撫河流域氮磷濃度時(shí)空分布特征及污染狀況評(píng)價(jià)

摘要：及時(shí)掌握撫河流域氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度時(shí)空分布特征，是保障鄱陽(yáng)湖水環(huán)境與水生態(tài)安全的關(guān)鍵?；趽岷訐嶂荻胃闪骷爸饕Я?4個(gè)國(guó)控/省考監(jiān)測(cè)斷面近9 a的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究撫河流域撫州段河流氨氮、總磷濃度的時(shí)空分布特征，并利用單因素分析、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和聚類分析法，對(duì)撫河撫州段干支流氨氮、總磷污染狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：① 撫河干流及主要支流斷面氨氮、總磷濃度達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)比例分別為91.29%和86.19%。② 撫河流域河流氨氮、總磷濃度年際間變化較小，但年內(nèi)季節(jié)、月際變化較大，氨氮、總磷濃度均在夏季達(dá)到最大值。③ 撫河流域上游氨氮、總磷濃度普遍低于中下游地區(qū)。④ 撫河干流氨氮、總磷屬輕度污染，支流臨水、東鄉(xiāng)水的氨氮、總磷屬重度污染。研究成果對(duì)于撫河流域水環(huán)境保護(hù)和治理具有重要參考價(jià)值。

關(guān) 鍵 詞：氨氮； 總磷； 時(shí)空分布； 單因素分析； 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)； 聚類分析； 污染狀況評(píng)價(jià)； 撫河流域

中圖法分類號(hào)： X522；X824

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.11.013

0 引 言

撫河是長(zhǎng)江流域鄱陽(yáng)湖水系的五大支流之一^［1］。及時(shí)掌握撫河流域氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度時(shí)空分布特征，是保障鄱陽(yáng)湖水環(huán)境與水生態(tài)安全的關(guān)鍵，進(jìn)而為長(zhǎng)江水生態(tài)作出積極的貢獻(xiàn)。國(guó)內(nèi)有許多學(xué)者研究報(bào)道了入湖河流的氮磷濃度時(shí)空分布特征。吳昊燊等^［2］發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江干流總氮濃度具有下游高于上游、TN月均值于3～5月較高的時(shí)空分布特征。Liu等^［3］研究了長(zhǎng)江口總磷和總氮的時(shí)空分布，TN濃度高值區(qū)（TN≥3.0 mg/L）出現(xiàn)在鄰近海域，并向東呈梯度增加趨勢(shì)；TP濃度高值區(qū)（TP≥0.10 mg/L）出現(xiàn)在長(zhǎng)江中下游，且向東逐漸減小。朱艷容等^［4］研究發(fā)現(xiàn)丹江口水庫(kù)水體氨氮濃度具有枯水期高于豐水期、下游斷面高于上游的時(shí)空變化特征。尹煒等^［5］分析出丹江口水庫(kù)總磷濃度具有穩(wěn)中有降的時(shí)空分布特征。時(shí)瑤等^［6］調(diào)查發(fā)現(xiàn)邛海氮、磷濃度存在枯水期高于豐水期的時(shí)空差異；TN、NH⁺4-N和TP東部低、西北部高。張毅等^［7］研究發(fā)現(xiàn)駱馬湖水體中TN、TP濃度具有北高南低、秋季（7～9月）濃度較高的分布特征。婁保鋒等^［8］研究得出鄱陽(yáng)湖TP、TN濃度具有枯水期高于豐水期的時(shí)空特征。趙楠芳等^［9］研究了環(huán)鄱陽(yáng)湖區(qū)入出湖TP濃度及時(shí)空變化規(guī)律。王毛蘭^［1］研究發(fā)現(xiàn)鄱陽(yáng)湖水體氮磷含量按照枯水期→平水期→豐水期時(shí)間順序呈下降趨勢(shì)。王媛等^［10］發(fā)現(xiàn)撫河流域中下游干流總氮濃度較高，撫河流域出口及中下游總磷濃度較高。

