白水龍水庫(kù)中氮形態(tài)變化特征及源分析

毛金群 王祥云 李 義 肖勁松

(1.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院, 貴陽(yáng) 550081; 2.貴州省大方縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 貴州 畢節(jié) 551700； 3.貴州省環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 貴陽(yáng) 550081)

白水龍水庫(kù)中氮形態(tài)變化特征及源分析

毛金群1王祥云2李 義3肖勁松1

(1.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院, 貴陽(yáng) 550081; 2.貴州省大方縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 貴州 畢節(jié) 551700； 3.貴州省環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 貴陽(yáng) 550081)

初步探討了平壩區(qū)白水龍水庫(kù)和大方縣宋家溝水庫(kù)飲用水源地中2014年4月至6月氮形態(tài)濃度變化及平壩白水龍水庫(kù)氮形態(tài)空間分布。結(jié)果表明，平壩白水龍水庫(kù)總氮的平均含量為5.50mg/L，硝酸鹽氮的平均含量為3.35mg/L，氨氮的平均含量為0.36mg/L，總氮含量最高值已經(jīng)超過國(guó)家三級(jí)飲用水標(biāo)準(zhǔn)2倍，洪水期超標(biāo)更高，大方宋家溝水庫(kù)總氮平均值為0.91mg/L，硝酸鹽氮平均值0.06mg/L, 氨氮含量平均值是0.17mg/L；在空間分布上，白水龍水庫(kù)上游水庫(kù)的氮含量要低于白水龍水庫(kù)的氮含量。用相關(guān)性分析法分析知, 白水龍水庫(kù)硝酸鹽氮與總氮之間有顯著的相關(guān)性, 關(guān)聯(lián)度達(dá)到0.9874；白水龍水庫(kù)硝酸鹽氮與總氮之間有顯著的相關(guān)性，關(guān)聯(lián)度達(dá)到0.9785。減少硝酸鹽氮與氨氮的輸入有利于對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的控制。

白水龍水庫(kù)；宋家溝水庫(kù)；氮含量；氮形態(tài)；分布特征

氮是所有生物體必需的營(yíng)養(yǎng)元素，也是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要元素之一[1]。水環(huán)境中氮超標(biāo)會(huì)對(duì)動(dòng)、植物造成危害，并使水體生態(tài)環(huán)境惡化[2-4]。據(jù)調(diào)查，貴州省縣城飲用水源地中湖庫(kù)占有很大的比例，高達(dá)50%以上，水質(zhì)總體較好。但是根據(jù)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)表明，貴州省大多數(shù)湖庫(kù)水源地都出現(xiàn)總氮超標(biāo)現(xiàn)象[5-8]。貴州省平壩區(qū)白水龍水庫(kù)作為平壩區(qū)飲用水源地，氮含量高低影響重大。本文初步探討了白水龍水庫(kù)中總氮及各形態(tài)氮的時(shí)空分布并解析其原因，并以大方縣宋家溝水庫(kù)水體作為對(duì)比，有助于了解平壩區(qū)飲用水源地的水質(zhì)質(zhì)量及富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，改善當(dāng)?shù)鼐用裆瞽h(huán)境和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，并為高原湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)理論與技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 湖區(qū)概況及樣品采集

平壩縣白水龍飲用水源保護(hù)區(qū)劃分為一、二級(jí)保護(hù)區(qū)，總面積為1.86 km2，其中一、二級(jí)保護(hù)區(qū)面積分別為0.16 km2和1.7 km2，平壩白水龍水庫(kù)作為平壩縣的主要水源地，位于大硐村附近，周圍是農(nóng)田用地，有人類活動(dòng)。2014年4月至6月，對(duì)白水龍水庫(kù)進(jìn)行分層采樣(表層水、水深1 m至水深12 m)，采樣點(diǎn)位于平壩縣城關(guān)鎮(zhèn)西面約2km處，取水坐標(biāo)：106.2207E，26.4083N。在六月份洪水期和非洪水期按上游到下游的空間位置在平壩貓壩匯水(106.1980E，26.4066N)、平壩貓壩水庫(kù)(106.1997E，26.406596N)、六角山水庫(kù)(106.2047E，26.4074N)、平壩干河水庫(kù)(106.2321E，26.409934N)、平壩白水龍水庫(kù)(106.2207 E，26.4083N)0.5m處進(jìn)行采樣，分析總氮、氨氮、硝氮濃度。平壩縣白水龍飲用水源保護(hù)區(qū)采樣點(diǎn)見圖1。

