入海河口断面氨氮与总氮自动监测数据相关性分析

＊陈 斐

（广东省环境监测中心 广东 510308）

氮分子是浮游植物生长、发育和繁殖所必需的营养物质之一，在抑制浮游植物氧化过程中氮的产生有着极为重要的作用。作为限制水初级生产力的主要因素之一，水环境中氮的分布在某种程度上控制着水生生态系统的初级生产过程。通常情况下，水质监测常用的指标有总氮和氨氮。营养盐同时也作为一项重要参考指标来衡量水污染程度。总氮指无机氮（含硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮）和有机氮（含蛋白质、氨基酸、尿素、叠氮化物、偶氮、腙、腈等）。当大量生活污水、农业废水或含氮工业废水排入水体时，有机氮和无机氮化合物含量在水中迅速增加，生物和微生物水中溶解氧消耗量增加，水质恶化。因此当这些浮游植物体内富含钙和其他矿物质如氮、磷的水平过高时，浮游植物很可能大量消化钙并繁殖，导致许多浮游植物体内没有营养富集。因此，总氮是水体富营养化的主要指标。水中以游离氨和铵盐形式存在的氮共同构成了氨氮。其中，水的酸碱度和温度共同决定了分子氨和离子氨的组成。pH值越低，水温越低，水体总铵中分子氨比例越小毒性越小。一旦pH小于7.0，水中几乎所有氨氮都以离子铵的形式存在。pH值越高，水温越高，分子氨的比例越大,其毒性也就大大增加。氮是通过氨氮和无机氮的水生态系统的溶解及水氮循环形成的。研究表明，氨氮与总氮之间存在一系列的比例关系，但由于水质的不同，氨氮与总氮之间的关系会有所不同。在实际检测中，总氮的检测步骤和条件比较复杂，检测数据中总氮的异常，含量通常低于氨氮；氨氮的检测方法相比较而言简单稳定。

鉴于此，有必要对氨氮和总氮在其不同水体中的比例以及相关性进行研究，建立两者之间的关系，实现氨氮对总氮的直接估算，具有重要意义。本文选择广东珠江三角洲中7个入海河口断面作为研究对象，根据7个入海河口水质自动监测站（以下简称水站）氨氮和总氮年度浓度作为分析数据，研究入海河口断面总氮和氨氮自动监测数据之间的相关性，为广东沿海水域水质预测模型的建立、水质评价、污染物排放总量综合减排效率核算和工业污染源综合排放总量核算系统做好专业技术的提供与支持。对于丰富营养化质量控制及其他相关科学问题的理论研究发展具有不可替代的理论意义。

1.材料和方法

(1)数据情况

7个水质自动监测站分布在广东省珠江三角洲的七条入海河流的河口，选取2020年1-12月氨氮和总氮月均值进行统计。

(2)自动监测仪器分析方法

总氮的分析方法一般为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，氨氮的分析方法为水杨酸分光光度法。而对氨氮进行分析则多采用水杨酸分光光度法。全氮与氨氮的相关性研究监测结果采取回归分析方法。回归分析法主要利用Excel软件对总氮和氨氮进行回归分析。

2.结果和讨论

(1)入海河口的总氮和氨氮自动监测数据

数据情况详见表1。

表1 入海河流总氮和氨氮年均浓度数据

(2)总氮和氨氮相关关系

根据表1，我们可以计算出从水站1到水站7的河口总氮和氨氮自动监测数据之间的相关性。以氨氮为变量X，总氮为变量Y，建立Y对X的线性回归方程。氨氮与总氮的相关系数为Y=3.3x+1.56，拟合优度R2=0.1296，相关系数r=0.36。见表2。

表2

趋势图曲线的非模拟量组合准确程度通常需要被应用到模拟量组合的最优度R2来进行判断。R2值估计能有效反映长期趋势日线图的估计值与反映相应区域实际趋势数据的非模拟量的组合一致的程度。随着拟合系数的程度越高，趋势曲线的拟合可靠性就越高。通过表2可以看出，7个水站的氨氮和总氮自动监测数据呈现出良好的正相关关系，即总氮随氨氮浓度的增减呈现出明显的同步增减的变化特征。

3.讨论

总氮与氨氮分别为二氧化碳、三氯苯胺和氨氮，这两种检测方法最为普遍。营养食品盐分含量是衡量人类对水体环境污染的重要指标。全氮含量指水中所有无机氮（主要包括硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮）和有机氮（主要包括蛋白质、氨基酸、叠氮、偶氮、腈等）的综合总氮。将生活、农业废水以及其他工业污水经处理排入地下水体当中。

(1)提高河流流量监测能力

河流污染物浓度和排放量是计算污染物入海通量的重要依据。由于环保部门只能获取年径流量，时效性差，很难有效地应用于环境质量评价和环境管理。因此，要在全国开展流量监测技术和相关资金投入研究，建立河口水质长期监测网络，及时、可靠地获取入海河流流量数据，使河流入海流量的研究更加准确、科学。

(2)补充河流水质评价总氮标准限值

现行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）仅对每个湖泊、水库的氧化氨氮、硝态氧化氮和总氨与氮的综合评价使用标准范围进行了严格限制，未对每条河流的总氨和氮评价标准范围作出明确规定。全氮含量是水中有机化合氮、氨氮、硝酸盐化合氮、亚硝酸盐化合氮和其他无机化合氮的含量总和。亚硝酸盐的二氮化物是一个氮原子循环的中间氧化产物，不稳定。因此，水质主要可以用于硝态氨氮和硫酸硝态混合氮的定量测定。有机质含氮产物是一种含氮产物有机质中总碳和氮的主要含量，是总碳和氮的重要结构组成的一部分。研究结果表明，龙江口有机磷的氮化物含量最高可达20%-90%，而龙江口有机磷的氮化物含量最高可达50%以上。有机氨和氮不仅仅是可以通过转化而成为无机氨和氮，甚至还可以通过转化而成为潜在的各种营养和矿物质并提供给微生物综合利用。尤其是下游河口，容易长期发生水质富营养化，对下游海域整体水质安全构成极大环境威胁。全氮含量是无机化合氮和有机化合氮的含量总和，是目前衡量人类水质的重要测量指标之一。根据各类海水中无机盐总氮化物浓度的变化趋势，可以在一定量的程度上准确推断出该种类海域无机盐和氮化物浓度的潜在变化。因此，建议国家补充制定河流总体氨氮含量评价标准限值，进一步建立完善我国地表水流域环境污染质量综合评价体系标准制定体系。

(3)推进用海定地，协调海陆管理

目前，河流水质评价指标已达到甲级标准，海水水质评价指标已达到无机氮和海洋环境保护标准。在本次研究中，河口段基本满足评价要求，但海水不达标，陆地减排措施的效果无法体现在海洋环境质量上。因此，研究建立统一的海陆生态环境管理模式，并提出相应的海陆一体化监测管理协调机制和相应对策，取代以往的独立评价模式，是未来海洋码头管理的可能。根据海洋环境质量实时变化情况，逐级跟踪沿江各部门治理措施，推进环保、水利、海洋等部门的监测管理协调机制，是一种新途径。

4.小结

本文选取广东珠江三角洲入海河口7个断面为研究对象，通过对入海河口的年平均值进行分析，研究入海河口总氮与氨氮的相关性。研究表明，入海口7个断面的氨氮与总氮呈正线性关系。