觀山湖氮磷濃度與水質(zhì)因子關(guān)系研究

張永航，李 梅，杜 瑩，蘇文麗

(貴州師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550001)

?

觀山湖氮磷濃度與水質(zhì)因子關(guān)系研究

張永航，李 梅，杜 瑩，蘇文麗

(貴州師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550001)

氮磷濃度；不同形態(tài)；水質(zhì)因子；相關(guān)性；觀山湖

觀山湖位于貴陽(yáng)市觀山湖區(qū)，是貴陽(yáng)市有名的濕地公園，占地366.67余hm2，其中生態(tài)濕地水體面積約40 hm2，是按照“自然、生態(tài)、大眾、和諧”的園林規(guī)劃設(shè)計(jì)理念，依托得天獨(dú)厚的水體、山丘、林木、野生動(dòng)物等資源建設(shè)而成，是一個(gè)以濕地為特色，集觀賞游覽、文化娛樂(lè)、康體健身、科普教育等綜合功能于一體的原生態(tài)濕地公園。近年來(lái)，隨著觀山湖區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及人類活動(dòng)的加劇，該濕地公園水體存在潛在的污染危險(xiǎn)。因此，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化，加強(qiáng)水體環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，保護(hù)濕地水體環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

氮磷濃度是評(píng)價(jià)水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)之一，其與相關(guān)水質(zhì)因子是解釋水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化成因的重要因素[1]。水體中氮磷以各種形態(tài)存在，通過(guò)各種作用進(jìn)行轉(zhuǎn)化，而不同水質(zhì)因子在不同過(guò)程起著不同作用[2-3]，因此分析不同形態(tài)的氮磷與水質(zhì)因子關(guān)系有利于深入了解氮磷在水中的轉(zhuǎn)化作用和影響因素。筆者通過(guò)對(duì)觀山湖水體氮磷含量及相關(guān)水質(zhì)因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析了各種形態(tài)的氮磷與水質(zhì)因子的相關(guān)性，旨在為解釋和防治水體富營(yíng)養(yǎng)化及更好地保護(hù)觀山湖水質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1樣點(diǎn)布設(shè)與樣品采集根據(jù)觀山湖污染源疑似點(diǎn)，進(jìn)出水口處、水流交匯處共設(shè)9個(gè)采樣點(diǎn)。樣品的采集與方法嚴(yán)格參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》進(jìn)行。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)運(yùn)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2　結(jié)果與分析

圖1　TN、TP濃度的分布情況Fig.1　The distribution of TN，TP concentration

2.1水質(zhì)參數(shù)濃度特征從圖1可以看出，TN、TP濃度的最大值分別為0.980和0.083 mg/L，最小值分別為0.680和0.029 mg/L，平均值分別為0.780和0.050 mg/L。水體富營(yíng)養(yǎng)化是影響水體功能正常發(fā)揮的重要原因，在評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)，我國(guó)使用標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)TN小于1.000 mg/L，TP小于0.100 mg/L時(shí)，水體不會(huì)發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化[4]。由此可見，各采樣點(diǎn)TN均小于1.000 mg/L，TP濃度也均小于0.100 mg/L，故該水質(zhì)未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生條件。另外，藻類正常代謝需要的N/P值是7，當(dāng)N/P值>7時(shí)，磷是可能的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽；當(dāng)N/P的值<7時(shí)，氮是可能的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽[5]。觀山湖各采樣點(diǎn)的TN/TP在10.0以上，其平均值為20.3，據(jù)此判斷，觀山湖中磷為可能的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽，TP是浮游植物生長(zhǎng)的限制因子，這表明藻類大量繁殖很大程度上受制于磷營(yíng)養(yǎng)鹽的積累程度。

表1　水質(zhì)因子的變化范圍及平均值

2.2氮濃度與水質(zhì)因子的相關(guān)性分析及關(guān)系模型

2.2.1氮濃度與水質(zhì)因子的相關(guān)性。在SPSS 19.0平臺(tái)下對(duì)氮素的不同形態(tài)與有機(jī)污染因子、理化因子、無(wú)機(jī)離子進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)見表2、3。

