入海河口斷面氨氮與總氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

＊陳 斐

（廣東省環(huán)境監(jiān)測中心 廣東 510308）

氮分子是浮游植物生長、發(fā)育和繁殖所必需的營養(yǎng)物質(zhì)之一，在抑制浮游植物氧化過程中氮的產(chǎn)生有著極為重要的作用。作為限制水初級生產(chǎn)力的主要因素之一，水環(huán)境中氮的分布在某種程度上控制著水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)過程。通常情況下，水質(zhì)監(jiān)測常用的指標(biāo)有總氮和氨氮。營養(yǎng)鹽同時也作為一項(xiàng)重要參考指標(biāo)來衡量水污染程度?？偟笩o機(jī)氮（含硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮）和有機(jī)氮（含蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、疊氮化物、偶氮、腙、腈等）。當(dāng)大量生活污水、農(nóng)業(yè)廢水或含氮工業(yè)廢水排入水體時，有機(jī)氮和無機(jī)氮化合物含量在水中迅速增加，生物和微生物水中溶解氧消耗量增加，水質(zhì)惡化。因此當(dāng)這些浮游植物體內(nèi)富含鈣和其他礦物質(zhì)如氮、磷的水平過高時，浮游植物很可能大量消化鈣并繁殖，導(dǎo)致許多浮游植物體內(nèi)沒有營養(yǎng)富集。因此，總氮是水體富營養(yǎng)化的主要指標(biāo)。水中以游離氨和銨鹽形式存在的氮共同構(gòu)成了氨氮。其中，水的酸堿度和溫度共同決定了分子氨和離子氨的組成。pH值越低，水溫越低，水體總銨中分子氨比例越小毒性越小。一旦pH小于7.0，水中幾乎所有氨氮都以離子銨的形式存在。pH值越高，水溫越高，分子氨的比例越大,其毒性也就大大增加。氮是通過氨氮和無機(jī)氮的水生態(tài)系統(tǒng)的溶解及水氮循環(huán)形成的。研究表明，氨氮與總氮之間存在一系列的比例關(guān)系，但由于水質(zhì)的不同，氨氮與總氮之間的關(guān)系會有所不同。在實(shí)際檢測中，總氮的檢測步驟和條件比較復(fù)雜，檢測數(shù)據(jù)中總氮的異常，含量通常低于氨氮；氨氮的檢測方法相比較而言簡單穩(wěn)定。

鑒于此，有必要對氨氮和總氮在其不同水體中的比例以及相關(guān)性進(jìn)行研究，建立兩者之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)氨氮對總氮的直接估算，具有重要意義。本文選擇廣東珠江三角洲中7個入海河口斷面作為研究對象，根據(jù)7個入海河口水質(zhì)自動監(jiān)測站（以下簡稱水站）氨氮和總氮年度濃度作為分析數(shù)據(jù)，研究入海河口斷面總氮和氨氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，為廣東沿海水域水質(zhì)預(yù)測模型的建立、水質(zhì)評價、污染物排放總量綜合減排效率核算和工業(yè)污染源綜合排放總量核算系統(tǒng)做好專業(yè)技術(shù)的提供與支持。對于豐富營養(yǎng)化質(zhì)量控制及其他相關(guān)科學(xué)問題的理論研究發(fā)展具有不可替代的理論意義。

1.材料和方法

(1)數(shù)據(jù)情況

7個水質(zhì)自動監(jiān)測站分布在廣東省珠江三角洲的七條入海河流的河口，選取2020年1-12月氨氮和總氮月均值進(jìn)行統(tǒng)計。

(2)自動監(jiān)測儀器分析方法

總氮的分析方法一般為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，氨氮的分析方法為水楊酸分光光度法。而對氨氮進(jìn)行分析則多采用水楊酸分光光度法。全氮與氨氮的相關(guān)性研究監(jiān)測結(jié)果采取回歸分析方法?；貧w分析法主要利用Excel軟件對總氮和氨氮進(jìn)行回歸分析。

2.結(jié)果和討論

(1)入海河口的總氮和氨氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)情況詳見表1。

表1 入海河流總氮和氨氮年均濃度數(shù)據(jù)

(2)總氮和氨氮相關(guān)關(guān)系

根據(jù)表1，我們可以計算出從水站1到水站7的河口總氮和氨氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。以氨氮為變量X，總氮為變量Y，建立Y對X的線性回歸方程。氨氮與總氮的相關(guān)系數(shù)為Y=3.3x+1.56，擬合優(yōu)度R2=0.1296，相關(guān)系數(shù)r=0.36。見表2。

表2

趨勢圖曲線的非模擬量組合準(zhǔn)確程度通常需要被應(yīng)用到模擬量組合的最優(yōu)度R2來進(jìn)行判斷。R2值估計能有效反映長期趨勢日線圖的估計值與反映相應(yīng)區(qū)域?qū)嶋H趨勢數(shù)據(jù)的非模擬量的組合一致的程度。隨著擬合系數(shù)的程度越高，趨勢曲線的擬合可靠性就越高。通過表2可以看出，7個水站的氨氮和總氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出良好的正相關(guān)關(guān)系，即總氮隨氨氮濃度的增減呈現(xiàn)出明顯的同步增減的變化特征。

