晉江市淺層地下水中“三氮”與水化學特性關系研究

晉江市淺層地下水中“三氮”與水化學特性關系研究

[摘要]通過對晉江市淺層地下水調查采樣,分析測試“三氮”及相關水化學指標,根據“三氮”的轉化機理,借助統計學的相關分析、聚類分析、逐步回歸分析等統計分析方法對測試結果加以分析,了解“三氮”轉化機制的受影響因素以及水化學等指標對“三氮”的作用關系。結果發現,研究區NH+4—N與Fe2+、Mn2+呈顯著性相關,NO-2—N與Zn2+、Mn2+呈顯著性相關,NO-3—N與地下水水化學組分(Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4、Cl-、礦化度)關系密切,當NO-3—N含量較多時建議做水化學分類時增加該指標。

[關鍵詞]淺層地下水;三氮;水化學;相關分析

淺層地下水中氮元素來源多樣，最主要來自人為因素(化學肥料、農家肥、生活污水及生活垃圾)以及大氣降水和土壤淋濾水。據調查，我國有80%左右的河流受到不同程度的氮污染，通過滲透進入到淺層地下水系統[3]；其次地質成因是地下水中氮的天然污染源。地下水“三氮”轉化機理是一個復雜系統，跟埋藏深度、水文地質條件、土壤類型、地下水中菌群、含氧量、水化學成分等諸多因素有關，在轉化過程與細菌的活性密切相關，從而導致水中“三氮”含量差異。申石泉等[4]、張勝等[5]已經做了一些微生物與“三氮”方面的研究，對于“三氮”轉化機理目前已比較清晰，但由于地下水環境是一個綜合性、復雜性的環境系統，難以通過實驗室仿真還原其轉化狀況，很多情況下只能通過測試其含量結果值加以反映影響效果,因此,筆者試圖借助統計學的相關分析、聚類分析、逐步回歸分析等統計分析方法對測試結果加以分析，了解“三氮”轉化機制、遷移規律等影響因素以及水化學等相關指標對“三氮”的作用關系，為“三氮”的污染防治提供參考。

1研究區概況

福建省晉江市(24°30′44″-24°54′21″N，118°24′56″-118°43′10″E)位于泉州市的東南沿海，東瀕臺灣海峽，西和南安市接壤，南與金門縣隔海相望，北與鯉城區、豐澤區毗鄰，東北與石獅市相連，總行政區劃面積為721.7km2。地勢西北部較高，東南部較低，由低山丘陵向臺地、平原呈階梯狀逐漸下降，過渡臺地起伏和緩，頂部平坦，分布于丘陵的周圍，位于從低山丘陵向平原過渡的階梯狀地帶，平原主要分布于沿海。土壤類型主要以紅壤為主，地層主要以第四系為主，屬南亞熱帶濕潤氣候，年均氣溫20~21℃，年均降雨量911~1231mm。境內地下水資源的賦存、分布、補給、徑流、排泄等受地形地貌、水文地質、大氣降水、植被覆蓋等綜合影響[6]。但由于部分企業在生產中廢水隨意亂排，各種含氮肥料的過度施用等使得該區淺層孔隙水和深層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補給水源，給人體健康、農業發展、經濟建設帶來巨大影響。

2水樣采集與測試

圖1　淺層地下水采樣分布圖

3“三氮”轉化機理

3.1　氮化過程

(1)

(2)

3.2　硝化過程

(3)

(4)

3.3　反硝化過程

(5)

4“三氮”與水化學特性關系

4.1　水化學類型確定

圖2　Piper三線圖

4.2　“三氮”含量分析

表 1　晉江市“三氮”與化學指標含量特征統計表

4.3　“三氮”與水化學相關性分析

通過對淺層地下水中“三氮”與水化學等相關組分做相關性分析(見表2)，可以得出與地下水中“三氮”轉化關系密切的離子,進而探討它們的關聯原因。

表2　晉江市“三氮”與地下水指標相關關系表

注：**表示在0 .01 水平(雙側)上顯著相關；*表示在 0.05

4.4　“三氮”與水化學的聚類分析

圖3　“三氮”與化學指標聚類分析圖

4.5　“三氮”與水文地球化學的綜合分析

結合上面的分析，參考“三氮”與地下水化學組分的相關關系以及R型聚類分析圖，進一步通過IBM SPSS Statistics 22軟件分別對地下水化學元素中的影響組分和“三氮”作多元逐步回歸分析，以便對其影響程度作定量分析。從中得出“三氮”與化學指標的回歸方程：

(6)

(7)

(8)

5結語

1)在晉江市淺層地下水中“三氮”調查采樣測試的基礎上，根據“三氮”轉化機理分析了晉江市淺層地下水中“三氮”轉化的受影響因素。

[參考文獻]

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[編輯]洪云飛

[引著格式]黃耀裔，李斌，陳一萍，等.晉江市淺層地下水中“三氮”與水化學特性關系研究[J].長江大學學報(自科版)，2015,12(28)：51~55,66.

[中圖分類號]X523;P641.3

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)28-0051-05

[作者簡介]黃耀裔(1983-)，男，碩士，實驗師，現主要從事環境信息系統應用與環境污染防治方面的研究工作；E-mail:huangyaoyi@163.com。

[基金項目]泉州市科技計劃項目(2015Z139)；國家級大學生創新實驗項目(201510399004)。

[收稿日期]2015-06-27