表2　不同形態(tài)氮與水質(zhì)因子的相關(guān)性系數(shù)

由表2可知，氮元素的各種形態(tài)與有機(jī)污染因子(BOD5、CODCr、DO)、理化因子(pH、T)、無(wú)機(jī)離子(Fe、Mn)相關(guān)性不顯著，氮素在湖泊水體中轉(zhuǎn)化情況比較復(fù)雜[6]，與這些因子之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

表3　不同形態(tài)氮與營(yíng)養(yǎng)鹽及葉綠素的相關(guān)性系數(shù)

注：*表示在0.05水平顯著相關(guān)，**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

Note：* stands for significant correlation at 0.05 level，** stands for extremely significant correlation at 0.01 level.

2.2.2氮各種形態(tài)與水質(zhì)因子的關(guān)系模型。為更進(jìn)一步找出氮濃度與水質(zhì)因子的關(guān)系模型，故在SPSS 19.0的平臺(tái)下對(duì)氮的各個(gè)形態(tài)與水質(zhì)因子濃度采用多元逐步回歸法進(jìn)行分析，所得模型見表4。

表4　不同形態(tài)氮與水質(zhì)因子的回歸方程

2.3各形態(tài)磷濃度與水質(zhì)因子的相關(guān)性分析及關(guān)系模型

2.3.1磷濃度與水質(zhì)因子的相關(guān)性及關(guān)系模型。在SPSS 19.0平臺(tái)下對(duì)磷濃度與有機(jī)污染指標(biāo)、pH、溫度、無(wú)機(jī)離子及不同形態(tài)氮等進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表5、6。

表5　不同形態(tài)氮與水質(zhì)因子的相關(guān)性系數(shù)

由表5可知，氮元素的各種形態(tài)與有機(jī)污染因子(BOD5、CODCr、DO)、理化因子(pH、T)、無(wú)機(jī)離子(Fe、Mn)相關(guān)性不顯著，其中磷與鐵無(wú)相關(guān)性。磷素與氮素在湖泊水體中轉(zhuǎn)化情況比較復(fù)雜[8]，與這些因子之間的關(guān)系仍有待進(jìn)一步研究。

由表6可知，DP、TN與Chla均在0.05顯著水平呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.715、0.707。磷是水體的重要營(yíng)養(yǎng)成分之一，故磷的增多有利于水生植物的生長(zhǎng)，葉綠素也相應(yīng)增多。這與黃文鈺[9]研究的50個(gè)中國(guó)主要湖泊所得的葉綠素a含量與總磷呈顯著相關(guān)的結(jié)論相符。

表6　不同形態(tài)氮與營(yíng)養(yǎng)鹽及葉綠素的相關(guān)性系數(shù)

注：*表示在0.05水平差異顯著。

Note：* stands for significant difference at 0.05 level.

TP與DP也呈顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.692。TP包括有機(jī)磷化合物和無(wú)機(jī)磷化合物，DP在水體中是重要的磷素來(lái)源，這可能是由于DP濃度與TP濃度具有正相關(guān)。

2.3.2磷各種形態(tài)與水質(zhì)因子的關(guān)系模型。為了進(jìn)一步確認(rèn)磷與水質(zhì)因子的關(guān)系模型，對(duì)其進(jìn)行逐步回歸，所得模型見表7。

由表7可知，TP、DP濃度與Chla均存在較好的線性關(guān)系，該關(guān)系模型也能說(shuō)明藻類大量繁殖很大程度上受制于磷營(yíng)養(yǎng)鹽的積累程度。

表7　不同形態(tài)磷與水質(zhì)因子的回歸方程

注：ρ(TP)表示總磷的濃度，ρ(DP)表示溶解性磷的濃度，ρ(Chla)表示葉綠素的濃度。

Note：ρ(TP).Total phosphorus concentration，ρ(DP).Dissolved phosphorus concentration，ρ(Chla).Concentration of chlorophyll.

