X地区库塘湿地水体理化性质分析

张家洋; 陈丽丽; 楚莉莉

doi:10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.04.017

安徽农学通报 >

2025 , Vol. 31 >Issue 4: 80 - 85

DOI: https://doi.org/10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.04.017

资源·环境·植保

X地区库塘湿地水体理化性质分析

张家洋 ,
陈丽丽 ,
楚莉莉

展开

新乡学院生物工程学院，河南新乡 453003

楚莉莉（1981—），女，河南郑州人，博士，副教授，从事水体生态研究。

张家洋（1976—），男，河南信阳人，硕士，教授，从事土壤生态研究。

Copy editor: 何艳

收稿日期: 2024-12-12

网络出版日期: 2025-02-28

基金资助

河南省重点研发联合基金(222103810028)

河南省高等学校重点科研项目计划(24B180010)

收起

Analysis of the physical and chemical properties of the reservoir and pond wetland in X region

ZHANG Jiayang ,
CHEN Lili ,
CHU Lili

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School of Biological Engineering, Xinxiang University, Xinxiang 453003, China

Received date: 2024-12-12

Online published: 2025-02-28

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摘要

为探究X地区库塘湿地水质质量，对小型库塘样本水质进行氧化还原电位（ORP）、化学需氧量（COD）和总磷（TP）等理化因子特征及相关性分析，并对其水质进行了评价。理化因子特征分析表明，高锰酸盐指数（COD_Mn）值总体偏高；个别样点的COD值较高，出现水体富营养化；大多数样点的总氮（TN）浓度超出国家Ⅴ类水标准；几乎不存在氨氮和磷污染问题。相关性分析表明，库塘水体的ORP与TP、COD_Mn呈显著负相关（P<0.05）；浊度与pH呈极显著负相关（P<0.01），与COD、氨氮（ -N）呈极显著正相关（P<0.01）；溶解氧（DO）与TN呈极显著负相关（P<0.01）；pH与COD、 -N呈极显著负相关（P<0.01），与TP呈显著负相关（P<0.05）；COD与 -N、TP、COD_Mn呈极显著正相关（P<0.01），TP与COD_Mn呈极显著正相关（P<0.01）。单指数评价结果表明，库塘样本水质在COD方面均达到Ⅲ类及以上标准， -N和TP达到了Ⅱ类及以上标准，TN达到了Ⅴ类及以上标准，COD_Mn达到了Ⅳ类及以上标准。综合评价结果显示，PM水源涵养地、DY湖和PY湖的水质为Ⅳ类，TX湖为Ⅴ类，F湖则达到了Ⅲ类。研究结果可为X地区小型库塘水体管理提供参考。

关键词： 湿地水体; 水质; 物理因子; 化学因子; 指数评价法

本文引用格式

张家洋 , 陈丽丽 , 楚莉莉 . X地区库塘湿地水体理化性质分析[J]. 安徽农学通报, 2025 , 31(4) : 80 -85 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.04.017

Abstract

To investigate the water quality of the reservoir and pond wetlands in the X region, the physicochemical characteristics of water samples from small reservoirs and ponds, such as oxidation-reduction potential (ORP), chemical oxygen demand (COD), and total phosphorus (TP) were analyzed, along with their correlations, and the water quality was evaluated. The analysis of physicochemical characteristics showed that the permanganate index (COD_Mn) values were generally high; some samples had high COD values, indicating eutrophication; the total nitrogen (TN) concentration in most samples exceeded the national Class V water standard; there were almost no issues with ammonia nitrogen and phosphorus pollution. The correlation analysis indicated that the ORP of the reservoir and pond water was significantly negatively correlated with TP and COD_Mn (P<0.05); turbidity was highly significantly negatively correlated with pH (P<0.01) and highly significantly positively correlated with COD and ammonia nitrogen ( -N) (P<0.01); dissolved oxygen (DO) was highly significantly negatively correlated with TN (P<0.01); pH was highly significantly negatively correlated with COD and -N (P<0.01) and significantly negatively correlated with TP (P<0.05); COD was highly significantly positively correlated with -N, TP, and COD_Mn (P<0.01), and TP was highly significantly positively correlated with COD_Mn (P<0.01). The single-index evaluation results showed that the water quality of the reservoir and pond samples met or exceeded class Ⅲ standards for COD, class Ⅱ or above standards for -N and TP, class Ⅴ or above standards for TN, class IV or above standards for COD_Mn. The comprehensive evaluation results showed that the water quality of the PM water source conservation area, DY Lake, and PY Lake was class Ⅳ, TX Lake was class Ⅴ, and F Lake reached class Ⅲ. The research results can provide a reference for the management of small reservoir and pond water bodies in the X region.