研究流域氮、磷濃度時(shí)空分布特征，對(duì)于流域水環(huán)境保護(hù)和治理具有重要參考價(jià)值。但當(dāng)前撫河流域氮、磷濃度時(shí)空變化特征及污染狀況綜合評(píng)價(jià)仍然缺乏，難以滿足流域生態(tài)保護(hù)的管理實(shí)踐需求。本研究選取撫河撫州段為研究對(duì)象，基于近9 a（2015～2023年）撫河流域干支流14個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的實(shí)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)，分析和探討撫河流域撫州段氨氮、總磷在年際、季節(jié)、月際等時(shí)間上的變化特征，以及氨氮、總磷在撫河流域撫州段干、支流等空間上的變化特征；并結(jié)合多種方法綜合評(píng)價(jià)撫河流域撫州段干支流氮、磷污染狀況。研究成果可為鄱陽(yáng)湖氮磷的精準(zhǔn)、科學(xué)治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概述

撫河古稱盱江，又名汝水，貫穿撫州市中南部，干流自南向北流，經(jīng)廣昌縣、南豐縣、南城縣、金溪縣、臨川區(qū)、豐城市、南昌縣、進(jìn)賢縣匯入鄱陽(yáng)湖，是鄱陽(yáng)湖五河流域之一，為江西省僅次于贛江的第二大河流。撫河干流總長(zhǎng)350 km，撫州市境內(nèi)長(zhǎng)271 km，多年平均徑流量為78.9億m³，流域面積為16 800 m²。主要支流有黎灘河、臨水、東鄉(xiāng)水等。

1.2 樣品采集與分析

本研究數(shù)據(jù)采集于2015～2023年撫河流域14個(gè)地表水國(guó)控/省考監(jiān)測(cè)斷面（圖1），這些斷面分布于撫河的干流及一級(jí)支流。干流監(jiān)測(cè)斷面自上游而下有廣昌水廠、羅家、超坊、萬(wàn)年橋、廖坊電站、金溪湯家、鐘嶺水廠、文昌橋、黃江口、焦石壩，撫河一級(jí)支流有黎灘河（黎灘河河口）、蘆河（資溪里木橋）、東鄉(xiāng)水（東鄉(xiāng)水河口）、臨水（臨水河口）。

利用水樣采集器在所選斷面采集混合水樣，每次取500 mL于玻璃瓶中，采樣頻率為每月1次。采集的水樣首先放入冷藏箱保存，然后24 h內(nèi)送至實(shí)驗(yàn)室測(cè)定氨氮、總磷濃度。氨氮測(cè)定采用HJ 535—2009《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》，總磷測(cè)定采用GB 11893—89《水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》。

1.3 污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)^［11-12］，水質(zhì)等級(jí)劃分見表1。以GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值（氨氮0.5 mg/L，總磷0.1 mg/L）為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 撫河流域氨氮、總磷濃度數(shù)據(jù)分析

2015～2023年撫河流域氨氮、總磷濃度統(tǒng)計(jì)特征見表2。撫河干流氨氮濃度范圍為0.005～1.460 mg/L，干流上、中、下游氨氮多年平均質(zhì)量濃度分別為0.211，0.240，0.228 mg/L。撫河干流總磷濃度范圍為0.010～0.230 mg/L，干流上、中、下游總磷多年平均質(zhì)量濃度分別為0.065，0.074，0.085 mg/L。撫河支流黎灘河、蘆河、東鄉(xiāng)水、臨水氨氮多年平均質(zhì)量濃度分別為0.259，0.159，0.466，0.307 mg/L，東鄉(xiāng)水、臨水氨氮濃度顯著高于黎灘河、蘆河，且東鄉(xiāng)水氨氮濃度最大值達(dá)2.100 mg/L，屬劣Ⅴ類水。撫河支流黎灘河、蘆河、東鄉(xiāng)水、臨水總磷多年平均質(zhì)量濃度分別為0.050，0.051，0.082，0.108 mg/L，東鄉(xiāng)水、臨水總磷濃度顯著高于黎灘河、蘆河，且臨水總磷濃度最大值達(dá)0.450 mg/L，屬劣Ⅴ類水。

