城市化對(duì)河流氮污染的影響特征及其對(duì)策分析

石沁瑤 黃穎 張亞 陳永波 陳浩

摘 ?要：高度城市化地區(qū)河流中氮污染所引起的環(huán)境問(wèn)題受到了人們的廣泛關(guān)注。本研究采用野外調(diào)查與室內(nèi)分析，對(duì)南京市主城區(qū)河流水體氮污染特征及其影響因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明：硝酸氮的比例最高，表明氮污染的形式大多以硝酸鹽存在，其次是氨氮，占比最少的是亞硝酸氮。在對(duì)比年際較長(zhǎng)時(shí)，氨氮的含量以及氨氮占總氮的比例都顯著減少。

關(guān)鍵詞：城市化;河流;氮污染;對(duì)策;南京市

1.引言

近幾十年來(lái)，人類(lèi)活動(dòng)引起的氮污染不僅是區(qū)域性的環(huán)境污染問(wèn)題，更是全球面臨的重大而又迫切的環(huán)境問(wèn)題之一[1]。受經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)的影響，氮的來(lái)源和污染呈現(xiàn)出多元化和復(fù)雜化的演變趨勢(shì)。隨著城市化進(jìn)程的加快，高強(qiáng)度人類(lèi)活動(dòng)和城市發(fā)展模式的變化，不僅加劇了氮污染的程度，而且影響了氮循環(huán)過(guò)程，嚴(yán)重影響了城市生態(tài)環(huán)境[2]。城市是人口密集地區(qū)，土地利用變化劇烈，各種污染物排放量大，受到人們的極大關(guān)注。目前，已有關(guān)于城市人類(lèi)活動(dòng)和城市化對(duì)河流環(huán)境氮污染特征影響的研究，且取得了較好的研究成果[3]。開(kāi)展城市化對(duì)河流氮污染特征及其影響因素分析，可為城市環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的科學(xué)價(jià)值與研究意義。

2.材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

2.1.1外秦淮河

外秦淮河位于南京主城區(qū)，流經(jīng)江寧、秦淮、建鄴、鼓樓區(qū)，從三汊河入江。根據(jù)市環(huán)保局發(fā)布的全市省考水環(huán)境質(zhì)量狀況報(bào)告，2018 年1～5月，國(guó)考斷面七橋甕水質(zhì)類(lèi)別總體評(píng)價(jià)為Ⅴ類(lèi);2018 年1～5 月三汊河口水質(zhì)類(lèi)別總體評(píng)價(jià)為劣Ⅴ類(lèi)，主要超標(biāo)污染物為氨氮。

2.1.2內(nèi)秦淮河

內(nèi)秦淮河位于南京市中心城區(qū)，流經(jīng)玄武、郝建和秦淮區(qū)，是南京市重要的景觀河道。目前內(nèi)秦淮河水質(zhì)狀況為劣Ⅴ類(lèi)，大部分水體長(zhǎng)時(shí)間處于黑臭狀態(tài)，部分水體污染嚴(yán)重。主要超標(biāo)污染物為氨氮、生化需氧量、溶解氧、非離子氨、高錳酸鹽等[4]。

2.1.3金川河

金川河位于南京市城北地區(qū)，流經(jīng)玄武湖，經(jīng)寶塔橋匯入長(zhǎng)江，流域主要覆蓋老城區(qū)。目前金川河水質(zhì)狀況總體為劣Ⅴ類(lèi)，部分水體為Ⅴ類(lèi)，但水質(zhì)不穩(wěn)定，主要超標(biāo)污染物為氨氮[5]。

2.2樣品采集與測(cè)試

樣本于在2018年11月在江蘇省南京市采集。LXF1～3于金川河采得，LXF4、5、8、13～15在外秦淮河采得，其余水樣在內(nèi)秦淮河取得。樣品采集后，經(jīng)離心過(guò)濾，-20oC保存待測(cè)。采用連續(xù)流動(dòng)儀（SAN plus，Skalar Analytical B.V.，Breda，Netherlands）分析氨氮，硝酸氮和亞硝酸氮含量。