Key words： wetland water bodies; water quality; physical factors; chemical factors; index evaluation method

湿地作为自然与人工相结合的生态系统，不仅具有调节气候、蓄洪防旱和净化水质等多重生态服务功能，还是生物多样性保护的重要区域^[1]。然而，随着人类活动的不断加剧，湿地生态系统面临较大压力，其水体理化性质的改变直接影响湿地生态系统的健康与稳定^[2]。工业废水排放、农业面源污染、生活污水未经处理直接排放等，都是导致湿地水质恶化的主要原因^[3]。针对上述问题，相关学者开展了大量研究，探讨了不同污染源对水质的影响机制，以及如何通过生态修复、污染控制等措施改善水质^[4-6]。研究表明，水体理化性质如溶解氧（DO）、pH、氧化还原电位（ORP）、浊度、化学需氧量（COD）和氮磷含量等是衡量水质状况的重要指标，对于评估水体污染程度、制定污染控制策略具有重要意义^[7-9]。此外，土地利用方式的变化、景观格局的调整以及季节更替等因素也被认为是影响水体理化性质的重要因素^[10-12]。

本研究选取了X地区具有代表性的PM水源涵养地、DY湖、PY湖、TX湖和F湖等库塘，通过野外采样与实验室分析相结合的方式，测定库塘样本水体的DO、pH和ORP等物理因子和COD、氨氮（

-N）和总磷（TP）等化学因子，旨在揭示该地区库塘湿地水体的理化性质特征、各因子间的相关性，评估其水质状况。研究结果为该地湿地生态保护、水资源管理以及污染控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区基本情况

本研究以X地区具有代表性的小型库塘（PM水源涵养地、DY湖和PY湖等）水质为调查对象。该地属暖温带大陆性季风气候，光照充足，雨热同步，四季分明。

1.2 样品采集

于2023年3月进行库塘水样采集。采集过程严格遵守HJ 494—2009《水质采样技术指导》标准中相关监测技术规范。采样器及水样容器均经过严格清洗，并按照项目要求定点、定项使用。采样人员详细填写采样记录单，对样品及采集信息进行全面描述，并确保样品标签清晰无误。

表1 采样地点基本情况

样地	样地简写	封闭情况	污染源情况	水域面积/m²
PM水库1	T1	开放	无	5 000
PM水库2	T2	开放	无	1 900
PM水库3	T3	开放	无	60 000
PM水库4	T4	开放	无	30 000
PM水库5	T5	开放	无	40 000
PM水库6	T6	开放	无	66 000
DY湖	T7	半封闭	少量工业废水污染	171 360
PY湖	T8	半封闭	少量生活污水污染	234 500
TX湖	T9	封闭	农业生产污染	497 000
F湖	T10	半封闭	少量生活污水污染	640 500

1.3 水质测定指标与方法

采用电极检测法测定物理因子指标ORP、浊度、DO及pH；COD依据HJ 828—2017《水质化学需氧量的测定重铬酸钾盐法》标准进行测定；

-N依据HJ 535—2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》标准进行测定；TP依据GB 11893—89《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》标准进行测定；总氮（TN）依据HJ 636—2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》标准进行测定；高锰酸盐指数（COD_Mn）依据GB 11892—89《水质高锰酸盐指数的测定》标准进行测定。

1.4 水质评价

在湖泊、水库的水质评价中，监测指数评价法被广泛采用，主要包括单指数评价法和综合指数评价法^[13-14]。

单指数评价法通过分别检测各类单项指标，并与GB 3838－2002《地表水环境质量标准》（表2）进行对比，分析各类指标的超标情况，选取超标最严重的指标作为水质评价结果。计算如式（1）～（2）。

S = C i / C s i

（1）

P i = S i - 1

（2）

式中，S_i 为评价因子在取样点的标准指数；C_i 为评价因子在取样点的实测值，mg/L；C_si 为评价因子的标准值，mg/L；P_i 为评价因子的超标倍数。当P_i< 1时，表明该评价因子满足选定的水质标准；当P_i> 1时，表明该评价因子超出选定的水质标准，不满足使用要求。

表2 GB 3838—2002 《地表水环境质量标准》各指标标准限值 (mg/L)

