城市內(nèi)河表層沉積物氮形態(tài)及影響因素
——以許昌清潩河為例

王 梅,劉 琰,鄭丙輝,周 娟,江秋楓

(中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國(guó)家環(huán)境保護(hù)飲用水水源地保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100012)

城市內(nèi)河表層沉積物氮形態(tài)及影響因素
——以許昌清潩河為例

王 梅,劉 琰*,鄭丙輝,周 娟,江秋楓

(中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國(guó)家環(huán)境保護(hù)飲用水水源地保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100012)

采用連續(xù)分級(jí)提取法對(duì)許昌市清潩河河道10個(gè)表層沉積物樣品中氮形態(tài)含量進(jìn)行測(cè)定, 分別得到離子交換態(tài)氮(IEF-N)、弱酸可提取態(tài)氮(WAEF-N)、強(qiáng)堿可提取態(tài)氮(SAEF-N)、強(qiáng)氧化劑可提取態(tài)氮(SOEF-N)和非可轉(zhuǎn)化態(tài)氮(NTN), 探討了不同形態(tài)氮分布特征、影響因素及其對(duì)河道水環(huán)境潛在的風(fēng)險(xiǎn). 結(jié)果表明,沉積物中總氮(TN)含量為2140～9470mg/kg, 與沉積物有機(jī)質(zhì)含量沿河道變化趨勢(shì)基本一致; 可轉(zhuǎn)化態(tài)氮(TTN)的優(yōu)勢(shì)形態(tài)從上游至下游逐漸由IEF-N向SAEF-N再向SOEF-N轉(zhuǎn)化, 逐漸趨于穩(wěn)定; IEF-N含量受沉積物有機(jī)質(zhì)、pH值及上覆水體氨氮和懸浮物含量影響, 且與TN極顯著相關(guān), 說(shuō)明清潩河沉積物TN含量可以作為河道內(nèi)源污染風(fēng)險(xiǎn)判斷的重要指標(biāo); 此外上覆水體較高的COD含量對(duì)SAEF-N和NTN的沉積、較高的氨氮含量對(duì)IEF-N和TN的釋放以及總磷含量對(duì) NTN活性的增強(qiáng)等都產(chǎn)生影響.因此, 在開(kāi)展清潩河水環(huán)境綜合整治時(shí), 需考慮水相與沉積物相的相互作用, 同步開(kāi)展治理工作.

城市內(nèi)河；沉積物；氮形態(tài)；分布特征；影響因素

氮是水體生態(tài)系統(tǒng)新陳代謝過(guò)程中的關(guān)鍵元素之一,水體中的氮素會(huì)在物理或生物作用下聚集到沉積物中,在一定條件下,又會(huì)作為內(nèi)源向水體中釋放氮[1-2],因此,沉積物是水體中氮素重要的“源”和“匯”.然而,并不是全部形態(tài)的氮都參與生物地球化學(xué)循環(huán),僅研究總氮難以判斷沉積物中氮對(duì)水環(huán)境的影響[3].沉積物中氮分為可轉(zhuǎn)化態(tài)和非可轉(zhuǎn)化態(tài)兩大類,通常情況下,只有附著于沉積物顆粒表面、或結(jié)合能力較弱的可轉(zhuǎn)化態(tài)氮,才能在水動(dòng)力條件或生物擾動(dòng)等環(huán)境條件變化時(shí)釋放進(jìn)入水體,參與氮的界面循環(huán),而非可轉(zhuǎn)化態(tài)氮或是進(jìn)入沉積物礦物晶格,或是包裹在較大顆粒內(nèi)層,均無(wú)法真正參與氮循環(huán)[4-5].因此,自然粒度沉積物中可轉(zhuǎn)化態(tài)氮的含量最直觀地體現(xiàn)了沉積物中能參與水體-沉積物界面氮循環(huán)的最大量值.研究自然粒度下沉積物中各形態(tài)氮的分布規(guī)律及影響因素,能清楚地揭示各形態(tài)氮對(duì)界面循環(huán)的貢獻(xiàn),并判斷沉積物中氮對(duì)水環(huán)境的潛在影響,從而為水體內(nèi)源污染控制提供依據(jù).

