白水龙水库中氮形态变化特征及源分析

毛金群 王祥云 李 义 肖劲松

(1.贵州省环境科学研究设计院, 贵阳 550081; 2.贵州省大方县环境监测站， 贵州 毕节 551700； 3.贵州省环境监测站， 贵阳 550081)

白水龙水库中氮形态变化特征及源分析

毛金群1王祥云2李 义3肖劲松1

(1.贵州省环境科学研究设计院, 贵阳 550081; 2.贵州省大方县环境监测站， 贵州 毕节 551700； 3.贵州省环境监测站， 贵阳 550081)

初步探讨了平坝区白水龙水库和大方县宋家沟水库饮用水源地中2014年4月至6月氮形态浓度变化及平坝白水龙水库氮形态空间分布。结果表明，平坝白水龙水库总氮的平均含量为5.50mg/L，硝酸盐氮的平均含量为3.35mg/L，氨氮的平均含量为0.36mg/L，总氮含量最高值已经超过国家三级饮用水标准2倍，洪水期超标更高，大方宋家沟水库总氮平均值为0.91mg/L，硝酸盐氮平均值0.06mg/L, 氨氮含量平均值是0.17mg/L；在空间分布上，白水龙水库上游水库的氮含量要低于白水龙水库的氮含量。用相关性分析法分析知, 白水龙水库硝酸盐氮与总氮之间有显著的相关性, 关联度达到0.9874；白水龙水库硝酸盐氮与总氮之间有显著的相关性，关联度达到0.9785。减少硝酸盐氮与氨氮的输入有利于对富营养化的控制。

白水龙水库；宋家沟水库；氮含量；氮形态；分布特征

氮是所有生物体必需的营养元素，也是引起水体富营养化的主要元素之一[1]。水环境中氮超标会对动、植物造成危害，并使水体生态环境恶化[2-4]。据调查，贵州省县城饮用水源地中湖库占有很大的比例，高达50%以上，水质总体较好。但是根据长期的监测分析数据表明，贵州省大多数湖库水源地都出现总氮超标现象[5-8]。贵州省平坝区白水龙水库作为平坝区饮用水源地，氮含量高低影响重大。本文初步探讨了白水龙水库中总氮及各形态氮的时空分布并解析其原因，并以大方县宋家沟水库水体作为对比，有助于了解平坝区饮用水源地的水质质量及富营养状态，改善当地居民生活环境和生态环境质量，并为高原湖泊生态环境保护理论与技术提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 湖区概况及样品采集

平坝县白水龙饮用水源保护区划分为一、二级保护区，总面积为1.86 km2，其中一、二级保护区面积分别为0.16 km2和1.7 km2，平坝白水龙水库作为平坝县的主要水源地，位于大硐村附近，周围是农田用地，有人类活动。2014年4月至6月，对白水龙水库进行分层采样(表层水、水深1 m至水深12 m)，采样点位于平坝县城关镇西面约2km处，取水坐标：106.2207E，26.4083N。在六月份洪水期和非洪水期按上游到下游的空间位置在平坝猫坝汇水(106.1980E，26.4066N)、平坝猫坝水库(106.1997E，26.406596N)、六角山水库(106.2047E，26.4074N)、平坝干河水库(106.2321E，26.409934N)、平坝白水龙水库(106.2207 E，26.4083N)0.5m处进行采样，分析总氮、氨氮、硝氮浓度。平坝县白水龙饮用水源保护区采样点见图1。

宋家沟水库饮用水源保护区范围为水库集雨区，具体划分为一级保护区和二级保护区，总面积为2.92 km2。大方宋家沟水库作为大方县的主要饮用水源地，周围是林地，几乎无农田，无人居住。取水点坐标：105.6443E，27.1518N。对采样点进行分层采样(表层水、水深1m至水深12m)，采样时间为2014年4月至6月。宋家沟水库饮用水源保护区采样点见图2。

a：平坝白水龙水库采样点; b：平坝干河水库采样点; c：六角山水库采样点; e：平坝猫坝水库采样点; d：平坝猫坝汇水采样点;图1 平坝县白水龙饮用水源保护区采样布点图

