“十三五”期間山美水庫總氮污染特征及其與各水質監測因子相關分析

謝瑞加，劉麗萍，蔡潔瀅

（福建省泉州環境監測中心站，福建 泉州 362000）

近年來，隨著社會經濟的發展和人口的激增，我國水體富營養化問題十分突出，其主要原因是由于水體中營養鹽的含量不斷增高[1-2]。水庫是人們重要的生活飲用水水源之一，由于人類活動輸入生物所需的大量N、P等營養物質，導致了水庫的富營養化，富營養化改變了水體的理化性質，破壞生態平衡，并對人體健康帶來危害，造成嚴重的經濟損失[3]。山美水庫是閩南地區重要的水源保護區之一，被國家環境保護部列入國家良好湖泊生態環境保護計劃。山美水庫位于福建省四大江之一的晉江支流東溪中游，是福建省泉州市重要的水源保護區，兼具飲用水源地、防洪、發電、灌溉等多種功能，水庫集雨面積1023km2，年平均來水量14 億m3，總庫容6.55億m3，為泉州市社會經濟發展提供了防洪安全和水資源供給保障。近年來，由于流域周邊的工業、農業以及畜牧業的影響，山美水庫整體呈現富營養化趨勢[4-7]。

監測結果表明，山美水庫“十三五”期間(2016-2020 年)總磷、總氮基本呈上升趨勢，總磷進出口優于Ⅱ類標準，總氮進口濃度范圍為2.11～2.75mg/L，出口濃度范圍為2.02～2.61mg/L，均低于ⅴ類標準，總氮對山美水美的富營養化趨勢有較大的影響，成為山美水庫水質改善的突出瓶頸。為了解山美水庫總氮污染特征,對山美水庫“十三五”期間(2016-2020)年總氮年度監測結果、月度監測結果、進出口濃度差異進行分析,并將總氮月均監測結果與溶解氧、氨氮、BOD 等監測指標進行相關分析，以期為該水庫的總氮污染防治提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 點位設置

監測點位分別布設在水庫的進口（A）出口（B）。根據水深情況，在監測點位垂線上設置上、中、下，監測點位分布圖詳見圖1。

圖1 監測點位分布圖

1.2 分析方法及監測時間

總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ636-2012）。進、出口濃度均值為上中下三層濃度的均值，年度濃度均值為1-12 月濃度均值（2016-2019年均進行了1-12月12次的采樣監測分析，而2020年因監測任務變更只進 行了3 月、7 月和11 月3 次的采樣 監測分析）。監測結果為進、出口濃度均值。

2 結果與討論

2.1 總氮年度污染特征

圖2為2016-2020年山美水庫總氮濃度走勢圖。2016-2020 年總氮進口、出口總體變化不大，除了2018 年出現了明顯的升高，進口濃度范圍為2.11～2.75mg/L，出口濃度范圍為2.02～2.61mg/L，均值濃度范圍為2.07～2.68mg/L，均低于ⅴ類標準（《國家地表水環境質量標準》（GB3838-2002））。進口濃度略高于出口濃度，造成這種現象的原因可能是庫區的藻類等水生植物在繁殖的時候消耗降解了一部分的氮，造成了進出口氮濃度的差異性。可以發現，“十三五”期間庫區的總氮污染較為嚴峻的現象沒有出現明顯的改變。

圖2 山美水庫進出口2016-2020總氮濃度走勢圖

2.2 總氮月度污染特征

圖3為2016-2020年山美水庫進出口總氮月度走勢圖。由圖可知，進口總氮在3-9月濃度較高，出口總氮濃度表現出的走勢與進口較為相似。可能與本地區3-9月降雨量較多，屬豐水期，造成較多的外源污染進入庫區有關。山美水庫上游桃溪、湖洋溪沿岸和山美水庫周邊鄉鎮的耕地面積為10494.8 hm2，農田化肥、農藥流失易于將區域內的氮帶入庫區。同時，庫區上游永春縣城和沿線鄉鎮的工業以及生活污染源在豐水期也易匯入庫區。豐水期濃度高的原因也可能是入庫徑流量大，對庫底沖刷能力強，庫底沉泥對湖水干擾較大，底泥沉積物可能釋放部分含氮污染物。嚴剛等[8]指出青海湖8月總磷濃度高的原因也可能是入湖徑流量大，對湖底沖刷能力強，湖底沉泥對湖水干擾較大。