2.3統(tǒng)計(jì)分析

相關(guān)性分析、數(shù)據(jù)做圖采用SPSS，采用百分比分析各氮形態(tài)所占比例。

3結(jié)果與分析

3.1不同氮形態(tài)含量

由下圖可知，外秦淮河水質(zhì)污染情況高于其他河流，采樣點(diǎn)13～15的硝酸氮含量最高，采樣點(diǎn)4、5、7、12的硝酸氮含量次之，其余采樣點(diǎn)硝酸氮含量較低;采樣點(diǎn)4的氨氮含量顯著高于其他采樣點(diǎn)，原因是采樣點(diǎn)4附近有一個(gè)排污口，大量污染物入河。采樣點(diǎn)2、3、13～15的氨氮含量次之，其余采樣點(diǎn)氨氮含量較低，而采樣點(diǎn)1的氨氮含量明顯低于其他點(diǎn);其余樣點(diǎn)氨氮含量波動(dòng)都不大。采樣點(diǎn)2、3的亞硝酸氮含量顯著高于其他采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)13～15的亞硝酸氮含量次之，其余采樣點(diǎn)亞硝酸氮含量較低，而采樣點(diǎn)1的亞硝酸氮含量明顯低于其他點(diǎn);采樣點(diǎn)1中的亞硝酸氮、氨氮和硝酸氮含量都較低，可能是由于采樣點(diǎn)位于玄武湖風(fēng)景區(qū)，定期進(jìn)行維護(hù)，因而水質(zhì)較好。

由表1，河流中與亞硝酸氮與氨氮在 0.05 水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)，表明兩者的含受到同一因素的控制的同時(shí)，也受到其他不同因素的影響;氨氮、亞硝酸氮與硝酸氮的相關(guān)性并不顯著，三者分別代表了氮污染的不同影響要素。

3.2不同氮形態(tài)含量與比例

氮污染的存在形式有三種，分別是硝酸氮、氨氮以及亞硝酸氮。如表所示，硝酸氮的比例最高，表明氮污染的形式大多是以硝酸鹽存在的，其次是氨氮，占比最少的是亞硝酸氮。

3.3影響因素分析

樣點(diǎn)1～3于金川河處采得，樣點(diǎn)4、5、8、13～15在外秦淮河處采得，其余水樣在內(nèi)秦淮河取得。金川河水質(zhì)為劣V類(lèi)水，流域主要覆蓋老城區(qū)，以生活污水污染為主，河道存在污水直接排放口;外秦淮河以工業(yè)污染和生活污水污染為主;內(nèi)秦淮河當(dāng)前水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)，以生活污水污染為主，河道存在污水直接排放口。不同的采樣點(diǎn)不同氮形態(tài)的含量與比例有較大的區(qū)別。氨氮含量與總磷、溶解氧、化學(xué)需氧量相關(guān)[6]，此外，由于排污口的分布與河流坡度的影響，造成污染擴(kuò)散快慢不同，從而導(dǎo)致測(cè)得的氮污染形態(tài)與含量的不同。再者，一天之內(nèi)的溫度也有較大的差異，取樣時(shí)的溫度也會(huì)對(duì)樣本造成影響。Barnes J等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在較高溫度下沉積物微生物活性較強(qiáng)，反硝化速率較高，影響各種氮形態(tài)的含量和比例。

3.4城市河流氮污染含量變化

由下表得，2018年內(nèi)外秦淮河氨氮的含量明顯低于1986年，硝酸氮高于1986年，而亞硝酸氮的含量低于1986年，氨氮比例較1986年顯著下降。

此間南京城市化發(fā)展迅速，尤其是第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。1986年總?cè)丝?71.61萬(wàn)人，地區(qū)生產(chǎn)總值86億元，第三產(chǎn)業(yè)比重為26.3%。2018年南京市總?cè)丝跒?96.94萬(wàn)人，地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到12820.40億元，第三產(chǎn)業(yè)7825.37億元，比重為61.0%。

