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：高度城市化地區河流中氮污染所引起的環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域性的環境污染問題，更是全球面臨的重大而又迫切的環境問題之一[1]。受經濟快速發展和人類活動的影響，氮的來源和污染呈現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，而且影響了氮循環過程，嚴重影響了城市生態環境[2]。城市是人口密集地區，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，可為城市環境管理提供科學依據，具有重要的科學價值與研究意義。

2.材料與方法

2.1 研究區概況

2.1.1外秦淮河

外秦淮河位于南京主城區，流經江寧、秦淮、建鄴、鼓樓區，從三汊河入江。根據市環保局發布的全市省考水環境質量狀況報告，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，流經玄武、郝建和秦淮區，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，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，流經玄武湖，經寶塔橋匯入長江，流域主要覆蓋老城區。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，經離心過濾，-20oC保存待測。采用連續流動儀（SAN plus，Skalar Analytical B.V.，Breda，Netherlands）分析氨氮，硝酸氮和亞硝酸氮含量。

2.3統計分析

相關性分析、數據做圖采用SPSS，采用百分比分析各氮形態所占比例。

3結果與分析

3.1不同氮形態含量

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，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，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的含量與比例有較大的區別。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]研究發現，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。

此間南京城市化發展迅速，尤其是第三產業發展迅速。1986年總人口471.61萬人，地區生產總值86億元，第三產業比重為26.3%。2018年南京市總人口為696.94萬人，地區生產總值達到12820.40億元，第三產業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發展息息相關，工業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。城市化還帶來了養殖業、農業的規模化發展，畜禽的糞便排放造成水體的富營養化，是影響城市河流氮污染的重要因素;大量的農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的關鍵環節，可以使氮的相態發生改變，將生態系統的活性氮轉化為氣態氮并歸還到大氣中。

（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。倡導發展生態農業，減少化肥和有機肥的生產和使用，科學減量施用農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修復工程

生態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物質和降低水中有機污染物，美化環境，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格局及動態的影響研究進展[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. 秦淮河水環境質量現狀分析及評價[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，自然地理與資源環境;

黃穎，1998.08，女，漢族，湖南永州，本科，自然地理與資源環境。