城市化對河流氮污染的影響特征及其對策分析

石沁瑤 黃穎 張亞 陳永波 陳浩

摘 ?要：高度城市化地區(qū)河流中氮污染所引起的環(huán)境問題受到了人們的廣泛關注。本研究采用野外調查與室內分析，對南京市主城區(qū)河流水體氮污染特征及其影響因素進行研究。結果表明：硝酸氮的比例最高，表明氮污染的形式大多以硝酸鹽存在，其次是氨氮，占比最少的是亞硝酸氮。在對比年際較長時，氨氮的含量以及氨氮占總氮的比例都顯著減少。

關鍵詞：城市化;河流;氮污染;對策;南京市

1.引言

近幾十年來，人類活動引起的氮污染不僅是區(qū)域性的環(huán)境污染問題，更是全球面臨的重大而又迫切的環(huán)境問題之一[1]。受經(jīng)濟快速發(fā)展和人類活動的影響，氮的來源和污染呈現(xiàn)出多元化和復雜化的演變趨勢。隨著城市化進程的加快，高強度人類活動和城市發(fā)展模式的變化，不僅加劇了氮污染的程度，而且影響了氮循環(huán)過程，嚴重影響了城市生態(tài)環(huán)境[2]。城市是人口密集地區(qū)，土地利用變化劇烈，各種污染物排放量大，受到人們的極大關注。目前，已有關于城市人類活動和城市化對河流環(huán)境氮污染特征影響的研究，且取得了較好的研究成果[3]。開展城市化對河流氮污染特征及其影響因素分析，可為城市環(huán)境管理提供科學依據(jù)，具有重要的科學價值與研究意義。

2.材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

2.1.1外秦淮河

外秦淮河位于南京主城區(qū)，流經(jīng)江寧、秦淮、建鄴、鼓樓區(qū)，從三汊河入江。根據(jù)市環(huán)保局發(fā)布的全市省考水環(huán)境質量狀況報告，2018 年1～5月，國考斷面七橋甕水質類別總體評價為Ⅴ類;2018 年1～5 月三汊河口水質類別總體評價為劣Ⅴ類，主要超標污染物為氨氮。

2.1.2內秦淮河

內秦淮河位于南京市中心城區(qū)，流經(jīng)玄武、郝建和秦淮區(qū)，是南京市重要的景觀河道。目前內秦淮河水質狀況為劣Ⅴ類，大部分水體長時間處于黑臭狀態(tài)，部分水體污染嚴重。主要超標污染物為氨氮、生化需氧量、溶解氧、非離子氨、高錳酸鹽等[4]。

2.1.3金川河

金川河位于南京市城北地區(qū)，流經(jīng)玄武湖，經(jīng)寶塔橋匯入長江，流域主要覆蓋老城區(qū)。目前金川河水質狀況總體為劣Ⅴ類，部分水體為Ⅴ類，但水質不穩(wěn)定，主要超標污染物為氨氮[5]。

2.2樣品采集與測試

樣本于在2018年11月在江蘇省南京市采集。LXF1～3于金川河采得，LXF4、5、8、13～15在外秦淮河采得，其余水樣在內秦淮河取得。樣品采集后，經(jīng)離心過濾，-20oC保存待測。采用連續(xù)流動儀（SAN plus，Skalar Analytical B.V.，Breda，Netherlands）分析氨氮，硝酸氮和亞硝酸氮含量。

2.3統(tǒng)計分析

相關性分析、數(shù)據(jù)做圖采用SPSS，采用百分比分析各氮形態(tài)所占比例。

3結果與分析

3.1不同氮形態(tài)含量

由下圖可知，外秦淮河水質污染情況高于其他河流，采樣點13～15的硝酸氮含量最高，采樣點4、5、7、12的硝酸氮含量次之，其余采樣點硝酸氮含量較低;采樣點4的氨氮含量顯著高于其他采樣點，原因是采樣點4附近有一個排污口，大量污染物入河。采樣點2、3、13～15的氨氮含量次之，其余采樣點氨氮含量較低，而采樣點1的氨氮含量明顯低于其他點;其余樣點氨氮含量波動都不大。采樣點2、3的亞硝酸氮含量顯著高于其他采樣點，采樣點13～15的亞硝酸氮含量次之，其余采樣點亞硝酸氮含量較低，而采樣點1的亞硝酸氮含量明顯低于其他點;采樣點1中的亞硝酸氮、氨氮和硝酸氮含量都較低，可能是由于采樣點位于玄武湖風景區(qū)，定期進行維護，因而水質較好。

由表1，河流中與亞硝酸氮與氨氮在 0.05 水平（雙側）上顯著相關，表明兩者的含受到同一因素的控制的同時，也受到其他不同因素的影響;氨氮、亞硝酸氮與硝酸氮的相關性并不顯著，三者分別代表了氮污染的不同影響要素。