不少學(xué)者[5-8]在沉積物磷的分級(jí)浸取分離法的基礎(chǔ)上提出了沉積物氮的分級(jí)浸取分離方法,并將其用于沉積物氮的形態(tài)及生物地球化學(xué)功能研究中;隨后這種方法又被用于研究其他海洋或近岸海域[9-12]、湖泊[13-15]和水庫(kù)[16]沉積物中氮的形態(tài)分布特征.當(dāng)前我國(guó)不少城市內(nèi)河都存在黑臭問(wèn)題,有研究表明,含氮物質(zhì)在河道內(nèi)大量富集所導(dǎo)致的溶解氧降低是造成水體黑臭的主要原因[17-19].因此,深入研究城市河道沉積物中氮的賦存形態(tài)和影響因素,是制訂科學(xué)合理的河道治理方案的理論依據(jù).而目前,采用分級(jí)浸取分離法開(kāi)展城市河流沉積物中氮形態(tài)分布特征研究的報(bào)道較少.

清潩河為淮河的三級(jí)支流,在許昌市境內(nèi)全長(zhǎng) 51.46km,是許昌市市區(qū)最大的景觀水體,對(duì)許昌市人民的生產(chǎn)生活有重要影響.由于清潩河天然徑流匱乏,且在許昌市境內(nèi)主要接納沿途皮革、造紙等工業(yè)廢水和生活廢水,導(dǎo)致水質(zhì)常年為劣Ⅴ類,部分河段存在黑臭現(xiàn)象.本文采用分級(jí)浸取分離法對(duì)清潩河河道表層沉積物中氮的賦存形態(tài)進(jìn)行分析,并研究了影響氮形態(tài)的因素,以期為實(shí)施清潩河河道綜合整治提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

在清潩河許昌段干流重要水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面處、主要支流匯入口以及重點(diǎn)污染源匯入口設(shè)置 10個(gè)采樣點(diǎn)位,具體見(jiàn)圖1所示.

圖1 清潩河沉積物采樣點(diǎn)位置示意Fig.1 Sampling sites of sediments in Qingyi River

于2012年10月分別在10個(gè)采樣點(diǎn)采用抓斗式重力采泥器采集河道內(nèi)深度為0～5cm的表層沉積物樣品,現(xiàn)場(chǎng)用聚乙烯袋密封,并置于冷凍箱中.帶回實(shí)驗(yàn)室后留一部分樣品用于 pH值測(cè)試, 其他樣品經(jīng)冷凍干燥、研磨、過(guò)篩(100目)后置于棕色玻璃瓶中(4℃)保存?zhèn)溆?

1.2 樣品分析

清潩河沉積物樣品分析指標(biāo)包括pH值、有機(jī)質(zhì)、總氮以及各種形態(tài)氮. pH值采用pH計(jì)法測(cè)定,有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定[20].總氮(TN)測(cè)定方法∶采用堿性過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法,取0.1g(精確到0.1mg)干燥過(guò)篩后的沉積物樣品置于50mL的比色管中,加入20mL堿性過(guò)硫酸鉀溶液(NaOH 0.24mol/L, K2S2O80.074mol/L),加蓋搖勻,用紗布扎緊蓋子,放入高壓滅菌鍋(135℃)加熱2h.取上層清液用紫外分光光度計(jì)測(cè)定總氮的含量.

形態(tài)氮的分析測(cè)定方法∶采用分級(jí)連續(xù)浸取分離法[6,14-15],分別采用KCl、HAc-NaAc(pH=5)、NaOH及堿性K2S2O8提取劑依次得到沉積物的4種可轉(zhuǎn)化態(tài)氮(TTN),分別為離子交換態(tài)氮(IEF-N)、弱酸可提取態(tài)氮(WAEF-N)、強(qiáng)堿可提取態(tài)氮(SAEF-N)和強(qiáng)氧化劑可提取態(tài)氮(SOEF-N),TN與 TTN之差即為非可轉(zhuǎn)化態(tài)氮(NTN).具體分析程序見(jiàn)圖2.

