商丘市地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮分布特征

王利彥，張雪欽，劉聰娜，朱新玉

(商丘師范學(xué)院 測(cè)繪與規(guī)劃學(xué)院，河南 商丘 476000)

商丘市地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮分布特征

王利彥，張雪欽，劉聰娜，朱新玉

(商丘師范學(xué)院 測(cè)繪與規(guī)劃學(xué)院，河南 商丘 476000)

通過對(duì)商丘市區(qū)主要地表水體中硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量的研究，探討商丘市地表水硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量分布及變化特征.選擇秋韻湖、萬堤溝、南湖和蔡河4個(gè)地表水體進(jìn)行調(diào)查研究，測(cè)定其硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的含量，分析近4年來硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮含量的變化特征.結(jié)果表明，商丘市地表水體硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量存在區(qū)域差異且年度變化較為顯著(P<0.05).萬堤溝中硝酸鹽氮含量顯著高于南湖和蔡河(P<0.05)；秋韻湖中的亞硝酸鹽氮含量最高，且顯著高于蔡河(P<0.05).近4年來，萬堤溝、蔡河兩地的硝酸鹽氮含量呈上升趨勢(shì)；秋韻湖和萬堤溝兩地的亞硝酸鹽氮含量呈上升趨勢(shì)，南湖的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì).商丘地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程和農(nóng)業(yè)的發(fā)展對(duì)地表水硝酸鹽氮和亞硝酸鹽含量的影響較為直接.

商丘；地表水；硝酸鹽氮；亞硝酸鹽氮；分布特征

0 引 言

地表水是水資源的重要組成部分，存在于地殼表面，與人類的生存環(huán)境息息相關(guān).近年來，人口數(shù)量不斷增長以及城市化進(jìn)程不斷加快，硝酸鹽對(duì)地表水的污染也日益加劇.水污染嚴(yán)重危害著人類的生存環(huán)境，對(duì)水污染的治理成為人們的共鳴.因此，研究商丘市地表水硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量及其分布和變化特征，有助于推進(jìn)商丘地區(qū)水污染治理工作，以及《商丘市碧水工程計(jì)劃》的實(shí)施.

研究表明，硝酸鹽污染是造成地表水污染的重要因素，且硝酸鹽污染對(duì)人體健康的潛在影響越來越受到重視[1].目前，學(xué)者對(duì)商丘地區(qū)地表水質(zhì)量評(píng)價(jià)、水資源現(xiàn)狀以及治污措施等方面的研究較多，但是對(duì)于小尺度區(qū)域地表水中硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮含量及分布特征方面的研究尚不清晰，而對(duì)于不同形態(tài)的氮素，硝態(tài)氮對(duì)水體的影響最為顯著.鑒于此，本文通過對(duì)商丘地表水體采樣及室內(nèi)分析，研究其地表水中硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮含量的變化特征，揭示其污染分布特征，初步探討其污染源和影響因素，為商丘市治理和控制地表水中氮污染及河流截污治污工程提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)域及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

商丘市地處河南省的東部，屬豫東平原，地處豫、魯、蘇、皖四省的結(jié)合地帶，全市面積約10 704 km2.地貌主要為黃河沖積平原，地勢(shì)較平坦，由西北角向東南角微傾；地理位置優(yōu)越，京九鐵路、隴海鐵路、310國道、105國道均在商丘交匯，形成一個(gè)十字黃金交通樞紐.氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，夏季炎熱降水集中，冬季寒冷雨雪較少，年平均氣溫在13.9～14.3 ℃之間，年平均降水量623 mm，無霜期約211 d.商丘屬淮河流域，分屬洪澤湖、渦河、南四湖三大水系，河流大多屬于季節(jié)性雨源型，汛期水位及流量變化大.

1.2 研究方法

1.2.1 樣本采集

選擇商丘市內(nèi)具有代表性的地表流域，包括秋韻湖、南湖、萬堤溝和蔡河4個(gè)水域范圍作為研究對(duì)象.所選監(jiān)測(cè)區(qū)域處于商丘市的4個(gè)方位，所選河流湖泊流域面積大小不一，既有點(diǎn)狀流域、面狀流域又有線狀流域，體現(xiàn)出點(diǎn)、線、面相結(jié)合研究的科學(xué)性.

