（生理学专业论文）温瑞塘河氮动力学研究.pdf

j ? 目录 摘要 a b s t r a c t 第一章前言4 1 1 研究背景4 1 1 1 固氮作用4 1 1 2 矿化作用4 1 1 3 硝化作用5 1 1 4 反硝化作用5 1 1 5d n r a 5 1 2 国内外研究进展5 1 3 本研究的目的及意义一6 第二章温瑞塘河研究区概况一8 2 1 温瑞塘河基本情况一8 2 2 温瑞塘河流域气候特征一8 2 3 温瑞塘河水文及水质变化特征8 2 4 监测点介绍9 _ j 第三章温瑞塘河氮素空间变化研究1 1 3 1 研究方法1 1 3 1 1 水样的采集与分析1 1 3 1 2 数据质量控制1 1 、 3 1 3 数据分析1 3 一? 3 2 研究结果1 4 3 2 1t n 组成及空间分布1 4 3 2 2n s i 值及空间分布1 6 3 2 3n p 值及空间分布1 7 3 2 4d o 及空间分布1 8 3 3 讨论2 0 3 3 1t n 2 0 3 3 2n s i 2 2 3 3 3n p 2 3 3 3 4d 0 2 3 3 4 ，j 、结2 4 j 第四章温瑞塘河水体氮素变化潜力研究2 5 4 1 研究方法2 5 4 1 1d n r a 试验2 5 4 1 2 氮素转化潜力试验2 6 4 1 3 数据分析2 6 4 2 研究结果2 6 4 2 1d n r a 试验2 6 4 2 2 曝气水样中氨氮、硝氮的变化2 7 4 2 3 密闭水样中氨氮、硝氮的变化3 0 4 2 4 稀释对水样的影响3 2 4 3 讨论3 2 4 3 1d n r a 试验3 2 4 3 2 曝气样品中3 3 4 3 3 密闭样品3 3 4 4 ，j 、结3 6 第五章结论与展望3 7 5 1 结论3 7 5 2 展望3 7 参考文献3 9 附录4 3 致谢4 4 脱氮作用综述4 6 参考文献4 8 学位论文独创性声明5 0 关于学位论文使用授权声明5 0 温州医学院硕士学位论文 摘要 城市河流中氮污染形成的原因及其变化规律是氮污染防治的依据。本研究结 合野外调查和室内培养实验对温瑞塘河的氮动力学进行了研究。分别于2 0 0 8 年 1 0 月至2 0 0 9 年1 0 月每月月底定期检测温瑞塘河4 0 个不同站点表层水中总氮、 氨氮、硝氮、亚硝氮、总有机碳、硅酸盐、磷酸盐、溶解氧等指标，以研究其空 间变化特征：于2 0 0 9 年4 月在实验室条件下控制硫化物和葡萄糖的浓度密闭培养 水样以探究d n r a 过程的是否发生及其控制因素。2 0 0 9 年9 月选择了1 2 不同区 域站位的水样，2 0 0 9 年1 0 月采集沿主塘河的1 0 个站的水样和监测点a 6 三个不 同深度的水样在实验室分别做曝气、密封培养以探究水样中氨氮硝氮变化的规 律，并结合采样现场的特征来判断不同因子对硝氮变化规律的影响。 结果表明： 温瑞塘河氮污染中最主要的成分是t i n ，而t i n 中氨氮占主要部分，所以氨 氮是温瑞塘河氮污染最主要的形式；多数监测点硝氮所占比重很少。 温瑞塘河t i n 组分的浓度非常高，在检测期内氨氮年平均浓度是国家地表水 v 类水标准的4 9 4 5 倍，反映了投入到温瑞塘河含氮有机物总量严重超出了温瑞塘 河的自净能力。 t n 及其组分具有空间分布特征，总氮、氨氮在各级河道中的分布是：三级 河道大于二级河道大于主河道，硝氮则呈现相反的变化趋势。t n 及其组分在郊 区的分布情况与主塘河类似。 温瑞塘河年均n s io 4 仁3 3 5 之间，表明温州的生态已经受到了人为因素 严重的干扰。年均n p 值在5 1 b 4 2 4 6 之间( 总体均值为1 1 2 4 5 2 ) ，表明温 瑞塘河有发生水华的适宜营养条件。 实验表明，d n r a 不是温瑞塘河中重要的氮素降解途径，但在缺氧条件下， 温瑞塘河中有快速的氮降解过程；而在有氧条件下，水体中有强烈的硝化作用。 这两种作用促进了氮的形态转变与迁移。 9 月和1 0 月用监测点a 3 的水样做硝氮降解实验的结果差异表明，温度对塘 河水体中硝氮的降解速率影响非常大。对a 6 点3 个不同深度的水样在营养盐浓 度、反硝化速率等方面没有差别。 温瑞塘河环境具有典型性和特殊性，对其水体的进一步研究具有很高的科学 价值和应用价值。 