圖2 各形態(tài)氮分級(jí)浸取步驟Fig.2 Sequential extraction process of nitrogen forms

每步浸取后取上層清液測(cè)定 NH4+-N、NO3--N和NO2--N的含量.其中,NH4+-N采用納氏試劑光度法測(cè)定,NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法測(cè)定,NO3--N采用紫外分光光度法測(cè)定[20].

2 結(jié)果與討論

2.1 河道基本理化性質(zhì)

清潩河河道表層沉積物的 pH值范圍為6.9～8.0,平均值為7.53,整體偏堿性.

清潩河河道表層沉積物有機(jī)質(zhì)含量的范圍為1.11%～15.76%,平均含量為4.73%.最小值出現(xiàn)在S1點(diǎn)位處,最大值出現(xiàn)在S6點(diǎn)位處,且S6點(diǎn)位處的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他點(diǎn)位(圖3).根據(jù)有機(jī)質(zhì)沿河道的變化情況看,下游S5至S10的有機(jī)質(zhì)含量明顯高于上游的有機(jī)質(zhì)含量.根據(jù)《河南省土壤環(huán)境背景值》[21],河南省土壤中有機(jī)質(zhì)的環(huán)境背景值為1.29%.與環(huán)境背景值相比,除S1和S2點(diǎn)位外,其他點(diǎn)位的有機(jī)質(zhì)均高于環(huán)境背景值,其中,從S5點(diǎn)位開(kāi)始(除S8點(diǎn)位),下游各點(diǎn)位有機(jī)質(zhì)均為環(huán)境背景值的4倍以上,說(shuō)明該河段受到了較為嚴(yán)重的有機(jī)污染.

圖3 清潩河河道表層沉積物有機(jī)質(zhì)含量Fig.3 Concentration of organic matter in surface sediments of Qingyi River

2.2 沉積物中氮含量及分布特征

2.2.1 沉積物中總氮含量及分布特征 清潩河沉積物中TN含量變化范圍為2140～9470mg/kg,各點(diǎn)位差異較為明顯(圖4),其中S2處最低,該點(diǎn)位位于清潩河一支流匯入口的下游,一方面無(wú)明顯氮源匯入,另一方面可能因?yàn)樗畡?dòng)力擾動(dòng)大而使氮不易沉積.根據(jù)污染源調(diào)查結(jié)果, 在S4和S5之間有大量造紙廢水排入,S7下游有市政污水處理廠污水排入,此外,S4至S7之間城區(qū)段相當(dāng)數(shù)量未經(jīng)截留的雨水口也帶入大量生活污水和面源污染,導(dǎo)致S5以后的下游河段總氮含量明顯高于S4前的上游河段.污染源排污數(shù)據(jù)表明, S4和S5之間排入的造紙廢水中懸浮物嚴(yán)重超標(biāo),這些懸浮物隨河水經(jīng)過(guò)一段距離的遷移逐漸在河道內(nèi)沉降,加上人工閘壩的攔截,造成河流水文條件改變,河道底泥不斷在壩前淤積,這是導(dǎo)致 S6點(diǎn)位處有機(jī)質(zhì)及TN含量最高的重要原因.

