鎮江市古運河河岸沉積物氮及有機質分布特征

周裔文, 周曉紅, 任琪琪, 李義敏, 林志軍, 馮德友, 韓 頊

(江蘇大學 環境與安全工程學院, 江蘇 鎮江 212013)

鎮江市古運河河岸沉積物氮及有機質分布特征

周裔文, 周曉紅, 任琪琪, 李義敏, 林志軍, 馮德友, 韓 頊

(江蘇大學 環境與安全工程學院, 江蘇 鎮江 212013)

氮; 有機質; 分布特征; 河岸沉積物; 古運河

目前，城市內河河流黑臭問題已經受到人們的廣泛關注，生產和生活等外源性的污染物進入河流中，使得一些城市內河水質受到較嚴重的污染。而城市內河受降雨、水位調控、季節變化等因素的影響，河岸帶多處于水位消漲的動態變化過程中[15]。另外河岸帶又容易受人類活動的影響，不僅外源性的污染物容易堆積在河岸帶，而且內源性的污染物質容易受風浪的影響沉積在河岸帶，從而使得河岸帶沉積物的營養鹽含量與河道沉積物中的營養鹽有一定的差異[15]。然而，目前對河岸帶表層沉積物的研究較少，對河岸帶表層沉積物中氮元素的分布特征進行研究，為城市內河河岸帶的綜合治理和生態保護提供理論依據，也有利于發揮城市內河河岸帶的景觀價值，具有重要意義。因此，本研究以鎮江市古運河為研究區域，分析了不同采樣點的沉積物氮素含量以及分布情況，以期為古運河富營養化的預防及防治提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預處理

研究區域位于古運河鎮江段，該河段全長16.69 km，平均水深4～6 m，流經鎮江市區，是鎮江市老城區最大的受納水體[15-16]，是鎮江老城區以及官塘、丁卯、丹徒、諫壁等地表徑流以及南部山丘洪水的主要匯入河流。在前期調研基礎上[15-16]，選擇古運河干流及其支流共6個采樣點進行樣品采集，各采樣點位見圖1。

采用沉積物采樣器分別采集河岸帶(水—岸交錯區)各采樣點的表層沉積物，每個點位采集沉積物各3次，充分混合后迅速保存于聚乙烯自封袋里(排出空氣)，運回實驗室后，低溫保存，并通過冷凍干燥儀于-45℃冷凍干燥(LGJ-12壓差型，北京松源華興科技發展有限公司)，后用瑪瑙研缽研磨，過100目篩，自封袋封裝后保存備用。

1.2 樣品的測定

1.3 數據分析

采用Excel 2015對試驗數據進行處理與分析，利用SPSS 19.0對沉積物氮、有機質含量及其與沉積物理化因子做Pearson相關性分析。

圖1采樣點示意圖

2 結果與分析

2.1 古運河沉積物氮素的變化特征分析

表1 古運河河岸帶表層沉積物不同形態氮含量統計

圖2河岸表層沉積物氮素及有機質含量的分布特征

2.2 古運河沉積物有機質含量的變化特征

古運河沉積物有機質含量介于0.99%～2.32%，平均值為1.74%(表1)，變異系數為32.50%，表現為中等變異性，表明各采樣點的沉積物有機質含量變化幅度中等，其在空間上的分布規律為：G6>G1>G3>G5>G2>G4(圖2)。此外，沉積物C/N一般可反映出營養源的來源，本文中對沉積物C/N的計算結果表明，古運河河岸沉積物C/N在各采樣點波動變化，平均值為15.07，介于5.62～33.79，變異系數為63.81%，空間上表現為：G1>G5>G4>G2>G3>G6。

表2 古運河河岸沉積物各形態氮所占比例 %

2.3 沉積物中氮及其有機質與理化因子間的相關性分析

為進一步探討古運河河岸沉積物中不同形態氮分布特征的因素，對各形態氮之間以及各形態氮雨沉積物pH值、有機質之間做相關性分析(表3)。由表3可知，3種形態的無機氮與TN相關系數由大到小分別為：亞硝態氮>氨氮>硝氮，可見亞硝氮與TN的關系最為密切。此外，亞硝態氮與有機氮之間存在顯著正相關性(p<0.05)，表明二者之間可能存在著生物地球化學的相互轉化。而氨氮與硝氮、亞硝氮以及有機氮之間的相關性不強，說明氨氮與其他形態氮在沉積物方式上存在一定的差異性。

沉積物氨氮與pH值呈顯著正相關關系、而亞硝態氮、有機氮以及總氮則與pH值呈顯著負相關關系。(p<0.05)，表明pH值是影響沉積物氮形態的關鍵因素。而古運河沉積物氮形態與OM值之間無顯著相關性，表明沉積物有機質對氮形態無明顯的影響。

