贛江水體無機氮分布特征

陳多多等

摘要 于2013年1月（枯水期）、6月（豐水期）對贛江干流及主要支流的24個采樣點進行水樣采集，分析研究了贛江水體NO3-N、NH4+N 以及NO2-N的時空分布特征。結(jié)果表明，贛江水體無機氮的主要形式為NO3-N，約占78%，其次為NH4+N，NO2-N含量很小，平均濃度低于0.02 mg/L。贛江枯水期NO3-N平均含量為1.86 mg/L，略高于豐水期的1.74 mg/L；枯水期NH4+N含量為0.59 mg/L，高于豐水期的0.45 mg/L。枯水期贛江流域上游到下游NO3-N和DIN含量呈現(xiàn)先下降后逐漸上升的趨勢，NH4+N含量在贛州附近出現(xiàn)最大值，其次在南昌下游贛江南支，其他地區(qū)含量較小，反映了城市污水排放對NH4+N的影響。豐水期上游至下游NO3-N含量呈逐漸下降趨勢，但降幅不大，NH4+N含量變化趨勢與枯水期相似。主要支流中枯、豐水期以S06樣點（桃江）的DIN含量和NO3-N含量最高，主要原因為桃江流域農(nóng)業(yè)化肥的氮輸入；其次為S18樣點（袁水），可能與新余市大量排放工業(yè)廢水有關(guān)。

關(guān)鍵詞 無機氮；贛江流域；時空分布；氨態(tài)氮；硝態(tài)氮

中圖分類號 S273.5 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）11-03348-04

Abstract We sampled river water regularly in 24 sampling points dispersed in the mainstream and major tributaries in June 2013（flood season） and January of 2013（dry season）， the spatial and temporal distribution characteristics of nitrogen in the Ganjiang River were studied. The results indicated that nitrate N （NO3-N） was the main composition of inorganic N， which is 78%， followed by NH4+N， and NO2-N concentration is very few， that average concentration is less than 0.02 mg/L. The average of NO3-N is 1.86mg/L in dry season in the Ganjiang River， higher than that of flood season， which is 1.74 mg/L； the average of NH4+N is 0.59 mg/L in dry season， higher than that of flood season， which is 0.45 mg/L.The concentrations of NO3-N and DIN showed a increasing trend after the first decline from upstream to downstream in the Ganjiang River during dry season， while NH4+N has maximum value near downstream of Ganzhou and Nanchang， which are much higher than other samples. That reflects the influence of the urban wastewater discharge on NH4+N. The concentrations of NO3-N showed slight decreasing trend from upstream to downstream in Ganjiang River during flood season，The concentrations of NH4+N showed the similar tend to the dry season. In tributaries， sample at S16（Taojiang River）has high value in DIN and NO3-N concentration in both dry season and flood season， due to nitrogen input of agricultural fertilizer in surrounding areas； sample at S18 （Yuanshui River） followed， probably because of industrial wastewater discharge of Xinyu.

Key words Inorganic nitrogen； Ganjiang River； Spatial and temporal distribution； Ammonia nitrogen； Nitrate nitrogen

近年來隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及未經(jīng)處理的城鎮(zhèn)工業(yè)和生活污水的大量排放，打破了河流、湖泊的生態(tài)系統(tǒng)平衡，水環(huán)境面臨著嚴重的威脅，在我國，63.6%的河流、湖泊呈富營養(yǎng)化[1]。氮、磷等營養(yǎng)鹽的過量輸入是導(dǎo)致水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象的主要原因，水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為河流、湖泊和水庫等地表水體的重要水環(huán)境問題[2-4]。富營養(yǎng)化改變了水體的理化性質(zhì)，使水中生物異常，水體透明度和溶解氧下降，水體生態(tài)系統(tǒng)和水功能受到嚴重的破壞，對人體健康和生活存在嚴重危害[5]。

鄱陽湖是我國第一大淡水湖，具有生態(tài)多樣性豐富的水生生態(tài)系統(tǒng)。近年來，鄱陽湖的水質(zhì)呈逐年惡化的趨勢，總氮和總磷的濃度大幅度增加，分別從1988年的0.68 mg/L和 0.07 mg/L增長到2010年1.20 mg/L和0.11 mg/L[6-9]。大量的氮素經(jīng)由贛江匯入水流相對緩慢的鄱陽湖引起水體富營養(yǎng)化[5]。

