趙洋甬 馬靜軍 楊樹生 肖國(guó)起 蔣蕾蕾

(寧波市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,浙江 寧波 315000)

總氮是水體中所含的有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮化合物的總和,包括可溶性及懸浮顆粒中的含氮化合物,主要為硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮 (銨鹽)等無(wú)機(jī)氮化合物和有機(jī)氮化合物[1]。有機(jī)氮化合物由于受微生物作用分解成無(wú)機(jī)氮,消耗水體中的溶解氧,造成水體發(fā)黑發(fā)臭,水質(zhì)惡化。而當(dāng)無(wú)機(jī)氮含量升高到一定濃度時(shí),則可促進(jìn)藻類的大量生長(zhǎng)繁殖,使水中溶解氧急劇下降,魚類大量死亡,導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。水體富營(yíng)養(yǎng)化程度與總氮含量密切相關(guān),因此總氮是反映湖泊、水庫(kù)受污染程度及營(yíng)養(yǎng)鹽水平的重要指標(biāo)之一,是控制湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的特定項(xiàng)目[2]。

亭下水庫(kù)位于奉化溪口,長(zhǎng)期存在總氮超標(biāo)現(xiàn)象,且多次發(fā)生藻類異常增殖,故2009年,我們對(duì)其總氮超標(biāo)情況的成因進(jìn)行了調(diào)查和分析。

1 調(diào)查方法和點(diǎn)位設(shè)置

1.1 水質(zhì)總氮的監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)方法

采樣:為了全面、客觀地反映水庫(kù)水質(zhì)總氮含量及分布情況,按 《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)原則[2],根據(jù)水庫(kù)面積、形狀、水文特點(diǎn)及庫(kù)內(nèi)及周邊污染源分布狀況,布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),部分點(diǎn)位分層采集上層水 (水面下0.5m處)、中層水、底層水 (水底上0.5m處)。

分析:總氮分析采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法[3]。

評(píng)價(jià):將總氮監(jiān)測(cè)結(jié)果,采用水環(huán)境評(píng)價(jià)通用的單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法,以 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[4]Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (總氮≤1.0mg/L)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),并確定水質(zhì)等級(jí)。

1.2 點(diǎn)位設(shè)置

亭下水庫(kù)屬于半封閉型湖庫(kù),本次調(diào)查分別在其壩前、中心、上游設(shè)置采樣點(diǎn),如圖1所示。

圖1 亭下水庫(kù)點(diǎn)位分布圖

1.3 數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中10%的樣品進(jìn)行平行樣加測(cè)分析,并加做質(zhì)控樣,以保證數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。對(duì)不能及時(shí)分析的樣品用硫酸調(diào)至pH=2冷藏保存[2]。

2 調(diào)查結(jié)果

2.1 亭下水庫(kù)三氮時(shí)空變化

表1 亭下水庫(kù)三氮時(shí)空變化

圖2 2009年亭下水庫(kù)總氮時(shí)空變化

2.2 亭下水庫(kù)三氮垂直變化

表2 亭下水庫(kù)壩前三氮分層數(shù)據(jù)匯總

3 結(jié)果分析

3.1 水體中氮元素主要存在形式

水中氮的存在形式主要是有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮四類。水中的氮化合物開始很不穩(wěn)定,最初進(jìn)入水體的通常是復(fù)雜的有機(jī)氮,經(jīng)水中微生物分解,逐漸變成簡(jiǎn)單的氮化合物,最終轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。

對(duì)不同采樣點(diǎn)水樣中的總氮及氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮含量進(jìn)行分析,如圖3所示。

硝酸鹽氮含量占總氮含量的62%～76%,氨氮含量占總氮含量的2%～9%,亞硝酸鹽氮含量占總氮含量比例趨近于0%,說(shuō)明該水體的總氮主要以硝酸鹽氮的形式存在,其次為有機(jī)氮。

圖3 水體氮元素存在形式分析(2009年亭下水庫(kù))

硝酸鹽氮是含氮有機(jī)物氧化分解的最終產(chǎn)物,其含量的偏高表明該水體曾經(jīng)受到過(guò)含氮有機(jī)物污染。有機(jī)氮含量為20%左右,說(shuō)明水體還存在一定污染,水體自凈過(guò)程還在進(jìn)行中。

3.2 受上游來(lái)水影響

亭下水庫(kù)的上游由山上溪水匯集而成。由圖2可直觀地看到雖然上游總氮含量也超過(guò)1mg/L的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),氮其一年內(nèi)的含量基本都低于中心和壩前濃度值。

所以,亭下上游來(lái)水不是亭下水庫(kù)總氮含量超標(biāo)的主要原因。

3.3 降水對(duì)總氮的影響

亭下水庫(kù)位于奉化江支流剡江上游的亭下村,屬東南沿海亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),總庫(kù)容1.53億m3,集雨面積176km2,年降水量1387mm。

充沛的降雨量使得降水成為影響水體總氮含量的一個(gè)重要因素。

一方面,雨水本身含有的含氮污染物進(jìn)入水體。另一方面,降水過(guò)程中,在雨水的淋洗、沖刷作用下,地表的可溶性含氮污染物首先隨著徑流量的增加,對(duì)地表的沖刷作用增強(qiáng),不僅溶解性污染物增多,不溶性的泥沙也被徑流攜帶進(jìn)入水體,從而使的水庫(kù)中各種含氮污染物的含量急劇升高。

