“十三五”期间山美水库总氮污染特征及其与各水质监测因子相关分析

谢瑞加，刘丽萍，蔡洁滢

（福建省泉州环境监测中心站，福建 泉州 362000）

近年来，随着社会经济的发展和人口的激增，我国水体富营养化问题十分突出，其主要原因是由于水体中营养盐的含量不断增高[1-2]。水库是人们重要的生活饮用水水源之一，由于人类活动输入生物所需的大量N、P等营养物质，导致了水库的富营养化，富营养化改变了水体的理化性质，破坏生态平衡，并对人体健康带来危害，造成严重的经济损失[3]。山美水库是闽南地区重要的水源保护区之一，被国家环境保护部列入国家良好湖泊生态环境保护计划。山美水库位于福建省四大江之一的晋江支流东溪中游，是福建省泉州市重要的水源保护区，兼具饮用水源地、防洪、发电、灌溉等多种功能，水库集雨面积1023km2，年平均来水量14 亿m³，总库容6.55亿m³，为泉州市社会经济发展提供了防洪安全和水资源供给保障。近年来，由于流域周边的工业、农业以及畜牧业的影响，山美水库整体呈现富营养化趋势[4-7]。

监测结果表明，山美水库“十三五”期间(2016-2020 年)总磷、总氮基本呈上升趋势，总磷进出口优于Ⅱ类标准，总氮进口浓度范围为2.11～2.75mg/L，出口浓度范围为2.02～2.61mg/L，均低于ⅴ类标准，总氮对山美水美的富营养化趋势有较大的影响，成为山美水库水质改善的突出瓶颈。为了解山美水库总氮污染特征,对山美水库“十三五”期间(2016-2020)年总氮年度监测结果、月度监测结果、进出口浓度差异进行分析,并将总氮月均监测结果与溶解氧、氨氮、BOD 等监测指标进行相关分析，以期为该水库的总氮污染防治提供一定的参考。

1 材料和方法

1.1 点位设置

监测点位分别布设在水库的进口（A）出口（B）。根据水深情况，在监测点位垂线上设置上、中、下，监测点位分布图详见图1。

图1 监测点位分布图

1.2 分析方法及监测时间

总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ636-2012）。进、出口浓度均值为上中下三层浓度的均值，年度浓度均值为1-12 月浓度均值（2016-2019年均进行了1-12月12次的采样监测分析，而2020年因监测任务变更只进 行了3 月、7 月和11 月3 次的采样 监测分析）。监测结果为进、出口浓度均值。

2 结果与讨论

2.1 总氮年度污染特征

图2为2016-2020年山美水库总氮浓度走势图。2016-2020 年总氮进口、出口总体变化不大，除了2018 年出现了明显的升高，进口浓度范围为2.11～2.75mg/L，出口浓度范围为2.02～2.61mg/L，均值浓度范围为2.07～2.68mg/L，均低于ⅴ类标准（《国家地表水环境质量标准》（GB3838-2002））。进口浓度略高于出口浓度，造成这种现象的原因可能是库区的藻类等水生植物在繁殖的时候消耗降解了一部分的氮，造成了进出口氮浓度的差异性。可以发现，“十三五”期间库区的总氮污染较为严峻的现象没有出现明显的改变。

图2 山美水库进出口2016-2020总氮浓度走势图

2.2 总氮月度污染特征

图3为2016-2020年山美水库进出口总氮月度走势图。由图可知，进口总氮在3-9月浓度较高，出口总氮浓度表现出的走势与进口较为相似。可能与本地区3-9月降雨量较多，属丰水期，造成较多的外源污染进入库区有关。山美水库上游桃溪、湖洋溪沿岸和山美水库周边乡镇的耕地面积为10494.8 hm²，农田化肥、农药流失易于将区域内的氮带入库区。同时，库区上游永春县城和沿线乡镇的工业以及生活污染源在丰水期也易汇入库区。丰水期浓度高的原因也可能是入库径流量大，对库底冲刷能力强，库底沉泥对湖水干扰较大，底泥沉积物可能释放部分含氮污染物。严刚等[8]指出青海湖8月总磷浓度高的原因也可能是入湖径流量大，对湖底冲刷能力强，湖底沉泥对湖水干扰较大。

