1.1　研究背景

湿地是珍贵的自然资源，与森林、海洋合称为地球的三大生态系统。1982年，《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》（简称《湿地公约》）将其定义为“不问其为天然或人工、长久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的浅海区域”。通常，可将湿地分为人工湿地和自然湿地两种类型。其中，自然湿地主要包括沼泽地、泥炭地、湖泊、河流、海滩和盐沼等；人工湿地主要包括水稻田、水库、池塘等。1999年，国家林业和草原局为了进行全国湿地资源调查，参照《湿地公约》的分类，将我国的湿地划分为近海与海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽与沼泽化湿地、库塘5大类28种类型。湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统，为人类提供了大量食物、原料和水资源，而且在维持生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种资源以及涵养水源、蓄洪防旱、降解污染、调节气候、补充地下水、控制土壤侵蚀等方面均起到重要作用。

然而，随着人口的快速增长，经济水平的突飞猛进，城镇化进程的不断加快，由人类活动产生的污染物通过各种排放途径进入湿地生态系统中，使得许多湖泊湿地（太湖、巢湖、滇池等）的水质恶化，生物多样性锐减，生态功能退化。目前，湿地污染问题已成为中国湿地面临的严重威胁之一，其污染来源主要包括工业污染、农业污染和生活污染。水是湿地生态系统的重要控制因子，湿地水环境是湿地生态系统的重要组成部分，其特征决定了湿地的类型、规模、功能和效益，因此，研究湿地污染物的水环境过程及效应，对湿地生态系统的保护和维持起到关键指导作用。不同类型湿地的物理、化学、生物影响因素不同，污染物在不同环境介质当中的过程及效应有所差异，引发的污染问题也不尽相同。其中，湖泊湿地作为一种重要的湿地类型，在许多方面为人类的生产生活提供了便利，但不合理的利用方式却给湖泊湿地造成了不同程度的破坏和污染，工业生产、化石燃料燃烧等人类活动产生的重金属、有机物等典型污染物，通过各种途径影响着湖泊湿地的生态环境，引发金属污染、有机污染等环境问题，甚至通过累积、富集等作用危及人类生命健康。

另外，由于过多的营养物质和有机负荷的输入所导致的富营养化，同样是湖泊湿地面临的主要污染问题之一。大量营养元素进入到水环境当中，会对水体水质造成影响，打破湿地系统原有的生态平衡，导致水体富营养化。在此背景下，了解和明晰湿地系统中营养元素的循环机理和过程，才能更好地治理和改善湿地的富营养化状况。此外，湿地生态系统在生物圈物质能量交换过程中同样扮演着不同或缺的角色，湿地生态系统当中碳（C）、氮（N）等主要元素的循环过程及生态效应，也是湿地环境研究的主要方向之一（Charman et al.，1994；Mariano，1999）。一方面，对于氮素来说，固氮作用、硝化作用、反硝化作用等过程使其在湿地生态系统中不断循环，湿地生态系统成为自然界中氮素重要的源、汇和转化器（Reddy et al.，2008；赵姗等，2018），另一方面，对于碳素来说，湖泊在大气碳循环中扮演着重要的角色，往往充当着甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）的重要自然来源（Bastviken et al.，2011；Cole et al.，1994；黄满堂等，2019）。湖泊湿地物质能量循环过程中产生的氧化亚氮（N2O）、CO2、CH4均为《京都议定书》中规定控制的温室气体，对全球气候调控起着重要的影响作用（Battin et al.，2009；Cole et al.，1994；Tranvik et al.，2009）。此外，美国环境保护署（U.S.Environmental Protection Agency，EPA）认定，CO2等温室气体是空气污染物，将危害公众健康与人类福祉，湿地系统中CO2、CH4、N2O的产生、排放通量及其对全球气候的影响已逐渐成为研究的热点领域（贾磊等，2018；闫兴成等，2018；赵姗等，2018）。

白洋淀总面积约为366km2（大沽高程10.5m时），是华北平原上最大的淡水湿地，素有“华北明珠”和“华北之肾”的美誉。白洋淀地处京津冀腹地，主体位于河北省安新县境内，在涵养水源、缓洪滞沥、调节京津冀地区小气候、维持系统生物多样等方面起着重要的作用。2017年4月1日，中共中央、国务院印发通知，决定设立雄安新区，该规划范围涵盖河北省雄县、容城、安新3个县及周边部分区域，旨在围绕白洋淀着力打造一座具有 “蓝绿交织、清新明亮、水城交融”特色的新时代生态文明典范新城。“建设雄安新区，一定要把白洋淀修复好、保护好”是习近平总书记在实地考察雄安新区建设规划时做出的重要指示；包含白洋淀、丹江口、洱海在内的“新三湖”水污染治理体系的提出，更是将白洋淀首次上升到了国家环保工作重点关注的高度。据《海河流域水资源公报》多年的统计数据可知，2004年以来，白洋淀地区Ⅳ类水域的面积不断减小，水质多为Ⅴ类甚至为劣Ⅴ类，这与白洋淀的生态功能定位严重不符；此外，白洋淀作为华北地区最大的淡水湿地，系统内C、N等元素的物质循环及排放通量研究相对缺乏，温室气体的排放通量等大气环境影响尚未明确，这将大大限制白洋淀生态环境保护、水污染治理等工作的有效开展。

本书基于相关研究成果，针对白洋淀地区水环境不同介质中的金属元素、多环芳烃（PAHs）等典型污染物的污染特征、环境效应、影响因素等展开研究，另外围绕C、N等元素及环境因子的时空特征、影响因素、温室气体排放等方面展开论述，旨在系统揭示白洋淀地区典型污染物的水环境过程效应。九河下梢，北地西湖。白洋淀之于雄安，犹如西湖之于杭州。白洋淀典型污染物的环境过程及效应研究的开展，以期为该地区环境污染治理和生态保护工作开展提供数据参考，为白洋淀环境污染物的演变研究提供依据，同时为规划和建设雄安新区提供理论支撑。另外，白洋淀生态环境的保护与治理也将直接影响京津冀区域的生态安全和可持续发展过程。