根據(jù)GB 3838—2002，撫河流域河流氨氮、總磷基本達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，氨氮、總磷達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)比例分別為91.29%和86.19%。氨氮、總磷位于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)比例分別為8.24%和13.27%（圖2）。氨氮濃度值高于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)比例為0.47%，主要為支流東鄉(xiāng)水河口（4次）、臨水河口（1次）和干流文昌橋（1次）。總磷濃度值高于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)比例為0.55%，主要為支流臨水河口（6次）和干流廣昌水廠（1次）。

2.2 撫河流域氨氮、總磷濃度的時(shí)間分布

計(jì)算2015～2023年撫河流域14個(gè)監(jiān)測(cè)斷面氨氮、總磷濃度的月均值，分析2015～2023年撫河流域氨氮、總磷濃度的時(shí)間變化特征，結(jié)果如圖3所示。

撫河流域氨氮濃度呈現(xiàn)出明顯的高濃度與低濃度隨時(shí)間交替變化的規(guī)律。2016～2018年氨氮濃度逐年同比上升，2018年5月氨氮濃度月均值達(dá)到最大值0.442 mg/L。2019～2020年氨氮濃度逐年同比下降，2021年氨氮濃度同比上升16.67%，極大值（＞1 mg/L）出現(xiàn)頻率較高，東鄉(xiāng)水河口氨氮濃度多次超過Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。2022年氨氮濃度達(dá)到最低，有7個(gè)月氨氮月均值達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)^［13］。2023年后氨氮濃度同比上升。

2015～2023年撫河流域總磷濃度總體呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，2017年總磷濃度達(dá)到最大值后逐年下降，最后趨于穩(wěn)定。2017～2019年部分月份總磷濃度月均值為Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，其中2017年6月、8～10月總磷濃度月均值持續(xù)超出Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，2017年總磷濃度年均值為0.093 mg/L，是2022年總磷濃度年均值的1.66倍，這說明撫河流域總磷污染狀況有所改善，和王媛等^［10］的分析結(jié)果一致。

2015～2023年撫河流域氨氮、總磷濃度同月年際變化如圖4所示。同月年際對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2018年氨氮濃度最高，2018年2，5，7，10月氨氮濃度均為歷年同月最高。總磷濃度最高的年度為2017年，2017年有5個(gè)月總磷濃度為歷年同月最高（6，8，9，10，12月），其次為2018年，2018年有4個(gè)月總磷濃度為歷年同月最高（1，2，4，11月）。2018年之后，撫河流域氨氮、總磷濃度逐漸下降。撫河流域主要污染源為城鎮(zhèn)生活、畜禽養(yǎng)殖以及種植業(yè)^［14］，城鎮(zhèn)生活污水存在收集率低，管網(wǎng)破損致污水外流等情況，畜禽養(yǎng)殖以及種植業(yè)存在畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞便綜合利用率低、超量施用農(nóng)藥化肥等情況。“十三五”期間，隨著《長(zhǎng)江保護(hù)修復(fù)攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》等“三磷”綜合整治文件的發(fā)布^［15］，撫州市加大了城鎮(zhèn)管網(wǎng)建設(shè)與改造力度，積極推進(jìn)污水處理廠一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造、畜禽糞污資源化利用提質(zhì)行動(dòng)、農(nóng)藥化肥減量行動(dòng)等措施，使撫河流域水環(huán)境質(zhì)量得到改善^［16］。

從整體上看，撫河流域氨氮濃度月變化總體呈現(xiàn)先升后降再升的趨勢(shì)。1～5月氨氮平均濃度逐漸上升，到5月出現(xiàn)極大值，隨后逐漸下降，在9月達(dá)到最低值，9月氨氮平均濃度0.182 mg/L，9月后逐漸升高?？偭诐舛仍?～7月份達(dá)到最大值，7月后總磷濃度在0.07 mg/L上下波動(dòng)。這可能與撫河流域降水量季節(jié)變化有關(guān)。撫河流域5～8月屬于豐水期，3～4月、9～10月屬于平水期，11月到次年2月屬于枯水期^［17］。撫河流域受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，夏季多雨，地表徑流將生活洗滌、農(nóng)業(yè)施肥以及工業(yè)養(yǎng)殖業(yè)等排放的氮、磷物質(zhì)帶入水體，同時(shí)隨著溫度升高，底泥中含磷物質(zhì)釋放速度加快，導(dǎo)致水體中氨氮、總磷濃度升高^［18-19］。