关键词：温瑞塘河水质参数氮动力学 墨型墨堂堕堡主兰丝丝奎 n l t r o g e nt l u n s f o r m l a t i o nd y n a m l c si nw e n r u l i i a n gr i v e r a b s t r a c t t ou n d e r s t a n dt h ec a u s e so fn i t r o g e np o l l u t i o ni nw e n r u i t a n gr i v e r ，as t u d y c o m b i n i n gf i e l di n v e s t i g a t i o na n dl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t sw a sc o n d u c t e d s a m p l e s w e r ec o l l e c t e df r o mt h es u r f a c ew a t e ro f 4 0m o n i t o r i n gs i t e si nw e n r u i t a n gr i v e ra t t h ee n do fe a c hm o n t hf r o mo c t o b e r2 0 0 8t oo c t o b e r2 0 0 9 t n ( t o t a ln i t r o g e n ) ， n h 3 - n ( a m m o n i an i t r o g e n ) ，n 0 3 - n ( n i t r a t en i t r o g e n ) ，n 0 2 - n ( n i t r i t en i t r o g e n ) ，t o c ( t o t a lo r g a n i cc a r b o n ) ，s i 0 2 ( s i l i c a t e ) ，p i ( i n o r g a n i cp h o s p h o r u s ) a n dd o ( d i s s o l v e d o x y g e n ) c o n c e n t r a t i o n sw e r em e a s u r e di nf i e l da n dl a b o r a t o r ys t u d i e s t ou n d e r s t a n d t h es p a t i a la n dt e m p o r a lv a r i a t i o n w a t e rs a m p l e sa l s ow e r ec o l l e c t e di nd i f f e r e n t r e g i o n st os t u d yt h en i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o nd y n a m i c su n d e rl a b o r a t o r yc o n d i t i o n s t h ed n r a ( d i s s i m i l a t o r yn i t r a t er e d u c t i o nt oa m m o n i u m ) t e s tw a sp e r f o r m e di na p r i l 2 0 0 9 ，i nw h i c ht h ec o n c e n t r a t i o n so f s u l f i d ea n dc a r b o nw e r ec o n t r o l l e di nc l o s e d b o t t l e s s a m p l e sf r o md i f f e r e n ts i t er e p r e s e n t a t i v e so f d i f f e r e n tt y p e so f w a t e rs a m p l e s w e r ec o l l e c t e di ns e p t e m b e ra n do c t o b e ro f2 0 0 9 t h ev a r i a t i o no fa m m o n i aa n d n i t r a t ei ns a m p l e sw a sd e t e c t e di nl a b o r a t o r yi na e r a t i o na n ds e a l e dc o n d i t i o n s s e p a r a t e l y , t os t u d yt h en i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o nd y n a m i c s i na d d i t i o n ，t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e