浅析涪江流域遂宁段氨氮和总氮的相关性

许肖云，张 凯，杨永安，余全智，张海柱

(遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000)

·水环境·

浅析涪江流域遂宁段氨氮和总氮的相关性

许肖云，张 凯，杨永安，余全智，张海柱

(遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000)

根据2015年涪江流域遂宁段桂花、老池两个断面氨氮和总氮的每月例行监测数据，研究了遂宁市城区、大气降水对氨氮和总氮浓度的影响，分析了在污染程度不同的水体中氨氮所占总氮的比例，并考察了氨氮和总氮两者的相关性。结果发现涪江流经遂宁市城区后，氨氮和总氮的浓度均有所升高，且总氮的升高幅度较小；这两个断面的氨氮和总氮浓度随时间均呈现出先升高、后下降，再升高的变化趋势；降水具有削减氨氮和总氮浓度的作用，且对氨氮的削减幅度较大；污染较重水体中，氨氮所占总氮的比例较大；两个断面的氨氮和总氮均具有较好的相关性，相关系数分别是0.984 3和0.925 5，并分别建立了线性回归方程。

涪江；氨氮；总氮；相关性

1 前 言

近年来，特别是上个世纪90年代以来，我国经济保持着快速发展势头，在提高人们物质生活水平的同时，由于管理欠缺和人们非理性活动，导致水环境污染呈现出愈加严重的态势[1～3]，已发生多起水污染事件[4]，造成重大财产损失，因此及时了解水污染程度显得尤为紧迫。

氨氮和总氮是地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的必测项目，是反映水体污染程度的两个重要指标。一般来讲，总氮包括了氨氮，硝氮，亚硝氮和有机态的氮，氨氮和总氮呈正相关性，并保持一定范围的比例。研究表明[5-6]，由于水质的不同，氨氮和总氮的关系会出现一定差异，而且在实际监测过程中，还出现总氮低于氨氮或硝酸盐氮的现象[7-8]，所以研究不同水质中总氮和氨氮的比例关系有一定的必要性。

涪江是长江支流嘉陵江右岸最大支流，污染源主要来自流域两岸及其支流排放的生活污水和工业废水。在现行《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中，仅规定了河流、湖库中氨氮的质量标准和湖库中总氮的质量标准，尚未对河流总氮环境质量标准做出规定。遂宁市位于涪江中游，涪江是其市城区的生活饮用水水源地。近年来，涪江流域遂宁段发生早春富营养化已逐渐形成新常态，而氮是水体中非常重要的营养元素，是浮游植物大量繁殖的前提条件，因此及时了解和掌握该流域中总氮的主要成分，以及与氨氮之间的关系，为该流域的早春富营养化治理提供理论依据。本文通过2015年涪江流域遂宁段两个监测断面桂花和老池的每月例行监测数据，分析了氨氮和总氮之间的相关性，总结了两者数据间的潜在规律，不仅能反映涪江水环境质量状况，也为有效控制氨氮排放量、减少涪江中总氮的容量以及改善涪江出川水质提供技术支撑，为及时掌握涪江流域遂宁段水污染动态情况奠定基础。

2 研究方法

2.1 水样采集和监测方法

图1 涪江流域遂宁段桂花断面(1)和老池断面(2)Fig.1 Guihua section (1) and Laochi section (2) of Fujiang river in Suining

地表水样品采集时确保采样点位的准确(见图1)。水样采集后，加入硫酸，使pH≤2，以保存[9]，两个断面氨氮和总氮每月采集水样各1次。氨氮测定采用水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法 HJ 535-2009；总氮测定采用水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 HJ 636-2012。分析时均采取空白样、平行样和加标样的质量控制措施，分析结果为平行样(扣除空白后)的均值。

2.2 相关系数计算公式

Pearson相关系数计算公式[10]：

式中：x和y是一组数据的两个变量；

S(xx)=∑x2-(∑x)2/n；

S(yy)=∑y2-(∑y)2/n；

S(xy)=∑xy-(∑x∑y)/n

本文中x和y分别代表氨氮和总氮；r为相关系数。

3 结果与讨论

3.1 监测结果

本文采用2015年涪江流域遂宁段桂花、老池两个断面氨氮和总氮的每月监测数据。通过监测数据发现，桂花断面12个水样测得的氨氮和总氮浓度变化范围分别为0.041～0.209mg/L和1.55～2.88mg/L；老池断面12个水样测得的氨氮和总氮浓度变化范围分别为0.136～0.377mg/L和1.83～3.73mg/L。为了更直观地研究桂花、老池两个断面中氨氮和总氮浓度变化情况，分析了这两个断面中氨氮和总氮浓度随时间的变化趋势。

