6.1 主要研究结论
本书以白洋淀湖泊湿地沉积物/土壤、表层水为研究对象，围绕金属元素、稀土元素、PAHs等典型污染物展开研究，对研究区域内污染物的特征水平、污染来源、环境风险进行探讨分析；并针对白洋淀富营养化问题，围绕湿地特征因子、氮素、碳素的时空变化特征和影响因素，揭示了白洋淀湿地氮素的生物地球化学过程及温室气体的排放通量，得出的研究结论主要包括以下四个方面。
（1）围绕白洋淀湖泊湿地沉积物、水体中的14种金属元素和稀土元素展开相关研究，所得结论如下：
1）白洋淀表层水体中14种金属（Li、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se、Sr、Cd、Ba、Pb）的浓度均符合《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）和《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）规定的标准限值。
2）水体中金属对不同敏感人群的健康风险评价结果说明，Li、V、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ba和Pb产生的平均个人年非致癌风险均可忽略，不会对人体健康产生明显的危害。Cd产生的人均致癌年风险低于各个机构推荐的风险值，Cr的人均致癌年风险小于US EPA和ICRP推荐的可接受的风险水平，但比瑞典、荷兰和英国各环境机构推荐的最大可接受风险水平高出一个数量级。Cr产生的致癌风险值比Cd高三个数量级，是主要的致癌元素。
3）白洋淀沉积物中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb六种金属的浓度分别为62.5mg/kg、29.1mg/kg、26.5mg/kg、51.9mg/kg、0.23mg/kg和23.1mg/kg。六种金属的浓度不同程度的超过了河北省土壤背景值，但是低于我国其他湖泊沉积物中金属的浓度。
4）白洋淀沉积物中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb六种金属的地球化学基线值分别是63.0mg/kg、27.8mg/kg、24.7mg/kg、46.1mg/kg、0.18mg/kg和22.0mg/kg。Cr和Ni的地球化学基线值小于河北省土壤背景值，但是Cu、Cd和Pb的基线值高于河北省土壤背景值。除Cd外，其余金属的人为贡献率均小于20%，且Cd的主要人为来源类型为点源污染。
5）地累积指数、潜在生态风险指数和富集因子综合评价结果显示，白洋淀沉积物未受金属污染，金属产生的生态风险较低。
6）铅同位素比值结果表明，白洋淀沉积物中的Pb主要为自然来源，与人为贡献率结果一致。煤炭燃烧是研究区域内Pb主要的人为来源，大气沉降是白洋淀沉积物中Pb的主要运输途径，因此，未来应优先控制煤炭燃烧和频繁的人类活动。
7）白洋淀沉积物再悬浮过程中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb在鱼体中的累积浓度分别为0.038μg/g、0.159μg/g、0.02μg/g、0.123μg/g、0.005μg/g和0.008μg/g。该浓度值远低于《无公害食品水产品中有毒有害物质的限量标准》（NY 5073—2006）以及《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2012）的规定。鱼体中富集的重金属通过食物链进入人体后，不会对人体产生健康风险。