3.討論

總氮與氨氮分別為二氧化碳、三氯苯胺和氨氮，這兩種檢測方法最為普遍。營養(yǎng)食品鹽分含量是衡量人類對水體環(huán)境污染的重要指標(biāo)。全氮含量指水中所有無機(jī)氮（主要包括硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮）和有機(jī)氮（主要包括蛋白質(zhì)、氨基酸、疊氮、偶氮、腈等）的綜合總氮。將生活、農(nóng)業(yè)廢水以及其他工業(yè)污水經(jīng)處理排入地下水體當(dāng)中。

(1)提高河流流量監(jiān)測能力

河流污染物濃度和排放量是計算污染物入海通量的重要依據(jù)。由于環(huán)保部門只能獲取年徑流量，時效性差，很難有效地應(yīng)用于環(huán)境質(zhì)量評價和環(huán)境管理。因此，要在全國開展流量監(jiān)測技術(shù)和相關(guān)資金投入研究，建立河口水質(zhì)長期監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，及時、可靠地獲取入海河流流量數(shù)據(jù)，使河流入海流量的研究更加準(zhǔn)確、科學(xué)。

(2)補(bǔ)充河流水質(zhì)評價總氮標(biāo)準(zhǔn)限值

現(xiàn)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）僅對每個湖泊、水庫的氧化氨氮、硝態(tài)氧化氮和總氨與氮的綜合評價使用標(biāo)準(zhǔn)范圍進(jìn)行了嚴(yán)格限制，未對每條河流的總氨和氮評價標(biāo)準(zhǔn)范圍作出明確規(guī)定。全氮含量是水中有機(jī)化合氮、氨氮、硝酸鹽化合氮、亞硝酸鹽化合氮和其他無機(jī)化合氮的含量總和。亞硝酸鹽的二氮化物是一個氮原子循環(huán)的中間氧化產(chǎn)物，不穩(wěn)定。因此，水質(zhì)主要可以用于硝態(tài)氨氮和硫酸硝態(tài)混合氮的定量測定。有機(jī)質(zhì)含氮產(chǎn)物是一種含氮產(chǎn)物有機(jī)質(zhì)中總碳和氮的主要含量，是總碳和氮的重要結(jié)構(gòu)組成的一部分。研究結(jié)果表明，龍江口有機(jī)磷的氮化物含量最高可達(dá)20%-90%，而龍江口有機(jī)磷的氮化物含量最高可達(dá)50%以上。有機(jī)氨和氮不僅僅是可以通過轉(zhuǎn)化而成為無機(jī)氨和氮，甚至還可以通過轉(zhuǎn)化而成為潛在的各種營養(yǎng)和礦物質(zhì)并提供給微生物綜合利用。尤其是下游河口，容易長期發(fā)生水質(zhì)富營養(yǎng)化，對下游海域整體水質(zhì)安全構(gòu)成極大環(huán)境威脅。全氮含量是無機(jī)化合氮和有機(jī)化合氮的含量總和，是目前衡量人類水質(zhì)的重要測量指標(biāo)之一。根據(jù)各類海水中無機(jī)鹽總氮化物濃度的變化趨勢，可以在一定量的程度上準(zhǔn)確推斷出該種類海域無機(jī)鹽和氮化物濃度的潛在變化。因此，建議國家補(bǔ)充制定河流總體氨氮含量評價標(biāo)準(zhǔn)限值，進(jìn)一步建立完善我國地表水流域環(huán)境污染質(zhì)量綜合評價體系標(biāo)準(zhǔn)制定體系。

(3)推進(jìn)用海定地，協(xié)調(diào)海陸管理

目前，河流水質(zhì)評價指標(biāo)已達(dá)到甲級標(biāo)準(zhǔn)，海水水質(zhì)評價指標(biāo)已達(dá)到無機(jī)氮和海洋環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。在本次研究中，河口段基本滿足評價要求，但海水不達(dá)標(biāo)，陸地減排措施的效果無法體現(xiàn)在海洋環(huán)境質(zhì)量上。因此，研究建立統(tǒng)一的海陸生態(tài)環(huán)境管理模式，并提出相應(yīng)的海陸一體化監(jiān)測管理協(xié)調(diào)機(jī)制和相應(yīng)對策，取代以往的獨(dú)立評價模式，是未來海洋碼頭管理的可能。根據(jù)海洋環(huán)境質(zhì)量實(shí)時變化情況，逐級跟蹤沿江各部門治理措施，推進(jìn)環(huán)保、水利、海洋等部門的監(jiān)測管理協(xié)調(diào)機(jī)制，是一種新途徑。

4.小結(jié)

本文選取廣東珠江三角洲入海河口7個斷面為研究對象，通過對入海河口的年平均值進(jìn)行分析，研究入海河口總氮與氨氮的相關(guān)性。研究表明，入?？?個斷面的氨氮與總氮呈正線性關(guān)系。