3.4 庫(kù)區(qū)魚類養(yǎng)殖對(duì)水體總氮的影響

亭下湖內(nèi)現(xiàn)有魚類養(yǎng)殖品種有加州鯉魚、羅非魚、河鰻、河蝦等。養(yǎng)殖面積約為整個(gè)湖庫(kù)面積的1/4左右,養(yǎng)魚產(chǎn)生的污染物,如魚飼料、魚藥、化肥、魚糞等對(duì)水體總氮也有著一定的影響。

根據(jù)測(cè)算,養(yǎng)殖一噸淡水魚,產(chǎn)生的糞便相當(dāng)于20頭肥豬的糞便量,其中污染最重的是投餌。

由于局部投餌的結(jié)果,網(wǎng)箱內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量明顯高于網(wǎng)箱外,然而所投的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并不能被魚體完全消化吸收,從而對(duì)水體會(huì)造成局部乃至大面積影響。

3.5 水土流失及農(nóng)業(yè)面源對(duì)總氮的影響

良好的森林植被可以防止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)多流失,對(duì)氮有很好的固定作用。目前湖庫(kù)周邊已種植竹類作物為主,所種植竹種根鞭發(fā)達(dá),固土力強(qiáng),龐大的鞭根形成一種密集的網(wǎng)絡(luò),無(wú)數(shù)細(xì)小的竹根與土壤緊緊結(jié)合在一起,大大減少了土壤的流失,所以庫(kù)區(qū)水土流失率較低,水土流失不是造成湖庫(kù)內(nèi)總氮負(fù)荷的主要因素。

另一方面,竹子在培育過(guò)程中需要用到肥料、農(nóng)藥等,由于植物的利用效率有限,大部分會(huì)向湖庫(kù)擴(kuò)散或在雨水的沖刷下經(jīng)由地表徑流流入湖庫(kù),這些含氮污染物可能是湖庫(kù)內(nèi)總氮含量增加的重要。

3.6 藻類生物繁殖對(duì)總氮的影響

由于藻類生物特別是藍(lán)藻生物有著較強(qiáng)的固氮作用,在適宜的溫度、光照、水文以及營(yíng)養(yǎng)鹽等因素共同作用下,藻類生物的異常快速增殖必然會(huì)導(dǎo)致水體中氮元素大量向藻體內(nèi)富集,底泥中的氮元素在水體動(dòng)力學(xué)因素影響下向上覆水體釋放擴(kuò)散,導(dǎo)致水體中氮元素含量明顯升高。

如圖2所示,10月29日發(fā)生微囊藻水華時(shí),其總氮含量有明顯增高。此外,如表2所示,由于藻類生物的向光性,白天表層(水面下0.5m)藻類較多,所以采集到的含藻水樣濃度較下層高出許多且高出的總氮以有機(jī)氮形式存在。

綜上所述,藻類生物的增殖對(duì)水體總氮的增加有著顯著影響。

3.7 其他影響因素調(diào)查

經(jīng)調(diào)查,水庫(kù)周邊居民均已遷徙,外來(lái)游客也較少,故水體來(lái)自生活污水和生活垃圾的影響較小,可以忽略。水庫(kù)周邊也無(wú)規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖、定點(diǎn)屠宰場(chǎng),周邊企業(yè)污水均接入管網(wǎng),不會(huì)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)產(chǎn)生影響。

3.8 自來(lái)水廠的總氮去除效率調(diào)查

亭下水庫(kù)的水主要經(jīng)肖鎮(zhèn)泵站供往南郊水廠。2009年8月,對(duì)該廠自來(lái)水出水水質(zhì)測(cè)定結(jié)果為1.42mg/L,較8月亭下壩前中層(較接近于取水口)的總氮含量(1.63mg/L)減少13%。水廠對(duì)總氮的去除率較低。

4 庫(kù)區(qū)總氮超標(biāo)控制措施

要防止庫(kù)區(qū)內(nèi)總氮含量超標(biāo),就必須從根本上減少外源氮元素的排入,并采取措施減少湖庫(kù)內(nèi)部氮元素濃度。主要措施如下。

第一,嚴(yán)格控制外源性營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入。應(yīng)加大力宣傳和管理力度,嚴(yán)格控制庫(kù)區(qū)魚類養(yǎng)殖面積,并嚴(yán)厲打擊違規(guī)投放魚餌、魚藥行為;加強(qiáng)庫(kù)區(qū)流域農(nóng)業(yè)用地管理,合理規(guī)劃農(nóng)業(yè)用地;推廣根據(jù)土壤肥力檢測(cè)結(jié)果合理使用化肥的技術(shù),嚴(yán)格按照《農(nóng)藥管理使用準(zhǔn)則》科學(xué)用藥。

第二,減少水體內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)鹽濃度。如開展內(nèi)源污染清除工程(污染底泥環(huán)保疏浚),建設(shè)有效的生態(tài)浮島等。

5 結(jié) 論

(1)亭下水庫(kù)水體的總氮主要以硝酸鹽氮的形式存在,其次為有機(jī)氮。

(2)降水、庫(kù)區(qū)魚類養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)面源污染、藻類生物增殖是該水體總氮超標(biāo)的重要原因。

(3)庫(kù)區(qū)總氮超標(biāo)的控制應(yīng)從嚴(yán)格控制外源性營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入和減少水體內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)鹽濃度兩方面著手進(jìn)行。

[1]大連工學(xué)院污跡化學(xué)教研室.無(wú)機(jī)化學(xué)[M].北京:人民出版社,1982

[2]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002

[3]GB 11893-89水質(zhì)總氮的測(cè)定紫外分光光度法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1989

[4]GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002