宋家溝水庫(kù)飲用水源保護(hù)區(qū)范圍為水庫(kù)集雨區(qū)，具體劃分為一級(jí)保護(hù)區(qū)和二級(jí)保護(hù)區(qū)，總面積為2.92 km2。大方宋家溝水庫(kù)作為大方縣的主要飲用水源地，周圍是林地，幾乎無農(nóng)田，無人居住。取水點(diǎn)坐標(biāo)：105.6443E，27.1518N。對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行分層采樣(表層水、水深1m至水深12m)，采樣時(shí)間為2014年4月至6月。宋家溝水庫(kù)飲用水源保護(hù)區(qū)采樣點(diǎn)見圖2。

a：平壩白水龍水庫(kù)采樣點(diǎn); b：平壩干河水庫(kù)采樣點(diǎn); c：六角山水庫(kù)采樣點(diǎn); e：平壩貓壩水庫(kù)采樣點(diǎn); d：平壩貓壩匯水采樣點(diǎn);圖1 平壩縣白水龍飲用水源保護(hù)區(qū)采樣布點(diǎn)圖

圖2 大方縣宋家溝飲用水源保護(hù)區(qū)采樣布點(diǎn)圖

1.2 樣品采集

到采樣點(diǎn)后，利用聚乙烯材質(zhì)采樣器采集水樣，采集的水樣立即置于低溫避光保溫箱中，并加H2SO4酸化保存, 運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后立刻進(jìn)行化學(xué)分析。

1.3 分析方法

總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法；氨氮采用納氏試劑比色法；硝酸鹽氮采用離子色譜法。

2 結(jié)果

2.1 氨氮、硝氮、有機(jī)氮含量時(shí)間變化特征

2.1.1 白水龍水庫(kù)氨氮、硝氮、有機(jī)氮含量時(shí)間變化特征

在2014年4月份中，白水龍水庫(kù)總氮濃度為1.489～4.925 mg/L, 硝酸鹽氮濃度為0.85～4.84 mg/L，氨氮濃度為0.028～0.449 mg/L，有機(jī)氮的濃度為0.020～1.39 mg/L； 在2014年5月份中，總氮濃度為2.486～3.535 mg/L, 硝酸鹽氮濃度為1.910～2.163 mg/L，氨氮濃度為0.340～0.612 mg/L，而有機(jī)氮的濃度為0.044～1.279 mg/L；在2014年6月6日洪水期中，總氮濃度為7.71～13.78 mg/L, 硝酸鹽氮濃度為4.85～5.35 mg/L, 氨氮濃度為0.73～1.09 mg/L，有機(jī)氮的濃度為0.95～7.70 mg/L；在2014年6月30日中，TN濃度為2.45～9.10 mg/L,硝酸鹽氮濃度為0.06～5.18 mg/L, 氨氮濃度為0.02～0.09 mg/L，有機(jī)氮的濃度為2.35～3.32 mg/L。從4、5、6月份的數(shù)據(jù)可以看出，白水龍水庫(kù)總氮的主要貢獻(xiàn)量為硝酸鹽氮，在不同批次樣品中分別占總氮的77.73%、73.46%、56.81%、54.30%，短期內(nèi)呈下降趨勢(shì)。不同形態(tài)的氮均在洪水期出現(xiàn)最高值。

圖3 白水龍水庫(kù)各氮形態(tài)含量時(shí)間變化特征

2.1.2 宋家溝水庫(kù)氨氮、硝氮、有機(jī)氮含量時(shí)間變化特征

在2014年4月份中，宋家溝水庫(kù)總氮濃度為0.449～3.408 mg/L，硝酸鹽氮濃度為0.051～0.127 mg/L，氨氮濃度為0.057～0.666 mg/L,有機(jī)氮的濃度為0.154～3.112 mg/L；在2014年5月份中，TN濃度為0.124～1.025 mg/L, 硝酸鹽氮濃度為0.009～0.041 mg/L，氨氮濃度為0.01～0.17 mg/L，有機(jī)氮的濃度為0.038～0.967 mg/L；在2014年6月中，總氮濃度為0.42～3.02 mg/L, 硝酸鹽氮濃度為0.01～0.22 mg/L, 氨氮濃度為0.05～0.51 mg/L，有機(jī)氮的濃度為0.33～2.96 mg/L。從4、5、6月份的數(shù)據(jù)可以看出，總氮的主要貢獻(xiàn)量為有機(jī)氮，其次為氨氮，硝酸鹽氮貢獻(xiàn)最小，有機(jī)氮在不同月份中分別占總氮的70.07%、72.35%、81.05%，短期內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖4 宋家溝水庫(kù)各氮形態(tài)含量時(shí)間變化特征