2.3 撫河流域氨氮、總磷濃度的空間分布

2015、2019、2023年撫河流域氨氮、總磷平均濃度見表3。撫河流域2015、2019、2023年不同河段氨氮濃度差異顯著。2015、2019年，撫河干流上、中、下游水質(zhì)氨氮濃度逐漸上升，支流水質(zhì)和干流中游相近。2015年下游焦石壩氨氮平均濃度最高，是上游廣昌水廠的4.6倍；2019年下游焦石壩氨氮平均濃度是上游廣昌水廠的4.5倍，說明2015年和2019年撫河干流的氨氮污染在撫州市境內(nèi)較為嚴(yán)重。2023年撫河水質(zhì)得到較大改善，下游焦石壩氨氮濃度僅低于鐘嶺水廠，和2019年對(duì)比變好71%。東鄉(xiāng)水河口2019、2023年氨氮濃度均為最高，顯著高于其他監(jiān)測(cè)斷面，加強(qiáng)東鄉(xiāng)水氨氮減量工作，撫州市撫河出水水質(zhì)將進(jìn)一步提升。

總磷方面，2015年撫河上、中游及支流總磷濃度空間變異較小，下游焦石壩總磷最高，是上游廣昌水廠的1.96倍。2019年上游水質(zhì)要好于中、下游，和2015年對(duì)比，超坊、文昌橋和黃江口監(jiān)測(cè)斷面總磷濃度分別上升125.6%，86.5%和90.0%。2023年撫河上、中、下游總磷平均濃度相差不大，超坊監(jiān)測(cè)斷面總磷濃度最高，監(jiān)測(cè)斷面上游5 km主要污染源有南豐縣城鎮(zhèn)生活污水處理廠、南豐縣工業(yè)污水處理廠和以蜜桔種植為主的農(nóng)業(yè)面源。根據(jù)《撫州市統(tǒng)計(jì)年鑒2023》數(shù)據(jù)，2022年南豐縣第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值為378 122萬(wàn)元，磷肥和復(fù)合肥使用總量為41 456 t，均位于全市第2，僅次于臨川區(qū)^［20］。

2.4 撫河流域污染狀況評(píng)價(jià)

撫河流域氨氮、總磷污染狀況評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。從氨氮來看，各監(jiān)測(cè)斷面均能達(dá)到清潔、微清潔水平。從總磷來看，黎灘河河口水質(zhì)最好，達(dá)到清潔水平，臨水河口水質(zhì)最差，屬輕度污染水平，其余監(jiān)測(cè)斷面為微清潔水平。綜合污染評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，臨水河口、東鄉(xiāng)水河口水質(zhì)最差，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)屬于重度污染水平，撫河干流大部分屬于輕度污染水平，其中羅家水質(zhì)最好，文昌橋水質(zhì)最差。

2.5 聚類分析

對(duì)撫河流域14個(gè)地表水國(guó)控/省考監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖5。由圖5可知，14個(gè)監(jiān)測(cè)斷面可以分為3類。第1類監(jiān)測(cè)斷面包括超坊、金溪湯家、鐘嶺水廠、廣昌水廠、羅家、資溪里木橋。此類監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)優(yōu)良，氨氮濃度平均值為0.178 mg/L，所有數(shù)據(jù)均能達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，總磷濃度平均值為0.064 mg/L（圖6）。第2類監(jiān)測(cè)斷面包括黃江口、萬(wàn)年橋、文昌橋、臨水河口、焦石壩、黎灘河河口、廖坊電站。此類監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)良好，屬于GB 3838—2002中地表水Ⅱ～Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。第3類監(jiān)測(cè)斷面為東鄉(xiāng)水河口，此類監(jiān)測(cè)斷面氨氮濃度波動(dòng)較大，超標(biāo)次數(shù)最多。東鄉(xiāng)水流經(jīng)金溪縣、東鄉(xiāng)區(qū)、臨川區(qū)，是金溪縣、東鄉(xiāng)區(qū)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和畜禽養(yǎng)殖廢水主要去向^［21］。東鄉(xiāng)區(qū)是傳統(tǒng)養(yǎng)殖大縣（區(qū)），規(guī)模養(yǎng)殖發(fā)展壯大，盡管東鄉(xiāng)區(qū)畜禽糞污資源化利用取得一些成效，但也存在處理效果不達(dá)標(biāo)、糞污處理配套設(shè)施設(shè)備不足等問題^［22］。