8）白洋淀沉积物中非常规监测金属元素Co、Mo、Tl和V平均含量分别为12.40mg/kg、1.34mg/kg、0.61mg/kg和82.21mg/kg。与河北省土壤中金属元素的浓度相当或略高。地累积指数评价结果表明白洋淀沉积物中这四种金属处于无污染状态。
9）白洋淀沉积物中稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y）中La、Ce、Pr、Dy、Er、Yb的浓度均低于河北省土壤背景值，其他稀土元素的浓度是河北省土壤背景值的1.02～1.76倍。稀土元素的分布模式说明白洋淀沉积物中重稀土发生了分馏，轻稀土相对富集。地累积指数评价结果表明Ce处于无污染到中度污染水平；Ho处于中度污染水平，其他金属处于无污染水平。
（2）以白洋淀土壤/沉积物为研究对象，对其PAHs的污染特征及生态环境风险展开探讨，所得主要结论如下：
1）白洋淀表层土壤中16种PAHs总含量范围为146～645.9ng/g，平均含量为417.4ng/g，土壤已受到一定程度的PAHs污染。PAHs进入土壤后主要富集在表层土壤中，亚表层土壤中PAHs含量较低，以萘、菲等低环（2～3环）PAHs为主。人类耕作活动及生物扰动是影响表层土壤PAHs分布的重要因素，而土壤有机碳含量则对PAHs在亚表层土壤中分布起到一定控制作用。生物质和煤的燃烧是白洋淀表层土壤中PAHs的主要来源，这与当地秸秆焚烧、薪柴烹饪、供暖以及生活燃煤等人类活动密切相关。
2）白洋淀表层沉积物中PAHs总含量范围为324.6～1738.5ng/g，均值和中位数分别为588.8ng/g和527.7ng/g。空间分布不均，淀区西部污染程度高于东部地区。污染水平的差异是由流域内人类活动强度差异造成的，而空间分布特征取决于湿地周边河流的输入、距离污染源远近以及内部点源污染等因素。主要的6种优势PAHs组分为Nap（13.6%）、Phe（13.4%）、Fla（10.6%）、Flo（8.5%）、Bk F（8.5%）和Pyr（8.3%）。2环、3环、4环、5环和6环PAHs含量分别占总量的13.6%、29.0%、24.0%、24.6%和8.8%。主要来源为生物质和煤炭的燃烧，部分区域存在以燃油与木材和煤燃烧混合来源的特征。
3）商值法分析结果表明，白洋淀水体沉积物中Phe、Pyr、Ba A、Flo、Fla、Nap、BaP和Ant 8种PAHs都具有潜在的生态风险。利用概率密度函数重叠面积和联合概率曲线两种概率风险评价法分析这8种典型PAHs对水生生物造成的风险，证实Ant、Pyr和Fla为3种风险较高的化合物，危害概率分别为6.02×102、2.68×102和1.90×102。基于“等效浓度”概念，获得的8种PAHs联合作用的总生态风险危害居中，危害概率为1.05×102。
（3）作为华北地区最大的湿地系统，白洋淀湖泊湿地内氮素生物地球化学过程的相关研究结论如下：
1）白洋淀湖泊湿地的水体温度表现出明显的季节变化，水温范围为0～32.0℃，在12月出现最低温，8月达到最高温度。尽管白洋淀整体水温差异不大，但湖心区和湖滨带的水温仍有不同，在植物生长季，湖滨带的水温均低于湖心区水体温度。
2）由于污水流经的影响使白洋淀湖泊湿地水体DO含量出现明显的空间变化，表现为：安新桥＜小杨家淀＜王家寨＜郭里口。虽然4个不同实验区水体DO含量有所不同，但时间变化趋势大致相似，均在温度最高的8月达到最低含量，而在温度最低的12月含量最高。在整个实验期，湖滨带水体DO含量均低于湖心区，说明湖滨带发生的氧化过程多于其他两个采样区。