如图2所示，桂花断面氨氮和总氮的浓度分别小于老池断面氨氮和总氮的浓度，这说明涪江流经遂宁市城区后，氨氮和总氮的浓度均有不同程度的升高。桂花和老池两个断面的总氮浓度随时间变化幅度并不太显著，其中桂花断面总氮最大值是最小值的1.26倍，老池断面总氮最大值是最小值的0.55倍，而且两个断面总氮的差值较小，差值的总和是桂花断面总氮均值的0.53倍。然而，桂花和老池两个断面的氨氮浓度随时间变化幅度比较显著，其中桂花断面氨氮最大值是最小值的4.29倍，老池断面氨氮最大值是最小值的1.77倍，而且两个断面总氮的差值相对较大，差值的总和是桂花断面均值的8.86倍，这表明涪江流经遂宁市城区后，尽管氨氮和总氮的浓度均有所升高，但是氨氮的升高幅度明显大于总氮的升高幅度。

同时，通过图2还可以发现，这两个断面的氨氮和总氮浓度随时间整体呈现出先升高、后下降，接着再升高的变化趋势，下降时间段主要集中在4～9月，而遂宁市属于亚热带湿润季风气候，降水主要集中在5～9月(见图3)，该时段的降水量之和占全年总降水量的90%以上。这说明充沛的降水不仅能降低地表水中氨氮和总氮的浓度，而且其削减氨氮浓度的幅度显著大于削减总氮浓度的幅度。

图2 桂花、老池两个断面中氨氮和总氮浓度随时间变化趋势Fig.2 Tendency of ammonia nitrogen and total nitrogen concentration with time in the Guihua and Laochi

图3 遂宁市近5年来月均降雨量随时间变化趋势Fig.3 Tendency of monthly mean atmospheric precipitation with time in Suining in recent five years

3.2 桂花和老池的K值变化趋势分析

对比这两个断面的氨氮和总氮的浓度大小，均未发现氨氮浓度大于总氮浓度的现象。假设氨氮=K×总氮，K表示氨氮与总氮之间的比例系数。通过两个地表水断面氨氮和总氮的监测数据总结两者之间的关系，可计算得出K值，从而可以根据氨氮(总氮)的监测数据估算出总氮(氨氮)的监测结果，对分析人员和审核人员判断数据准确性具有一定的指导意义。

如图4所示，桂花和老池两个断面的K值随时间的变化范围分别为0.017～0.101和0.050～0.186，而且K(桂花)和K(老池)的变化趋势基本保持一致，它们的最大值均出现在5月份，分别为0.101和0.186；最小值均发生在9月，分别为0.017和0.050，这与该地区集中降水的时段是一致的，这说明大量的降水能够减少总氮中氨氮的比例，同时也说明了在水质较好的水体，氮化合物以其它形态化合物(非氨氮)为主。

图4 K(桂花)和K(老池)随时间变化趋势Fig.4 Tendency of K values on Guihua and Laochi with time

同时，通过计算发现，K平均(桂花)为0.062，K平均(老池)为0.106，这表明涪江流经遂宁市主城区后，氨氮在总氮中的比例几乎提高了1倍，而水环境中氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物、工业废水(焦化废水和合成氨化肥厂等)和农田排水，通过对桂花和老池断面之间的污染源调查，发现K平均(老池)大于K平均(桂花)的主要原因是市城区排放的废水所致。在桂花和老池两个断面间，涪江流域主要接纳了4家污水处理厂的废水，这4家污水处理厂每天向涪江排放12余万吨废水。

这一发现，说明了在污染较重水体中，氨氮在总氮中所占比例较大，氮化合物以氨氮形态为主，这与张涛等[11]报道的结论一致。在污染相对较重的河流中，通过减少氨氮排放，对有效控制河流中总氮浓度，具有实际的意义。

3.3 相关性研究

在分析两个断面的氨氮和总氮监测结果的基础上，分别对其进行了线性回归，研究其相关性。如图5和图6所示，涪江流域遂宁段不仅桂花断面的氨氮和总氮具有明显的相关性，而且老池断面两者也具有明显的相关性。

图5 桂花断面氨氮与总氮相互关系图Fig.5 Relationship between ammonia nitrogen and total nitrogen in Guihua

图6 老池断面氨氮与总氮相互关系图Fig.6 Relationship between ammonia nitrogen and total nitrogen in Laochi

本文设氨氮值为x，总氮值为y，用线性函数y=ax+b的形式对监测数据进行一元线性回归，其相关性由相关系数r值来衡量。把桂花和老池两个断面总氮(y)和氨氮(x)分别代入Pearson相关系数公式得出r(桂花)=0.984 3和r(老池)=0.925 5；此外，对这两个断面的数据进行统计回归处理分别得出桂花断面的a=7.823 2和b=1.238 1；老池断面的a=5.836 3和b=1.043 6。这两个断面的回归方程分别是总氮=7.823 2氨氮+1.238 1(桂花)和总氮=5.836 3氨氮+1.043 6(老池)。