3.5城市河流氮污染的影響因素

1986年至今，南京市城市化發(fā)展進(jìn)程迅速且人口增長(zhǎng)迅速，城市化以及劇烈的人類(lèi)活動(dòng)造成河流氮污染。隨著城市化進(jìn)程不斷加快，大批人口涌入城市，導(dǎo)致生活污水的排放量逐年增長(zhǎng)，大量未達(dá)標(biāo)的生活污水被排入城市河流之中，嚴(yán)重影響城市水質(zhì)。同時(shí)城市建設(shè)與工業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，工業(yè)廢水含有大量氮磷等有機(jī)物，若未達(dá)標(biāo)處理便排入城市河流之中將帶來(lái)嚴(yán)峻的后果。城市化還帶來(lái)了養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，畜禽的糞便排放造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化，是影響城市河流氮污染的重要因素;大量的農(nóng)藥和化肥使用同樣造成了河流的氮污染。

4.城市化對(duì)河流氮污染緩解對(duì)策

（1）促進(jìn)河流的反硝化作用

反硝化作用全球氮循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以使氮的相態(tài)發(fā)生改變，將生態(tài)系統(tǒng)的活性氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮并歸還到大氣中。

（2）合理使用氮肥

過(guò)度使用氮肥是造成河流氮污染的一個(gè)重要因素。倡導(dǎo)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，減少化肥和有機(jī)肥的生產(chǎn)和使用，科學(xué)減量施用農(nóng)藥化肥是減緩河流氮污染的途徑。

（3）建立以生物為主的河流生態(tài)修復(fù)工程

生態(tài)修復(fù)工程是改善河流水質(zhì)的重要手段，能有效地去除水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和降低水中有機(jī)污染物，美化環(huán)境，且不會(huì)造成二次污染。

5.結(jié)論

河流中氮污染的形式大多以硝酸鹽存在，其次是氨氮，占比最少的是亞硝酸氮。在對(duì)比年際較長(zhǎng)時(shí)，氨氮的含量以及氨氮占總氮的比例都顯著減少。

參考文獻(xiàn)

[1] ?Cui S，Shi Y，Groffman P M，et al. Centennial-scale analysis of the creation and fate of reactive nitrogen in China（1910-2010）[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2013，110（6）：2052-2057.

[2] ?高群，余成. 城市化進(jìn)程對(duì)氮循環(huán)格局及動(dòng)態(tài)的影響研究進(jìn)展[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展，2015，34（06）：726-738.

[3] ?Bettez N D，Groffman P M. Nitrogen Deposition in and near an Urban Ecosystem[J]. Environmental Science & Technology，2013，47（11）：6047-6051.

[4] ?謝飛，王向華，楊磊. 內(nèi)秦淮河（玄武段）逸仙橋斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)及治理對(duì)策研究[J]. 中國(guó)資源綜合利用，2019，37（01）：43-45.

[5] ?朱國(guó)忠，李郁，喻石. 基于氨氮的金川河水質(zhì)達(dá)標(biāo)方案分析[J]. 中國(guó)資源綜合利用，2019，37（11）：42-46.

[6] ?Zhang X，Wu Y，Gu B. Urban rivers as hotspots of regional nitrogen pollution[J]. Environmental Pollution，2015，205：139-144.

[7] ?Barnes J，Owens N J P. Denitrification and Nitrous Oxide Concentrations in the Humber Estuary，UK，and Adjacent Coastal Zones[J]. Marine Pollution Bulletin，1999，37（3）：247-260.

[8] ?洪蔚. 秦淮河水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀分析及評(píng)價(jià)[J]. 水資源保護(hù)，1987（S1）：27-37.

作者簡(jiǎn)介：石沁瑤，1998.07，女，漢族，浙江臺(tái)州，本科，自然地理與資源環(huán)境;

黃穎，1998.08，女，漢族，湖南永州，本科，自然地理與資源環(huán)境。