资源的可持续发展提供了理论与方法。
关键词:水环境评价;可持续发展;国家级自然保护区;扎龙湿地;富营养化;水质;水生生物1 扎龙国家级自然保护区现状扎龙国家级自然保护区是世界上重要湿地保护区之一,是以芦苇沼泽为中心的内陆性湿地和水域生态系统类型的自然保护区。
扎龙自然保护区位于中国黑龙江省西部,东北平原北部的乌裕尔河下游的齐齐哈尔市区东南郊26.7km 处,地理坐标为东经123°47′～124°37′,北纬46°52′～47°32′。
其总面积为2100km 2,居住人口为2.8万人。
扎龙自然保护区的河流多为无尾河,无明显河床,河水泛滥形成湿地。
其中,80%的湿地为芦苇沼泽湿地。
扎龙自然保护区地处中纬地带,属寒温带大陆性季风气候。
春季风大,夏季多雨,秋凉早霜,冬寒漫长。
年平均气温为1～3℃;年降水量为426mm ,且降水多集中在每年的6～9月;年蒸发量为810mm ;年平均相对湿度为62%。
扎龙自然保护区的土壤以草甸沼泽土为主,其次是潜育草甸土和碳酸盐草甸土,这几种土壤面积大约占该区总面积的80%,分布较为集中成片;风沙土、黑钙土、盐土、碱土所占的面积不足20%,其分布较零散。
扎龙自然保护区的植被主要包括草甸草原植被、草甸植被、沼泽植被、水生植被4种类型,其中高等植物有468种。
分布在扎龙自然保护区的动物有昆虫类277种,鱼类47种,两栖类有4科6种,爬行类有2种,鸟类约260种,兽类有21种。
扎龙自然保护区有丹顶鹤等国家一级保护鸟类8种,国家二级保护鸟类33种[1,4]。
2 扎龙湿地水环境评价在扎龙自然保护区选择了4个采样点(东升水库、扎龙湖、吐木可小桥和哈塔桥),1999年和2000年进行了水质和水生生物监测。
其中东升水库位于扎龙的上游,扎龙湖和吐木可小桥位于扎龙的中游,哈塔桥位于扎龙的下游。
水质监测项目有总磷(TP )、总氮(T N )、高锰酸盐指数(C OD Mn )、五日生化需氧量(BOD 5)、溶解氧(DO )和pH 值[2]。
水生生物监测包括浮游藻类和底栖动物。
2.1 水质评价方法及标准2.1.1 水质评价方法[3]采用综合污染指数法,计算公式如下:K =6ni =1C kC oi・Ci (i =1,2,…,n )(1)式中K 为地面水的综合污染指数;C k 为地面水中各污染物的统一最高允许标准,简称“统一标准”;C oi 为各种污染物地面水最高允许标准;Ci 为地面水中各种污染物的浓度。
C k C oi是把各种不同污染物的地面水最高允许标准转化为同一标准的换算系数;而C kC oi・Ci 就是各种污染物的污染程度;K 表示各种污染物的总体对水质的综合污染程度。
2.1.2 水质评价标准根据黑龙江省地方标准(DB23Π435-1998)执行地面水二类水体标准,其中总氮标准0.15mg ΠL ,总磷标准为0.025mg ΠL 。
2.2 水生生物评价方法与标准由于每种生物评价指数只能反映环境变化的几种信息,要比较全面、准确地反映环境质量状况及发展变化趋势,必须用几种不同的生物评价指数进行综合评价。
因此,对底栖动物评价用G oodnight 修订指数和生物学污染指数,对着生藻类评价用均匀度指数、藻类污染指数和多样性指数。
G oodnight 修订指数的公式为:G .B .I =N -N oliN(2)式中G .B .I 为G oodnight 修订指数;N 为样品中底栖动物个数总数;N oli 为样品中寡毛类个体总数。
根据G .B .I 值,可判断水质的污染状况。
当G .B .I 值为1～0.4,则水质污染级为清洁至轻污染;G .B .I 值为0.4～0.2,则为中污染;G .B .I 值为0.2～0,则为重污染;G .B .I 值为0,则为严重污染。
生物学污染指数的公式为:B PI =log (N 1+2)log (N 2+2)・log (N 3+2)(3)式中B PI 为生物学污染指数;N 1为寡毛类、蛭类和摇蚊幼虫个体数;N 2为多毛类、甲壳类、除摇蚊幼虫以外的其它水生昆虫个体数;N 3为软体类个体数。
根据B PI 值,也可判断水质的污染状况。
当B PI 值小于0.1时,则水质清洁;B PI 值为0.1～0.5,则水质为轻污染;B PI 值为0.5～1.5,则为β轻污染;B PI 值为1.5～5,则为α轻污染;B PI 值大于5时,则为重污染。
均匀度指数的公式为:e =H H max(4)式中e 为均匀度;H 为生物多样性指数,H =-6Si =1(n iN)・log 2(n iN),(i =1,2,…,S ),其中N 为生物群落的个体总数,n i 为i 种生物的个体数;H max 为生物最大多样性指数,H max =log 2S ,S为生物种类数。
可根据e 值来判断水质的污染状况。
当e 值为0～0.3,则水质为重污染;e 值为0.3～0.5,则为中污染;e 值为0.5～0.8,则为轻污染或无污染。
多样性指数(Margalef 指数法)的公式为:d =S -1ln N(5)式中d 为生物多样性指数;S 为生物种类数;N 为生物群落的个体总数。
d 值的高低表明生物种类多样性的丰富与匮乏,因此可指示水质的优劣程度。
当d >5,水质清洁;d 值为4～5,水质被轻污染;d 值为3～4,则水质被中污染;d <3,则水质被重污染。
威尔姆对能耐受污染的20属藻类分别给予不同的污染指数值(表1)。
根据水样中出现的藻类计算总污染指数。
如总污染指数(P .I )大于20为严重污染,15～19为中污染,低于15为轻污染。
