廣州大學(xué)城水體氮、磷時(shí)空分布特征分析

廖佩琳 謝宇 黃子晴 謝沛瑩 張菊 謝麗純

摘 要：采用2016年7月（雨季）和2017年3月（旱季）在廣州大學(xué)城地表水及周?chē)榻w選取的14個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，分析了大學(xué)城水體氮、磷時(shí)空分布特征和可能影響因素。結(jié)果表明：大學(xué)城及周?chē)榻w氮、磷濃度較高，旱季高于雨季。華師、廣工、華工、中心湖水體氮濃度相比較低，其余采樣點(diǎn)較高；珠江水體的磷濃度高于大學(xué)城水體。大學(xué)城水體氮、磷污染可能受到降水量、自然村與高校生活污水的影響。

關(guān)鍵詞：氮磷時(shí)空分布；廣州大學(xué)城；珠江

中圖分類(lèi)號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.29.095

1 前言

氮、磷是組成生命的重要生源要素，是海洋生物地球化學(xué)循環(huán)的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)也是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要元素。在人類(lèi)活動(dòng)和全球變化的共同作用下，氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽過(guò)剩引起的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題已成為世界大多數(shù)河口與海岸帶普遍存在的問(wèn)題，嚴(yán)重威脅了人類(lèi)生存及區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。珠江三角洲地區(qū)近40年來(lái)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與人口的迅速增長(zhǎng)使得人類(lèi)活動(dòng)空前頻繁，伴隨而來(lái)的是用水量與排污量的增加，水污染加劇。

廣州大學(xué)城建于珠江干流的小谷圍島上，位于珠江廣州段的下游，四面環(huán)水。整個(gè)島嶼分為外、中、內(nèi)三環(huán)，外環(huán)與中環(huán)之間是各高校教學(xué)區(qū)和商業(yè)區(qū)，中環(huán)和內(nèi)環(huán)之間為生活區(qū)，內(nèi)環(huán)內(nèi)是中心湖公園及體育館。人口主要聚集在10所高校，4個(gè)自然村，5個(gè)商業(yè)中心，2個(gè)展館，以及數(shù)個(gè)建筑工地等小模塊，主要群體為學(xué)生、教職工和島內(nèi)居民。面積約18km2的小谷圍島在近14年來(lái)從一個(gè)近乎自然景觀的荒蕪小島迅速發(fā)展成一個(gè)大至容納40萬(wàn)人的廣州大學(xué)城，這種迅速城市化的案例無(wú)論從其規(guī)模、發(fā)展速度、影響范圍來(lái)看，都十分罕見(jiàn)。相應(yīng)地，人口數(shù)量的劇增使得大量生活污水排放，致使水環(huán)境惡化。本文通過(guò)對(duì)廣州大學(xué)城地表水和周?chē)榻w進(jìn)行采樣分析，研究該區(qū)域水體氮、磷的時(shí)空分布特征和形態(tài)組成，并探討影響氮、磷含量的可能因素，為廣州大學(xué)城和珠江的水環(huán)境管理提供參考。

2 樣品采集與方法

分別于2016年7月（雨季）和2017年3月（旱季）選取了廣州大學(xué)城地表水及周?chē)榻w最具代表性的14個(gè)點(diǎn)進(jìn)行水樣采集與分析。這14個(gè)點(diǎn)包括10個(gè)大學(xué)城地表水體，分別是華南師范大學(xué)圖書(shū)館（華師）、廣州大學(xué)圖書(shū)館（廣大）、廣州美術(shù)學(xué)院圖書(shū)館（廣美）、廣東工業(yè)大學(xué)圖書(shū)館（廣工）、華南理工大學(xué)教學(xué)區(qū)（華工）、廣州中醫(yī)藥大學(xué)生活區(qū)（廣中醫(yī)）、廣東外語(yǔ)外貿(mào)大學(xué)教學(xué)區(qū)（廣外）、中山大學(xué)西門(mén)（中大西門(mén)）、中山大學(xué)教學(xué)區(qū)（中大教學(xué)區(qū)）和中心湖；4個(gè)大學(xué)城周?chē)榻w，分別是濕地公園、長(zhǎng)洲橋、小瀛洲橋和穗石碼頭。2次共采集28個(gè)水樣，水樣盛于聚乙烯瓶帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氮、磷實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)包括NH4+（氨氮）、NO2-（亞硝酸）、NO3-（硝酸）、TP（總磷）、DTP（溶解態(tài)總磷）和PO43-（磷酸根）。其中，NH4+、NO2-、NO3-和PO43-用離子色譜儀測(cè)定，TP和DTP用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 廣州大學(xué)城水體氮、磷時(shí)空分布特征