3）在白洋淀湖泊湿地中，4个实验区水中p H的变化特征不明显，安新桥和小杨家淀实验区水中p H变化较大，为7.60～9.30，且无明显规律性，而王家寨和郭里口实验区水中p H的变化范围较小，为7.80～8.48。在空间上，湖心区水中p H高于湖滨带。可能原因如下：一方面，浮游植物光合作用导致水体p H上升；另一方面，湖滨带大量生长的芦苇在新陈代谢过程中分泌部分酸性物质，而且湖滨区的微生物数量和种类都多于湖心区，对底质中有机质的降解作用强于湖心区。
4）白洋淀湖泊湿地4个不同实验区水中的CODMn随污水的流经方向呈现明显的空间变化，即安新桥＞小杨家淀＞王家寨＞郭里口。在时间上，白洋淀湖泊湿地水中CODMn的变化特征表现为4月和12月较高，5—10月在相对较低的水平波动。4月和12月白洋淀湖泊湿地的温度都较低，各种生物的生命活动减缓或停止，使得水中还原性污染物的转化过程受到影响；而在5—10月适宜的温度时，湿地中各种生物的新陈代谢活动加强，有助于还原性污染物的转化。
5）白洋淀湖泊湿地各实验区湖心区沉积物/土壤中有机质的垂直分布规律大致相似，均为随深度增加而减少，这与有机质输入量由上向下依次减少的特征相一致；水平分布表现为王家寨的沉积物中有机质含量高于郭里口和小杨家淀；白洋淀湖泊湿地三个不同采样区沉积物/土壤中有机质的变化表现为：陆地区＞湖心区＞湖滨带，因此，湖滨带可能是白洋淀湖泊湿地有机质降解的主要区域；在时间上，白洋淀湖泊湿地沉积物/土壤中有机质的变化呈现为：4—7月逐渐减少，8—11月重新积累增加。
6）白洋淀实验区沉积物/土壤全磷的垂直分布和空间分布特征与有机质类似，也表现为由表层向下不断减少的趋势，季节动态变化表现为先减后增的趋势。
7）白洋淀湖泊湿地沉积物/土壤中细菌总数有着明显的时空变化特征。从空间上看，细菌总数表现为：湖心区＜陆地区＜湖滨带；从时间上看，细菌总量随着温度的升高而增多，随温度下降，细菌总量又呈现减少的趋势。细菌的这种季节变化特征与白洋淀湖泊湿地沉积物/土壤中有机质和全磷含量的变化正相反，说明细菌是参与生源要素循环的主要成员。
8）白洋淀湖泊湿地氮素污染主要以
—N为主，但其随着水体的稀释、沿途植物的吸收以及
—N的沉降和微生物的降解转化，水中
—N迅速降低，达到Ⅰ类水标准。
9）白洋淀湖泊湿地沉积物中的全氮含量在垂直分布上表现出较好的一致性，均随深度增加而减少。这一方面说明白洋淀湖泊湿地仍是氮素的“汇”；另一方面也表明，4～6cm的深度可能是白洋淀湖泊湿地微生物降解有机氮的一个活跃区，相关结论有待进一步研究。
10）水中高浓度的
—N和
—N亚硝态氮都说明，夏季时白洋淀湖泊湿地中的反硝化过程可能强于硝化过程，以至硝化作用生成的
—N很快被消耗。
11）白洋淀湖泊湿地湖心区沉积物中的物质转换过程相对单一，氮素的变化比较平稳；湖滨带是水位频繁交替的区域，该区域水分充足、氧化还原条件适宜，是多种微生物大量聚集生长的区域。所以，湖滨带沉积物/土壤中全氮的含量是整个白洋淀湖泊湿地生态系统中变化最大、含量最低的区域，是氮素生物地球化学过程的活跃区；陆地区周围环境的物质交换相对湖心区和湖滨带都少，因此陆地区土壤全氮的含量相对湖心区和湖滨带最高。
12）白洋淀湖泊湿地中硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌呈现明显的季节变化且其趋势相一致，均呈现4—6月缓慢增多，6月以后快速达到最大值，并在7—8月保持较多的数量，9月以后开始逐渐减少。原因主要是6—9月正值北方的夏秋季节，温度较高、湿度适宜，是各种细菌快速繁殖的最佳时期，参与氮素循环的各种细菌也在数量上达到较高的水平。而在春季和冬季北方温度较低，限制了各种微生物的生长。