在评价两个变量(x，y)所做的直线是否有意义时，常用相关系数临界值(ra)与相关系数(r)相互比较，当∣r∣≥ra时，所做的直线才有意义，才可以用回归方程描述这两个变量的关系；当∣r∣

针对当前缺少河流中总氮环境质量标准问题，可基于河流中氨氮的环境质量标准限值，利用氨氮和总氮两者浓度呈现明显的正相关性这一结论，来推算出总氮的浓度限值并进行控制和评价，这对有效控制河流中总氮的排放，具有一定的指导作用和科学意义。

4 结 论

(1)本文通过2015年涪江流域遂宁段桂花、老池两个断面的氨氮和总氮每月例行监测数据，研究发现涪江流经遂宁市城区后，氨氮和总氮的浓度均有所升高，但是氨氮的升高幅度明显大于总氮的升高幅度。这两个断面的氨氮和总氮浓度随时间整体均呈现出先升高、后下降，接着再升高的变化趋势，这一趋势与遂宁市降水的趋势相反，降水不仅能降低氨氮和总氮的浓度，而且其削减氨氮浓度的幅度显著大于削减总氮浓度的幅度。

(2)通过研究桂花、老池断面总氮中氨氮的比例，发现在污染较重水体中，氨氮在总氮中所占比例较大，氮化合物以氨氮形态为主，大量的降水能够减少总氮中氨氮的比例。

(3)利用Pearson相关系数计算公式，发现这两个断面的氨氮和总氮具有很好的相关性，其相关系数分别是r(桂花)=0.984 3和r(老池)=0.925 5，回归方程分别是总氮=7.823 2氨氮+1.238 1(桂花)和总氮=5.836 3氨氮+1.043 6(老池)。

(4)得出了这两个断面氨氮和总氮的回归方程仅适合于涪江流域遂宁段，是否适合于其它水体、流域或断面还有待进一步考证。

[1] 杨永安,张 凯,唐红军,等. 水环境中挥发性有机物的监测方法[J]. 四川环境,2014,33(3): 108-112.

[2] 王 洁，张 凯，许肖云，等. 涪江流域遂宁段CODCr和BOD5相关性探讨[J]. 绿色科技,2016,(10): 74-76.

[3] 杨永安，张 凯，许肖云，等. 一种高效回收水环境中汞的方法[J]. 环境工程,2016,34(216): 18-22.

[4] 许肖云,张 凯,唐红军,等. 四川省2013年环境应急监测演练引发的思考[J]. 环境科学导刊,2014,(33): 92-94.

[5] 李文杰,王 冰. 地表水中氨氮和总氮的相关性分析[J]. 环境保护科学,2012,38(3): 79-81.

[6] 宋 艳. 齐齐哈尔嫩江段水中总氮与氨氮相关性分析[J]. 黑龙江水利科技,2012,40(7): 22-23.

[7] 黄慧坤. 环境样品监测中总氮低于氨氮的原因[J]. 环境科学导刊,2004,23(4): 219-220.

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[10] 宋在兰. 浅论COD与BOD5相关关系模式的建立[J]. 四川环境,2000,19(2): 53-55.

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Correlation Analysis on Ammonia Nitrogen and Total Nitrogen in Suining Section of Fujiang River

XU Xiao-yun, ZHANG Kai, YANG Yong-an, YU Quan-zhi, ZHANG Hai-zhu

(SuiningEnvironmentalMonitoringCenter,Suining,Sichuan629000，China)

The impact of Suining City urban area and the atmospheric precipitation on ammonia nitrogen and total nitrogen were researched based on the monthly monitoring data of Guihua section and Laochi section of Fujiang River in 2015. The ratio of ammonia nitrogen in total nitrogen was analyzed in different polluted water bodies, and the correlation between ammonia nitrogen and total nitrogen was investigated. The result showed that the concentrations of ammonia nitrogen and total nitrogen increase with the river flows through the urban area, and the increment degree of total nitrogen is relatively small. The temporal change of concentrations of ammonia nitrogen and total nitrogen in the Guihua and Laochi increase first and then decline and increase again. The concentration of ammonia nitrogen and total nitrogen could be reduced by atmospheric precipitation, and ammonia nitrogen decreases more. Ammonia nitrogen account for a larger proportion of total nitrogen in the water body which is polluted more heavily. There is linear relationship between ammonia nitrogen and total nitrogen in both two sections, the correlation coefficients are 0.9658 and 0.9605 respectively, also the linear regression equations are established too.

Fujiang river; ammonia nitrogen; total nitrogen; correlation

2016-10-22

许肖云(1981-)，女，山东莱芜人，2010年毕业于四川大学无机化学专业，硕士，主要从事环境监测与管理方面的研究。

杨永安，yasn13@163.com。

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1001-3644(2017)01-0064-04