入海河口斷面氨氮與總氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)相關性分析

＊陳 斐

（廣東省環(huán)境監(jiān)測中心 廣東 510308）

氮分子是浮游植物生長、發(fā)育和繁殖所必需的營養(yǎng)物質(zhì)之一，在抑制浮游植物氧化過程中氮的產(chǎn)生有著極為重要的作用。作為限制水初級生產(chǎn)力的主要因素之一，水環(huán)境中氮的分布在某種程度上控制著水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)過程。通常情況下，水質(zhì)監(jiān)測常用的指標有總氮和氨氮。營養(yǎng)鹽同時也作為一項重要參考指標來衡量水污染程度。總氮指無機氮（含硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮）和有機氮（含蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、疊氮化物、偶氮、腙、腈等）。當大量生活污水、農(nóng)業(yè)廢水或含氮工業(yè)廢水排入水體時，有機氮和無機氮化合物含量在水中迅速增加，生物和微生物水中溶解氧消耗量增加，水質(zhì)惡化。因此當這些浮游植物體內(nèi)富含鈣和其他礦物質(zhì)如氮、磷的水平過高時，浮游植物很可能大量消化鈣并繁殖，導致許多浮游植物體內(nèi)沒有營養(yǎng)富集。因此，總氮是水體富營養(yǎng)化的主要指標。水中以游離氨和銨鹽形式存在的氮共同構成了氨氮。其中，水的酸堿度和溫度共同決定了分子氨和離子氨的組成。pH值越低，水溫越低，水體總銨中分子氨比例越小毒性越小。一旦pH小于7.0，水中幾乎所有氨氮都以離子銨的形式存在。pH值越高，水溫越高，分子氨的比例越大,其毒性也就大大增加。氮是通過氨氮和無機氮的水生態(tài)系統(tǒng)的溶解及水氮循環(huán)形成的。研究表明，氨氮與總氮之間存在一系列的比例關系，但由于水質(zhì)的不同，氨氮與總氮之間的關系會有所不同。在實際檢測中，總氮的檢測步驟和條件比較復雜，檢測數(shù)據(jù)中總氮的異常，含量通常低于氨氮；氨氮的檢測方法相比較而言簡單穩(wěn)定。

鑒于此，有必要對氨氮和總氮在其不同水體中的比例以及相關性進行研究，建立兩者之間的關系，實現(xiàn)氨氮對總氮的直接估算，具有重要意義。本文選擇廣東珠江三角洲中7個入海河口斷面作為研究對象，根據(jù)7個入海河口水質(zhì)自動監(jiān)測站（以下簡稱水站）氨氮和總氮年度濃度作為分析數(shù)據(jù)，研究入海河口斷面總氮和氨氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的相關性，為廣東沿海水域水質(zhì)預測模型的建立、水質(zhì)評價、污染物排放總量綜合減排效率核算和工業(yè)污染源綜合排放總量核算系統(tǒng)做好專業(yè)技術的提供與支持。對于豐富營養(yǎng)化質(zhì)量控制及其他相關科學問題的理論研究發(fā)展具有不可替代的理論意義。

1.材料和方法

(1)數(shù)據(jù)情況

7個水質(zhì)自動監(jiān)測站分布在廣東省珠江三角洲的七條入海河流的河口，選取2020年1-12月氨氮和總氮月均值進行統(tǒng)計。

(2)自動監(jiān)測儀器分析方法

總氮的分析方法一般為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，氨氮的分析方法為水楊酸分光光度法。而對氨氮進行分析則多采用水楊酸分光光度法。全氮與氨氮的相關性研究監(jiān)測結果采取回歸分析方法。回歸分析法主要利用Excel軟件對總氮和氨氮進行回歸分析。

2.結果和討論

(1)入海河口的總氮和氨氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)情況詳見表1。

表1 入海河流總氮和氨氮年均濃度數(shù)據(jù)

(2)總氮和氨氮相關關系

根據(jù)表1，我們可以計算出從水站1到水站7的河口總氮和氨氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的相關性。以氨氮為變量X，總氮為變量Y，建立Y對X的線性回歸方程。氨氮與總氮的相關系數(shù)為Y=3.3x+1.56，擬合優(yōu)度R2=0.1296，相關系數(shù)r=0.36。見表2。

