水源地人工湿地水质净化效果及其对浮游植物的影响

浮游植物是水生态系统的初级生产力，其群落结构对水体环境变化响应非常灵敏，能够用来反映水体的水质特征。通常认为，浮游植物生长主要受到营养盐、水温、光照和水动力的影响，其群落结构更是会受到水体中各种理化因子和生物因子，甚至是人工措施的影响。

人工湿地作为饮用水源地的净化措施已有许多应用实例。目前，关于人工湿地的水质净化效果和对浮游植物影响的研究大多是在中小尺度的试验控制下进行，但在工程应用中的大型人工湿地水源地的研究较少。

本研究以嘉兴市水源地石臼漾湿地和贯泾港湿地两个人工湿地为研究对象，分析湿地内的水质变化特征和浮游植物分布特征，探究人工湿地净化对浮游植物生长和群落结构的影响，为人工湿地水源地的建设和管理提供理论依据。

Part 1 材料和方法

1.1 研究区域概况

石臼漾湿地和贯泾港湿地位于浙江省嘉兴市境内，均为人工湿地，是嘉兴市的重要水源地。两个人工湿地的净化流程可分为4个功能区块，即预处理区、湿地根孔净化区、深度净化区及引水区。

1.2 采样点和采样时间

2019年3月—5月，分别在湿地的进水处、根孔净化区出水处和深度净化区出水处设置采样点。S1～S3为石臼漾湿地采样点，如图1(a)所示，其中，S1位于进水处，S2位于湿地根孔净化区出水处，S3位于水厂取水处；G1和G2为贯泾港湿地采样点，如图1(b)所示，其中，G1位于湿地进水处，G2位于根孔净化区出水处。水质采样的时间为3月27日—5月27日，每周1次，共采样10次。浮游植物的采样日期为3月27日、4月2日、4月17日和5月22日。

1.3 样品采集与分析

浑浊度和叶绿素a使用YSI EXO多参数水质分析仪进行现场测定。总氮(TN)、氨氮NH₄⁺-N硝酸盐氮NO₃^--N、总磷(TP)、磷酸盐PO₄^3--P进行实验室测定。TN根据HJ 636—2012测定，NH₄⁺-N根据HJ 535—2009测定，NO₃^--N根据HJ/T 346—2007测定，TP根据GB/T 11893—1989测定，PO₄^3--P根据GB/T 5750.5—2006测定。浮游植物的测定指标包括丰度和群落结构。

Part 2 结果与分析

2.1 氮磷营养盐浓度

两个湿地各监测点的氮营养盐浓度变化如图2所示。总体而言，石臼漾湿地进出水TN浓度变化不大，TN的净化效果不明显。根孔净化区对NH₄⁺-N的去除效果明显，但深度净化区处理前后NH₄⁺-N浓度基本不变。根孔净化区和深度净化区对NO₃^--N的去除效果均不明显。

两个湿地各监测点的磷营养盐浓度变化如图3所示。水流经过S1→S2→S3，TP浓度逐渐降低，根孔净化区和深度净化区均对TP有较好的去除效果。水流经过根孔净化区和深度净化区，盐PO₄^3--P浓度逐渐降低。

2.2 浊度

浊度是影响水体富营养化的重要光学指标，主要受到水中悬浮颗粒物、浮游植物、浮游动物等影响。由图4可知，石臼漾湿地的进水浊度较高，经过人工湿地净化后，浊度大幅度下降。水流经过S1→S2→S3，水体浊度逐步降低，根孔净化区和深度净化区均对浊度有较好的净化效果。贯泾港湿地的进水浊度比石臼漾湿地低，经过湿地净化后浊度也在一定程度上降低。

2.3 叶绿素a

叶绿素a是表征水体中浮游植物数量的重要指标。如图5所示，在贯泾港湿地中， 由于深度净化区水域较小，G1和G2的叶绿素浓度相近。总体而言，两个人工湿地的叶绿素a浓度呈现出“深度净化区>根孔净化区≈进水区”的特征。

2.4 浮游植物群落结构

在石臼漾湿地中共鉴定出藻类7门71属，在贯泾港湿地中共鉴定出藻类7门62属。两个人工湿地的浮游植物种属构成基本一致。

两个人工湿地的5个采样点在4个采样日期的藻类优势种如表1所示。两个人工湿地的优势种属基本一致，主要优势种属为隐藻属(Cryptomonas sp.)、蓝隐藻属(Chroomonas sp.)、小环藻属(Cyclotella sp.)、四星藻属(Tetrastrum sp.)和衣藻属(Chlamydomonas sp.)。经过人工湿地净化，浮游植物群落结构发生了改变。

Part 3 讨论

3.1 影响浮游植物生长的水质因子

氮磷营养盐是藻类生长的物质基础，但营养盐对藻类生长的促进作用有浓度上限，超过一定浓度后，藻类生长已有足够的营养，营养盐不再是藻类生长的限制条件。从营养盐角度来看，经过人工湿地净化后藻类的营养限制类型由“磷限制与不受磷限制间波动”转变为“磷限制”。

两个人工湿地的氮磷营养盐浓度都是出水低于进水，而叶绿素a浓度却呈现出“深度净化区>根孔净化区≈进水区”的特征。现有研究表明，较长的水力停留时间有利于藻类生长。因此，人工湿地建设中应关注藻类增殖问题，合理控制水力停留时间。

3.2 浮游植物群落对人工湿地水质处理的响应

两个湿地的主要优势种属为隐藻、蓝隐藻、小环藻、四星藻、衣藻。人工湿地净化改变了水体生境，影响藻类群落结构，促使石臼漾湿地和贯泾港湿地的优势种属向蓝隐藻和隐藻转变。

Part 4 结论

(1)石臼漾湿地的TN进出水浓度基本不变，NH₄⁺-N平均去除率为17.0%，NH₃^--N平均去除率为4.7%，TP平均去除率为45.3%，PO₄^3--P平均去除率为52.7%，浊度平均去除率为57.0%；贯泾港湿地的TN平均去除率为10.9%，NH₄⁺-N平均去除率为36.7%，净化前后NH₃^--N浓度基本不变，TP平均去除率为21.4%，PO₄^3--P平均去除率为13.6%，浊度平均去除率为22.5%。经人工湿地净化后，氮磷营养盐浓度和浊度降低，对磷营养盐的净化效果比氮好。

(2)经湿地净化后，水体营养盐浓度降低，但由于水体透明体提升，深度净化区水流缓慢，水力停留时间长，出水处的叶绿素a浓度和藻类数量都明显增加。因此，人工湿地建设中应关注藻类增殖问题，合理控制水力停留时间。

(3)从浮游植物功能群的适宜生境来看，两个湿地总体上为中、富营养状态的低流速浅水水体。湿地进水区的浮游植物群落易受到上游来水的影响，但人工湿地净化可改变水体生境，影响藻类群落结构，促使石臼漾和贯泾港湿地的优势种属向蓝隐藻和隐藻转变。

原标题：万事屋 | 水源地人工湿地水质净化效果及其对浮游植物的影响