2.2 白水龍水庫(kù)氨氮、硝氮、總氮含量空間變化特征

在6月份洪水期和非洪水期按上游到下游的空間位置在平壩貓壩匯水、平壩貓壩水庫(kù)、六角山水庫(kù)、平壩干河水庫(kù)、平壩白水龍水庫(kù)0.5 m處進(jìn)行采樣，分析總氮、氨氮、硝氮濃度。結(jié)果如下：洪水期6月6日TN濃度最低值出現(xiàn)在上游平壩貓壩匯水處，為6.38 mg/L，最高值出現(xiàn)在為平壩白水龍水庫(kù)，為13.78 mg/L。上下游各水庫(kù)硝氮占總氮比值高，氨氮含量很低。

圖5 洪水期6月6日白水龍水庫(kù)上下游水庫(kù)各形態(tài)氮含量空間分布

非洪水期6月30日總氮濃度最低值出現(xiàn)在中游六角山水庫(kù)，為6.22 mg/L，最高值出現(xiàn)在平壩貓壩匯水處，為9.59 mg/L。同洪水期一樣，上下游各水庫(kù)硝氮占總氮比值高，氨氮含量很低。

圖6 非洪水期6月30日白水龍水庫(kù)上下游水庫(kù)各形態(tài)氮含量空間分布

3 討論

3.1 不同形態(tài)氮含量的時(shí)間分布特征的影響因素

白水龍水庫(kù)三個(gè)月中總氮最高值9.10 mg/L，氨氮最高值0.612 mg/L(洪水期除外)，根據(jù)生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJ3020-93規(guī)定，氨氮已經(jīng)超出1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值0.5 mg/L；根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)方法[9]，從氮含量方面來看，總氮含量最高值已經(jīng)超過國(guó)家三級(jí)飲用水標(biāo)準(zhǔn)2倍，洪水期超標(biāo)更高。這是因?yàn)槠綁伟姿埶畮?kù)位于大硐村附近，周圍是農(nóng)業(yè)用地，大量的化肥投放會(huì)增加水體的含氮量，另外村民的生活污水，排泄物未經(jīng)處理后經(jīng)過地表水滲入到水庫(kù)，使得水庫(kù)水體氮含量嚴(yán)重偏高。洪水期氮含量更高，為13.78 mg/L，是因?yàn)楹樗陂g大水在短時(shí)間內(nèi)將農(nóng)田廢水、生活污水沖到水庫(kù)導(dǎo)致水庫(kù)氮含量急劇增高。相對(duì)于白水龍水庫(kù)，大方宋家溝水庫(kù)水體總氮值較低，這與宋家溝地處森林地帶、無人居住、無農(nóng)田等良好的生態(tài)環(huán)境有關(guān)。

3.2 不同形態(tài)氮含量的空間分布特征的影響因素

總體來說,白水龍水庫(kù)氮含量空間分布變化不大，洪水期略高，白水龍水庫(kù)總體呈現(xiàn)出水庫(kù)的上游污染值小于下游，原因是由于白水龍水庫(kù)村區(qū)的污染物攜帶營(yíng)養(yǎng)鹽入水庫(kù)，在化肥投放過程中，又增加了含氮物質(zhì)。這些原因?qū)е掳钡⑾醯?、總氮這3類氮呈現(xiàn)上游偏低，下游偏高的空間分布特征。

3.3 不同形態(tài)氮與總氮的線性相關(guān)系數(shù)

三個(gè)月中白水龍水庫(kù)總氮平均值為5.50 mg/L，硝氮含量平均值為3.35 mg/L, 氨氮含量平均值是0.36 mg/L，有機(jī)氮的平均含量為1.78 mg/L，由此可知白水龍水庫(kù)水體中主要的氮素形式是硝酸鹽氮，與總氮明顯正相相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為0.9874(見表1)，從富營(yíng)養(yǎng)化的過程N(yùn)H3→NH4OH→NH2OH→HNO→HN(OH)2→HNO2→HNO3來看，硝酸鹽氮的含量高說明白水龍水庫(kù)已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化問題。三個(gè)月中宋家溝水庫(kù)總氮的平均值為0.91mg/L，硝氮含量平均值0.06 mg/L，氨氮含量平均值是0.17 mg/L，有機(jī)氮為0.69 mg/L。