3　結(jié)論

(1)從水體的水質(zhì)特征分析可知，觀山湖水體未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化條件。根據(jù)TN/TP均值可知，TP可能是觀山湖浮游植物生長(zhǎng)潛在的限制性因子。在用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)比較后得出，觀山湖水質(zhì)總體良好，污染程度較小。因此，對(duì)觀山湖主要采取保護(hù)措施，控制氮磷的引入，特別是磷的引入。

[1]陳軍，權(quán)文婷，孫記紅.太湖氮磷濃度與水質(zhì)因子的關(guān)系[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2011，27(3)：79-83.

[2]廖榮明，洪天求，李如忠.巢湖烔煬河水體氮磷營(yíng)養(yǎng)物變化特征及成因分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，33(10)：1553-1557.

[3]曹英蘭，林建清，許美云.廈門龍舟三池水體氮磷的污染狀況及來(lái)源分析[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，12(6)：103-106.

[4]羅固源，康康，朱亮.水體中TN/TP與藻類產(chǎn)生周期及產(chǎn)生量的關(guān)系[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，30(1)：142-146.

[5]趙超，于寧樓，戴偉，等．銀湖夏季葉綠素a與水質(zhì)因子的相關(guān)分析及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(32)：18252-18254.

[6]孫志高，劉景雙，于君寶，等.N示蹤技術(shù)在濕地氮素生物地球化學(xué)過(guò)程研究中的應(yīng)用進(jìn)展[J].地理科學(xué)，2005，25(6)：762-768.

[7]鄒華，阮文權(quán)，陳堅(jiān).硝酸鹽作為生物除磷電子受體的研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2002，15(3)：38-41.

[8]PANT H K，REDDY K R，LEM ON E.Phosphorus retention capacity of root bed media of subsurface f low constructed wetlands[ J ].Ecological engineering，2001，17(4)：345-355.

[9]黃文鈺.中國(guó)主要湖泊葉綠素與總磷關(guān)系[J].污染防治技術(shù)，1997，10(1)：11-12.

Study on Relationship between Nitrogen,Phosphorus Concentration and Water Quality Factors in Guanshan Lake

ZHANG Yong-hang,LI Mei,DU Ying et al

(School of Chemistry and Materials Science,Guizhou Normal University,Guiyang,Guizhou 550001)

[Objective]The aim was to study the relationship between nitrogen,phosphorus concentration and water quality factors in Guanshan Lake.[Method]Based on the measurement results of nitrogen,phosphorus and relevant water quality factors in Guanshan Lake,the water quality features were analyzed,as well as the correlation between different forms of nitrogen and phosphorus concentrations in water and water quality factors.The relationship between nitrogen,phosphorus concentration and water quality factors was established by using the multiple stepwise regression equation.[Result]Nitrite nitrogen and total nitrogen was significantly negatively correlated.Nitrate nitrogen and chlorophyll a,total phosphorus and ammonia were significantly positively correlated.Ammonia nitrate was positively correlated with nitrate nitrogen and chlorophyll a,whose model is only related with chlorophyll a.Total phosphorus concentration and chlorophyll a,dissolved phosphorus,nitrate nitrogen was significantly positive correlation.Dissolved phosphorus was positively correlated with nitrate nitrogen and chlorophyll a,while total phosphorus and dissolved phosphorus iwa only related with chlorophyll a in its model.[Conclusion]The overall water quality of Guanshan Lake is good and has not reached the eutrophication.

Nitrogen and phosphorus concentration;Different forms;Water quality factors;Correlation;Guanshan Lake

貴陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目(筑科合同[2012103]84號(hào))。

張永航(1971- )，女，貴州貴陽(yáng)人，副教授，碩士，從事環(huán)境化學(xué)研究。

2016-07-11

S 181.3;X 52

A

0517-6611(2016)25-097-03