2.2.2 沉積物中各形態(tài)氮含量及分布特征 清潩河10個(gè)采樣點(diǎn)沉積物中各形態(tài)氮含量也有所不同(圖 5),其中離子交換態(tài)氮(IEF-N)含量(mg/kg)由高到低依次為∶ S6(2680)>S7(2420)> S10(2380)>S8(2070)>S1(2000)>S9(1880)>S4(176 0)>S3(800)>S2(520)>S5(480),其中 S6沉積物中IEF-N的含量最高,S5和S2處沉積物的IEF-N含量較低,整體而言,中下游IEF-N含量高于中上游河段.從各形態(tài)含量百分比圖(圖 5)可以看出, S1、S4和S8的IEF-N含量占優(yōu)勢(shì),分別達(dá)到TN百分比的60.1%、54.8%和36.4%.由于IEF-N是與沉積物結(jié)合能力最弱、最不穩(wěn)定的吸附態(tài)氮,與上覆水中氮的含量關(guān)系最為密切,其賦存含量為沉積物向上覆水體釋放量的最大值, 可見(jiàn)中下游河段沉積物中的氮向水體中的釋放量較大.而S6處IEF-N含量最高的原因可能與其處于人工閘壩前,受到水文物理?xiàng)l件影響沉積物向上覆水體釋放的量明顯增加.

圖4 清潩河各點(diǎn)位總氮含量Fig.4 Total nitrogen concentrations at sampling sites of Qingyi River

弱酸可提取態(tài)氮(WAEF-N)含量(mg/kg)由高到低依次為∶S7(870)>S9(750)>S10(730)>S3 (660)>S8(580)>S1(550)>S6(510)>S5(440)>S4(39 0)>S2(230). WAEF-N為碳酸鹽結(jié)合態(tài)氮,該形態(tài)氮在各點(diǎn)位均不是優(yōu)勢(shì)形態(tài),可能由于河道沉積物碳酸鹽含量較低,礦化作用較強(qiáng)所致.

強(qiáng)堿可提取態(tài)氮(SAEF-N)含量(mg/kg)由高到低依次為∶ S6(3230)>S5(1970)>S7(600)>S3 (470)>S8(450)>S9, S1(400)>S10(380)>S2(170)> S4(80).SAEF-N主要是鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)氮,主要受沉積物氧化還原環(huán)境控制.SAEF-N在S6處為優(yōu)勢(shì)形態(tài).

強(qiáng)氧化劑可提取態(tài)氮(SOEF-N)含量(mg/kg)由高到低依次為∶S10(3190)>S7(2830)>S9(2490) >S8(1940)>S3(1210)>S5(740)>S4(610)>S1(210)> S2(150)>S6(140). S3、S7、S9、S10處的SOEF-N均為優(yōu)勢(shì)形態(tài),該形態(tài)氮主要是有機(jī)態(tài)氮,其分布與沉積物有機(jī)質(zhì)含量等密切相關(guān).

圖5 清潩河沉積物中總氮及各形態(tài)氮含量分布Fig.5 Content of total nitrogen and nitrogen forms in surface sediments of Qingyi River

沉積物中可轉(zhuǎn)化態(tài)氮(TTN)能夠體現(xiàn)出沉積物氮的遷移轉(zhuǎn)化、可參與氮循環(huán)的最大量值,而非可轉(zhuǎn)化態(tài)氮(NTN)則是穩(wěn)定存在的氮形態(tài),幾乎不參與氮循環(huán)[15],了解各形態(tài)氮在不同點(diǎn)位間的差別對(duì)識(shí)別不同污染河段的特征非常重要.清潩河表層沉積物中各點(diǎn)位形態(tài)氮含量相對(duì)比例依次為∶S1處IEF-N含量比例最大,占60.1%,而NTN含量比例最小,占5.1%; S2處NTN含量比例最大,占49.5%;S3處WAEF-N所占比例最大,占 16.6%;S4處 SAEF-N含量比例最小,占2.5%,且IEF-N含量比例達(dá)54.8%;S5處IEF-N含量比例最小,占8.1%;S6處SAEF-N含量比例最大,占34.1%,而WAEF-N和SOEF-N含量比例最小,分別占5.4%和1.5%;S10處SOEF-N含量比例最大,占43.9%.S4和S5之間污染源的加入使得IEF-N和WAEF-N含量比例減少,SAEF-N卻明顯受到人工閘壩的影響,在人工閘壩前其含量比例明顯增加.