分类指标	版本	Ⅰ类	Ⅱ类	Ⅲ类	Ⅳ类	Ⅴ类
COD_Mn	2002	2	4	6	10	15
-N	2002	0.15	0.50	1.00	1.50	2.00
TN	2002湖库	0.2	0.5	1.0	1.5	2.0
TP	2002湖库	0.010	0.025	0.050	0.100	0.200

综合指数评价法是对整体水质进行定量描述，从总体上反映水体污染的性质和程度。算术平均法作为较简单的一种综合指数法，其实质是各项评价因子的污染分指数加和算术平均值，计算如式（3）。

I j = 1 m ∑ i = 1 m C i C s i

（3）

式中，I_j 表示断面项评价因子的综合指数值；C_i 表示评价因子的实测值，mg/L；C_si 为评价因子的评价标准值，mg/L；m为选取评价因子的项数。根据算术平均法得到的水质污染分级标准如表3所示。

表3 水质污染分级标准

I_j	级别	分类依据
<0.2	Ⅰ级	多项项目未检出，个别检出也在标准内
[0.2，0.4）	Ⅱ级	检出值均在标准范围内
[0.4，0.7）	Ⅲ级	个别项目检出值超过标准
[0.7，1.0）	Ⅳ级	有两次检出值超过标准
[1.0，2.0]	Ⅴ级	相当一部分项目检出值超过标准
>2.0	劣Ⅴ级	相当一部分项目检出值超过标准数倍或几十倍

1.5 数据分析

采用SPSS 15.0软件进行双变量相关性分析，以检验各个水质因子之间的相关性是否具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 水体物理因子特征

ORP是衡量溶液中氧化还原性质的指标，其值越高表明氧化性越强。如表4所示，各采样点的ORP值波动较小，其中T3与T5的ORP值最高，而T8最低。统计分析结果显示，各采样点之间的ORP差异无统计学意义（P>0.05）。

表4 库塘样本水体物理因子特征分析

采样点	ORP/mV	浊度/NTU	DO/（mg/L）	pH
T1	58.97 a	3.93 c	8.34 a	7.97 a
T2	59.11 a	7.37 c	8.32 a	7.79 a
T3	59.17 a	4.61 c	8.33 a	7.78 a
T4	59.11 a	4.18 c	8.35 a	7.78 a
T5	59.17 a	5.11 c	8.34 a	7.77 a
T6	59.07 a	5.92 c	8.34 a	7.77 a
T7	59.07 a	126.90 a	8.35 a	7.35 a
T8	58.93 a	74.43 b	8.33 a	7.57 a
T9	59.00 a	7.22 c	8.35 a	7.72 a
T10	59.00 a	5.90 c	8.34 a	7.74 a

注：同列不同小写字母代表各库塘水质之间差异在0.05水平具有统计学意义。

水的浊度受悬浮物含量及其大小、形状和折射率等因素的影响。T7的浊度最高，达126.90 NTU，而T1的浊度最低，为3.93 NTU，较T7低96.90％。T7和T8样点的浊度与其他样点相比差异具有统计学意义（P<0.05），其他采样点的水质浊度较为接近，在3.93～7.37 NTU，且采样点之间的差异无统计学意义（P>0.05）。DO和pH的变化幅度较小，各样点水体间差异无统计学意义（P>0.05）。

2.2 水体化学因子特征

COD是衡量水体中有机物污染程度的重要指标之一。如表5所示，T8的COD值最高，为20 mg/L；而T6的COD值最低，较T8低90.00％。统计分析显示，T1、T2、T4和T5，T3和T6，T7和T8，T9和T10之间的COD值差异无统计学意义（P>0.05）；其他样点间差异具有统计学意义（P<0.05）。

表5 库塘样本水体化学因子特征分析 (mg/L)

采样点	COD	-N	TP	TN	COD_Mn
T1	5 c	0.15 de	0.01 b	3.15 b	4.13 cde
T2	7 c	0.19 c	0.01 b	4.35 a	4.17 cde
T3	3 d	0.14 e	0.01 b	4.04 a	3.94 e
T4	6 c	0.14 ef	0.01 b	3.12 b	4.25 cde
T5	5 c	0.13 ef	0.01 b	2.56 b	4.03 de
T6	2 d	0.13 ef	0.01 b	2.73 b	3.31 e
T7	18 a	0.29 a	0.02 a	0.98 d	5.04 bc
T8	20 a	0.25 b	0.02 a	4.65 a	6.01 a
T9	10 b	0.18 cd	0.02 a	1.12 d	5.25 ab
T10	11 b	0.11 f	0.02 a	1.83 c	4.94 bcd