圖3 山美水庫進出口2016-2020總氮月度濃度走勢圖

監測結果表面，豐水期山美水庫的總氮污染較為嚴重，應重點管控豐水期上游各類污染源的排放，切實加強豐水期源頭排放的控制。

2.3 總氮與各監測因子相互關系

對各月份總氮與溶解氧、氨氮、五日生化需氧量、化學需氧量、氟化物、糞大腸菌群、pH、水溫、透明度、葉綠素a、高錳酸鹽指數和總磷等進行線性相關分析，結果如表1所示。

從表1可知，總氮與溶解氧、五日生化需氧量、化學需氧量、糞大腸菌群、pH、水溫和透明度相關系數均低于0.3，屬不相關；與氟化物、葉綠素a 和總磷相關系數分別為0.48、0.39、0.36，均屬低度相關；與氨氮、高錳酸鹽指數相關系數分別為0.56、0.51，均屬中度相關。

表1 總氮濃度與各監測因子濃度的相關系數

氨氮、高錳酸鹽指數與總氮的相關性較強，屬中度相關。氨氮是總氮的組成成分之一，對總氮的污染有較大的貢獻，控制總氮的污染應控制好氨氮污染。高錳酸鹽指數是反映水體中有機和無機可氧化物質污染的常用指標，總氮中含有的還原性氮在水體中還原性物質占有較大的比重,被氧化過程會消耗大量的高錳酸鉀,造成了總氮的含量與高錳酸鹽指數的相關性較高。

氟化物、葉綠素a、總磷與總氮的相關性較弱，屬低度相關。造成氟化物與總氮有一定相關性的原因可能是部分農藥化肥同時含有氟和氮，這些農藥化肥進入水體造成氟化物和總氮的低相關性。葉綠素a是一種包含在浮游植物的多種色素中的重要色素。葉綠素a的量越高，說明水體富營養化越嚴重。總氮也是水體富營養化的重要指標之一，水體中總氮含量較高容易引起藻類等浮游植物大量繁殖，進而造成葉綠素a的含量攀升。王俊等[9]研究發現，南太湖水體中葉綠素a的含量隨總氮濃度的含量增加而線性上升，表明該時期南太湖水體中總氮的增加會促使藻類的現存量增加。一些研究者認為水體中營養鹽增加會導致其中藻類生物量的顯著增加[10]，另一些研究報道指出湖泊中水體藻類的生物量與水體中的營養鹽濃度之間并不具有顯著的相關性[11]。事實上。對湖泊而言，由于受光照及營養鹽等的共同作用，藻類生物量的最大值通常出現在中營養狀態，而非水體中營養鹽濃度較高的富營養狀態[12]，這也解釋了山美水庫總氮和葉綠素a 存在相關性但是相關系數不高。

總磷是水樣經消解后將各種形態的磷轉變成正磷酸鹽后測定的結果，總磷也是水體富營養化的重要指標之一，造成總磷與總氮有一定相關性的原因可能是部分農藥化肥同時含有磷和氮，這些農藥化肥引入水體造成總磷和總氮的低相關性,這點與氟化物和總氮的低相關性類似。

通過分析“十三五”期間山美水庫總氮濃度與各監測因子的相關性，針對山美水庫的總氮污染防控，應重視含氮、含磷、含氟等農藥化肥、工業污染源、日常生活洗滌用品的使用控制，同時應做好各類污染物源的協同控制。

3 結論

（1）“十三五”期間總氮濃度進口、出口除了2018 年出現了明顯的升高，總體變化不大，進口濃度范圍為2.11～2.75mg/L，出口濃度范圍為2.02～2.61mg/L，均 值 濃 度 范 圍 為2.07～2.68mg/L，進口濃度略高于出口濃度，均低于ⅴ類標準，總氮污染未出現明顯改善。

（2）監測結果表明，豐水期山美水庫的總氮污染較為嚴重，應重點管控豐水期上游各類污染源的排放，切實加強豐水期源頭排放的控制。

（3）分析表明總氮月均濃度與溶解氧、五日生化需氧量、化學需氧量、糞大腸菌群、pH、水溫、透明度相關系數均低于0.3，屬不相關；與氟化物、葉綠素a、總磷相關系數分別為0.48、0.39、0.36，均屬低度相關；與氨氮、高錳酸鹽指數相關系數分別為0.56、0.51，均屬中度相關。總氮污染防控應重視含氮、含磷、含氟等農藥化肥、工業污染源、日常生活洗滌用品的使用控制，做好各類污染物源的協同控制。