ne n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa n d n i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o nw a sa n a l y z e db a s e do nt h e c h a r a c t e r i s t i c so fs a m p l i n gs i t e s t h er e s u l t ss h o w ： t h em a i nc o m p o n e n to fn i t r o g e np o l l u t i o ni nw e n r u i t a n gr i v e ri st i n ，w h i c hi s m a i n l yc o m p r i s e do fa m m o n i a a sar e s u l t ，a m m o n i ai st h em a i nf o r mo fn i t r o g e n p o l l u t i o ni nw e n r u i t a n gr i v e r , w h i l en i t r a t ec o n s t i t u t e sav e r ys m a l lp r o p o r t i o na m o n g m o s tm o n i t o r i n gs i t e s t h ec o n c e n t r a t i o no ft i nc o m p o n e n t si nw e n r u i t a n gr i v e ri sv e r yh i g h ，w i t ht h e a v e r a g ec o n c e n t r a t i o no f n h 3 - n 4 9 4 5t i m e st h ec l a s svo fs u r f a c ew a t e r e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r dg b38 38 - 2 0 0 2 t h i ss t a t i s t i ci n d i c a t e st h a tt h ei n p u t o f n i t r o g e n c o n t a i n i n go r g a n i cm a t t e ro f w e n r u i t a n gr i v e rs e v e r e l ye x c e e d st h e s e l 仁p u r i f i c a t i o nc a p a c i t yo ft h er i v e r t h ec o n c e n t r a t i o n so ft na n dn h 3 - ni nm a i n s t r e a m ( as i t e s ) ，s e c o n d a r y , ( b s i t e s ) a n dt e r t i a r y ( cs i t e s ) t r a n s e c t s ，d e c r e a s e di no r d e r , w h i l et h ec h a n g eo f t h e n i t r a t en i t r o g e ns h o w e dt h eo p p o s i t ct r e n d m e a n w h i l e ，t h ec o n c e n t r a t i o no ft na n d i t sc o m p o n e n t si nt h es u b u r b sa n dw e t l a n dw a t e r b o d i e sw e r es i m i l a rt ot h o s ei nt h e 2 温州医学院硕士学位论文 m a i n s t r e a r n t h ea n n u a la v e r a g en s io f w e n r u i t a n gr i v e ri sb e t w e e n0 4 6a n d3 3 5 ，w h i c h i n d i c a t e st h a tt h ee c o l o g yo fw e n z h o uh a sb e e ns i g n i f i c a n t l ya l t e r e db yh u m a