贛江是長江的重要支流，鄱陽湖的第一大支流，贛江是鄱陽湖水體氮素的主要貢獻者[10]。研究贛江無機氮的時空特征對于控制贛江的氮素污染和防治鄱陽湖富營養(yǎng)化都有重要意義。早在20世紀中期我國就開始關(guān)注水體氮、磷污染，對于長江及河口水體營養(yǎng)鹽的分布和擴散的變化等已有不少的研究[11-12]。王毛蘭等在2007年的研究結(jié)果中顯示贛江水體中主要的氮素形式是NO3-N，豐水期各形態(tài)無機氮含量明顯低于枯水期[13]。近年隨著氣候變化和人類活動對鄱陽湖流域水環(huán)境影響的逐漸加劇，贛江流域的水環(huán)境質(zhì)量也勢必呈現(xiàn)新的特征[14-15]。該研究基于2013年1月和6月對贛江流域水體進行的系統(tǒng)采集，分析贛江干流和主要支流的無機氮分布變化特征，探討影響無機氮變化的因素，為贛江流域環(huán)境保護和鄱陽湖乃至長江流域的富營養(yǎng)化防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

贛江是鄱陽湖的第一大河流，長江下游的重要支流之一，發(fā)源于閩贛交界的武夷山區(qū)，自南向北經(jīng)贛州、萬安、吉安、樟樹、豐城和南昌等地后注入鄱陽湖（圖1），全長991 km，流域面積8.16萬km2。贛江分上、中、下游三段，贛州市以上為上游，稱貢水，貢水在贛州市城北與章水匯合后，始稱贛江；贛州市到新干縣為中游，新干縣到吳城縣為下游，主要的支流有梅江、平江、桃江、章水、遂川江、禾水、袁水、瀘水等。贛江流域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫18 ℃，年降水量約為1 620 mm，水資源充沛，年徑流量約638億m3，徑流量約占鄱陽湖水系總徑流量的46.6%。贛江周邊采砂活動較為密集，每年進入鄱陽湖的泥沙含量占鄱陽湖水系入湖泥沙總量的60%以上，農(nóng)業(yè)活動以水稻、果樹、蔬菜和花生種植為主。

2 結(jié)果與分析

2.1 DIN時空變化特征

1月為贛江的枯水期，降雨量

較小，為110 mm；EC值在40～170 μs/cm之間，平均值84 μs/cm。如圖2所示，隨水流方向DIN含量總體上呈增長趨勢，DIN含量開始下降至S04樣點后上升至S09樣點，在S10樣點處出現(xiàn)一低值后總體呈上升的趨勢至S22樣點后下降。DIN的含量變化范圍在1.07～5.40 mg/L，平均值為2.46 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為1.13 mg/L，其峰值出現(xiàn)在S22樣點，為5.40 mg/L，低值出現(xiàn)在S04樣點，為1.07 mg/L，差值相差5倍多，贛江上游到下游DIN含量的變化幅度很大。6月處于贛江的豐水期，降雨量達到264 mm，EC值在51～291 μs/cm之間，平均值97 μs/cm。隨水流方向DIN含量開始呈現(xiàn)明顯下降趨勢至S04樣點，后上升至S09樣點，在S12樣點出現(xiàn)一低值后逐漸上升至S22樣點后呈下降的趨勢，DIN的含量變化范圍在1.72～3.28 mg/L，平均值為2.23 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為0.38 mg/L，峰值出現(xiàn)在S09樣點，為3.28 mg/L，低值出現(xiàn)在S04樣點，為1.72 mg/L；從贛江的上游到下游DIN的含量變化呈現(xiàn)上游到中游逐漸上升，中游到下游的變化較平穩(wěn)的趨勢。

從總體上看DIN含量在枯水期要高于豐水期，枯水期DIN含量變化差異要大于豐水期，這主要是由于在豐水期隨著溫度的升高、降水的增多、農(nóng)作物的種植，各采樣點的無機氮都比較均勻。

2.2 NO3-N時空變化特征

干流NO3-N的分布如圖2所示，NO3-N變化趨勢與DIN含量變化趨勢相似。贛江干流的NO3-N含量與季節(jié)變化息息相關(guān)。在時間分布上表現(xiàn)為：枯水期，沿水流方向NO3-N含量開始呈下降趨勢至S04樣點后上升至S07樣點，而后逐漸下降至最低點S10樣點后上升至S12樣點，在S15樣點出現(xiàn)一低值后呈逐漸上升趨勢。采樣點S22緊鄰南昌下游，NO3-N濃度最高為4.01 mg/L，低值出現(xiàn)在S10樣點（萬安縣），為0.51 mg/L，平均值為1.86 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為0.90 mg/L，差異較顯著。豐水期，隨水流方向開始呈現(xiàn)明顯下降趨勢至S04樣點后上升至S07樣點，而后略有下降且趨于穩(wěn)定。其低值出現(xiàn)在S04樣點，為1.32 mg/L，峰值出現(xiàn)在S07樣點，為2.31 mg/L，均值為1.74 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為0.22 mg/L，差異不顯著。在空間分布上表現(xiàn)為：枯水期上游NO3-N含量呈明顯的下降趨勢，上游NO3-N平均濃度為1.39 mg/L，中游在S10樣點達到最低值后逐漸上升，下游呈逐漸上升的趨勢，并在S22樣點達到4.01 mg/L。豐水期NO3-N含量在上游呈明顯的變化趨勢，其中在S07為最大值，而在中下游則呈不明顯的上升趨勢，總體維持在較高的水平，中下游NO3-N平均濃度為1.72 mg/L。

