矿山湿地水体水质时空变化规律研究

第38卷第6期西南师范大学学报(自然科学版)2013年6月V o l.38N o.6J o u r n a l o f S o u t h w e s t C h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)J u n.2013

文章编号:10005471(2013)06008504

矿山湿地水体水质时空变化规律研究①

王化杰1,任理想2,赵淑云1,李刚2

1.安徽淮北职业技术学院旅游系,安徽淮北235000;

2.安徽淮北市环境监测站,安徽淮北235000

摘要:以矿山湿地(MW-1和MW-2)为对象,对水体有机物(化学需氧量C O D和生化需氧量B O D5)及营养盐(总氮T N,氨氮A N和总磷T P)的时空变化特征进行了研究,通过1年的监测分析发现:不同矿山湿地水体水质差异明显,其中MW-1的C O D和B O D5质量浓度分别为8.91m g/L和5.81m g/L,T N,A N和T P质量浓度分别为

0.57m g/L,0.30m g/L和0.06m g/L;MW-2的C O D和B O D5质量浓度分别为16.80m g/L和10.21m g/L,T N,

A N和T P质量浓度分别为1.19m g/L,0.58m g/L和0.25m g/L;矿山湿地水体水质季节性变化显著(p<0.01);富

营养化评价分析发现,矿山湿地水体富营养化程度季节性变化显著,MW-1富营养化程度低于MW-2,总体富营养化程度从小到大依次为冬季㊁秋季㊁春季㊁夏季.

关键词:矿山湿地;水质;时空变化;富营养化

中图分类号:X832文献标志码:A

矿山湿地作为一种特殊的湿地类型,不仅发挥着调节城市小气候㊁蓄水供水等生态功能,而且担负向居民提供休闲㊁娱乐与科普教育的社会服务功能[1-2].矿山湿地是由采煤沉陷而形成的大面积积水区域,因其水体受周边煤炭尾矿㊁矿井外排废水㊁生活污水等影响,遭受着不同程度的破坏[3-4].目前,对天然湿地和人工湿地在纳污㊁净水方面的研究已有诸多进展[5-9],但对于矿山湿地这种由单一陆生生态系统演变为水 陆复合型生态系统的研究却鲜有报道.本研究旨在通过长期监测,评估不同矿山湿地水体水质污染状况,阐明矿山湿地水体季节性变化规律,评价矿山湿地水体水质富营养化程度.

1研究区域与方法

1.1研究区域概况

淮北市总体上属于江淮平原区,地势北高南低.属暖温带半湿润季风气候区,气候温和,日照充足,雨水适中,四季分明;全年主导风向夏季多为东南风,冬季多为东北风;年平均气温15.1ħ,无霜期202d,风速3.0m/s;年均降雨量约872mm,6月至9月降雨占全年降雨量的65%~70%,多年平均蒸发能力为1045.2mm.淮北市湿地资源丰富,主要由原有的平原水网型河流㊁鱼塘以及采煤沉陷区形成的次生湿地共同构成.全市采煤沉陷区面积110k m2,其中常年积水面积36k m2,沉陷深度100mm至6m不等,主要由地下水㊁煤矿开采疏干水构成,基本上呈独立水体.现采煤沉陷区湿地主要是独立的湿地水体和鱼塘,对采煤沉陷区的治理措施,除国家实施的少量土地复垦外,也在进行矿山湿地的开发与利用.矿山湿地的开发主要体现在筑坝㊁固底,减少周边人为活动的干扰,并适度开展生态旅游活动,发挥其景观作用.另外,鱼塘是采煤沉陷区近年来开发治理的主要模式之一,现有鱼塘水面面积11.14k m2,鱼类主要是常见鲤鱼㊁鲢鱼等.本研究所选场地MW-1水域面积约2.2k m2,平均水深约5m,固底㊁筑坝及周边绿化带㊁景观设施规划齐全,植物以芦苇为主,覆盖率约为1%;MW-2水域面积约为0.9k m2,平均水深约2.5m,周边农田㊁煤矸石堆和部分居民存在,植物以芦苇为主,覆盖率约为1%.其分布位置见图1.

①收稿日期:20130224

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基金项目:安徽高校省级自然科学基金(K J2011B153).

作者简介:王化杰(1982),男,安徽蚌埠人,硕士,讲师,主要从事湿地生态修复技术.