表2

趨勢圖曲線的非模擬量組合準確程度通常需要被應用到模擬量組合的最優(yōu)度R2來進行判斷。R2值估計能有效反映長期趨勢日線圖的估計值與反映相應區(qū)域?qū)嶋H趨勢數(shù)據(jù)的非模擬量的組合一致的程度。隨著擬合系數(shù)的程度越高，趨勢曲線的擬合可靠性就越高。通過表2可以看出，7個水站的氨氮和總氮自動監(jiān)測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出良好的正相關關系，即總氮隨氨氮濃度的增減呈現(xiàn)出明顯的同步增減的變化特征。

3.討論

總氮與氨氮分別為二氧化碳、三氯苯胺和氨氮，這兩種檢測方法最為普遍。營養(yǎng)食品鹽分含量是衡量人類對水體環(huán)境污染的重要指標。全氮含量指水中所有無機氮（主要包括硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮）和有機氮（主要包括蛋白質(zhì)、氨基酸、疊氮、偶氮、腈等）的綜合總氮。將生活、農(nóng)業(yè)廢水以及其他工業(yè)污水經(jīng)處理排入地下水體當中。

(1)提高河流流量監(jiān)測能力

河流污染物濃度和排放量是計算污染物入海通量的重要依據(jù)。由于環(huán)保部門只能獲取年徑流量，時效性差，很難有效地應用于環(huán)境質(zhì)量評價和環(huán)境管理。因此，要在全國開展流量監(jiān)測技術和相關資金投入研究，建立河口水質(zhì)長期監(jiān)測網(wǎng)絡，及時、可靠地獲取入海河流流量數(shù)據(jù)，使河流入海流量的研究更加準確、科學。

(2)補充河流水質(zhì)評價總氮標準限值

現(xiàn)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）僅對每個湖泊、水庫的氧化氨氮、硝態(tài)氧化氮和總氨與氮的綜合評價使用標準范圍進行了嚴格限制，未對每條河流的總氨和氮評價標準范圍作出明確規(guī)定。全氮含量是水中有機化合氮、氨氮、硝酸鹽化合氮、亞硝酸鹽化合氮和其他無機化合氮的含量總和。亞硝酸鹽的二氮化物是一個氮原子循環(huán)的中間氧化產(chǎn)物，不穩(wěn)定。因此，水質(zhì)主要可以用于硝態(tài)氨氮和硫酸硝態(tài)混合氮的定量測定。有機質(zhì)含氮產(chǎn)物是一種含氮產(chǎn)物有機質(zhì)中總碳和氮的主要含量，是總碳和氮的重要結構組成的一部分。研究結果表明，龍江口有機磷的氮化物含量最高可達20%-90%，而龍江口有機磷的氮化物含量最高可達50%以上。有機氨和氮不僅僅是可以通過轉(zhuǎn)化而成為無機氨和氮，甚至還可以通過轉(zhuǎn)化而成為潛在的各種營養(yǎng)和礦物質(zhì)并提供給微生物綜合利用。尤其是下游河口，容易長期發(fā)生水質(zhì)富營養(yǎng)化，對下游海域整體水質(zhì)安全構成極大環(huán)境威脅。全氮含量是無機化合氮和有機化合氮的含量總和，是目前衡量人類水質(zhì)的重要測量指標之一。根據(jù)各類海水中無機鹽總氮化物濃度的變化趨勢，可以在一定量的程度上準確推斷出該種類海域無機鹽和氮化物濃度的潛在變化。因此，建議國家補充制定河流總體氨氮含量評價標準限值，進一步建立完善我國地表水流域環(huán)境污染質(zhì)量綜合評價體系標準制定體系。

(3)推進用海定地，協(xié)調(diào)海陸管理

目前，河流水質(zhì)評價指標已達到甲級標準，海水水質(zhì)評價指標已達到無機氮和海洋環(huán)境保護標準。在本次研究中，河口段基本滿足評價要求，但海水不達標，陸地減排措施的效果無法體現(xiàn)在海洋環(huán)境質(zhì)量上。因此，研究建立統(tǒng)一的海陸生態(tài)環(huán)境管理模式，并提出相應的海陸一體化監(jiān)測管理協(xié)調(diào)機制和相應對策，取代以往的獨立評價模式，是未來海洋碼頭管理的可能。根據(jù)海洋環(huán)境質(zhì)量實時變化情況，逐級跟蹤沿江各部門治理措施，推進環(huán)保、水利、海洋等部門的監(jiān)測管理協(xié)調(diào)機制，是一種新途徑。

4.小結

本文選取廣東珠江三角洲入海河口7個斷面為研究對象，通過對入海河口的年平均值進行分析，研究入海河口總氮與氨氮的相關性。研究表明，入海口7個斷面的氨氮與總氮呈正線性關系。