图2 大方县宋家沟饮用水源保护区采样布点图

1.2 样品采集

到采样点后，利用聚乙烯材质采样器采集水样，采集的水样立即置于低温避光保温箱中，并加H2SO4酸化保存, 运回实验室后立刻进行化学分析。

1.3 分析方法

总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；氨氮采用纳氏试剂比色法；硝酸盐氮采用离子色谱法。

2 结果

2.1 氨氮、硝氮、有机氮含量时间变化特征

2.1.1 白水龙水库氨氮、硝氮、有机氮含量时间变化特征

在2014年4月份中，白水龙水库总氮浓度为1.489～4.925 mg/L, 硝酸盐氮浓度为0.85～4.84 mg/L，氨氮浓度为0.028～0.449 mg/L，有机氮的浓度为0.020～1.39 mg/L； 在2014年5月份中，总氮浓度为2.486～3.535 mg/L, 硝酸盐氮浓度为1.910～2.163 mg/L，氨氮浓度为0.340～0.612 mg/L，而有机氮的浓度为0.044～1.279 mg/L；在2014年6月6日洪水期中，总氮浓度为7.71～13.78 mg/L, 硝酸盐氮浓度为4.85～5.35 mg/L, 氨氮浓度为0.73～1.09 mg/L，有机氮的浓度为0.95～7.70 mg/L；在2014年6月30日中，TN浓度为2.45～9.10 mg/L,硝酸盐氮浓度为0.06～5.18 mg/L, 氨氮浓度为0.02～0.09 mg/L，有机氮的浓度为2.35～3.32 mg/L。从4、5、6月份的数据可以看出，白水龙水库总氮的主要贡献量为硝酸盐氮，在不同批次样品中分别占总氮的77.73%、73.46%、56.81%、54.30%，短期内呈下降趋势。不同形态的氮均在洪水期出现最高值。

图3 白水龙水库各氮形态含量时间变化特征

2.1.2 宋家沟水库氨氮、硝氮、有机氮含量时间变化特征

在2014年4月份中，宋家沟水库总氮浓度为0.449～3.408 mg/L，硝酸盐氮浓度为0.051～0.127 mg/L，氨氮浓度为0.057～0.666 mg/L,有机氮的浓度为0.154～3.112 mg/L；在2014年5月份中，TN浓度为0.124～1.025 mg/L, 硝酸盐氮浓度为0.009～0.041 mg/L，氨氮浓度为0.01～0.17 mg/L，有机氮的浓度为0.038～0.967 mg/L；在2014年6月中，总氮浓度为0.42～3.02 mg/L, 硝酸盐氮浓度为0.01～0.22 mg/L, 氨氮浓度为0.05～0.51 mg/L，有机氮的浓度为0.33～2.96 mg/L。从4、5、6月份的数据可以看出，总氮的主要贡献量为有机氮，其次为氨氮，硝酸盐氮贡献最小，有机氮在不同月份中分别占总氮的70.07%、72.35%、81.05%，短期内呈现上升趋势。

图4 宋家沟水库各氮形态含量时间变化特征

2.2 白水龙水库氨氮、硝氮、总氮含量空间变化特征

在6月份洪水期和非洪水期按上游到下游的空间位置在平坝猫坝汇水、平坝猫坝水库、六角山水库、平坝干河水库、平坝白水龙水库0.5 m处进行采样，分析总氮、氨氮、硝氮浓度。结果如下：洪水期6月6日TN浓度最低值出现在上游平坝猫坝汇水处，为6.38 mg/L，最高值出现在为平坝白水龙水库，为13.78 mg/L。上下游各水库硝氮占总氮比值高，氨氮含量很低。

图5 洪水期6月6日白水龙水库上下游水库各形态氮含量空间分布

非洪水期6月30日总氮浓度最低值出现在中游六角山水库，为6.22 mg/L，最高值出现在平坝猫坝汇水处，为9.59 mg/L。同洪水期一样，上下游各水库硝氮占总氮比值高，氨氮含量很低。

图6 非洪水期6月30日白水龙水库上下游水库各形态氮含量空间分布

3 讨论

3.1 不同形态氮含量的时间分布特征的影响因素

白水龙水库三个月中总氮最高值9.10 mg/L，氨氮最高值0.612 mg/L(洪水期除外)，根据生活饮用水水源水质标准CJ3020-93规定，氨氮已经超出1级标准限值0.5 mg/L；根据相关文献对水体富营养化的评价方法[9]，从氮含量方面来看，总氮含量最高值已经超过国家三级饮用水标准2倍，洪水期超标更高。这是因为平坝白水龙水库位于大硐村附近，周围是农业用地，大量的化肥投放会增加水体的含氮量，另外村民的生活污水，排泄物未经处理后经过地表水渗入到水库，使得水库水体氮含量严重偏高。洪水期氮含量更高，为13.78 mg/L，是因为洪水期间大水在短时间内将农田废水、生活污水冲到水库导致水库氮含量急剧增高。相对于白水龙水库，大方宋家沟水库水体总氮值较低，这与宋家沟地处森林地带、无人居住、无农田等良好的生态环境有关。