對(duì)于生物來(lái)說(shuō),除了 NTN之外, IEF-N、WAEF-N、SAEF-N以及SOEF-N均為生物有效性氮,即TTN.根據(jù)圖5可知,各采樣點(diǎn)位TTN占總氮的比例為 50%～95%,顯著高于渤海(30.85%)[7]、滇池(33.7%～53.8%)[15]和水源水庫(kù)(28.80%～49.34%)[16]的相應(yīng)值,表明清潩河可能釋放而參與再循環(huán)氮的含量比例較上述區(qū)域高了很多.從各點(diǎn)位來(lái)看, S6、S7和S10處沉積物中 TTN的含量較高,因此,這些點(diǎn)位沉積物作為內(nèi)源對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的影響會(huì)比較大,應(yīng)作為內(nèi)源整治的重點(diǎn)區(qū)域.

從圖5可以看出TTN含量百分比從上游至下游的變化規(guī)律,上游 S1～S4斷面 TTN是以IEF-N為優(yōu)勢(shì)形態(tài)存在,中游S5～S6斷面TTN是以SAEF-N為優(yōu)勢(shì)形態(tài)存在,下游S7～S10斷面TTN是以 SOEF-N為優(yōu)勢(shì)形態(tài)存在,從上至下TTN的活性逐漸趨于穩(wěn)定化.

2.3 沉積物形態(tài)氮的影響因素分析

2.3.1 沉積物性質(zhì)對(duì)沉積物各形態(tài)氮影響分析沉積物中含氮化合物的形成、降解和釋放等主要受有機(jī)質(zhì)在礦化作用過(guò)程中環(huán)境條件與動(dòng)力因素的控制, 沉積物的粒度、pH值、氧化還原電位、物源輸入、生物擾動(dòng)及水動(dòng)力因素都會(huì)影響不同形態(tài)氮的含量和分布[22].為進(jìn)一步探討清潩河沉積物中不同形態(tài)氮分布特征的影響因素,對(duì)各形態(tài)氮之間以及各形態(tài)氮與沉積物理化指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行了分析(表1).由表1可知,各形態(tài)氮與 TN 相關(guān)顯著性系數(shù)由大到小分別為IEF-N>SAEF-N>NTN>WAEF-N>SOEF-N,由此可見(jiàn),IEF-N作為釋放能力最強(qiáng)的形態(tài),與 TN關(guān)系最為密切,說(shuō)明 TN含量高的區(qū)域?qū)ι细菜w存在的污染潛力也大.因此,對(duì)清潩河河道而言,沉積物中 TN可作為判斷內(nèi)源污染風(fēng)險(xiǎn)高低的重要指標(biāo).此外,各形態(tài)之間SAEF-N與NTN、WAEF-N與SOEF-N之間存在極顯著正相關(guān)性(P<0.01),表明SAEF-N與NTN之間、WAEF-N與 SOEF-N之間均有可能在各種生物地球化學(xué)作用下不同程度地相互轉(zhuǎn)化.通常情況下,沉積物若為氧化環(huán)境會(huì)促進(jìn)SAEF-N向NTN形態(tài)轉(zhuǎn)化而變得穩(wěn)定存在,若為還原環(huán)境 NTN則更易向SAEF-N形態(tài)轉(zhuǎn)化[22];其次較強(qiáng)的礦化作用和微生物作用使得WAEF-N轉(zhuǎn)化為SOEF-N的趨勢(shì)變得明顯.