高浓度的

-N会导致水质富营养化，对水生态系统造成不利影响。T7的

-N含量最高，T10的含量最低，较T7低62.07％。T1、T3、T4、T5和T6，T1和T9，T2和T9，T4、T5、T6和T10的氨氮含量差异无统计学意义（P>0.05）；其他样点间的氨氮含量存在差异（P<0.05）。

天然水体中TP含量通常较低，而人类活动等可能会导致其含量增加。T1、T2、T3、T4、T5和T6的TP含量为0.01 mg/L，T7、T8、T9和T10的TP含量为0.02 mg/L。T1~T6与T7~T10二者的TP含量存在显著差异（P<0.05）。

TN是指水中可溶性及可过滤性固体中的含氮物质总量，包括硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、无机铵盐和溶解态氨等。T8的TN含量最高，为4.65 mg/L；T7的含量最低，为0.98 mg/L，较T8低78.92％。T7和T9与其他样点间的TN含量差异具有统计学意义（P<0.05）。

COD_Mn是评估水体有机物污染的重要指标。T8的COD_Mn最大，为6.01 mg/L；T6的最小，为3.31 mg/L，较T8低44.93％。T1与T8、T9之间的COD_Mn差异具有统计学意义（P<0.05），与其他水库之间的差异无统计学意义（P>0.05）。

2.3 指标相关性

由表6可知，ORP与TP、COD_Mn呈显著负相关（P<0.05）；浊度与pH呈极显著负相关（P<0.01），与COD、

-N呈极显著正相关（P<0.01）；DO与TN呈极显著负相关（P<0.01）； pH与COD、

-N呈极显著负相关（P<0.01），与TP呈显著负相关（P<0.05）；COD与

-N、TP、COD_Mn呈极显著正相关（P<0.01）；TP与COD_Mn呈极显著正相关（P<0.01）。

表6 不同水样中各个因子之间的相关性

指标	ORP	浊度	DO	pH	COD	-N	TP	TN	COD_Mn
ORP	1
浊度	-0.242	1
DO	-0.050	0.212	1
pH	0.083	-0.915^**	-0.260	1
COD	-0.566	0.832^**	0.127	-0.798^**	1
-N	-0.299	0.910^**	0.011	-0.803^**	0.809^**	1
TP	-0.663^*	0.589	0.340	-0.648^*	0.869^**	0.552	1
TN	0.058	-0.219	-0.877^**	0.346	-0.156	-0.044	-0.452	1
COD_Mn	-0.653^*	0.572	0.139	-0.575	0.913^**	0.625	0.900^**	-0.121	1

注：*和**分别表示在0.05和0.01水平相关性具有统计学意义。

2.4 水质评价

水质单指数评价结果如表7所示，就COD_Mn而言，T8水质达到Ⅳ类水标准，其他库塘均达到Ⅱ类或Ⅲ类水标准；就COD而言，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T9和T10水质达到Ⅰ类水标准，T7和T8达到Ⅲ类水标准；就

-N而言，T1、T3、T4、T5、T6和T10水质达到Ⅰ类水标准，T2、T7、T8和T9水质达到Ⅱ类水标准；就TN而言，T7、T9达到Ⅳ类及以上水质标准，T10达到Ⅴ类标准，T1、T2、T3、T4、T5、T6和T8达到Ⅴ类水质标准；就TP而言，T1、T2、T3、T4、T5和T6达到Ⅰ类水质标准，T7、T8、T9和T10达到Ⅱ类水质标准。

表7 不同采样点水质单因素评价结果

化学因子	水质等级	采样地点
化学因子	水质等级	T1	T2	T3	T4	T5	T6	T7	T8	T9	T10
COD_Mn	Ⅰ
	Ⅱ			0.985			0.828
	Ⅲ	0.688	0.695		0.708	0.672		0.843		0.875	0.823
	Ⅳ								0.601
	Ⅴ