在贛江流域3種溶解態(tài)無機氮中，NO3-N含量約占到DIN含量的78%，NO3-N是贛江流域水體中無機氮的主要存在形式（圖3），NO3-N含量全年變化范圍為0.51～4.01 mg/L，平均值為1.80 mg/L，枯水期平均濃度1.86 mg/L，大于豐水期的1.74 mg/L，且豐水期所占比例（NO3-N/DIN=79%）略高于枯水期（NO3-N/DIN=76%），這一結(jié)果與國內(nèi)其他研究結(jié)果相符[18-19]。一般認為與外源性N輸入有關(guān)，豐水期降水的沖刷，農(nóng)田的氮素流失（NO3-N為主）進入河流，導(dǎo)致贛江水體中的NO3-N濃度增加。

贛江各無機氮的輸入除了干流沿途本身外，主要還來自于支流向干流的輸送（圖1）。例如各無機氮在主要支流平江、桃江、遂川江、袁水等濃度較高，其中桃江（S06）和袁水的NO3-N含量最高，平均值分別為3.70 mg/L和2.95 mg/L（表2），遠大于干流平均濃度。這幾條河流均將其攜帶的高濃度氮匯入干流，導(dǎo)致匯入點下游NO3-N濃度均大于上游的濃度，表明支流的輸入是導(dǎo)致干流無機氮濃度顯著升高的重要因素。趙中華通過氮收支平衡方法在桃江流域及典型研究區(qū)兩個尺度分別建立氮平衡變化模型，認為農(nóng)業(yè)非點源污染是流域氮素輸入的主要來源，其中化肥施用輸入氮占氮總輸入量比例超過44%[20]。贛江干流無機氮的濃度與支流的輸送有著密切的關(guān)系，袁水（S18）和桃江（S06）這兩條支流的NH4+N含量最高，平均濃度分別為0.51 mg/L和0.63 mg/L，S18樣點（新余下游袁河）的NH4+N含量較高，在枯、豐水期為0.58 mg/L和0.44 mg/L，與干流NH4+N平均含量相當(dāng)，新余是江西發(fā)達的工業(yè)城市之一，工業(yè)污染較重[22]，工業(yè)廢水的排放造成了高NH4+N含量。然而，干流S09樣點經(jīng)萬安水庫后達到S10樣點，各無機氮的濃度明顯下降，NH4+N尤為顯著，從2.14 mg/L下降到0.56 mg/L，表明水庫調(diào)節(jié)對水體稀釋作用明顯。

贛江干流水體中NH4+N占DIN百分比較高，其范圍在9%～66%之間，平均值為21%，枯水期22%>豐水期18%（圖3），主要原因為枯水期上游來水量較小，下游水體更易突出點源污染的影響，特別是枯水期城鎮(zhèn)生活及工業(yè)廢水排量一般不會減少，從而導(dǎo)致在贛州和南昌等較大的城市NH4+N含量所占比例較高。王毛蘭等對贛江流域枯水期氮、磷的研究，也有枯水期河水中氮含量明顯高于豐水期的類似結(jié)論，并且這一污染變化特點主要存在于NH4+N污染較嚴重的地區(qū)[23]。

3 結(jié)論

（1） 贛江水體無機氮的主要形式為NO3-N，平均值為1.80 mg/L，約占78%；其次為NH4+N，平均值為0.52 mg/L，約占20%；NO2-N含量很小，平均濃度低于0.02 mg/L。

（2） NO3-N含量和NH4+N含量在枯水期均大于豐水期。枯水期NO3-N含量從贛江流域上游到下游的變化幅度相對于豐水期更為顯著，而NH4+N含量在枯、豐水期變化相似，NO3-N和NH4+N的變化差異在枯水期大于豐水期。

（3） 流域NH4+N最大值出現(xiàn)在贛州市區(qū)和南昌市區(qū)下游，下游其他地區(qū)較小，且變化不大；NO3-N最大值出現(xiàn)在支流桃江、袁水以及枯水期干流的南昌下游。NH4+N主要來自城市生活污染的排放，NO3-N的污染來源更復(fù)雜，受農(nóng)業(yè)廢水和城市廢水的共同影響。

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