表1 清潩河沉積物各形態(tài)氮與沉積物環(huán)境因素相關(guān)性分析結(jié)果Table 1 Correlation analysis of nitrogen forms and sediment environmental factors in sediments of Qingyi River

沉積物有機(jī)質(zhì)與 TN存在極顯著相關(guān)性(P<0.01),這解釋了清潩河河道沉積物中 TN與有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)的一致性,如在沉積物有機(jī)質(zhì)含量最高的S6處, TN含量也達(dá)到9470mg/kg的最高水平.根據(jù)前面形態(tài)氮之間的相關(guān)性分析可知, TN與IEF-N顯著相關(guān)(P<0.05),因此,理論上有機(jī)質(zhì)與IEF-N也應(yīng)存在一定的相關(guān)關(guān)系.而根據(jù)表1,有機(jī)質(zhì)與 IEF-N的相關(guān)性并不顯著,并且有機(jī)質(zhì)與NTN存在極顯著相關(guān)性(P<0.01).有機(jī)質(zhì)對(duì)沉積物中氮的形態(tài)轉(zhuǎn)化存在著兩種相反的作用,一方面有機(jī)質(zhì)含量高的區(qū)域提供的結(jié)合位多,導(dǎo)致 NTN含量高;另一方面,較高的有機(jī)質(zhì)含量能夠使微生物得到充足的碳源而持續(xù)增長(zhǎng),大量有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程需消耗氧而使沉積物處于缺氧或厭氧狀態(tài),這種狀態(tài)能夠促使沉積物中的有機(jī)氮更多地轉(zhuǎn)為氨氮,從而加劇向上覆水體的釋放.根據(jù)上述分析可知,在清潩河河道沉積物中,有機(jī)質(zhì)對(duì)于有機(jī)氮向氨氮轉(zhuǎn)化具有一定的促進(jìn)作用,但這種促進(jìn)作用不如有機(jī)質(zhì)對(duì)于NTN的促進(jìn)作用顯著.

此外,pH值對(duì)IEF-N的影響較大,兩者存在負(fù)顯著相關(guān)(P<0.05),說(shuō)明易進(jìn)入水體中的IEF-N隨 pH值的增大而減少,這與相關(guān)的研究結(jié)果[23]相一致.

2.3.2 水體水質(zhì)對(duì)沉積物各形態(tài)氮影響分析清潩河的水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,清潩河干流水質(zhì)較差,COD和氨氮常年為劣V類,處于重度污染狀態(tài).將各采樣點(diǎn)沉積物中形態(tài)氮與該點(diǎn)位相對(duì)應(yīng)的水質(zhì)理化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表2),結(jié)果表明,水中COD含量與沉積物NTN和SAEF-N有不同程度的顯著正相關(guān)關(guān)系,與沉積物有機(jī)質(zhì)含量的影響相一致,說(shuō)明上覆水體中的 COD即大量有機(jī)物質(zhì)會(huì)通過(guò)一定的物理、化學(xué)或生物過(guò)程進(jìn)入沉積物中,從而對(duì)沉積物中 SAEF-N和NTN形態(tài)氮產(chǎn)生影響.水體總磷含量與沉積物NTN含量呈現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,考慮到清潩河水體長(zhǎng)期處于一種厭氧還原環(huán)境下,較多的磷會(huì)以弱吸附態(tài)磷的形態(tài)存在,弱吸附態(tài)磷受到細(xì)顆粒物理吸附和有機(jī)質(zhì)化學(xué)吸附的共同控制[24],會(huì)在一定程度上造成對(duì)結(jié)合態(tài)NTN的活性造成影響.上覆水體中氨氮含量與IEF-N和TN呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),水體較高的氨氮含量會(huì)促進(jìn)沉積物中IEF-N和TN的釋放,加劇沉積物氮對(duì)上覆水體的污染.此外,水體中懸浮物的增加也會(huì)導(dǎo)致IEF-N的釋放.因此,在開(kāi)展清潩河水環(huán)境綜合整治時(shí),必須考慮到水相與沉積物相的相互作用,同步開(kāi)展治理工作.