DIN（溶解無(wú)機(jī)氮）是河流中氮的主要遷移形態(tài)，其組成形態(tài)包括NO3-、NO2-和NH4+，它們?cè)谝欢ǖ沫h(huán)境條件下進(jìn)行著硝化和反硝化作用。廣州大學(xué)城采樣點(diǎn)水體雨季DIN濃度介于0.17-5.48mg/L之間，平均值為3.34mg/L；旱季DIN濃度介于0.96-12.66mg/L之間，平均值為9.01mg/L。NO3-和NH4+是DIN的主要組成形態(tài)。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002），大學(xué)城水體NH4+濃度雨季達(dá)到Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（1.5mg/L），旱季則超過(guò)Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（2mg/L），屬于劣Ⅴ類(lèi)水。NO3-濃度旱季大于雨季。全部采樣點(diǎn)NO2-濃度雨季都低于檢測(cè)下限，旱季只有中心湖低于檢測(cè)下限。由此可知，雨季DIN、NH4+、NO3-、NO2-濃度都小于旱季，說(shuō)明廣州大學(xué)城旱季氮污染較雨季嚴(yán)重。在人為污染物排放量相差不大的情況下，雨季充足的雨水和地表徑流可以稀釋水中氮污染物的含量，這可能是氮污染雨季低于旱季的原因。

由圖1廣州大學(xué)城水體三氮形態(tài)組成可知，華師、廣工、中心湖、華工水體旱雨季DIN濃度都較小，以NO3-為主。除華師外，廣工、中心湖、華工水體雨季NH4+濃度都符合I類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，基本不存在氮污染源的直接輸入，這與耿新華在2012年對(duì)大學(xué)城的采樣分析結(jié)果相一致；華師、廣工、中心湖水體旱季NH4+濃度均能達(dá)到Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（1mg/L）。廣中醫(yī)、中大西門(mén)、中大教學(xué)區(qū)、廣外水體旱、雨季DIN濃度較大，以NH4+為主，NH4+濃度均大于2mg/L，屬于劣V類(lèi)水。NH4+是氮的還原態(tài)，氮污染多以還原態(tài)氮的形式排入水體，此4個(gè)采樣點(diǎn)NH4+濃度較高可能與附近生活污水的排放有關(guān)。上述4個(gè)采樣點(diǎn)位于大學(xué)城東部，與陳穗玲等對(duì)廣州大學(xué)城東部某校園三氮含量的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，該區(qū)域氮污染有所加重。此外，濕地公園、小瀛洲橋、長(zhǎng)洲橋、穗石碼頭和廣美的DIN濃度較大，主要形態(tài)為NO3-。這5個(gè)采樣點(diǎn)旱雨季的NO3-含量均在2mg/L以上，高于TN的Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（2mg/L），屬于劣Ⅴ類(lèi)水。廣大的DIN濃度同樣高于Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，屬于劣Ⅴ類(lèi)水，其水體中氮的主要形態(tài)在雨季和旱季有所不同，雨季主要以NO3-形式存在，旱季則主要以NH4+形式存在，形態(tài)的轉(zhuǎn)化說(shuō)明廣大附盡可能有新的污染源輸入。

廣州大學(xué)城水體雨季TP濃度范圍為0.358-0.998mg/L，高于Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（0.3mg/L），遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于藻類(lèi)瘋長(zhǎng)時(shí)的臨界值，意味著在適宜的水體和自然條件（水溫、光照、流速、透明度）下，藻類(lèi)可能會(huì)快速繁殖與生長(zhǎng)，甚至造成水華的爆發(fā)。各采樣點(diǎn)中，濕地公園、長(zhǎng)洲橋、小瀛洲橋和穗石碼頭4個(gè)珠江水體的TP濃度要高于島內(nèi)高校水體，濕地公園的TP濃度甚至達(dá)到0.998mg/L。從DTP來(lái)看，各采樣點(diǎn)濃度相差不大，除小瀛洲橋（0.424mg/L）外，其它采樣點(diǎn)濃度均低于Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（0.4mg/L）；PP（顆粒態(tài)磷）濃度總體較小。在DTP 中，PO43-含量較低，雨季除中大西門(mén)測(cè)出0.22mg/L的PO43-值外，其他采樣點(diǎn)均低于檢測(cè)下限。旱季PO43-指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果顯示，中大西門(mén)和廣大均有PO43-檢出，含量分別為0.51mg/L和0.32mg/L。受雨水與地表徑流稀釋作用影響，雨季中大西門(mén)采樣點(diǎn)PO43-濃度明顯低于旱季。PO43-主要來(lái)源于生活污水等點(diǎn)源污染，大學(xué)城大部分采樣點(diǎn)未檢測(cè)出PO43-，這可能與排污管道的合理規(guī)劃有關(guān)，中大西門(mén)和廣大水體檢測(cè)出PO43-則說(shuō)明附近有較多含磷污染源的輸入。

