徐匯區地表水中氨氮、總氮與總磷變化趨勢及相關性研究

顧嫻靜

（上海市徐匯區環境監測站，上海 200233）

1 前言

水體富營養化是由于氮、磷等其他不同類型營養元素的不斷增多，造成水體中出現大量藻類，或者是其他浮游生物，從而破壞整個水生自然環境的均衡[1]，造成水體有臭味，而且變得十分渾濁，這是一個全球性的環境問題。氮、磷等元素是最基礎的化學循環元素，是造成水體富營養化的原因，它們主要是由一些生活和工業污水形成的污染導致而成[2]。所以，氨氮、總氮和總磷是最關鍵的污染物，針對他們的監測分析至關重要。

本文通過分析徐匯區部分地表水斷面氨氮、總氮、總磷之間的關系，建立回歸方程，研究其線性特征，最終的分析結果有益于審核人員對數據進行精準把控。在實際工作中，便于利用其中某一種參數的測量值對另外兩種參數的濃度范圍作出預測，從而設定適當的稀釋倍數，判斷水體所處范圍的標準，提升了數據分析效果。

2 數據來源

本文數據來源于2020年上海市徐匯區地表水6個斷面（點位）的監測數據。其中2019年12月至2020年3月為枯水期，4月～5月、10月～11月為平水期，6月～9月為豐水期，6個斷面每月月初監測一次，分為上下頻，數據已作均值處理，共獲得了216個數據。

3 研究方法

3.1 分析方法

氨氮項目的分析采用了《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535-2009）[3]，分析總氮項目時主要參考了《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）[4]，而分析總磷項目時主要參考了《水質 總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB 11893-1989）[5]。

3.2 數據處理

通過使用數據分析軟件SPSS來全面分析所有的監測數據，剖析這些數據之間的皮爾遜相關性，如果最終分析結果呈顯著性相關關系，那么可以借助origin進行曲線繪制，建立一元線性回歸方程；如果最終分析結果沒有顯著性相關關系，則不繪制曲線，無相關性關系。

4 結果與討論

2020年度6個斷面的氨氮、總氮、總磷監測數據如表1所示。地表水采樣及分析、數據處理均參照相關標準中的規范要求進行。

表1 2020年度氨氮、總氮、總磷的監測結果匯總（單位：mg/L）

4.1 氨氮、總氮、總磷比值的時間變化趨勢

圖1顯示多數斷面在豐水期氨氮-總氮比值最高，枯水期總體數值比平水期低。通常地表水中監測的總氮數值包括氨氮數值、硝氮數值、亞硝氮數值以及有機態氮數值，多位研究人員發現[6]，當前對于遭受嚴重污染的水體來說，氨氮-總氮的占比相對較高，說明氨氮的形態也相對較多。因此不難分析出，在高水位時期，水體受到的損害和污染較為嚴重，而在干旱和平坦的水體中，其受到的污染程度較小。

圖1 不同時期氨氮-總氮比值變化趨勢圖

圖2顯示枯水期期間氨氮-總磷占比較高，而豐水期比值最低。究其原因主要是由于季節性的變化導致總磷含量也會發生相應改變，相較于平水期和枯水期的水體來說，豐水期的水體總磷含量明顯較高。一般情況下，地表水體中的總磷形態多種多樣，比如有溶解無機磷等，而水體中藻類生長的主要營養元素來自于磷[7]，總磷的季節性變化與藻類多少變化相符。

圖2 不同時期氨氮-總磷比值變化趨勢圖

與氨氮-總磷比值相似，從圖3中不難看出枯水期的總氮-總磷含量，與高水豐期和正常水豐期相比明顯增加。同樣，這與總磷的顯著季節性變化有關。

圖3 不同時期總氮-總磷比值變化趨勢圖

4.2 氨氮、總氮、總磷的相關性研究

4.2.1 氨氮與總氮的相關性研究

通過對表1的氨氮與總氮數據統計分析可以得出，以氨氮濃度為x，總氮濃度為y，創建的回歸方程為y=ax+b，其中a為斜率，b為截距，并繪制兩者的線性相關性圖。通過表2中數據結果看，每個不同時期呈現的相關性曲線也有很大不同，具體如圖4、圖5、圖6所示。在枯水期，氨氮與總氮之間呈現出顯著性的相關性，且相關系數達到0.964，皮爾遜相關性為0.966，二者之間的顯著水平為0.01，表明二者間存在明顯的正相關關系；在平水期，二者間同樣呈現出顯著性的相關性，且相關系數達到0.903，皮爾遜相關性為0.907，二者之間的顯著水平為0.01，表明二者間存在明顯的正相關關系；在豐水期，二者間同樣呈現出顯著性的相關性，且相關系數達到0.98，皮爾遜相關性為0.981，二者間的顯著水平為0.01，表明二者之間存在明顯的正相關關系。相比之下，豐水期相關性最高，枯水期次之，平水期最低。

