东江沉积物-水界面氮素迁移转化的影响因素

东江沉积物-水界面氮素迁移转化的影响因素*

熊蕾1，彭清静1，阳立平2

(1.吉首大学生物资源与环境科学学院，湖南 吉首 416000；

2.环境保护部华南环境科学研究所，广东 广州 510655)

摘要：对东江东莞河段上覆水及底泥氮素的分布特征进行研究.采用室内土柱模拟实验方法，分析水体中和底泥-水体中氮素的转化过程，探讨环境因素对水体中氮素迁移转化的影响.试验结果表明，东江东莞河段总氮质量浓度范围为2.13～4.48 mg/L，硝酸盐氮是主要的污染物存在形态，占总氮的64.9%；沉积物是水体氨氮的源，是酸盐硝氮和亚硝酸盐氮的汇；光照和扰动都能够降低氨氮的质量浓度；温度和初始pH值越高，越有利于氨氮的转化.

关键词：东江；沉积物-水界面；扩散通量；影响因素

文章编号：1007-2985(2015)06-0063-07

中图分类号：X52；X142文献标志码：B

DOI:10.3969/j.cnki.jdxb.2015.06.015

收稿日期：*2015-07-25

作者简介：熊蕾(1990—)，女，浙江桐乡人，吉首大学生物资源与环境科学学院硕士研究生，主要从事水污染控制研究

通信作者：彭清静(1961—)，男，湖南龙山人，吉首大学生物资源与环境科学学院教授，主要从事水污染控制研究.

东江作为中国南方大河珠江的支流之一，发源于江西省赣州市寻乌县，向西南流入广东省，经虎门出海，是华南地区重要的水源地，为香港特别行政区及东江流域地区的生命之水，总供水人口达4 000余万人[7-8].近年来，随着经济的快速增长和人口的不断增加，进入东江的污染负荷量增大，水体富营养化趋势加重，给东江供水带来了极大的安全隐患.笔者通过研究东江沉积物-水界面的扩散通量及环境因子对氮素迁移转化的影响，旨在了解东江流域的污染状况，为污染治理提供基础资料.

1试验材料与方法

1.1 采样点布置与样品收集

2013—2014年在珠江水系东江东莞河段中选取长度大约为26km的一段作为研究对象，每5km选取1个监测点位，共设置6个监测点位(图1).6个采样点分别为剑潭泵站、河唇路、曾屋村、苏村、永平桥、龙溪大桥.将1L有机玻璃采水器置于水深0.5m处采集水样，采样后迅速送回实验室保存，并测定各形态氮素含量.沉积物样品采集后，用上顶法取其表面0～10cm沉积物样，按2～4cm进行分层切割，取分层沉积物于离心管内，置于离心机中以3 000r/min离心10min，取上清液，用0.45μm滤膜过滤，并测定氮素各形态的含量.沉积物样品于110 ℃条件下干燥，保存备用.

图1　采样点分布

1.2 样品分析

1.3 扩散通量计算方法

沉积物-水界面的无机氮交换通过沉积物间隙水的无机氮质量浓度梯度间接估算.利用Fick第一定律[10-15]可知扩散通量为

(1)

2结果与讨论

2.1东江上覆水氮形态季节性变化

a 不同采样点的总氮质量浓度分布

b 不同采样点NH + 4N质量浓度分布

c 不同采样点NO - 3N质量浓度分布

图2　不同采样点各季节氮素不同形态的质量浓度分布

(2)东江河流中氨氮质量浓度普遍不高，大部分时间大部分采样点均小于0.5mg/L.采样点D3，D4，D5的氨氮质量浓度较高，和这3个点人为影响有较大的关系.这3个点与农村居住地都很近，附近的废水和径流流入河道中是造成氨氮质量浓度高的主要原因.每个采样点硝氮的质量浓度均高于氨氮的质量浓度，这与河流中的溶解氮质量浓度和氧化还原电位有较大的关系.河道中的溶解氮的质量浓度和氧化还原电位相对较高，因此硝化作用明显.反之，反硝化作用受到抑制，使得硝氮质量浓度较高.

2.2 沉积物-水界面氮扩散通量规律

上覆水、间隙水和沉积物中的氮在不同条件下进行迁移转化.一方面，间隙水和沉积物中的氮通过分子扩散作用和上覆水进行交换；另一方面，沉积物对间隙水和上覆水中的氮有吸附作用，沉积物和间隙水中的氮向上覆水扩散的过程主要受质量浓度梯度支配，研究其扩散通量就可以了解其转化过程[17].

表1　沉积物-水界面氮素不同形态的扩散通量　 mmol· m -2· d -1

东江东莞河段与其他区域氮扩散通量的对比见表2.

表2　东江东莞河段与其他区域氮扩散通量对比　 mmol· m -2· d -1

2.3 水体中氮氨转化过程的影响因素

(2)扰动.取水体至2个相同的容器中，考察曝气和不曝气对氨氮质量浓度的影响，其试验结果如图4所示.由图4可知，曝气和不曝气主要影响水中的溶解氧的质量浓度.溶解氧质量浓度高，氨氮氧化变成亚硝酸盐氮、亚硝酸盐氮氧化变成硝酸盐氮的速度加快.因此，溶解氧质量浓度增加导致氨氮的质量浓度降低，而硝酸盐氮的质量浓度会有所增加.

图3　温度对NH + 4N质量浓度变化的影响

图4　扰动对NH + 4N质量浓度变化的影响

图5　不同pH值下NH + 4N质量浓度与时间关系

图6　不同光照下NH + 4N质量浓度与时间关系

3结论

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InfluentialFactorsonNitrogenMigrationandTransformationin

Sedimen-WaterInterfaceintheDongjiangRiver

XIONGLei1,PENG Qingjing1,YANG Liping2

(1CollegeofBiologyandEnvironmentalSciences,JishouUniversity,Jishou416000,HunanChina;2SouthChina

InstituteofEnvironmentalSciences,MinistryofEnvironmentalProtection,Guangzhou510655,China)

Abstract:This paper studies the nitrogen distribution in overlying water and sediment in the Dongguan segment of Dongjiang River.The indoor column experiment of nitrogen exchange between overlying water and sediment was conducted,and the influential factors on the nitrogen migration were investigated.The results indicated that TN concentration ranged from 2.13 to 4.48 mg/L,and nitrate was found to be the main form of contaminant,which accounted for 64.9% of TN.Sediment is an important source for ammonium and a sink for nitrate and nitrite.Illumination and disturbance are conducive to decrease the concentration of ammonia nitrogen;and higher temperature and initial pH value are conducive to the transformation of ammonia nitrogen.

Keywords:TheDongjiangRiver;sediment-waterinterface;diffusionflux；influentialfactors

(责任编辑陈炳权)