13）硝化细菌是对O2含量要求较高的细菌，而反硝化细菌多数为厌氧或兼性厌氧菌，因此白洋淀湖泊湿地中硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌表现出不同的空间分布趋势。从湖心到湖滨带再到陆地区，硝化细菌数量逐渐增多，而反硝化细菌数量逐渐减少。
14）参与硝化作用的亚硝化细菌和硝化细菌主要是以CO2为碳源的化能自养型细菌，但其功能各不相同。白洋淀沉积物/土壤中的硝化细菌数量大约比亚硝化细菌的数量高2个数量级，这种分布符合自然生态系统的特点，有利于亚硝酸盐的快速氧化，避免因亚硝酸盐积累而引起的生物毒害作用。
15）不同的环境因子影响微生物的数量、活性和群落结构，其中土壤水分和温度是影响白洋淀湖泊湿地中硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌数量的主要因素。由于土壤含水率的大小直接影响土壤O2含量的多少，从而促进或抑制硝化细菌和反硝化细菌的生长繁殖，随着土壤含水率的增加，白洋淀湖泊湿地中硝化细菌数量呈现减少的趋势，而反硝化细菌则增加；硝化细菌和反硝化细菌的最适生长温度为25～35℃，两种细菌的数量与土壤温度呈现出指数增长的关系。
16）温度是影响硝化强度和反硝化强度的重要因素，因此，在温度较高的7月，小杨家淀实验区各点的硝化和反硝化强度都很高，特别是反硝化强度，是4月和11月的40～50倍，这就导致白洋淀N2O的排放量在夏季达到最大。从空间上看，点X2和点X3处的硝化强度和反硝化强度基本相似，因此，湖滨带（点X2和点X3）是白洋淀湖泊湿地脱氮最活跃的区域。
17）小杨家淀6个采样点虽然土壤含水率、有机质和全氮含量都不相同，但只有土壤温度和含水率是影响白洋淀湖泊湿地硝化和反硝化强度的主要因素，而其他因素与硝化和反硝化强度的相关性不显著。
（4）围绕白洋淀湖泊湿地对大气环境的影响，开展系统内温室气体排放通量研究，所得主要研究结论如下：
1）在为期一年的观测期间，白洋淀湖泊湿地温室气体N2O的排放通量变化范围在-0.084～0.328mg/（m2·h），排放通量最高值出现在8月（夏季），且湖滨带是N2O排放的核心区，年均排放通量高达0.109mg/（m2·h），是湖心区和陆地区的3～5倍。通过7月和9月N2O排放通量的日变化观测可以看出，尽管在9月N2O排放通量很小，但与7月监测结果相似，湖滨带的N2O排放通量仍高于湖心区和陆地区。
2）白洋淀湖泊湿地湖滨带富集了大量的有机物，因此，温室气体CH4和CO2也有极高的排放量。与N2O相同，湖滨带是CH4排放的核心区，年排放通量达40.863mg/（m2·h），是湖心区的3倍；尽管CO2排放的主要区域是陆地区，年均排放通量高达957.751mg/（m2·h），但湖滨带CO2排放通量也很高，仅次于陆地区，年均通量为692.353mg/（m2·h）。
3）对三种温室气体排放量进行初步估算，发现湖滨带虽然在湿地中所占面积很少，但其温室气体的排放量却不可小视。在白洋淀湖泊湿地中湖滨带的面积只有整个湖泊湿地面积的12.6%，但其N2O、CH4和CO2的排放量分别占总排放量的26.51%、43.96%和23.76%。
4）温度、DO和土壤含水率都是反硝化作用的限制因子，低温、高DO、低含水率会抑制反硝化菌生长，影响反硝化强度，从而限制N2O的产生和排放。
5）湿地生物对N2O的产生和排放起着重要的影响作用。大型水生植物对氮素的吸收，促进了有机氮的降解转化，而湿地微生物是氮素转化过程的主要执行者，它们的生长状况和生命活性直接或间接的影响N2O的排放。
6）湿地水环境中
—N浓度与N2O的产生和排放关系密切，随着
—N浓度的增加N2O的排放通量呈对数增长。