3.2不同氮形態(tài)含量與比例

氮污染的存在形式有三種，分別是硝酸氮、氨氮以及亞硝酸氮。如表所示，硝酸氮的比例最高，表明氮污染的形式大多是以硝酸鹽存在的，其次是氨氮，占比最少的是亞硝酸氮。

3.3影響因素分析

樣點1～3于金川河處采得，樣點4、5、8、13～15在外秦淮河處采得，其余水樣在內秦淮河取得。金川河水質為劣V類水，流域主要覆蓋老城區(qū)，以生活污水污染為主，河道存在污水直接排放口;外秦淮河以工業(yè)污染和生活污水污染為主;內秦淮河當前水質為劣Ⅴ類，以生活污水污染為主，河道存在污水直接排放口。不同的采樣點不同氮形態(tài)的含量與比例有較大的區(qū)別。氨氮含量與總磷、溶解氧、化學需氧量相關[6]，此外，由于排污口的分布與河流坡度的影響，造成污染擴散快慢不同，從而導致測得的氮污染形態(tài)與含量的不同。再者，一天之內的溫度也有較大的差異，取樣時的溫度也會對樣本造成影響。Barnes J等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在較高溫度下沉積物微生物活性較強，反硝化速率較高，影響各種氮形態(tài)的含量和比例。

3.4城市河流氮污染含量變化

由下表得，2018年內外秦淮河氨氮的含量明顯低于1986年，硝酸氮高于1986年，而亞硝酸氮的含量低于1986年，氨氮比例較1986年顯著下降。

此間南京城市化發(fā)展迅速，尤其是第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。1986年總人口471.61萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值86億元，第三產(chǎn)業(yè)比重為26.3%。2018年南京市總人口為696.94萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值達到12820.40億元，第三產(chǎn)業(yè)7825.37億元，比重為61.0%。

3.5城市河流氮污染的影響因素

1986年至今，南京市城市化發(fā)展進程迅速且人口增長迅速，城市化以及劇烈的人類活動造成河流氮污染。隨著城市化進程不斷加快，大批人口涌入城市，導致生活污水的排放量逐年增長，大量未達標的生活污水被排入城市河流之中，嚴重影響城市水質。同時城市建設與工業(yè)發(fā)展息息相關，工業(yè)廢水含有大量氮磷等有機物，若未達標處理便排入城市河流之中將帶來嚴峻的后果。城市化還帶來了養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，畜禽的糞便排放造成水體的富營養(yǎng)化，是影響城市河流氮污染的重要因素;大量的農(nóng)藥和化肥使用同樣造成了河流的氮污染。

4.城市化對河流氮污染緩解對策

（1）促進河流的反硝化作用

反硝化作用全球氮循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)，可以使氮的相態(tài)發(fā)生改變，將生態(tài)系統(tǒng)的活性氮轉化為氣態(tài)氮并歸還到大氣中。

（2）合理使用氮肥

過度使用氮肥是造成河流氮污染的一個重要因素。倡導發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，減少化肥和有機肥的生產(chǎn)和使用，科學減量施用農(nóng)藥化肥是減緩河流氮污染的途徑。

（3）建立以生物為主的河流生態(tài)修復工程

生態(tài)修復工程是改善河流水質的重要手段，能有效地去除水中營養(yǎng)物質和降低水中有機污染物，美化環(huán)境，且不會造成二次污染。

5.結論

河流中氮污染的形式大多以硝酸鹽存在，其次是氨氮，占比最少的是亞硝酸氮。在對比年際較長時，氨氮的含量以及氨氮占總氮的比例都顯著減少。

參考文獻

[1] ?Cui S，Shi Y，Groffman P M，et al. Centennial-scale analysis of the creation and fate of reactive nitrogen in China（1910-2010）[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2013，110（6）：2052-2057.

[2] ?高群，余成. 城市化進程對氮循環(huán)格局及動態(tài)的影響研究進展[J]. 地理科學進展，2015，34（06）：726-738.

[3] ?Bettez N D，Groffman P M. Nitrogen Deposition in and near an Urban Ecosystem[J]. Environmental Science & Technology，2013，47（11）：6047-6051.

[4] ?謝飛，王向華，楊磊. 內秦淮河（玄武段）逸仙橋斷面水質達標及治理對策研究[J]. 中國資源綜合利用，2019，37（01）：43-45.

[5] ?朱國忠，李郁，喻石. 基于氨氮的金川河水質達標方案分析[J]. 中國資源綜合利用，2019，37（11）：42-46.

[6] ?Zhang X，Wu Y，Gu B. Urban rivers as hotspots of regional nitrogen pollution[J]. Environmental Pollution，2015，205：139-144.

[7] ?Barnes J，Owens N J P. Denitrification and Nitrous Oxide Concentrations in the Humber Estuary，UK，and Adjacent Coastal Zones[J]. Marine Pollution Bulletin，1999，37（3）：247-260.

[8] ?洪蔚. 秦淮河水環(huán)境質量現(xiàn)狀分析及評價[J]. 水資源保護，1987（S1）：27-37.

作者簡介：石沁瑤，1998.07，女，漢族，浙江臺州，本科，自然地理與資源環(huán)境;

黃穎，1998.08，女，漢族，湖南永州，本科，自然地理與資源環(huán)境。