3 评价结果与原因分析3.1 水环境污染评价3.1.1 水质污染现状水质监测结果表明(表2),水体有机污染较重,并且富营养化,总磷、总氮、高锰酸盐指数超标率为100%,BOD 5超标率50%,溶解氧和pH 值的超标率分别为37.5%和12.5%。
4个测点中,扎龙湖的水质污染最重,总磷、总氮、高锰酸盐指数和五日生化需氧量分别超标5.68、17、3.93倍和1.83倍。
扎龙湿地水体污染最明显的特征就是富营养化,其富营养化的隶属度值不断升高,呈逐年上升趋势。
扎龙湿地水体中,总氮含量为0.51～4.66mg ΠL ,总磷含量为0.050～0.266mg ΠL ,远大于国际标准所总氮小于0.2mg ΠL ,总磷小于0.02mg ΠL 的要求。
富营养化的危害极大,治理难度很大,因此要预防富营养化加重,必须严格控制氮、磷的排放量。
详见表2。
表1 威尔姆定义的藻类污染指数值属名污染指数属名污染指数组囊藻(Anacystis )1微芒藻(M icractinium )1纤维藻(Ankistrodesmus )2舟形藻(Navicula )3衣 藻(Chlamydom onas )4菱形藻(Nitzschia )3小球藻(Chlorella )3颤 藻(Osciliatoria )5新月藻(Closterium )1实球藻(Pandorina )1小环藻(Cyclotella )1席 藻(Phormidium )1裸 藻(Euglena )5扁裸藻(Phacus )2异极藻(C om phonema )1栅 藻(Scenedesmus )4鳞孔藻(Lepocinclis )1毛枝藻(S tigeoclonium )2直链藻(M elosira )1针杆藻(Synedra )2表2 扎龙国家级自然保护区水质监测结果监测点位总磷Π(mg ・L -1)总氮Π(mg ・L -1)COD Mn Π(mg ・L-1)BOD 5Π(mg ・L-1)DO Π(mg ・L -1)pH199920001999200019992000199920001999200019992000东升水库0.0570.0500.51 4.669.9612.040.37 4.108.85 2.298.267.89扎龙湖0.0680.266 1.75 3.6617.1222.38 2.4214.368.647.597.868.70吐木可小桥0.0240.1000.58 4.0010.5217.110.88 5.908.26 3.067.187.76哈塔桥0.0240.1560.45 4.4512.8518.10 1.05 6.078.14 4.068.157.84水生生物监测包括浮游藻类和底栖动物。
据市环境保护局监测资料表明,湿地内水中浮游藻类共有8门73个属。
其中,绿藻35个属,硅藻19个属,蓝藻8个属,裸藻4个属,甲藻3个属,金藻2个属,红藻和隐藻1个属。
以绿藻的种类最多,优势种是蓝藻门的鞘丝藻和微囊藻。
详见表3。
表3 扎龙国家级自然保护区浮游藻类统计观测点时间Π年属种数Π个硅藻门硅藻门硅藻门裸藻门甲藻门隐藻门红藻门金藻门合计生物量Π(104个・L -1)优势种名称占百分比Π%东升水库19991216521113813.58舟型藻30.620001215641114068.50鞘丝藻16.9扎龙湖1999122062311451034.00平裂藻12.42000217532130427.25微囊藻25.4吐可木小桥199910155213365.60平裂藻15.52000311631112653.00微囊藻74.2哈塔桥199********13820.25针杆藻29.9200071163112924.8鞘丝藻31.81996～2000年193584311273853.49鞘丝藻23.8微囊藻底栖动物以湿地下游的哈塔桥种类和数量最少,以湿地上游的东升水库的种类和数量最多,以水生昆虫为优势种,占总量的55.3%,反映出中污染特征。
水生生物监测结果表明扎龙国家级自然保护区水环境处于中度污染程度。
表4 扎龙国家级自然保护区底栖动物监测结果个Πm2学 名东升水库吐木可小桥哈塔桥扎龙湖19992000199920001999200019992000光滑无齿蚌Anodonta24赤豆螺Bithynia fuchsiana16816扁卷螺Planorbidae8纹沼螺Parafossarulusstriatulus12816大脐扁卷螺Hippentisumbilicalis16中华小长臂虾Paluem onetessinensis168水丝蚓Limnodrilus16施密摇蚊Smittia8羽摇蚊Chironomuaplum osus16褐跗多足摇蚊P olyedilumleucpus6424翠绿摇蚊G yptochironomusvividulus24细长摇蚊Chironomusatlennatus88膨大多足摇蚊P olypedilumconvidum88梯形多足摇蚊P olyedilumscalaenum8小云多足摇蚊P olyedilumnubeeulosum16额叶长跗摇蚊Tanytarsuavanwder32秋月齿班摇蚊Stictochironomusakizukii8幽蚊Chaoborus48488合 计14424888241686416总种数685211223.1.2 水质质量评价根据公式(1)计算出的水质质量评价结果显示,4个样点的综合污染指数为3.426～4.183,最高达5.508～6.447,属于重度污染。