3.2 可能影響因素分析

氮、磷主要通過(guò)生活污水、農(nóng)業(yè)退水、禽畜水產(chǎn)養(yǎng)殖、土壤和生活垃圾淋溶等方式進(jìn)入地表徑流，匯入海洋。Tong等估算出2012年珠江進(jìn)入中國(guó)沿海水域的TN和TP負(fù)荷分別約占26%和12%，僅次于最大貢獻(xiàn)源長(zhǎng)江。劉曉丹等對(duì)2006-2015年珠江流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示，珠江流域污染類(lèi)型主要以氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、耗氧有機(jī)物為主，其中氨氮負(fù)荷超標(biāo)最嚴(yán)重。李萍等人研究發(fā)現(xiàn)珠江廣州河段TN、TP含量過(guò)高，TN超標(biāo)2.05倍，TP超標(biāo)4.68倍。由此可知，珠江水體氮磷含量較大。在本研究中，4個(gè)珠江采樣點(diǎn)（濕地公園、長(zhǎng)洲橋、小瀛洲橋、穗石碼頭）氮磷濃度高于大學(xué)城高校水體。在這4個(gè)采樣點(diǎn)中，濕地公園水體氮濃度相對(duì)較小，一方面是由于地處珠江大學(xué)城段的上游，受大學(xué)城水體污染源影響較?。涣硪环矫?，濕地植被對(duì)氮具有較好的祛除效果。大學(xué)城北邊的小瀛洲橋水體氮、磷濃度較大學(xué)城南邊的穗石碼頭高，這可能受到北邊小瀛洲村及生物島污水排放的影響。長(zhǎng)洲橋所在區(qū)域氮、磷含量較高，可能與長(zhǎng)洲島農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用氮、磷化肥有關(guān)。

大學(xué)城生活污水的排放對(duì)水體氮、磷含量也有重要影響。大學(xué)城人口眾多，每日生活污水排放量大，這是氮污染的重要來(lái)源。中心湖、華師、廣工和華工這4個(gè)采樣點(diǎn)都是在景觀或教學(xué)區(qū)內(nèi)，幾乎沒(méi)有生活污水匯入，故氮濃度較小。中大西門(mén)、中大教學(xué)區(qū)、廣外、廣中醫(yī)、廣大、廣美這6個(gè)采樣點(diǎn)，河涌流經(jīng)生活區(qū)、商業(yè)區(qū)或周?chē)淖匀淮?，大量生活污水的匯入引起氮含量大增。據(jù)調(diào)查，大學(xué)城四個(gè)自然村（穗石、南亭、北亭、貝崗）的生活污水大部分沒(méi)有匯入到排污管網(wǎng)中，而是直接排入周?chē)w，污染水環(huán)境。

4 結(jié)論

（1）廣州大學(xué)城地表水及周?chē)榻w氮、磷濃度較高。旱季氮濃度高于雨季，華師、廣工、華工、中心湖水體氮濃度相比較低；其余采樣點(diǎn)較高。廣中醫(yī)、中大西門(mén)、中大教學(xué)區(qū)、廣外水體以NH4+為主；濕地公園、小瀛洲橋、長(zhǎng)洲橋、穗石碼頭、廣美以NO3-為主；廣大氮的主要形態(tài)由雨季的NO3-轉(zhuǎn)變?yōu)楹导镜腘H4+。濕地公園、長(zhǎng)洲橋、小瀛洲橋和穗石碼頭4個(gè)珠江水體的磷濃度高于大學(xué)城高校水體。

（2）廣州大學(xué)城水體氮、磷污染可能受到旱雨季降水量、自然村與高校生活污水的影響，珠江水體可能受到上游污水、周?chē)钗鬯欧藕娃r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

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