nf a c t o r s m o r e o v e r , t h ea v e r a g ea n n u a ln pv a l u e si sb e t w e e n5 16a n d4 2 4 6 ，a n dt h em e a ni s 1 1 2 4 5 2 i n d i c a t i n gt h a tn u t r i t i o n a lc o n d i t i o n si nw e n r u i t a n gr i v e r a r ef i tf o r e u t r o p h i c a t i o no c c u r r e n c e d n r ai sn o ta ni m p o r t a n tw a yo fn i t r a t er e d u c i n gi nw e n r u i t a n gr i v e r t h e n i t r a t ed e c r e a s e sq u i c k l yi nt h ea n a e r o b i cc o n d i t i o n sa n di n c r e a s e sq u i c k l yi na e r o b i c c o n d i t i o n s t h es t r o n gn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o ni nw e n r u i t a n gr i v e rp r o m o t e s t h ep r o c e s so f n i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o na n dp l a y sa na c t i v er o l ei nr e d u c i n gt h e c o n c e n t r a t i o no ft o x i cn h 3 - na n dt h en i t r o g e np o l l u t i o n t h es t r o n gd e n i t r i f i c a t i o n a l s or e f l e c t ss e v e r eh y p o x i aa n dh i g hc o n t e n to fo r g a n i cm a t t e ri nw e n r u i t a n gr i v e r t h et e m p e r a t u r eo ft h ew a t e ra c c o u n t sf o rm u c ho ft h en i t r a t el o s si nw e n r u i t a n g r i v e r w h e r et h e r ei sn od i f f e r e n c ei nt l l ec o n c e n t r a t i o n so fn u t r i e n t sa n dt h e d e n i t r i f i c a t i o nr a t e si nt h ew a t e r b o d yf r o md i f f e r e n td e p t h s ( o d ds p a c i n gb e t w e e n l i n e sh e r e ，a w k w a r d2 m dh a l fo fs e n t e n c e ) w e n r u i t a n gr i v e rc o n d i t i o n sa r ec h a r a c t e r i s t i co fc i t yr i v e r s ；h o w e v e r , t h e r ea r e a l s oo t h e ri n t r i g u i n ga s p e c t s f u r t h e rs t u d yi sn e e d e dt od i s c o v e rt h ep o t e n t i a l a p p l i c a t i o n so f t h e s ea t t r i b u t e st ob e n e f i ts c i e n c e k e y w o r d s ：w e n r u i t a n gr i v e r , w a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r s ，n i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o n d y n a m i c s 3 第一章前言 环境问题是当今人类面临的共同问题。