“十三五”期間山美水庫總氮污染特征及其與各水質(zhì)監(jiān)測因子相關(guān)分析

謝瑞加，劉麗萍，蔡潔瀅

（福建省泉州環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 泉州 362000）

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口的激增，我國水體富營養(yǎng)化問題十分突出，其主要原因是由于水體中營養(yǎng)鹽的含量不斷增高[1-2]。水庫是人們重要的生活飲用水水源之一，由于人類活動輸入生物所需的大量N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，導致了水庫的富營養(yǎng)化，富營養(yǎng)化改變了水體的理化性質(zhì)，破壞生態(tài)平衡，并對人體健康帶來危害，造成嚴重的經(jīng)濟損失[3]。山美水庫是閩南地區(qū)重要的水源保護區(qū)之一，被國家環(huán)境保護部列入國家良好湖泊生態(tài)環(huán)境保護計劃。山美水庫位于福建省四大江之一的晉江支流東溪中游，是福建省泉州市重要的水源保護區(qū)，兼具飲用水源地、防洪、發(fā)電、灌溉等多種功能，水庫集雨面積1023km2，年平均來水量14 億m3，總庫容6.55億m3，為泉州市社會經(jīng)濟發(fā)展提供了防洪安全和水資源供給保障。近年來，由于流域周邊的工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及畜牧業(yè)的影響，山美水庫整體呈現(xiàn)富營養(yǎng)化趨勢[4-7]。

監(jiān)測結(jié)果表明，山美水庫“十三五”期間(2016-2020 年)總磷、總氮基本呈上升趨勢，總磷進出口優(yōu)于Ⅱ類標準，總氮進口濃度范圍為2.11～2.75mg/L，出口濃度范圍為2.02～2.61mg/L，均低于ⅴ類標準，總氮對山美水美的富營養(yǎng)化趨勢有較大的影響，成為山美水庫水質(zhì)改善的突出瓶頸。為了解山美水庫總氮污染特征,對山美水庫“十三五”期間(2016-2020)年總氮年度監(jiān)測結(jié)果、月度監(jiān)測結(jié)果、進出口濃度差異進行分析,并將總氮月均監(jiān)測結(jié)果與溶解氧、氨氮、BOD 等監(jiān)測指標進行相關(guān)分析，以期為該水庫的總氮污染防治提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 點位設(shè)置

監(jiān)測點位分別布設(shè)在水庫的進口（A）出口（B）。根據(jù)水深情況，在監(jiān)測點位垂線上設(shè)置上、中、下，監(jiān)測點位分布圖詳見圖1。

圖1 監(jiān)測點位分布圖

1.2 分析方法及監(jiān)測時間

總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ636-2012）。進、出口濃度均值為上中下三層濃度的均值，年度濃度均值為1-12 月濃度均值（2016-2019年均進行了1-12月12次的采樣監(jiān)測分析，而2020年因監(jiān)測任務變更只進 行了3 月、7 月和11 月3 次的采樣 監(jiān)測分析）。監(jiān)測結(jié)果為進、出口濃度均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 總氮年度污染特征

圖2為2016-2020年山美水庫總氮濃度走勢圖。2016-2020 年總氮進口、出口總體變化不大，除了2018 年出現(xiàn)了明顯的升高，進口濃度范圍為2.11～2.75mg/L，出口濃度范圍為2.02～2.61mg/L，均值濃度范圍為2.07～2.68mg/L，均低于ⅴ類標準（《國家地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002））。進口濃度略高于出口濃度，造成這種現(xiàn)象的原因可能是庫區(qū)的藻類等水生植物在繁殖的時候消耗降解了一部分的氮，造成了進出口氮濃度的差異性?？梢园l(fā)現(xiàn)，“十三五”期間庫區(qū)的總氮污染較為嚴峻的現(xiàn)象沒有出現(xiàn)明顯的改變。

圖2 山美水庫進出口2016-2020總氮濃度走勢圖

2.2 總氮月度污染特征

圖3為2016-2020年山美水庫進出口總氮月度走勢圖。由圖可知，進口總氮在3-9月濃度較高，出口總氮濃度表現(xiàn)出的走勢與進口較為相似?？赡芘c本地區(qū)3-9月降雨量較多，屬豐水期，造成較多的外源污染進入庫區(qū)有關(guān)。山美水庫上游桃溪、湖洋溪沿岸和山美水庫周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地面積為10494.8 hm2，農(nóng)田化肥、農(nóng)藥流失易于將區(qū)域內(nèi)的氮帶入庫區(qū)。同時，庫區(qū)上游永春縣城和沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)的工業(yè)以及生活污染源在豐水期也易匯入庫區(qū)。豐水期濃度高的原因也可能是入庫徑流量大，對庫底沖刷能力強，庫底沉泥對湖水干擾較大，底泥沉積物可能釋放部分含氮污染物。嚴剛等[8]指出青海湖8月總磷濃度高的原因也可能是入湖徑流量大，對湖底沖刷能力強，湖底沉泥對湖水干擾較大。