宋家溝水庫(kù)水體中主要的氮素形式是有機(jī)氮，與總氮呈正相相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為0.9785(見表2)，這與宋家溝水庫(kù)周邊的大面積森林有關(guān)，森林中動(dòng)植物尸體的腐敗導(dǎo)致有機(jī)氮含量比例高，說明宋家溝水庫(kù)目前沒有出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的問題。

表1 白水龍水庫(kù)總氮、氨氮、硝氮及有機(jī)氮含量相關(guān)性分析

表2 宋家溝水庫(kù)總氮、氨氮、硝氮及有機(jī)氮含量相關(guān)性分析

4 結(jié)論

(1) 在時(shí)間分布上，白水龍水庫(kù)在這三個(gè)月中，洪水期濃度最高，這主要是洪水期間大水將農(nóng)田水、生活用水沖到水庫(kù)導(dǎo)致氮含量增高。

(3)在相關(guān)性上，白水龍水庫(kù)中硝氮與總氮之間有明顯的相關(guān)性，二者變化趨勢(shì)相似，相關(guān)性系數(shù)為0.9874；硝氮含量大于氨氮，白水龍水庫(kù)處于氧化狀態(tài)，可以通過控制硝酸鹽氮和氨氮的輸入以控制氮鹽含量，從而對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化起到一定的控制作用；大方宋家溝水庫(kù)中總氮與有機(jī)氮有較明顯的相關(guān)性，同樣呈現(xiàn)正相相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為0.9785。宋家溝水庫(kù)水體目前處于良好的狀態(tài)。

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Analysis on nitrogen morphological changes of drinking water source reservoirs, Guizhou Province

Mao Jinqun1,Wang Xiangyun2, Li Yi3, Xiao Jinsong1

(1.Guizhou Institute of Environmental Science &Designing, Guiyang 550081; 2. Environmental Monitoring Station of Dafang County, Bijie 551700; 3.Guizhou Provincial Environmental Monitoring Station,Guiyang 550081)

In this paper, the variations of concentrations of different nitrogen forms in Baishuilong Reservoir of Pingba County and Songjiagou Reservoir of Dafang County during the period from April to June, 2014 were discussed, and a spatial distribution of different nitrogen forms in Baishuilong Reservoir during the same period was also discussed. The results showed that average concentration of total nitrogen of Baishuilong Reservoir was 5.50 mg/L,the average concentration of nitrate nitrogen was 0.36mg/L,the average concentration of ammonia nitrogen was 0.36mg/L,indicating that concentration of total nitrogen of Baishuilong Reservoir was two times higher than the value of level 3 of National Drinking Water Quality Standards and the situation was even worse during flood period. While for Songjiagou Reservoir in Dafang County, the average concentration of total nitrogen, nitrate nitrogen and ammonia nitrogen was 0.91mg/L,0.36mg/L and 0.17mg/L respectively. In terms of spatial distribution, the concentration of nitrogen of the upstream of Baishuilong Reservoir was lower than that in Baishuilong Reservior itself. Results from correlation analysis indicated that the correlation between nitrate nitrogen and total nitrogen in Baishuilong Reservior was significant, with a correlation coefficient of 0.9874. While the correlation between ammonia nitrogen and total nitrogen in Songjiagou Reservoir was significant, with a correlation coefficient of 0.9785. Results from the paper suggested that reduction of input of nitrate nitrogen and ammonia nitrogen is an efficient way for eutrophication controlling.

Baishuilong Reservoir;Songjiagou Reservoir; nitrogen content; nitrogen forms; distribution characteristics

貴州省社會(huì)發(fā)展科技攻關(guān)項(xiàng)目(黔科合SY[2013]3138號(hào))；貴州省環(huán)保廳項(xiàng)目：濕沉降、地表徑流及庫(kù)源性總氮對(duì)飲用水源地總氮的貢獻(xiàn)研究

2016-08-19；2017-01-13修回

毛金群，女，1988年生，湖南衡陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境分析化學(xué)， E-mail:475814054@qq.com

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