水樣的采集和保存方法按照中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ494-2009《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》[2]和GB12999-91《水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)范》[3]來進(jìn)行采樣.采樣時(shí)應(yīng)用采樣的水將采樣玻璃瓶沖洗3～4次，采樣玻璃瓶要消毒、無菌，放在泡沫箱子里，采樣過程切記不要用手抓、不要碰瓶口等，以防污染而造成結(jié)果誤差大.取樣后冷藏保存，溫度控制在2～5℃，并加入化學(xué)保存劑、抗氧化劑進(jìn)行保存.

1.2.2 分析方法

所有樣品均在商丘師范學(xué)院測(cè)繪與規(guī)劃學(xué)院環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水樣中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的含量.硝酸鹽氮的測(cè)定采用紫外分光光度法(HJ/T346-2007)，亞硝酸鹽的測(cè)定采用N-乙二胺分光光度法(GB 7493-87).

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件和Excel 2010軟件進(jìn)行處理，柱形圖采用Origin 8.6繪圖軟件繪制.采用ANOVA進(jìn)行方差分析，多重比較利用最小顯著差異法(Least-Significant Difference，LSD)，文中字母相同代表差異不顯著(P>0.05)，字母不同代表差異顯著(P<0.05).

2 結(jié)果與分析

2.1 硝酸鹽氮含量分布及變化特征

由圖1可以看出，硝酸鹽氮的含量存在區(qū)域差異，除秋韻湖外，萬堤溝的硝酸鹽氮含量最高，且顯著高于南湖和蔡河(P<0.05)；南湖的硝酸鹽氮含量最低，且顯著低于秋韻湖和萬堤溝(P<0.05).

圖1 商丘地表水硝酸鹽氮含量分布特征

圖2 商丘地表水硝酸鹽氮含量變化特征

注：圖2中大寫英文字母代表同一水體硝酸鹽氮含量的年際差異顯著性，小寫英文字母代表同一年份的不同水體硝酸鹽氮含量的差異顯著性

硝酸鹽氮含量在不同年份呈現(xiàn)出不同的變化特征(圖2).2013年4地硝酸鹽氮含量無明顯差異(P>0.05)，而2014～2016年間四區(qū)域硝酸鹽氮含量差異極顯著(P<0.01)，萬堤溝的硝酸鹽氮含量均高于南湖、秋韻湖和蔡河的硝酸鹽氮含量，南湖的硝酸鹽氮含量則遠(yuǎn)低于其余三個(gè)區(qū)域(P<0.01)；2014年萬堤溝的硝酸鹽氮含量最高，2015～2016年南湖的硝酸鹽氮含量最低.此外，秋韻湖在2013～2016年間硝酸鹽氮含量無明顯的變化(P>0.05)，而萬堤溝、南湖及蔡河三個(gè)區(qū)域的硝酸鹽氮含量則變化較為明顯.其中萬堤溝的硝酸鹽氮含量在2014年遠(yuǎn)高于2013年且呈現(xiàn)近四年的最高值，南湖的硝酸鹽氮含量相較于2013年有大幅度的降低；蔡河的硝酸鹽氮含量自2013年以來明顯提高，但2015年與2016年基本持平.

綜上所述，除秋韻湖外，商丘市地表水硝酸鹽氮含量在2013～2016年期間有較大的波動(dòng).萬堤溝、蔡河兩地的硝酸鹽氮含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，南湖的硝酸鹽氮含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì).總體來看，商丘市地表水硝酸鹽氮含量呈現(xiàn)在波動(dòng)中上升的趨勢(shì).

2.2 亞硝酸鹽氮含量分布及變化特征

由圖3可以看出，2013～2016年間，商丘市地表水亞硝酸鹽氮含量無明顯變化(P>0.05).秋韻湖亞硝酸鹽含量最高，僅顯著高于蔡河的亞硝酸鹽氮含量(P<0.05)；其余區(qū)域的亞硝酸鹽氮無明顯差異(P>0.05).