圖3 山美水庫進出口2016-2020總氮月度濃度走勢圖

監(jiān)測結(jié)果表面，豐水期山美水庫的總氮污染較為嚴重，應重點管控豐水期上游各類污染源的排放，切實加強豐水期源頭排放的控制。

2.3 總氮與各監(jiān)測因子相互關(guān)系

對各月份總氮與溶解氧、氨氮、五日生化需氧量、化學需氧量、氟化物、糞大腸菌群、pH、水溫、透明度、葉綠素a、高錳酸鹽指數(shù)和總磷等進行線性相關(guān)分析，結(jié)果如表1所示。

從表1可知，總氮與溶解氧、五日生化需氧量、化學需氧量、糞大腸菌群、pH、水溫和透明度相關(guān)系數(shù)均低于0.3，屬不相關(guān)；與氟化物、葉綠素a 和總磷相關(guān)系數(shù)分別為0.48、0.39、0.36，均屬低度相關(guān)；與氨氮、高錳酸鹽指數(shù)相關(guān)系數(shù)分別為0.56、0.51，均屬中度相關(guān)。

表1 總氮濃度與各監(jiān)測因子濃度的相關(guān)系數(shù)

氨氮、高錳酸鹽指數(shù)與總氮的相關(guān)性較強，屬中度相關(guān)。氨氮是總氮的組成成分之一，對總氮的污染有較大的貢獻，控制總氮的污染應控制好氨氮污染。高錳酸鹽指數(shù)是反映水體中有機和無機可氧化物質(zhì)污染的常用指標，總氮中含有的還原性氮在水體中還原性物質(zhì)占有較大的比重,被氧化過程會消耗大量的高錳酸鉀,造成了總氮的含量與高錳酸鹽指數(shù)的相關(guān)性較高。

氟化物、葉綠素a、總磷與總氮的相關(guān)性較弱，屬低度相關(guān)。造成氟化物與總氮有一定相關(guān)性的原因可能是部分農(nóng)藥化肥同時含有氟和氮，這些農(nóng)藥化肥進入水體造成氟化物和總氮的低相關(guān)性。葉綠素a是一種包含在浮游植物的多種色素中的重要色素。葉綠素a的量越高，說明水體富營養(yǎng)化越嚴重。總氮也是水體富營養(yǎng)化的重要指標之一，水體中總氮含量較高容易引起藻類等浮游植物大量繁殖，進而造成葉綠素a的含量攀升。王俊等[9]研究發(fā)現(xiàn)，南太湖水體中葉綠素a的含量隨總氮濃度的含量增加而線性上升，表明該時期南太湖水體中總氮的增加會促使藻類的現(xiàn)存量增加。一些研究者認為水體中營養(yǎng)鹽增加會導致其中藻類生物量的顯著增加[10]，另一些研究報道指出湖泊中水體藻類的生物量與水體中的營養(yǎng)鹽濃度之間并不具有顯著的相關(guān)性[11]。事實上。對湖泊而言，由于受光照及營養(yǎng)鹽等的共同作用，藻類生物量的最大值通常出現(xiàn)在中營養(yǎng)狀態(tài)，而非水體中營養(yǎng)鹽濃度較高的富營養(yǎng)狀態(tài)[12]，這也解釋了山美水庫總氮和葉綠素a 存在相關(guān)性但是相關(guān)系數(shù)不高。

總磷是水樣經(jīng)消解后將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽后測定的結(jié)果，總磷也是水體富營養(yǎng)化的重要指標之一，造成總磷與總氮有一定相關(guān)性的原因可能是部分農(nóng)藥化肥同時含有磷和氮，這些農(nóng)藥化肥引入水體造成總磷和總氮的低相關(guān)性,這點與氟化物和總氮的低相關(guān)性類似。

通過分析“十三五”期間山美水庫總氮濃度與各監(jiān)測因子的相關(guān)性，針對山美水庫的總氮污染防控，應重視含氮、含磷、含氟等農(nóng)藥化肥、工業(yè)污染源、日常生活洗滌用品的使用控制，同時應做好各類污染物源的協(xié)同控制。

3 結(jié)論

（1）“十三五”期間總氮濃度進口、出口除了2018 年出現(xiàn)了明顯的升高，總體變化不大，進口濃度范圍為2.11～2.75mg/L，出口濃度范圍為2.02～2.61mg/L，均 值 濃 度 范 圍 為2.07～2.68mg/L，進口濃度略高于出口濃度，均低于ⅴ類標準，總氮污染未出現(xiàn)明顯改善。

（2）監(jiān)測結(jié)果表明，豐水期山美水庫的總氮污染較為嚴重，應重點管控豐水期上游各類污染源的排放，切實加強豐水期源頭排放的控制。

（3）分析表明總氮月均濃度與溶解氧、五日生化需氧量、化學需氧量、糞大腸菌群、pH、水溫、透明度相關(guān)系數(shù)均低于0.3，屬不相關(guān)；與氟化物、葉綠素a、總磷相關(guān)系數(shù)分別為0.48、0.39、0.36，均屬低度相關(guān)；與氨氮、高錳酸鹽指數(shù)相關(guān)系數(shù)分別為0.56、0.51，均屬中度相關(guān)。總氮污染防控應重視含氮、含磷、含氟等農(nóng)藥化肥、工業(yè)污染源、日常生活洗滌用品的使用控制，做好各類污染物源的協(xié)同控制。