2016年黃河蘭州段氮素變化趨勢的幾點(diǎn)思考＊

汪文琦 ，于 瀛 ，冒立棟 ，段 輝 △

（1.甘肅省分析測試中心，甘肅 蘭州730000；2.沃特世科技有限公司北京分公司，北京100026）

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等產(chǎn)生的氨氮、總氮排放量早已超出了水體環(huán)境容量。“十二五”以來，氨氮和COD就被納入全國主要水污染物排放約束下控制指標(biāo)。氨氮是一把“雙刃劍”，一方面作為水體中的主要耗氧污染物，可能導(dǎo)致水生生物畸變率提升，另一方面也為浮游植物提供營養(yǎng)源?？偟脕肀碚魉w受營養(yǎng)物質(zhì)污染程度，常常在水體富營養(yǎng)化，甚至于水華或者赤潮水體中被提及。目前氨氮和總氮的檢測方法已成熟，各自對應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了控制標(biāo)準(zhǔn)值，二者同時具備易監(jiān)測，易統(tǒng)計的特性，所以對水體中氨氮、總氮值的監(jiān)測要求是常規(guī)化。

黃河蘭州段是甘肅省會蘭州的第一水源地，黃河沿岸人口密集，2015年3月蘭州市自來水有異味，疑似氨氮超標(biāo)等事件發(fā)生，暴露蘭州飲水安全問題，人民群眾對生活飲用水質(zhì)量的關(guān)注度持續(xù)上升。所以，對黃河蘭州段氨氮、總氮常規(guī)長期的監(jiān)測和變化趨勢的研究，為保障蘭州市安全供水具有重要意義。

國內(nèi)對黃河蘭州段水質(zhì)污染分析研究較少，對氨氮和總氮含量關(guān)系的討論更是少之又少。張銳堅[1]等用內(nèi)梅羅水污染指數(shù)法統(tǒng)計分析2002-2006年黃河蘭州段水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果表明黃河蘭州段水體的主要污染物是糞大腸菌群和總氮，大量未經(jīng)處理的生活污水排放是黃河蘭州段的主要污染源。劉杰[2]等對黃河蘭州段水質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，結(jié)果顯示大腸菌群、揮發(fā)酚、石油類、化學(xué)需氧量、總磷嚴(yán)重超標(biāo)。賈瑞麗[3]等采用單因子污染指數(shù)法確定水質(zhì)類別，用污染負(fù)荷系數(shù)法確定主要污染物，用污染變化趨勢定量分析說明污染物變化趨勢，結(jié)果表明黃河蘭州段水體以生物、有機(jī)類污染為主。此外,較多報道均為黃河蘭州段水污染現(xiàn)狀與防治對策等方面的綜述性文章。可見，現(xiàn)有文獻(xiàn)中對黃河蘭州段中各個污染因子的報道較為常見，對黃河蘭州段出入境斷面之間污染程度的比較鮮有報道，專門針對氨氮和總氮這種氮素變化趨勢的研究更不多見。

1 數(shù)據(jù)與方法

選擇2016年黃河蘭州段扶河橋（入境斷面）、湟水橋(支流)、新城橋(省控)、包蘭橋(國控)、什川橋（國控，出境斷面）5個斷面（如圖1所示），依據(jù)國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)方法采集氨氮、總氮和COD值采用對數(shù)均方根誤差（RMSE）、平均相對誤差（ε）和對數(shù)平均偏差（δ）進(jìn)行統(tǒng)計分析。

圖1 黃河蘭州段地表水?dāng)嗝?/p>

2 結(jié)果及分析

由圖2可知，2016年黃河蘭州段湟水橋斷面氨氮值在3月份超標(biāo)，其余斷面均達(dá)標(biāo)，含量相對較低的是扶河橋和新城橋。5個斷面均未超標(biāo)的指標(biāo)是化學(xué)需氧量，盡管如此，監(jiān)測結(jié)果顯示逼近該斷面標(biāo)準(zhǔn)限值的部分月均值還是存在的。而監(jiān)測期間總氮值在5個斷面全部超標(biāo)。