3.2 不同形态氮含量的空间分布特征的影响因素

总体来说,白水龙水库氮含量空间分布变化不大，洪水期略高，白水龙水库总体呈现出水库的上游污染值小于下游，原因是由于白水龙水库村区的污染物携带营养盐入水库，在化肥投放过程中，又增加了含氮物质。这些原因导致氨氮、硝氮、总氮这3类氮呈现上游偏低，下游偏高的空间分布特征。

3.3 不同形态氮与总氮的线性相关系数

三个月中白水龙水库总氮平均值为5.50 mg/L，硝氮含量平均值为3.35 mg/L, 氨氮含量平均值是0.36 mg/L，有机氮的平均含量为1.78 mg/L，由此可知白水龙水库水体中主要的氮素形式是硝酸盐氮，与总氮明显正相相关，相关性系数为0.9874(见表1)，从富营养化的过程NH3→NH4OH→NH2OH→HNO→HN(OH)2→HNO2→HNO3来看，硝酸盐氮的含量高说明白水龙水库已经出现严重的富营养化问题。三个月中宋家沟水库总氮的平均值为0.91mg/L，硝氮含量平均值0.06 mg/L，氨氮含量平均值是0.17 mg/L，有机氮为0.69 mg/L。

宋家沟水库水体中主要的氮素形式是有机氮，与总氮呈正相相关，相关性系数为0.9785(见表2)，这与宋家沟水库周边的大面积森林有关，森林中动植物尸体的腐败导致有机氮含量比例高，说明宋家沟水库目前没有出现富营养化的问题。

表1 白水龙水库总氮、氨氮、硝氮及有机氮含量相关性分析

表2 宋家沟水库总氮、氨氮、硝氮及有机氮含量相关性分析

4 结论

(1) 在时间分布上，白水龙水库在这三个月中，洪水期浓度最高，这主要是洪水期间大水将农田水、生活用水冲到水库导致氮含量增高。

(3)在相关性上，白水龙水库中硝氮与总氮之间有明显的相关性，二者变化趋势相似，相关性系数为0.9874；硝氮含量大于氨氮，白水龙水库处于氧化状态，可以通过控制硝酸盐氮和氨氮的输入以控制氮盐含量，从而对水库富营养化起到一定的控制作用；大方宋家沟水库中总氮与有机氮有较明显的相关性，同样呈现正相相关，相关性系数为0.9785。宋家沟水库水体目前处于良好的状态。

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Analysis on nitrogen morphological changes of drinking water source reservoirs, Guizhou Province

Mao Jinqun1,Wang Xiangyun2, Li Yi3, Xiao Jinsong1

(1.Guizhou Institute of Environmental Science &Designing, Guiyang 550081; 2. Environmental Monitoring Station of Dafang County, Bijie 551700; 3.Guizhou Provincial Environmental Monitoring Station,Guiyang 550081)

In this paper, the variations of concentrations of different nitrogen forms in Baishuilong Reservoir of Pingba County and Songjiagou Reservoir of Dafang County during the period from April to June, 2014 were discussed, and a spatial distribution of different nitrogen forms in Baishuilong Reservoir during the same period was also discussed. The results showed that average concentration of total nitrogen of Baishuilong Reservoir was 5.50 mg/L,the average concentration of nitrate nitrogen was 0.36mg/L,the average concentration of ammonia nitrogen was 0.36mg/L,indicating that concentration of total nitrogen of Baishuilong Reservoir was two times higher than the value of level 3 of National Drinking Water Quality Standards and the situation was even worse during flood period. While for Songjiagou Reservoir in Dafang County, the average concentration of total nitrogen, nitrate nitrogen and ammonia nitrogen was 0.91mg/L,0.36mg/L and 0.17mg/L respectively. In terms of spatial distribution, the concentration of nitrogen of the upstream of Baishuilong Reservoir was lower than that in Baishuilong Reservior itself. Results from correlation analysis indicated that the correlation between nitrate nitrogen and total nitrogen in Baishuilong Reservior was significant, with a correlation coefficient of 0.9874. While the correlation between ammonia nitrogen and total nitrogen in Songjiagou Reservoir was significant, with a correlation coefficient of 0.9785. Results from the paper suggested that reduction of input of nitrate nitrogen and ammonia nitrogen is an efficient way for eutrophication controlling.

Baishuilong Reservoir;Songjiagou Reservoir; nitrogen content; nitrogen forms; distribution characteristics

贵州省社会发展科技攻关项目(黔科合SY[2013]3138号)；贵州省环保厅项目：湿沉降、地表径流及库源性总氮对饮用水源地总氮的贡献研究

2016-08-19；2017-01-13修回

毛金群，女，1988年生，湖南衡阳人，硕士研究生，研究方向：环境分析化学， E-mail:475814054@qq.com

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