2016年黄河兰州段氮素变化趋势的几点思考＊

汪文琦 ，于 瀛 ，冒立栋 ，段 辉 △

（1.甘肃省分析测试中心，甘肃 兰州730000；2.沃特世科技有限公司北京分公司，北京100026）

随着经济的高速发展，工业、农业、畜牧业等产生的氨氮、总氮排放量早已超出了水体环境容量。“十二五”以来，氨氮和COD就被纳入全国主要水污染物排放约束下控制指标。氨氮是一把“双刃剑”，一方面作为水体中的主要耗氧污染物，可能导致水生生物畸变率提升，另一方面也为浮游植物提供营养源。总氮用来表征水体受营养物质污染程度，常常在水体富营养化，甚至于水华或者赤潮水体中被提及。目前氨氮和总氮的检测方法已成熟，各自对应的排放标准也规定了控制标准值，二者同时具备易监测，易统计的特性，所以对水体中氨氮、总氮值的监测要求是常规化。

黄河兰州段是甘肃省会兰州的第一水源地，黄河沿岸人口密集，2015年3月兰州市自来水有异味，疑似氨氮超标等事件发生，暴露兰州饮水安全问题，人民群众对生活饮用水质量的关注度持续上升。所以，对黄河兰州段氨氮、总氮常规长期的监测和变化趋势的研究，为保障兰州市安全供水具有重要意义。

国内对黄河兰州段水质污染分析研究较少，对氨氮和总氮含量关系的讨论更是少之又少。张锐坚[1]等用内梅罗水污染指数法统计分析2002-2006年黄河兰州段水质监测数据，结果表明黄河兰州段水体的主要污染物是粪大肠菌群和总氮，大量未经处理的生活污水排放是黄河兰州段的主要污染源。刘杰[2]等对黄河兰州段水质进行了详细调查，结果显示大肠菌群、挥发酚、石油类、化学需氧量、总磷严重超标。贾瑞丽[3]等采用单因子污染指数法确定水质类别，用污染负荷系数法确定主要污染物，用污染变化趋势定量分析说明污染物变化趋势，结果表明黄河兰州段水体以生物、有机类污染为主。此外,较多报道均为黄河兰州段水污染现状与防治对策等方面的综述性文章。可见，现有文献中对黄河兰州段中各个污染因子的报道较为常见，对黄河兰州段出入境断面之间污染程度的比较鲜有报道，专门针对氨氮和总氮这种氮素变化趋势的研究更不多见。

1 数据与方法

选择2016年黄河兰州段扶河桥（入境断面）、湟水桥(支流)、新城桥(省控)、包兰桥(国控)、什川桥（国控，出境断面）5个断面（如图1所示），依据国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中规定标准方法采集氨氮、总氮和COD值采用对数均方根误差（RMSE）、平均相对误差（ε）和对数平均偏差（δ）进行统计分析。

图1 黄河兰州段地表水断面

2 结果及分析

由图2可知，2016年黄河兰州段湟水桥断面氨氮值在3月份超标，其余断面均达标，含量相对较低的是扶河桥和新城桥。5个断面均未超标的指标是化学需氧量，尽管如此，监测结果显示逼近该断面标准限值的部分月均值还是存在的。而监测期间总氮值在5个断面全部超标。

图2 2016年黄河兰州段5断面氨氮和总氮值图

在对扶河桥断面（入境）和什川桥断面（出境）水质监测数据的比较中，由表1可知，两断面之间氨氮、总氮数据差异较大。以入境断面（扶河桥）各指标监测值为参考，对比出境断面（什川桥）同时期同指标监测值，可以发现，虽然监测值多达到标准限值，但是黄河兰州段水体水质污染趋势加重，尤其是氨氮、总氮排入量需要严格把控。

结合2016年甘肃省环境质量公报和黄委会水情信息公报，黄河5个断面依据其各自水质功能类别的不同，监测指标有其断面标准限值，根据监测结果，表明各个区段均能满足其水质功能区要求。

3 讨论

当下流域污染的研究中，对碳循环的研究占绝对的主导地位。无论是空气中、水体中、土壤中还是在各个临界面的碳循环迁移转化都已取得了较多已成型的研究成果，在很多方面都已面临瓶颈。考虑到C、N、P是生物体组成的基本元素，而氮素在水、气、土及各个临界面的迁移转化情况、规律和研究成果较少，且氮素在自然界的迁移转化更为复杂、不稳定，所以借助于氮循环来突破碳循环研究瓶颈，或者借助于其他同期监测指标来判断氮循环的迁移转化效率或者规律，应该是一个很好的研究方向。

建国以来，甘肃主要以矿产资源的开发带动甘肃经济发展，近年在甘肃经济转型发展中，轻工业的发展异常迅速，加之与之配套的环保政策和设施的不完善，使得黄河兰州段流域污染情况有所加剧，这种加剧往往在黄河泥沙吸附能力和浑浊度的遮掩下很容易被人忽视。如湟水桥断面的情况就是这种局面的环境体现。又如本次研究中，氨氮值经常处于排放标准临界值，而总氮值往往是超标状态。氮循环的难点在于有机氮和无机氮的迁移转化，本文考虑参考化学需氧量（COD）监测值来说明问题。COD针对的是水体中有机物质的相对含量，环境因素的变化常常就可以造成COD值的变动，而这种变动，恰恰也从另一个侧面反应了有机氮向无机氮的转化程度。在对氨氮、总氮和 COD值的分析统计中，发现COD值的统计结果较为合理，所有统计指标在三者中也最低。而相对而言，氨氮的统计结果在三者之中均为最高值。由此可以合理推断，用COD和总氮值作为表征水质状况的试金石更为合理（如图3所示）。

表1 扶河桥断面（入境断面）和什川桥断面（出境断面）氨氮、总氮、COD值差异性比较

图3 2016年黄河兰州段5断面COD值图

氨氮监测值在5个断面中丰水期间均达标，但在湟水桥断面，氨氮值在枯水期间大多超标。究其原因，一方面与湟水桥断面所处区域环境有关，另一方面，由于黄河是高浊度水体，泥沙、年径流量、外源污染物的变化随时影响氨氮监测值的变动[4-7]。5个断面中总氮指标全部超标，而氨氮监测值除枯水期湟水桥断面超标外其余均达标，表明环境质量评价标准方面，还存在因子之间评价标准逻辑性不合理问题。