表3 古運河河岸沉積物氮、有機質理化因子間的相關性系數

注：**在p<0.01水平(兩側)上顯著相關；*在p<0.05水平(兩側)上顯著相關。

3 討 論

3.1 古運河沉積物氮含量變化特征分析

與國內外其他河流或湖泊沉積物相比，古運河河岸沉積物總氮含量與南通市區各河流(1 320.33～2 131.67 mg/kg)[23]，古夫河(0.255～1.703 mg/g，平均值0.927 mg/g)[5]，洱海湖濱帶(418.0～5 243 mg/kg，平均值1 832 mg/kg)[25]以及望虞河(347.85～2 733.56 mg/kg)[26]相當，高于洱海17條臨湖段河流(23.10～310.60 mg/kg)[27]，但低于紅楓湖流域消落帶沉積物(1 626.95～2 926.13 mg/kg)[28]，長蕩湖(3.47～10.80 g/kg)[29]以及清潩河(2 140～9 470 mg/kg)[30]。

3.2 古運河沉積物有機質含量變化特征的分析

沉積物有機質主要來自于水體中自養生物的合成和陸源輸入，反映了水體受有機物污染的程度，是指示水體內源污染程度的一個重要指標[26,31]。沉積物中有機質含量會影響氮、磷、重金屬等污染物的吸附和釋放過程，對河流上覆水水質有非常重要的影響。研究表明，較高的有機質含量將造成沉積物中污染物的富集，此外，豐富的有機物將有利于微生物的生長繁殖，從而促使污染物的釋放速度的加快[23,32]。古運河沉積物有機質含量介于0.99%～2.32%，平均值分別為1.74%(表1)，變異系數為32.50%，表現為中等變異性，表明各采樣點的沉積物有機質含量變化幅度中等，其順序為G6>G1>G3>G5>G2>G4，表明G6點有機質含量最高，這與該點所處的環境及其外源污染與密切的關系。

對沉積物C/N的計算結果表明，古運河河岸沉積物C/N在各采樣點波動變化，平均值為15.07，介于5.62～33.79，變異系數為63.81%。研究表明，由于蛋白質是生物體中最重要的含氮成分，不同類型有機質所含蛋白質不同[33]，如對于淡水生態系統而言，由于水生態系統生物種類的差異，其中藻類富含蛋白質而缺乏纖維素，而維管類高等植物體內纖維素含量高，蛋白質含量較低[16,22]，由此導致沉積物C/N比的顯著差異，因此，利用C/N比可區分不同類型的有機質，并依此判斷有機質的來源[16,22,34-37]。如劉東艷等[38]認為海源有機物C/N約為7，而陸源有機物C/N一般大于20。Prahl等[39]認為沉積物C/N比大于12時代表陸源有機質，小于8則代表湖泊自身有機質。而也有學者認為當C/N>10時，沉積物有機質以外源為主，C/N<10時，則以內源有機質為主，而C/N≈10時，表明外源與內源有機質基本達到平衡狀態[16,40-44]。根據以上判斷標準可知，古運河河岸沉積物C/N平均值大于15，表明其以陸源貢獻為主。

4 結 論

(1) 古運河河岸表層沉積物氮及有機質含量具有一定的空間差異性，總氮和有機氮的離散程度較高，表明TN，Org-N在各采樣點的含量差異較大，而沉積物氨態氮、硝態氮以及亞硝態氮表現為中等離散程度，表明以上元素在各采樣點的變化不大。

(3) 古運河沉積物有機質含量在空間上的分布規律為G6>G1>G3>G5>G2>G4，且以陸源貢獻為主。

(4) 古運河河岸表層沉積物中亞硝氮與TN的關系最為密切，而氨氮與硝氮、亞硝氮以及有機氮之間的相關性不強，說明氨氮與其他形態氮在沉積物方式上存在一定的差異性。此外，pH值是影響古運河沉積物氮形態的關鍵因素。

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DistributionCharacteristicsofNitrogenandOrganicMatterinRiversideSurfaceSedimentsoftheAncientCanalinZhenjiangCity

ZHOU Yiwen, ZHOU Xiaohong, REN Qiqi, LI Yimin, LIN Zhijun, FENG Deyou, HAN Xu

(SchooloftheEnvironmentandSafetyEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013,China)

nitrogen; organic matter; distribution characteristics; riverside sediments; ancient canal

X522

A

1005-3409(2017)06-0313-06

2016-09-01

2016-11-01

國家自然科學基金(51109097);中國博士后科學基金第五批特別資助項目(2012T50464)

周裔文(1991—),男,安徽宿松縣人，碩士研究生,研究方向:水環境生態修復。E-mail:ahzhoull@hotmail.com

周曉紅(1981—),女,陜西鳳翔人,副教授,博士,主要從事退化生態系統修復方面的研究。E-mail:xhzhou0214@163.com