上海某飲用水源地不同形態(tài)氮的時(shí)空分布研究

1、作者簡(jiǎn)介：王琳（1980-），女，工程師。研究方向:環(huán)境監(jiān)測(cè)。城市水源的安全直接影響社會(huì)發(fā)展及居民生氮的來(lái)源、分布特征、遷移機(jī)理和對(duì)氮的遷移有活，對(duì)上海水源地的調(diào)查，掌握飲用水源地環(huán)境較大影響的因素進(jìn)行研究和分析，為水環(huán)境中氮狀況，并進(jìn)一步提出具有科學(xué)性、可操作性的污污染的控制和治理提供科學(xué)依據(jù)。染防治措施，使飲用水水源得到合理利用，對(duì)維本文研究了上海某水源地2011年110月總氮1等不同形態(tài)氮素在水體中的時(shí)空分布規(guī)律，并就持上海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。其各種形態(tài)氮素的來(lái)源及遷移做了探討。氮是自然界動(dòng)植物生長(zhǎng)和生存離不開的基本2元素。但是，氮在水環(huán)境中超標(biāo)也會(huì)對(duì)動(dòng)植物1實(shí)驗(yàn)與方法產(chǎn)生

2、危害，使水體生態(tài)環(huán)境惡化，形成富營(yíng)養(yǎng)31.1樣品采集化。其中，硝態(tài)氮對(duì)水質(zhì)的影響最為顯著。因1.1.1采樣點(diǎn)位分布及采樣頻次設(shè)置采樣點(diǎn)此，有必要對(duì)水環(huán)境中，特別是大型湖泊水庫(kù)中摘要: 關(guān)鍵詞： 中圖分類號(hào)：X832文獻(xiàn)標(biāo)志碼：AAbstract:Key words : CLC number: X832在20102012年進(jìn)行的上海某水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用納氏試劑分光光度法等分析方法研究該水源地2011年110月總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮等不同形態(tài)的氮素在水體中的空間分布規(guī)律及時(shí)間變化規(guī)律。并就其氮的來(lái)源、遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理和對(duì)氮的遷移轉(zhuǎn)化有較大影響的因素進(jìn)行研究和分析，得出該水庫(kù)水體

3、中各種形態(tài)氮以硝酸鹽氮為主，平均占總氮的71.6%，氨氮及亞硝酸鹽氮各占總氮的4.39%及0.95%；水體中的溫度、光照條件、溶解氧、點(diǎn)位位置分布、水深等是影響各氮形態(tài)含量與分布的重要環(huán)境因子。飲用水；水源地；不同形態(tài)氮；時(shí)空分布Research of Temporal and Spatial Distribution of Nitrogen in Different Forms of One DrinkingWater Source in ShanghaiWang Lin(Shanghai Environmental Monitoring Centre, Shanghai 200030, C

4、hinaIn this paper, based on the monitoring data obtained from a water source in Shanghai from 2010 to 2012, the laws of spatial and temporal distribution of nitrogen in different forms in waters from January to October of 2011 were studied by utilization of Nessler reagent spectrometry method. The d

5、ifferent forms of nitrogen included total nitrogen, ammonia nitrogen, nitrate and nitrite. The sources of nitrogen, the mechanisms of nitrogen migration and transformation and the factors that would exert significant influences on nitrogen migration and transformation were further researched and ana

6、lyzed. The results showed that nitrogen in the form of nitrate occupied the majority, accounting for 71.6% of the total nitrogen, while nitrogen in the forms of ammonia nitrogen and nitrite accounted for 4.39% and 0.95% respectively. Therefore, the water temperature, light condition, dissolved oxyge

7、n, point distribution and water depth were the key environmental factors which had great influences on the content and distribution of nitrogen in different forms.Drinking Water; Water Source;Nitrogen in Different Forms; Temporal and Spatial Distribution 收稿日期：2013-12-18上海某飲用水源地不同形態(tài)氮的時(shí)空分布研究王琳（上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)

8、中心，上海200030）19上海某飲用水源地不同形態(tài)氮的時(shí)空分布研究王琳11個(gè)，其中庫(kù)區(qū)1#10共10個(gè)站位，庫(kù)外取水口11#共1個(gè)站位。采樣點(diǎn)位分布見(jiàn)表1。 #表1采樣點(diǎn)位分布水深5 m時(shí)，在水面下0.5 m處設(shè)個(gè)采樣一定深度的水：在水庫(kù)等處采集一定深度的點(diǎn)，5 m水深10 m時(shí)，采樣垂線上設(shè)2點(diǎn)，分水時(shí)，使用直立式或有機(jī)玻璃采水器。別在水面下0.5 m處和水底上0.5 m處。水深>10 m 1.1.3采樣時(shí)間2010年至2012年共監(jiān)測(cè)22次。時(shí)，采樣垂線上設(shè)3點(diǎn)，分別在水面下0.5 m處、2010年9次；2011年10次；2012年3次?？偢叨鹊囊话胩幒退咨?.5 m處。1.2實(shí)