图1 淮北矿山湿地位置

及采样点分布示意图

1.2 采样点布置与样品采集

根据矿山湿地规划程度,选择MW -1和MW -2为研

究对象,按照矿山湿地地形走向,设定A ,B ,C3处采样

点,从2011年1月至2011年12月,每月中旬采集一次

表层水样,分别在各采样点左㊁中㊁右位置取样,并将各

采样点水样等量混合.1.3 样品处理与分析总悬浮颗粒物(T S S ),化学需氧量(C O D ),五日生化需氧量(B O D 5),总氮(T N ),总磷(T P )及氨氮(A N )采用国家标准方法进行测定[10];p H 值(德国WTW 公司p H 3110测试仪),T (ħ),溶解氧(D O )采用德国WTW 公司手提式溶解氧O x i 340i 现场测定;M i c r o s o f tO f f i c e E x c e l 2003㊁S P S S 17.0软件进行试验数据的统计分析.2 结果与讨论

2.1 不同矿山湿地水质指标的分布特征

由表1可知,矿山湿地水体平均温度在16ħ左右,其中MW -2的温度略高于MW -1,p H 值在7.0~8.6之间,说明水体呈弱碱性,且均未超出我国地表水水质标准(G B 38382002)中p H 值6~9的要求.相

对于MW -2,由于受周边人为生活影响较小,MW -1水体中D O 质量浓度较高,总悬浮颗粒物质量浓度在2.1~66.2m g /L 之间,MW -2中质量浓度高于MW -1,季节性变化明显.化学需氧量C O D 是反映水体受还原性物质污染的程度,MW -2中C O D 的质量浓度高于MW -1,变化范围在4.6~40.5m g /L 之间.五日生化需氧量B O D 5是指示水中有机污染物质量浓度的一个综合指标,整个监测期B O D 5平均质量浓度为8.01m g /L ,MW -2中B O D 5质量浓度均高于MW -1,说明MW -2受有机污染物影响更大.全年T N 平均质量浓度为0.88m g /L ,MW -2中T N 的质量浓度约是MW -1中的两倍,年平均质量浓度为1.19m g

/L ,超出我国地表水水质标准(G B 38382002)Ⅲ类水标准上限(1.0m g /L ),MW -2中氨氮A N 年平均质量浓度为0.58m g /L ,亦超出我国地表水水质标准(G B 38382002)Ⅱ类水标准上限(0.5m g /L ).T P 在MW -1中质量浓度远低于MW -2,MW -2中T P 年平均质量浓度为0.25m g /L ,也已超出我国地表水水质标准(G B 38382002)Ⅲ类水标准上限(0.2m g /L ).表1 不同矿山湿地水质指标分布(最小值和最大值)

采样点

T /ħp H 值D O /(m g ㊃L -1)T S S /(m g ㊃L -1)C O D /(m g ㊃L -1)B O D 5

/(m g ㊃L -1)T N /(m g ㊃L -1)T P /(m g ㊃L -1)A N /(m g ㊃L -1)MW -1

均值16.49

7.878.9713.578.915.810.570.060.30范围3.5~30.5

7.3~8.66.6~12.12.1~33.64.6~17.72.9~11.50.03~1.310.02~0.180.02~0.5

MW -2均值

16.737.476.2221.9116.8010.211.190.250.58范围3.8~31.67.0~7.94.6~10.53.6~66.26.9~40.55.1~20.30.36~2.260.05~0.710.06~1.262.2 矿山湿地各水质指标的季节性分布特征

图2为春(3月-5月)㊁夏(6月-8月)㊁秋(9月-11月)㊁冬(12月-2月)

四季矿山湿地水体水质指标季节性变化情况.图2-a 是水体温度和D O 各季节的变化情况,水温呈先增加后减小趋势,D O 呈逐渐减小趋势,夏季D O 标准偏差较大,说明不同矿山湿地水体间差异性显著增强(p =0.01).图2-b 是水体p H 值和T S S 的变化情况,二者总体呈先增加后减小趋势,夏季p H 值和T S S 均达到最大值,说明受降雨和季节的影响较为显著(p =0.005,p =0

.000).图2-c 为C O D 和B O D 5的季节性变化情况,总体呈现先增加后减小趋势,最大值出现在夏季,同时春㊁夏季二者的标准偏差较大,说明春㊁夏季水体有机物质量浓度较多,且MW -1与MW -2间差异显著(p =0.001,p =0

.000).图2-d 为T P ,T N 和A N 的季节性变化情况,最大值均出现在夏季,最小值均出现在冬季,说明季节差异性对水体中T P ,T N 和A N 的影响显著

(p =0.006,p =0

.000和p =0.000).88西南师范大学学报(自然科学版) h t t p ://x b b j

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