圖3 商丘地表水亞硝酸鹽氮含量分布特征

圖4 商丘地表水硝酸鹽氮含量變化特征

注：圖中英文字母含義同圖2

由圖4可知，2013～2016年間商丘市地表水亞硝酸鹽氮含量的變動(dòng)極為顯著(P<0.01).2013年南湖亞硝酸鹽氮含量遠(yuǎn)高于秋韻湖、萬堤溝和蔡河(P<0.01)，而2014～2016年秋韻湖的亞硝酸鹽氮含量極顯著高于萬堤溝、南湖以及蔡河(P<0.01).2013～2016年間秋韻湖和萬堤溝兩地的亞硝酸鹽氮含量于2015年達(dá)到最大值，而南湖的亞硝酸鹽氮含量在2014年出現(xiàn)最小值，蔡河的亞硝酸鹽氮含量則無明顯變化(P>0.05).

綜上所述，商丘市地表水亞硝酸鹽氮含量在2013～2016年間波動(dòng)較大，除蔡河外，秋韻湖和萬堤溝兩地的亞硝酸鹽氮含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，南湖的亞硝酸鹽氮含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且4個(gè)區(qū)域的亞硝酸鹽氮含量在2015～2016年間基本趨于穩(wěn)定.

2.3 商丘市地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮污染狀況

研究區(qū)域地表水硝酸鹽氮含量和亞硝酸鹽氮含量的平均值分別為1.168 mg/L和0.144 mg/L.本研究硝酸鹽氮含量指標(biāo)以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)商丘市地表水硝酸鹽氮含量并未超出國家標(biāo)準(zhǔn)(10 mg/L)，但亞硝酸鹽氮含量偏高.

表1 商丘市地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮含量

3 討 論

3.1 地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮來源分析

硝酸鹽氮是含氮有機(jī)物氧化分解的最終產(chǎn)物.另外，人類的生產(chǎn)生存活動(dòng)，都會(huì)造成硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的污染，如生活污水及工業(yè)生產(chǎn)廢水的排放、農(nóng)田氮肥的施用等.而研究區(qū)域內(nèi)采樣點(diǎn)周圍主要為居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)以及農(nóng)田等，如蔡河流經(jīng)商丘工業(yè)區(qū).因此，商丘市地表水硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮污染主要來源于可能為商丘市民生活污水和農(nóng)田氮肥的施用.

3.2 工農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的影響

近幾年商丘市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值增長迅速，尤其是第二產(chǎn)業(yè)每年以10%的速率增長.商丘工業(yè)體系以冶鐵、制冷、建材、機(jī)械、鑄造、電力以及食品等行業(yè)為主，而此類行業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的廢水中含有高濃度的硝酸鹽和亞硝酸鹽，在進(jìn)一步地好氧生物處理中與氮結(jié)合形成高濃度的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，這也有可能會(huì)導(dǎo)致區(qū)域性的氮鹽變化.

商丘市是河南這一農(nóng)業(yè)大省的一個(gè)行政市，主要以農(nóng)業(yè)為主，氮肥施肥量非常大，而商丘市農(nóng)業(yè)灌溉方式以大水漫灌為主，加大了氮肥的流失量，如遇下雨天會(huì)隨著地表徑流流入水體，會(huì)造成地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的污染.

3.3 緩解商丘市地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮污染的建議

對(duì)于地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮污染的緩解，首先應(yīng)該立足于“防”，從根源上防治地表水硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的污染.

第一，建立和完善水資源管理體制和運(yùn)行機(jī)制.監(jiān)督管理是保護(hù)水資源、整治水環(huán)境的重要舉措.因此，要貫徹執(zhí)行《淮河流域水污染防治條例》完善水環(huán)境的管理機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)污水排放的管制，協(xié)調(diào)用水、排水、廢水處理與回收利用的問題[4].環(huán)保部門以及水務(wù)部門要對(duì)河流、湖泊等水源區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格管理，嚴(yán)禁生活污水和工業(yè)廢水排入河流湖泊[5].

第二，制定相關(guān)條例，嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn).商丘市地區(qū)地表水中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮大部分來源于工業(yè)廢水的排放，因此制定相應(yīng)的污水排放條例，嚴(yán)格工業(yè)廢水中含硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的指標(biāo)限值，對(duì)于地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的排放具有重要意義.

第三，在農(nóng)業(yè)方面，要科學(xué)合理地施用氮肥，提高氮肥的利用效率，防止其由于流失而造成污染.加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技的研發(fā)，推廣以碳銨為主的化肥，倡導(dǎo)農(nóng)家肥的施用；在農(nóng)業(yè)灌溉上將大水漫灌改為滴灌、噴灌，以減少氮肥的流失[6].