目前，人类的活动已经打破伞球氮 循环的平衡。在过去的5 0 年中，化肥的过量使用及生物固氮量的增长引起了全 球生态系统中活性氮的数量急剧增长【1 。2 1 ，预计到2 0 5 0 年，全球活性氮的总量将 达到2 7 亿吨【3 1 。氮循环的失控将导致非常严重的后果，有研究表明，氮污染可 能引发全球第六次生物大灭绝【4 1 。 1 1 研究背景 氮是生物体必需的一种营养元素。自然界中氮素物质丰要以有机态、无机 态( 氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮) 和分子态三种形式存在。分子态和有机态的 氮虽然含量丰富，但不能被植物利用，故以无机态的氮对人类的影响最大。三种 形态的氮能相互转化、循环。空气中的氮气在大气闪电，生物或人工作用下转变 成无机和有机态氮，进入生物圈，生物代谢产物中的有机态氮经异养微生物进行 氨化作用分解成氨，产生的氨被亚硝化细菌、硝化细菌氧化成亚硝酸盐、硝酸盐， 硝酸盐在缺氧的条件下，经化能异养型反硝化细菌转化成氮气，从而完成循环。 在某些环境中，硝氮并不转换成氮气，还可能转化成氨根离子，留在环境巾，污 染水体【5 1 。 水体中氮的循环是一个涉及化学、生物、物理等多种要素的多相复杂的生物 地球化学过程，水体中存在着氨氮、硝氮、亚硝氮以及可溶性的有机氮，而水面 上是丰富的氮气库，这为氮循环提供了非常有利的条件。 1 1 1 固氮作用 固氮生物利用体内的固氮酶将分子态的氮催化还原为氨的过程。这一过程是 由特定的生物来完成的，常见的固氮生物有细菌和蓝藻。不同地区微生物固氮量 相差很大。通常在热带地区观测到的固氮速率最高，人类氮污染严重的地区微生 物固氮所占的比例较低，而对于营养贫乏的热带海岸带固氮可能是氮输入的主要 来源i 引。 1 1 2 矿化作用 矿化作用是指一些动物和微生物将有机态氮转化为植物直接吸收利用的无 机态氮的过程，它决定了可利用性氮的量，这个代谢过程中需要大量水解晦的参 与。假单胞菌等细胞内含有大量这种酶。矿化作用的过程和微生物酶的种类及所 4 降解的底物有关，是一个将复杂有机物变简单有机物的过程。有机物的含量和性 质、温度、溶解氧等会对其产生影响p l 。 1 1 3 硝化作用 硝化反应是氮循环的一个重要过程，是自养微生物在有氧条件下将氨氮经亚 硝氮氧化成硝氮的过程。在硝化过程中，包括两个阶副8 】： 第一阶段，氨氧化菌将氨被氧化成亚硝酸，氨氮加氧酶在其中起重要作用。 影响因素主要有温度、d o 含量、氨氮浓度、盐度、酸碱度、水中c 0 2 浓度、底 栖微动物区系的活性以及大型植物等对其产生影响 9 = 1 2 】。 第阶段亚硝酸氧化菌将亚硝酸转化为硝酸，影响因素主要有温度、d o 含 量等13 1 。 在硝化作用过程中，氨氧化菌、亚硝酸氧化菌起了重要作用。 1 1 4 反硝化作用 反硝化作用是活性氮变回分子态氮的关键过程。是异氧菌将硝酸盐或业硝酸 盐还原为气体氮气或氧化二氮的的过程。和硝化作用一样，反硝化作用也受到如 温度、硝酸盐的浓度、碳的可利用性、溶解氧浓度与穿透深度、牛物( 包括微牛 物) 扰动以及植物群落等的影响【1 4 q 6 1 。 1 1 5d n k a 国外研究者在很早前就已经发现了d n r a 过程，随着研究的深入，它对氮 素降解的重要意义越来越明确。目前已经发现有两条d n r a 途径：一条足微生 物介导的厌氧发酵途径。与反硝化发牛条件不同，这一反应常发牛在n o ，n 缺 乏而含碳化合物丰富的环境中，t i e d j e t l 7 】认为这可能是因为碳倾向于充当高效的 电子受体，很多研究也证明了这一假设。另一条是与硫化物想偶联的途径，在这 一途径中，硫化物决定了 x t 0 3 是被转换成n i - - 1 3 n 还是n 2 ，研究者认为硫可能是 通过作用与控制反应的关键酶而控制这一过程，b r u n e t 等【1 8 】的研究支持了这一假 设。在自然界中，这两条途径都是存在的，l a u r e n t 等【l9 j 用同位素标记15 - n 0 3 的方法研究垃圾填埋场渗滤液，表明了硫化物控制了1 5 - n 0 3 的生成物。由d n r a 过程生成的n h 3 n 的意义还有待研究，这两条途径之间有何关系也还不明确， 但其对氮循环的意义非常重大。 1 2 国内外研究进展 国外对氮循环进行了大量的研究，但氮循环各环节的机理十分复杂，目前还 不是十分清楚。