表2 2020年度不同時期氨氮與總氮相關性情況

圖4 枯水期氨氮與總氮線性關系

圖5 平水期氨氮與總氮線關系

圖6 豐水期氨氮與總氮線性關系圖

4.2.2 氨氮與總磷的相關性研究

對表1中氨氮與總磷監測數據進行統計分析，以氨氮濃度為x，總磷濃度為y，創建一元線性回歸方程y=ax+b，其中a為斜率，b為截距，繪制兩者的線性相關系圖。表3顯示的是氨氮與總磷的線性情況，圖7、圖8、圖9展示的是多個時期的相關性曲線情況。按照表3和圖7、圖8、圖9所示的結果來看，在枯水期，氨氮與總磷之間呈現出顯著性的相關性，且相關系數達到0.928，皮爾遜相關性為0.932，二者間的顯著水平為0.01，表明二者間存在明顯的正相關關系；在平水期，兩者之間的相關性也很明顯，相關系數為0.831，皮爾遜相關系數為0.839，二者間的顯著水平為0.01，這表明二者間存在明顯的正相關關系；在豐水期，相關系數和皮爾遜相關性分別為0.951和0.954，二者間的顯著水平為0.01，表明二者間存在明顯的正相關關系。而豐水期相關性最為突出，枯水期次之，平水期最低。

表3 2020年度不同時期氨氮與總磷相關性情況

圖7 枯水期氨氮與總磷線性關系

圖8 平水期氨氮與總磷線關系

圖9 豐水期氨氮與總磷線性關系圖

4.2.3 總氮與總磷的相關性研究

對表1中總氮與總磷監測數據進行統計分析，以總氮濃度為x，總磷濃度為y，創建回歸方程y=ax+b，其中a為斜率，b為截距，并繪制兩者的線性相關性圖。表4為總氮與總磷的線性情況，圖10、圖11、圖12為不同時期的線性相關性曲線。在枯水期，總氮與總磷之間呈現出顯著性的相關性，且相關系數達到0.906，皮爾遜相關性為0.910，二者之間的顯著水平為0.01，這表明二者之間存在明顯的正相關關系；在平水期，相關系數為0.961，皮爾遜相關系數為0.963，二者之間的顯著水平為0.01，這表明二者之間存在明顯的正相關關系；在豐水期，二者之間同樣的呈現出顯著性的相關性，且相關系數達到0.941，皮爾遜相關性為0.943，二者之間的顯著水平為0.01，這表明二者之間存在明顯的正相關關系。由此可見，平水期相關性最高，豐水期第二，枯水期最低。

圖10 枯水期總氮與總磷線性關系

圖11 平水期總氮與總磷線性關系

圖12 2020年豐水期總氮與總磷線性關系

表4 2020年度不同時期總氮與總磷相關性情況

5 結語

（1）通過研究不同時期徐匯區地表水各個斷面氨氮-總氮比值、氨氮-總磷比值、總氮-總磷比值，最終總結得出，在豐水期，氨氮-總氮含量占比最大，而氨氮-總磷含量占比以及總氮-總磷含量占比在這個時期相對最小，說明豐水期期間氨氮、總磷的整體含量相對較高，水體富營養化情況也十分嚴重，平水期與枯水期相對受到的環境污染較少。

（2）相關性研究表明，徐匯區地表水斷面的氨氮、總氮與總磷之間的關系較為顯著，成正相關關系，尤其是在豐水期，相較于平水期和枯水期，這三者之間的相關關系較高，而總氮與總磷之間的關聯關系，在平水期的相關性最高。

（3）綜上所述，針對這三者之間的相關性關系創建回歸方程并進行統計分析研究非常重要，這對于以后的日常監測具有不容小覷的指導意義，按照這三個參數進行關系測定，判斷另外兩種參考值的大致含量范圍，可以預測稀釋倍數，并提升檢測分析的效果。