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

(商丘師范學院 測繪與規劃學院，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

(商丘師范學院 測繪與規劃學院，河南 商丘 476000)

通過對商丘市區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個地表水體進行調查研究，測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；秋韻湖和萬堤溝兩地的亞硝酸鹽氮含量呈上升趨勢，南湖的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量均呈現下降趨勢.商丘地區城鎮化進程和農業的發展對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，與人類的生存環境息息相關.近年來，人口數量不斷增長以及城市化進程不斷加快，硝酸鹽對地表水的污染也日益加劇.水污染嚴重危害著人類的生存環境，對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，有助于推進商丘地區水污染治理工作，以及《商丘市碧水工程計劃》的實施.

研究表明，硝酸鹽污染是造成地表水污染的重要因素，且硝酸鹽污染對人體健康的潛在影響越來越受到重視[1].目前，學者對商丘地區地表水質量評價、水資源現狀以及治污措施等方面的研究較多，但是對于小尺度區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，而對于不同形態的氮素，硝態氮對水體的影響最為顯著.鑒于此，本文通過對商丘地表水體采樣及室內分析，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依據.

1 研究區域及研究方法

1.1 研究區域概況

商丘市地處河南省的東部，屬豫東平原，地處豫、魯、蘇、皖四省的結合地帶，全市面積約10 704 km2.地貌主要為黃河沖積平原，地勢較平坦，由西北角向東南角微傾；地理位置優越，京九鐵路、隴海鐵路、310國道、105國道均在商丘交匯，形成一個十字黃金交通樞紐.氣候屬暖溫帶季風氣候，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個水域范圍作為研究對象.所選監測區域處于商丘市的4個方位，所選河流湖泊流域面積大小不一，既有點狀流域、面狀流域又有線狀流域，體現出點、線、面相結合研究的科學性.

水樣的采集和保存方法按照中華人民共和國國家環境保護標準HJ494-2009《水質采樣技術指導》[2]和GB12999-91《水質采樣樣品的保存和管理技術規范》[3]來進行采樣.采樣時應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，以防污染而造成結果誤差大.取樣后冷藏保存，溫度控制在2～5℃，并加入化學保存劑、抗氧化劑進行保存.

1.2.2 分析方法

所有樣品均在商丘師范學院測繪與規劃學院環境監測實驗室測定水樣中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的含量.硝酸鹽氮的測定采用紫外分光光度法(HJ/T346-2007)，亞硝酸鹽的測定采用N-乙二胺分光光度法(GB 7493-87).

1.3 數據分析

試驗數據采用SPSS 21.0統計分析軟件和Excel 2010軟件進行處理，柱形圖采用Origin 8.6繪圖軟件繪制.采用ANOVA進行方差分析，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低于其余三個區域(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、南湖及蔡河三個區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年遠高于2013年且呈現近四年的最高值，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.萬堤溝、蔡河兩地的硝酸鹽氮含量呈現上升趨勢，南湖的硝酸鹽氮含量呈現下降趨勢.總體來看，商丘市地表水硝酸鹽氮含量呈現在波動中上升的趨勢.

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極為顯著(P<0.01).2013年南湖亞硝酸鹽氮含量遠高于秋韻湖、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年達到最大值，而南湖的亞硝酸鹽氮含量在2014年出現最小值，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上升趨勢，南湖的亞硝酸鹽氮含量呈現下降趨勢，且4個區域的亞硝酸鹽氮含量在2015～2016年間基本趨于穩定.

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以《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)為評價標準，據此可以發現商丘市地表水硝酸鹽氮含量并未超出國家標準(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物氧化分解的最終產物.另外，人類的生產生存活動，都會造成硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的污染，如生活污水及工業生產廢水的排放、農田氮肥的施用等.而研究區域內采樣點周圍主要為居民區、商業區、工業區以及農田等，如蔡河流經商丘工業區.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田氮肥的施用.

3.2 工農業發展對地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的影響

近幾年商丘市經濟發展迅速，第二產業、第三產業生產總值增長迅速，尤其是第二產業每年以10%的速率增長.商丘工業體系以冶鐵、制冷、建材、機械、鑄造、電力以及食品等行業為主，而此類行業在生產過程中排放的廢水中含有高濃度的硝酸鹽和亞硝酸鹽，在進一步地好氧生物處理中與氮結合形成高濃度的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，這也有可能會導致區域性的氮鹽變化.

商丘市是河南這一農業大省的一個行政市，主要以農業為主，氮肥施肥量非常大，而商丘市農業灌溉方式以大水漫灌為主，加大了氮肥的流失量，如遇下雨天會隨著地表徑流流入水體，會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

對于地表水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮污染的緩解，首先應該立足于“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行機制.監督管理是保護水資源、整治水環境的重要舉措.因此，要貫徹執行《淮河流域水污染防治條例》完善水環境的管理機制，加強對污水排放的管制，協調用水、排水、廢水處理與回收利用的問題[4].環保部門以及水務部門要對河流、湖泊等水源區域進行嚴格管理，嚴禁生活污水和工業廢水排入河流湖泊[5].

第二，制定相關條例，嚴格排放標準.商丘市地區地表水中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮大部分來源于工業廢水的排放，因此制定相應的污水排放條例，嚴格工業廢水中含硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的指標限值，對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，在農業方面，要科學合理地施用氮肥，提高氮肥的利用效率，防止其由于流失而造成污染.加強農業科技的研發，推廣以碳銨為主的化肥，倡導農家肥的施用；在農業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，在工業防治方面，有關部門應該嚴格監測相關企業的廢水、廢氣排放情況，并制定相關條例及具體的行業排污標準，積極引導企業走環保發展之路[7].

4 結 論

商丘市地表水硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量存在區域性的差異，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較大，萬堤溝、蔡河兩地的硝酸鹽氮含量呈現上升趨勢；除蔡河外，秋韻湖和萬堤溝兩地的亞硝酸鹽氮含量呈現上升趨勢，南湖的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量均呈現下降趨勢，且4個區域的亞硝酸鹽氮含量在2015～2016年間基本趨于穩定，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化進程及農業的發展有著密切的聯系.

[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水質采樣技術指導[S].北京：中國環境科學出版社，2009.

[3]GB/12999—91水質采樣樣品的保存和管理技術規定[S].北京：中國標準出版社，1992.

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

[5]李偉.水污染對于人來健康的影響及對策探討[J].農業與技術，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狀及分析[J].遼寧醫學院學報，2012，33(6)：542-544.

[責任編輯：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

商丘師范學院青年骨干教師資助項目(2015GGJS15)；2015年度河南省高等學校重點科研項目(15A180054)

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

X131.2

A

1672-3600(2017)12-0044-04