表2 清潩河沉積物各形態(tài)氮與上覆水體環(huán)境因素相關(guān)性分析結(jié)果Table 2 Correlation analysis of nitrogen forms and overlying water environmental factors in sediments of Qingyi River

3 結(jié)論

3.1 清潩河河道沉積物中總氮的分布特征與沉積物有機(jī)質(zhì)分布呈現(xiàn)出較為明顯的一致性規(guī)律,中下游的含量明顯高于上游,尤其是在S6處達(dá)到最高值.各形態(tài)氮含量分布特征為,由上游以IEF-N為優(yōu)勢(shì)形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹杏我?SAEF-N為優(yōu)勢(shì)形態(tài)再至下游以SOEF-N為優(yōu)勢(shì)形態(tài),從上至下在總氮水平整體增加的情況下,可轉(zhuǎn)化氮形態(tài)的活性逐漸趨于穩(wěn)定化.

3.2 各形態(tài)氮與 TN相關(guān)性大小為∶ IEF-N > SAEF-N > NTN > WAEF-N > SOEF-N, IEF-N作為釋放能力最強(qiáng)的氮形態(tài)與 TN關(guān)系最為密切,說(shuō)明 TN含量高的區(qū)域?qū)ι细菜w的污染潛力也是最大的,沉積物 TN含量可以作為清潩河內(nèi)源污染風(fēng)險(xiǎn)判斷的重要指標(biāo).

3.3 沉積物有機(jī)質(zhì)、pH值及上覆水體氨氮和懸浮物含量都對(duì) IEF-N 含量產(chǎn)生影響,此外SAEF-N與 NTN表現(xiàn)出極其顯著的正相關(guān)性,共同受沉積物有機(jī)質(zhì)、上覆水體COD含量影響.清潩河作為污染排放強(qiáng)度大的城市內(nèi)河,其水質(zhì)COD和氨氮常年為劣V類,大量污染物的排入造成沉積物與上覆水體界面極其活躍,沉積物中IEF-N的釋放與沉降活動(dòng)也尤為明顯,在控制外源氮輸入的同時(shí),也要重視沉積物內(nèi)源可轉(zhuǎn)化態(tài)氮的釋放及其對(duì)水體環(huán)境的影響.

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Nitrogen forms in surface sediments of urban river and their influence factors： A case study of Qingyi River in Xuchang City.

WANG Mei, LIU Yan*, ZHENG Bing-hui, ZHOU Juan, JIANG Qiu-feng
(State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, State Environmental Protection Key Laboratory of Drinking Water Source Protection, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 10012, China). China Environmental Science, 2014,34(3)：720～726

The amounts of nitrogen forms in 10surface sediments of Qingyi River in Xuchang City were determined by the sequential extraction technique and 4forms of extractable nitrogen (TTN) including ion exchangeable form (IEF-N), weak acid extractable form (WAEF-N), strong alkali extractable form (SAEF-N), and strong oxidant extractable form (SOEF-N) and non-extractable form (NTN) were found. The distribution characteristics, influence factors and potential risks of nitrogen forms to the river environment were also discussed. The results indicated that the concentration of total nitrogen (TN) was in the range of 2140～9470mg/kg, and had the similar distribution trend with the sediment organic matter (OM) along the mainstream. The dominant form of TTN changed from IEF-N to SAEF-N and then to SOEF-N from upstream to downstream, finally tended to be stable. IEF-N content in the sediment was influenced by sediment OM, pH value, and the amount of ammonia and suspended solid in the overlying water, and was significantly related to TN, which showed that TN can be used as an important indicator for judging the endogenous pollution risk of Qingyi River. In addition, in the overlying water high COD concentration had great effect on the sediment of SAEF-N and NTN, high content of ammonia intensified the release of IEF-N and TN, and TP influenced the activity of NTN. Therefore, the interaction of the overlying water and the sediment must be taken into account during the practical river improvement, and the regulation of water body and sediment. This study could provide important guidance to the water environment comprehensive improvement of Qingyi River and the other similar rivers.

urban river；sediments；nitrogen forms；distribution characteristics；influence factors

X142

：A

：1000-6923(2014)03-0720-07

王 梅(1986-),女,江蘇淮安人,工程師,碩士,主要從事流域水環(huán)境質(zhì)量管理研究.

2013-06-28

國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201309067)

* 責(zé)任作者, 副研究員, liuyan@craes.org.cn