图3 山美水库进出口2016-2020总氮月度浓度走势图

监测结果表面，丰水期山美水库的总氮污染较为严重，应重点管控丰水期上游各类污染源的排放，切实加强丰水期源头排放的控制。

2.3 总氮与各监测因子相互关系

对各月份总氮与溶解氧、氨氮、五日生化需氧量、化学需氧量、氟化物、粪大肠菌群、pH、水温、透明度、叶绿素a、高锰酸盐指数和总磷等进行线性相关分析，结果如表1所示。

从表1可知，总氮与溶解氧、五日生化需氧量、化学需氧量、粪大肠菌群、pH、水温和透明度相关系数均低于0.3，属不相关；与氟化物、叶绿素a 和总磷相关系数分别为0.48、0.39、0.36，均属低度相关；与氨氮、高锰酸盐指数相关系数分别为0.56、0.51，均属中度相关。

表1 总氮浓度与各监测因子浓度的相关系数

氨氮、高锰酸盐指数与总氮的相关性较强，属中度相关。氨氮是总氮的组成成分之一，对总氮的污染有较大的贡献，控制总氮的污染应控制好氨氮污染。高锰酸盐指数是反映水体中有机和无机可氧化物质污染的常用指标，总氮中含有的还原性氮在水体中还原性物质占有较大的比重,被氧化过程会消耗大量的高锰酸钾,造成了总氮的含量与高锰酸盐指数的相关性较高。

氟化物、叶绿素a、总磷与总氮的相关性较弱，属低度相关。造成氟化物与总氮有一定相关性的原因可能是部分农药化肥同时含有氟和氮，这些农药化肥进入水体造成氟化物和总氮的低相关性。叶绿素a是一种包含在浮游植物的多种色素中的重要色素。叶绿素a的量越高，说明水体富营养化越严重。总氮也是水体富营养化的重要指标之一，水体中总氮含量较高容易引起藻类等浮游植物大量繁殖，进而造成叶绿素a的含量攀升。王俊等[9]研究发现，南太湖水体中叶绿素a的含量随总氮浓度的含量增加而线性上升，表明该时期南太湖水体中总氮的增加会促使藻类的现存量增加。一些研究者认为水体中营养盐增加会导致其中藻类生物量的显著增加[10]，另一些研究报道指出湖泊中水体藻类的生物量与水体中的营养盐浓度之间并不具有显著的相关性[11]。事实上。对湖泊而言，由于受光照及营养盐等的共同作用，藻类生物量的最大值通常出现在中营养状态，而非水体中营养盐浓度较高的富营养状态[12]，这也解释了山美水库总氮和叶绿素a 存在相关性但是相关系数不高。

总磷是水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果，总磷也是水体富营养化的重要指标之一，造成总磷与总氮有一定相关性的原因可能是部分农药化肥同时含有磷和氮，这些农药化肥引入水体造成总磷和总氮的低相关性,这点与氟化物和总氮的低相关性类似。

通过分析“十三五”期间山美水库总氮浓度与各监测因子的相关性，针对山美水库的总氮污染防控，应重视含氮、含磷、含氟等农药化肥、工业污染源、日常生活洗涤用品的使用控制，同时应做好各类污染物源的协同控制。

3 结论

（1）“十三五”期间总氮浓度进口、出口除了2018 年出现了明显的升高，总体变化不大，进口浓度范围为2.11～2.75mg/L，出口浓度范围为2.02～2.61mg/L，均 值 浓 度 范 围 为2.07～2.68mg/L，进口浓度略高于出口浓度，均低于ⅴ类标准，总氮污染未出现明显改善。

（2）监测结果表明，丰水期山美水库的总氮污染较为严重，应重点管控丰水期上游各类污染源的排放，切实加强丰水期源头排放的控制。

（3）分析表明总氮月均浓度与溶解氧、五日生化需氧量、化学需氧量、粪大肠菌群、pH、水温、透明度相关系数均低于0.3，属不相关；与氟化物、叶绿素a、总磷相关系数分别为0.48、0.39、0.36，均属低度相关；与氨氮、高锰酸盐指数相关系数分别为0.56、0.51，均属中度相关。总氮污染防控应重视含氮、含磷、含氟等农药化肥、工业污染源、日常生活洗涤用品的使用控制，做好各类污染物源的协同控制。