9、驗(yàn)方法及儀器1.1.2采樣方法表層水：在水庫(kù)等可以直接汲實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝水的場(chǎng)合，使用適當(dāng)?shù)娜萜魅缢安蓸?。要注意酸鹽氮、溶解氧等因子。具體的分析方法及儀器不混入漂浮于水面上的物質(zhì)。見(jiàn)表2。表2分析因子2.2氮的平面分布特征2結(jié)果與討論不同點(diǎn)位氮的平均濃度見(jiàn)圖1。2.1氮的存在形式根據(jù)水樣分析結(jié)果，該水源地水庫(kù)中氮的組成主要是硝酸鹽氮、氨氮、亞硝酸鹽氮。2011年110月總氮的平均含量為1.48 mg/L，其中氨氮的平均濃度為0.065 mg/L，占總氮的4.39%，亞硝酸氮的平均濃度為0.014 mg/L，占總氮的0.95%，硝酸鹽氮的平均濃度為1.06 mg/L，占總

10、氮的71.6%。可見(jiàn)該水源地水庫(kù)中氮的組成主要是硝酸鹽氮，圖1不同點(diǎn)位氮平均濃度其次是氨氮，亞硝酸鹽氮的含量最低。2.01.81.61.41.21.00.80.60.40.20-1氮平均濃度/m g ·L 點(diǎn)位 20環(huán)境保護(hù)科學(xué)第40卷第4期2014年8月其中1#位于庫(kù)首，2#至9#位于庫(kù)區(qū)中段，的特征是冬季低夏季高。具體原因在下文進(jìn)行具體分析。10#位于庫(kù)尾。由圖1可見(jiàn)，庫(kù)首的總氮、亞硝酸2.5各種形態(tài)氮間的相關(guān)性討論鹽氮、硝酸鹽氮濃度都是整個(gè)水庫(kù)最高的。隨著2.5.1氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮之間的轉(zhuǎn)化庫(kù)區(qū)的深入，各類氮素的濃度都有所降低，中段原理在水環(huán)境中，氮既是生命元素，又是

11、環(huán)境及庫(kù)尾變化不大，較平穩(wěn)。即氮的平面分布特征4污染的主要因子，其轉(zhuǎn)化是多變的。為首高尾低。水體中的三氮之間通過(guò)硝化和反硝化作用2.3氮的垂直分布特征可相互轉(zhuǎn)化。硝化作用指的是有機(jī)氮在充氧條不同深度氮的平均濃度見(jiàn)圖2。件下受到微生物作用分解成氨氮，氨氮被亞硝化桿菌氧化成亞硝酸鹽氮，并進(jìn)一步被硝化桿5菌氧化成硝酸鹽氮。反硝化作用指的是硝酸鹽氮被還原為亞硝酸鹽氮，并進(jìn)一步被微生物作用還原為氨氮，最終被藻類生化合成為有機(jī)氮。其中，硝酸鹽氮是各種形態(tài)氮中最穩(wěn)定的含氮化合物，一般濃度較高。而亞硝酸鹽氮主要是硝化作用和反硝化作用的中間產(chǎn)物，一般濃度較低。該水庫(kù)的三氮占總氮的含量，如2.1所述，圖2不同水深

12、氮平均濃度基本符合該規(guī)律。由圖2可見(jiàn)，表層水硝酸鹽氮含量較高，底2.5.2影響三氮間相互轉(zhuǎn)化的主要因素在三氮層則以氨氮為主，亞硝酸鹽氮無(wú)明顯變化。但以轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，影響硝化作用及反硝化作用的因總氮來(lái)說(shuō)還是表層水中的含量較高。即氮的垂直素主要有溫度、光照條件、pH值、溶解氧、降分布特征為表高底低。水、細(xì)菌種群等。2.4氮隨時(shí)間的分布特征（1）硝化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以溫度升高對(duì)不同時(shí)間氮的平均濃度見(jiàn)圖3。硝化有利。同時(shí)硝化細(xì)菌生長(zhǎng)也需要溫度的提高。由圖3可見(jiàn)，溫度較低的一月，三氮之間濃度差距不大；隨著氣溫的增高，光照條件充足，促進(jìn)了硝化作用，氨氮的濃度降低，而硝酸鹽氮的濃度升高；然后隨著溫度的降低

13、，硝酸鹽氮濃度緩步下降，而氨氮濃度有所回升。（2）硝化過(guò)程又是個(gè)耗氧過(guò)程，溶解氧越多，反應(yīng)速率越快。2011年1月至10月該水庫(kù)各點(diǎn)表層，中層，底層水溶解氧的數(shù)據(jù)計(jì)算得出平均值為10.0、9.59、9.01。而三氮隨溶解氧變化圖3不同時(shí)間氮平均濃度規(guī)律如下：由圖3可見(jiàn)總氮及硝酸鹽氮的濃度與時(shí)間的隨著溶解氧的減少，底層水的氨氮濃度明顯變化呈正相關(guān)，氨氮及亞硝酸氮隨時(shí)間的變化不高于表層水，而底層水的硝酸鹽氮濃度明顯低于是很明顯。尤其在天氣較為炎熱的69月，總氮表層水，見(jiàn)圖4。等濃度都出現(xiàn)了年度峰值?？赏瞥龅S時(shí)間分布（下轉(zhuǎn)第44頁(yè)）1.61.41.21.00.80.60.40.20-1氮平均濃度/