圖2 2016年黃河蘭州段5斷面氨氮和總氮值圖

在對扶河橋斷面（入境）和什川橋斷面（出境）水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較中，由表1可知，兩斷面之間氨氮、總氮數(shù)據(jù)差異較大。以入境斷面（扶河橋）各指標(biāo)監(jiān)測值為參考，對比出境斷面（什川橋）同時期同指標(biāo)監(jiān)測值，可以發(fā)現(xiàn)，雖然監(jiān)測值多達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值，但是黃河蘭州段水體水質(zhì)污染趨勢加重，尤其是氨氮、總氮排入量需要嚴(yán)格把控。

結(jié)合2016年甘肅省環(huán)境質(zhì)量公報和黃委會水情信息公報，黃河5個斷面依據(jù)其各自水質(zhì)功能類別的不同，監(jiān)測指標(biāo)有其斷面標(biāo)準(zhǔn)限值，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，表明各個區(qū)段均能滿足其水質(zhì)功能區(qū)要求。

3 討論

當(dāng)下流域污染的研究中，對碳循環(huán)的研究占絕對的主導(dǎo)地位。無論是空氣中、水體中、土壤中還是在各個臨界面的碳循環(huán)遷移轉(zhuǎn)化都已取得了較多已成型的研究成果，在很多方面都已面臨瓶頸?？紤]到C、N、P是生物體組成的基本元素，而氮素在水、氣、土及各個臨界面的遷移轉(zhuǎn)化情況、規(guī)律和研究成果較少，且氮素在自然界的遷移轉(zhuǎn)化更為復(fù)雜、不穩(wěn)定，所以借助于氮循環(huán)來突破碳循環(huán)研究瓶頸，或者借助于其他同期監(jiān)測指標(biāo)來判斷氮循環(huán)的遷移轉(zhuǎn)化效率或者規(guī)律，應(yīng)該是一個很好的研究方向。

建國以來，甘肅主要以礦產(chǎn)資源的開發(fā)帶動甘肅經(jīng)濟(jì)發(fā)展，近年在甘肅經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展中，輕工業(yè)的發(fā)展異常迅速，加之與之配套的環(huán)保政策和設(shè)施的不完善，使得黃河蘭州段流域污染情況有所加劇，這種加劇往往在黃河泥沙吸附能力和渾濁度的遮掩下很容易被人忽視。如湟水橋斷面的情況就是這種局面的環(huán)境體現(xiàn)。又如本次研究中，氨氮值經(jīng)常處于排放標(biāo)準(zhǔn)臨界值，而總氮值往往是超標(biāo)狀態(tài)。氮循環(huán)的難點(diǎn)在于有機(jī)氮和無機(jī)氮的遷移轉(zhuǎn)化，本文考慮參考化學(xué)需氧量（COD）監(jiān)測值來說明問題。COD針對的是水體中有機(jī)物質(zhì)的相對含量，環(huán)境因素的變化常常就可以造成COD值的變動，而這種變動，恰恰也從另一個側(cè)面反應(yīng)了有機(jī)氮向無機(jī)氮的轉(zhuǎn)化程度。在對氨氮、總氮和 COD值的分析統(tǒng)計中，發(fā)現(xiàn)COD值的統(tǒng)計結(jié)果較為合理，所有統(tǒng)計指標(biāo)在三者中也最低。而相對而言，氨氮的統(tǒng)計結(jié)果在三者之中均為最高值。由此可以合理推斷，用COD和總氮值作為表征水質(zhì)狀況的試金石更為合理（如圖3所示）。

表1 扶河橋斷面（入境斷面）和什川橋斷面（出境斷面）氨氮、總氮、COD值差異性比較

圖3 2016年黃河蘭州段5斷面COD值圖

氨氮監(jiān)測值在5個斷面中豐水期間均達(dá)標(biāo)，但在湟水橋斷面，氨氮值在枯水期間大多超標(biāo)。究其原因，一方面與湟水橋斷面所處區(qū)域環(huán)境有關(guān)，另一方面，由于黃河是高濁度水體，泥沙、年徑流量、外源污染物的變化隨時影響氨氮監(jiān)測值的變動[4-7]。5個斷面中總氮指標(biāo)全部超標(biāo)，而氨氮監(jiān)測值除枯水期湟水橋斷面超標(biāo)外其余均達(dá)標(biāo)，表明環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)方面，還存在因子之間評價標(biāo)準(zhǔn)邏輯性不合理問題。