晋江市浅层地下水中“三氮”与水化学特性关系研究

晋江市浅层地下水中“三氮”与水化学特性关系研究

[摘要]通过对晋江市浅层地下水调查采样,分析测试“三氮”及相关水化学指标,根据“三氮”的转化机理,借助统计学的相关分析、聚类分析、逐步回归分析等统计分析方法对测试结果加以分析,了解“三氮”转化机制的受影响因素以及水化学等指标对“三氮”的作用关系。结果发现,研究区NH+4—N与Fe2+、Mn2+呈显著性相关,NO-2—N与Zn2+、Mn2+呈显著性相关,NO-3—N与地下水水化学组分(Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4、Cl-、矿化度)关系密切,当NO-3—N含量较多时建议做水化学分类时增加该指标。

[关键词]浅层地下水;三氮;水化学;相关分析

浅层地下水中氮元素来源多样，最主要来自人为因素(化学肥料、农家肥、生活污水及生活垃圾)以及大气降水和土壤淋滤水。据调查，我国有80%左右的河流受到不同程度的氮污染，通过渗透进入到浅层地下水系统[3]；其次地质成因是地下水中氮的天然污染源。地下水“三氮”转化机理是一个复杂系统，跟埋藏深度、水文地质条件、土壤类型、地下水中菌群、含氧量、水化学成分等诸多因素有关，在转化过程与细菌的活性密切相关，从而导致水中“三氮”含量差异。申石泉等[4]、张胜等[5]已经做了一些微生物与“三氮”方面的研究，对于“三氮”转化机理目前已比较清晰，但由于地下水环境是一个综合性、复杂性的环境系统，难以通过实验室仿真还原其转化状况，很多情况下只能通过测试其含量结果值加以反映影响效果,因此,笔者试图借助统计学的相关分析、聚类分析、逐步回归分析等统计分析方法对测试结果加以分析，了解“三氮”转化机制、迁移规律等影响因素以及水化学等相关指标对“三氮”的作用关系，为“三氮”的污染防治提供参考。

1研究区概况

福建省晋江市(24°30′44″-24°54′21″N，118°24′56″-118°43′10″E)位于泉州市的东南沿海，东濒台湾海峡，西和南安市接壤，南与金门县隔海相望，北与鲤城区、丰泽区毗邻，东北与石狮市相连，总行政区划面积为721.7km2。地势西北部较高，东南部较低，由低山丘陵向台地、平原呈阶梯状逐渐下降，过渡台地起伏和缓，顶部平坦，分布于丘陵的周围，位于从低山丘陵向平原过渡的阶梯状地带，平原主要分布于沿海。土壤类型主要以红壤为主，地层主要以第四系为主，属南亚热带湿润气候，年均气温20~21℃，年均降雨量911~1231mm。境内地下水资源的赋存、分布、补给、径流、排泄等受地形地貌、水文地质、大气降水、植被覆盖等综合影响[6]。但由于部分企业在生产中废水随意乱排，各种含氮肥料的过度施用等使得该区浅层孔隙水和深层孔隙裂隙水受到不同程度的氮污染，而孔隙水和裂隙水是地下水主要的补给水源，给人体健康、农业发展、经济建设带来巨大影响。

2水样采集与测试

图1　浅层地下水采样分布图

3“三氮”转化机理

3.1　氮化过程

(1)

(2)

3.2　硝化过程

(3)

(4)

3.3　反硝化过程

(5)

4“三氮”与水化学特性关系

4.1　水化学类型确定

图2　Piper三线图

4.2　“三氮”含量分析

表 1　晋江市“三氮”与化学指标含量特征统计表

4.3　“三氮”与水化学相关性分析

通过对浅层地下水中“三氮”与水化学等相关组分做相关性分析(见表2)，可以得出与地下水中“三氮”转化关系密切的离子,进而探讨它们的关联原因。

表2　晋江市“三氮”与地下水指标相关关系表

注：**表示在0 .01 水平(双侧)上显著相关；*表示在 0.05

4.4　“三氮”与水化学的聚类分析

图3　“三氮”与化学指标聚类分析图

4.5　“三氮”与水文地球化学的综合分析

结合上面的分析，参考“三氮”与地下水化学组分的相关关系以及R型聚类分析图，进一步通过IBM SPSS Statistics 22软件分别对地下水化学元素中的影响组分和“三氮”作多元逐步回归分析，以便对其影响程度作定量分析。从中得出“三氮”与化学指标的回归方程：

(6)

(7)

(8)

5结语

1)在晋江市浅层地下水中“三氮”调查采样测试的基础上，根据“三氮”转化机理分析了晋江市浅层地下水中“三氮”转化的受影响因素。

[参考文献]

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[编辑]洪云飞

[引著格式]黄耀裔，李斌，陈一萍，等.晋江市浅层地下水中“三氮”与水化学特性关系研究[J].长江大学学报(自科版)，2015,12(28)：51~55,66.

[中图分类号]X523;P641.3

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)28-0051-05

[作者简介]黄耀裔(1983-)，男，硕士，实验师，现主要从事环境信息系统应用与环境污染防治方面的研究工作；E-mail:huangyaoyi@163.com。

[基金项目]泉州市科技计划项目(2015Z139)；国家级大学生创新实验项目(201510399004)。

[收稿日期]2015-06-27