14、m g ·L 表層中層底層 水深 21上海某飲用水源地不同形態(tài)氮的時(shí)空分布研究王琳為主，平均占總氮的71.6%，氨氮及亞硝酸鹽氮各占總氮的4.39%及0.95%。（2）相關(guān)分析表明，水體中的溫度、光照條件、溶解氧、點(diǎn)位位置分布、水深等是影響各氮形態(tài)含量與分布的重要環(huán)境因子。（3）該水庫(kù)水體中氮的主要來(lái)源包括上游入庫(kù)河流水質(zhì)，降雨以及底泥與水體中氮的交換。（4）根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838 82002）水源地水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)二類水域標(biāo)準(zhǔn)，該圖4不同溶解氧氮平均濃度水庫(kù)水體的硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮及氨氮均符合2.5.3水庫(kù)水體中氮的來(lái)源研究探討地表徑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即表明此水源地的水質(zhì)較為良

15、好。但總6流：水庫(kù)水質(zhì)受到上游入庫(kù)河流水質(zhì)的直接影響。氮超過(guò)相應(yīng)類別的標(biāo)準(zhǔn)，但其指標(biāo)不直接影響到水一方面，周邊地區(qū)的生活污水和農(nóng)業(yè)化肥等污染體功能效應(yīng)，水體功能沒(méi)有受到明顯損害，但在一通過(guò)地表徑流流入水庫(kù)。另一方面匯入水庫(kù)的河定程度上受到總氮污染的制約。流在產(chǎn)流和匯流過(guò)程中溶蝕了土壤中可溶性的含參 考 文 獻(xiàn)氮鹽分進(jìn)入水庫(kù)水體中成為水庫(kù)水體中氮的來(lái)1王健.淮北市水源地保護(hù)與污染對(duì)策研究J.淮北煤炭師范學(xué)院學(xué)源。降水：降水量和降水強(qiáng)度對(duì)水庫(kù)水體中氮報(bào)，2009，30( 3 :55-57.的分布也有一定的影響。由于降水中氮含量較2梁秀娟，肖長(zhǎng)來(lái)，楊天行，等.密云水庫(kù)中氮分布及遷移影響因素大，降水進(jìn)

16、入水庫(kù)水體后，產(chǎn)生生物作用、硝化研究J.中國(guó)科學(xué)，2005，35 :272-280.和反硝化作用使水體中的氮含量增加。底泥：3劉相超，呂平毓，吳林鍵，等.三峽庫(kù)區(qū)箭灘河硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮分布特征J.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,30(6:1379-1383、1387.水庫(kù)底泥沉積物是水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，4李萍.水中氨氮、亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮相互關(guān)系探討J.上海環(huán)在水庫(kù)環(huán)境演變過(guò)程中，進(jìn)入水庫(kù)的大部分污染境科學(xué)，2006，25(6:245-246，250.物通過(guò)物理化學(xué)生物等過(guò)程，不斷沉積在水庫(kù)底5陳穗玲，李錦文，崔明超，等.廣州大學(xué)城某校園地表水“三氮”濃部，在適宜條件下，重新進(jìn)入水體，

17、對(duì)水體造成度的時(shí)間變化特征及自凈狀態(tài)分析J.環(huán)境化學(xué),2013,32(4:704-705.6李宗遜，丁宏偉.昆明市松華壩水庫(kù)氮、磷主要來(lái)源的間接證據(jù)二次污染。所以說(shuō)水庫(kù)底泥是水庫(kù)水體氮的重要7J.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，20（3）：430-434.來(lái)源。7杜春富，董昌偉，崔維本.田莊水庫(kù)氮素轉(zhuǎn)化機(jī)理和水質(zhì)改善研究J.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2010，（5）：87-88.3結(jié)論8中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)（1）該水庫(kù)水體中各種形態(tài)氮以硝酸鹽氮 準(zhǔn)S.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社 ，2002.氮平均濃度-1/m g ·L DO6Migliavacca D, T

18、eixeira E C, Pires M, et al. Study of chemical elements （5）溫度與pH值正相關(guān)，即隨著溫度的升in atmospheric precipitation in South BrazilJ.Atmospheric 高，降水pH值有減小的趨勢(shì)。但春季濕度小的Environment, 2004, 38(11:1641-1656.7馮硯青.中國(guó)酸雨?duì)顩r和自然成因綜述及防治對(duì)策探究J.云南地理時(shí)候，隨著溫度的升高，大氣對(duì)流作用增強(qiáng)，有環(huán)境研究2004,(1:25-28.利于酸性物質(zhì)的擴(kuò)散，會(huì)使pH值隨著溫度的升8胡倬.酸雨的氣象解釋及可能性探討J. 環(huán)境科學(xué), 1984, 5(1:73-76.高而有所變大。9連東英，李白良，林長(zhǎng)城，等.廈門市酸雨分布特征與氣象條件的關(guān)系分析J.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)