3 結(jié) 論

（1） 撫河流域水質(zhì)良好，撫河干流及主要支流斷面氨氮、總磷濃度達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)比例分別為91.29%和86.19%，歷史氨氮、總磷濃度高于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位主要集中在東鄉(xiāng)水、臨水等支流。

（2） 撫河流域河流氨氮、總磷濃度年際變化較小，但年內(nèi)季節(jié)、月際變化較大，氨氮、總磷濃度均在夏季達(dá)到最大值。氨氮、總磷濃度年際變化逐漸變小，撫河水質(zhì)得到較大改善。

（3） 撫河流域上游氨氮、總磷濃度普遍低于中下游地區(qū)，東鄉(xiāng)水河口為氨氮濃度最高的點(diǎn)位。超坊監(jiān)測(cè)斷面為總磷濃度上升最大的區(qū)域。

（4） 內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，撫河干流氨氮、總磷處于輕度污染水平，支流臨水、東鄉(xiāng)水氨氮、總磷處于重度污染水平。

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（編輯：劉 媛）

Spatiotemporal distribution characteristics of ammonia nitrogen and total phosphorus concentrations in Fuhe River Basin and its pollution assessment

ZHANG Yan¹，LEI Qiang¹，SUN Yan¹，TU Yunfei¹，XIAO Chenguang²

（1.Nanchang Environmental Science Research Institute Co.Ltd.，Nanchang 330116，China； 2.Fuzhou Ecology and Environment Bureau，F(xiàn)uzhou 344000，China）

Abstract：

Keeping abreast of the spatiotemporal distribution characteristics of nutrients such as nitrogen and phosphorus in a watershed is the key to ensuring the water environment and aquatic ecological safety of Poyang Lake.Based on the water quality monitoring data of 14 state-controlled/provincial monitoring sites of the main stream and major tributaries of the Fuhe River in the past 9 years，the temporal and spatial distribution characteristics of ammonia nitrogen and total phosphorus concentrations in the Fuhe River Basin were studied.The single-factor evaluation，Nemero composite pollution index and cluster analysis were applied to evaluate the pollution of ammonia nitrogen and total phosphorus content in the main stream and major tributaries of the Fuhe River.Results showed that：① Ammonia nitrogen concentrations at 91.29% of the sites and total phosphorus concentrations at 86.19% of the sites were better than Class Ⅱ limit of Environmental Quality Standards for Surface Water.② The interannual variations of ammonia nitrogen and total phosphorus concentrations in the Fuhe River were relatively small.However，there were significant monthly and seasonal variations in ammonia nitrogen and total phosphorus concentrations.The maximum values of ammonia nitrogen and total phosphorus concentrations were observed in summer.③ The concentrations of ammonia nitrogen and total phosphorus in the upstream were generally lower than those in the middle and lower reaches of the Fuhe River.④ The ammonia nitrogen and total phosphorus in the main stream of the Fuhe River were mildly polluted，and the ammonia nitrogen and total phosphorus in the tributaries of Linshui River and Dongxiang River were severely polluted.The research results have important reference value for the water environment protection and management in the Fuhe River Basin.

Key words：

ammonia nitrogen； total phosphorus； spatial-temporal distribution； single-factor evaluation； Nemero composite pollution index； cluster analysis； pollution assessment； Fuhe River Basin