COD	Ⅰ	0.333	0.467	0.200	0.400	0.333	0.133			0.667	0.733
	Ⅱ
	Ⅲ							0.900	1.000
	Ⅳ
	Ⅴ

-N	Ⅰ	0.973		0.927	0.873	0.840	0.833				0.673
	Ⅱ		0.368					0.574	0.500	0.352
	Ⅲ
	Ⅳ
	Ⅴ

TN	Ⅰ
	Ⅱ
	Ⅲ							0.980
	Ⅳ									0.747
	Ⅴ	1.575	2.175	2.020	1.560	1.280	1365		2.325		0.915

TP	Ⅰ	1.000	1.000	0.800	1.000	0.800	0.800
	Ⅱ							0.800	0.800	0.800	0.800
	Ⅲ
	Ⅳ
	Ⅴ

综合评价分析结果表明（表8），T10达到Ⅲ类水质标准，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8达到Ⅳ类水质标准，T9达到Ⅴ类水质标准。

表8 不同采样点水质综合评价结果

水质等级	采样地点
水质等级	T1	T2	T3	T4	T5	T6	T7	T8	T9	T10
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ										0.688
Ⅳ	0.91	0.942	0.986	0.908	0.785	0.792	0.789	0.819
Ⅴ									1.045

3 结论与讨论

本研究分析了库塘湿地10处样本水质的理化因子特征，结果表明COD_Mn值总体偏高；个别区域的COD值较高，出现水体富营养化；大多数样点的TN浓度超出国家Ⅴ类水标准；几乎不存在氨氮和磷污染问题。水体指标相关性分析表明，ORP与TP、COD_Mn呈显著负相关（P<0.05）；浊度与pH呈极显著负相关（P<0.01），与COD、

-N呈极显著正相关（P<0.01）；DO与TN呈极显著负相关（P<0.01）； pH与COD、

-N呈极显著负相关（P<0.01），与TP呈显著负相关（P<0.05）；COD与

-N、TP、COD_Mn呈极显著正相关（P<0.01）；TP与COD_Mn呈极显著正相关（P<0.01）。库塘样本水质单指数评价结果表明，就COD_Mn而言，采样点的水质状况欠佳。COD的评估结果显示，DY湖与PY湖采样点水体污染问题较为突出，出现较为严重的水体富营养化现象。这一现象可能与两湖周边密布农田、人口高度集中以及农业、旅游业等活动的快速发展密切相关，在一定程度上加剧了水体的污染^[15]。在

-N方面，采样点水质普遍达到了Ⅰ类或Ⅱ类水标准；而就TN而言，有8个样点的TN浓度为国家Ⅴ类水标准，其他2个样点分别达到Ⅲ类或Ⅴ类标准，这表明采样区域面临较为严重的水污染挑战。这一发现与梅涵一等^[16]的研究结果相吻合，在污染严重的水体中，总氮浓度往往远超国家标准。TP的评价结果表明，采样点水质达到Ⅰ类或Ⅱ类水标准，表明采样区域内库塘水体中的总磷含量相对较低^[17]。尽管如此，鉴于TP是水体富营养化的主要驱动因子之一，其潜在影响仍不容忽视。

库塘样本水质的综合指标分析表明，PM水源涵养地、DY湖和PY湖的水质为Ⅳ类，TX湖为Ⅴ类，F湖则达到了Ⅲ类，整体水质相对较好。其中PM水源涵养地的水质达到Ⅳ类，水质较好，这可能得益于其位于太行山余脉的地理位置，以及作为水源涵养区的特殊功能。这一发现不仅凸显了地理位置与生态功能对水质保护的积极影响，也为未来水质管理提供了有益参考。

综上，本研究探究了X地区10处具有代表性的库塘湿地水质质量，对小型库塘样本水质进行氧化还原电位（ORP）、化学需氧量（COD）和总磷（TP）等理化因子特征、相关性分析，并对其水质进行了评价。综合指标分析表明，PM水源涵养地、DY湖和PY湖的水质为Ⅳ类，TX湖为Ⅴ类，F湖达到了Ⅲ类，整体水质相对较好。本研究为X地区小型库塘水体管理提供了参考。

参考文献

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1 材料与方法

1.1 研究区基本情况

1.2 样品采集

表1 采样地点基本情况

1.3 水质测定指标与方法

1.4 水质评价

表2 GB 3838—2002 《地表水环境质量标准》各指标标准限值 (mg/L)

表3 水质污染分级标准

1.5 数据分析

2 结果与分析

2.1 水体物理因子特征

表4 库塘样本水体物理因子特征分析

2.2 水体化学因子特征

表5 库塘样本水体化学因子特征分析 (mg/L)

2.3 指标相关性

表6 不同水样中各个因子之间的相关性

2.4 水质评价

表7 不同采样点水质单因素评价结果

表8 不同采样点水质综合评价结果

3 结论与讨论

参考文献