第四，在工業(yè)防治方面，有關(guān)部門應(yīng)該嚴(yán)格監(jiān)測(cè)相關(guān)企業(yè)的廢水、廢氣排放情況，并制定相關(guān)條例及具體的行業(yè)排污標(biāo)準(zhǔn)，積極引導(dǎo)企業(yè)走環(huán)保發(fā)展之路[7].

4 結(jié) 論

商丘市地表水硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量存在區(qū)域性的差異，萬堤溝的硝酸鹽氮含量最高，秋韻湖的亞硝酸鹽氮含量最高.2013～2016年間，除秋韻湖外，商丘市地表水硝酸鹽氮含量波動(dòng)較大，萬堤溝、蔡河兩地的硝酸鹽氮含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；除蔡河外，秋韻湖和萬堤溝兩地的亞硝酸鹽氮含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，南湖的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且4個(gè)區(qū)域的亞硝酸鹽氮含量在2015～2016年間基本趨于穩(wěn)定，期間硝酸鹽氮含量大于亞硝酸鹽氮含量，說明商丘市地表水開始其自凈過程.此外，商丘地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的年際變化與商丘市城鎮(zhèn)化進(jìn)程及農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著密切的聯(lián)系.

[1]Liu Z J，George R,Hallberg.Spatial relations between row crops and nitrate contamination in groundwater[J].Water，Air，and Soil Pollution，2002，134(1)：367-385.

[2]HJ494-2009水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2009.

[3]GB/12999—91水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

[4]鄭連科.商丘市地表水水質(zhì)狀況及治污措施[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(7)：2900-2902.

[5]李偉.水污染對(duì)于人來健康的影響及對(duì)策探討[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013，33(8)：234-234.

[6]趙秀春，王成見，孟春霞.青島市地下水中硝酸鹽氮的污染及其影響因素分析[J].水文，2008，28(5)：94-96.

[7]趙英男.凌海市地下水中硝酸鹽氮的污染現(xiàn)狀及分析[J].遼寧醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，33(6)：542-544.

[責(zé)任編輯：徐明忠]

DistributioncharacteristicsofnitratenitrogenandnitritenitrogeninthesurfacewaterofShangqiu

WANG Liyan，ZHANG Xueqin，LIU Congna，ZHU Xinyu

(College of Surveying and Planning，Shangqiu Normal University，Shangqiu 476000，China)

The aim of this study was to analyzethe content of Nitrate Nitrogen and Nitrite Nitrogen in the main surface water of Shangqiu，and to investigate the distribution and variation characteristics of Nitrate Nitrogen and Nitrite Nitrogen.Here，we selected four types of surface water，such as the Autumn Lake，Wandi Ditch，Cai River and South Lake as the research object，andmeasured the contents of Nitrate Nitrogen and Nitrite Nitrogen to analyze the variation characteristics of Nitrate Nitrogen and Nitrite Nitrogen in the past four years.The results showed that there were regional differences in the contents of Nitrate Nitrogen and Nitrite Nitrogen in the surface water of Shangqiu，and the annual change was significant(P<0.05).The content of Nitrate Nitrogen in Wandi Ditch was higher than that in the Cai River and the South Lake(P<0.05).The content of Nitrite Nitrogen in the Autumn lake were the highest，and was significant higher than that in the Cai River(P<0.05).In the past four years，the contents of Nitrate Nitrogen showed an upward trend in the Wandi Ditch and the Cai River；and the contents of Nitrite Nitrogen showed the same trend in the Autumn lake and the Wandi Ditch.However，the contents of Nitrate Nitrogen and Nitrite Nitrogen in the South Lake both showed a downward trend.The process of urbanization and the development of agriculture in Shangqiu have a direct impact on the contents of Nitrate Nitrogen and Nitrite Nitrogen in the surface water of Shangqiu.

Shangqiu；surface water；nitrate nitrogen；nitrate nitrogen；distribution characteristics

2017-01-04

商丘師范學(xué)院青年骨干教師資助項(xiàng)目(2015GGJS15)；2015年度河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(15A180054)

朱新玉(1981—)，女，河北邱縣人，商丘師范學(xué)院副教授，博士，主要從事土壤生物與生態(tài)功能關(guān)系的研究.

X131.2

A

1672-3600(2017)12-0044-04