在过去的几年内，随着一些新过程和新型微生物的发现，人们对 氮循环途径认识有三次大的深入【2 0 】。首先是对异养硝化作用的研究，研究者发 现了两条异养硝化的途径在进一步研究的基础上，提出了硝化反硝化偶联激励 的模型。后来是a n a m m o x 过程的发现，既n h 3 n 可以作为电子供体直接将n 0 2 n 反硝化成n 2 这一过程揭示了全球氮循环和氮通量计算中氮不平衡的现象。同位 素研究表明，作为电子受体的n 0 2 n 被还原成羟胺，羟胺再与电子供体y i - 1 3 n 反应形成氮气。在研究的过程中，研究者还发现了a n a m m o x 菌在氧化一些有机 酸的同时，将n 0 3 - n 还原成n h 3 n ，具有硝酸盐异养还原能力( d n r a ) 。这一 过程能为a n a m m o x 过程提供底物氨氮，而氨氮最终将以氮气的形式释放。而氮 氧化古菌能在n h 3 - n 氧化成n 0 2 的过程中获取能量。 国内目前对水体中氮动力学的研究主要集中在河口海岸地带，主要是长江、 珠江一带河口。王东启等对长江崇明东滩盐度与沉积物。水界面n h 4 + 交换行为的 关系进行了研列2 1 1 ，陈振楼等对大型底栖动物对长江口潮滩沉积物水界面无机 氮交换的影响进行了研究【2 2 1 ，钱嫦萍崇明东滩沉积物再悬浮对沉积物水界而氮、 磷交换行为的影响进行了研究【2 3 1 ，欧冬妮等开展了关于围垦对东海农场沉积物 无机氮分布的影响的研型2 4 1 ，这些研究主要集中在物质对氮循环影响这一层面 上，也有一些研究针对硝化作用的速率及影响。徐继荣等测了珠江口入海河段 d i n 形态转化及硝化与反硝化作用进行了研列2 5 1 ，他发现珠江入海河段和国外 的研究相差不大。对长江反硝化作用的研究也表明反硝化作用只占整个氮损失量 的不到1 0 ，目前还少有关于国内更深入研究氮循环机制的报道。 1 3 本研究的目的及意义 温瑞塘河的污染在全国城市河流中具有典型性和代表性。温瑞塘河源短米 水少，水量主要靠降雨，流动性差，环境容量小【2 6 1 ，污水处理设施不完善，常 年处于受污染的状态。入河污水主要是生活污水、服务业污水和部分工业废水。 水质基本为劣v 类，主要影响因子为氨氮、溶解氧，呈现有机污染的特征，并长 期有黑臭。本论文以温瑞塘河为研究区域，所取得的研究结果，4 i 仅对整个温瑞 塘河水系污染的整治，对全国城市河流污染治理，均能起到积极的指导示范作用。 温瑞塘河水体与河床的比降相当小，有的河段甚至接近于零，致使河网水域 有流向不定或多变的特征，从而引起滞流现象，使污染物得不到转移净化而形成 重污染区。这河流中有些特别的现象，可能有蕈要的科学价值，对温瑞塘河氮动 力学的研究能补充已有的氮循环和水污染理论。 已有的氮动力学研究多是在沉积物中进行的，本论文对温瑞塘河表层水氮动 力学进行研究，将有助于全面认识温瑞塘河的营养盐特征、氮循环机制，查明温 6 温州医学院硕上学位论文 瑞塘河污染现状的成因及变化规律，为管理部门制定相应的防治措施提供科学的 依据，对温瑞塘河的治理有着重要意义。同时亦可积累研究经验，为将来对河流 氮动力学进行全面研究奠定基础。 7 第二章温瑞塘河研究区概况 温瑞塘河位于瓯江和飞云江之间的温瑞平原，对温州市的防洪、排涝、航运、 灌溉、景观及生态环保起着十分重要的作用。改革开放以来，随着温州经济的发 展，温瑞塘河水质污染非常严重，尤其是氮素污染，出现了许多极端的重污染区， 严重了影响了居民的日常生活和社会经济的可持续发展，因此，研究温瑞塘河氮 素动力学具有重要的科学和现实意义。 2 1 温瑞塘河基本情况 温瑞塘河源于温州市境内的郭溪、瞿溪、雄溪汇集的仙门河，自西向东流至 吴桥拐弯向南，经帆游、塘下，到达瑞安市区白岩桥。其干流两侧与许多小河纵 横交错相连，是典型的江南河网。温瑞塘河与瓯江是相对独立的水体，内河入江 处设有闸门，可以防潮蓄水，泄洪排污。温瑞塘河水源主要来自瞿溪、雄溪、郭 溪以及大罗山和集云山的山涧溪流。整个流域面积达7 4 0 平方公里，水面面积 2 2 平方公里，蓄水量6 5 0 0 力立方米，主河道长3 3 8 公里，水系河网总长度1 1 7 8 4 公里( 图2 1 ) 。 2 2 温瑞塘河流域气候特征 温州东面临海，属亚热带海洋季风湿润性气候区，温度适中，四季分明， 冬夏季风交替，雨量充沛。年平均气温1 6 1 1 8 2 摄氏度，1 月份平均气温6 8 8 摄氏度， 7 月份平均气温2 5 5 2 8 2 摄氏度。冬无严寒，夏少酷署。年降水量在 1 5 0 0 1 9 0 0 毫米之间，春夏之交有梅雨，7 - 9 月有台风，无霜期为2 6 0 2 8 0 天，全 年日照在1 7 0 0 2 0 0 0 小时之间。 2 3 温瑞塘河水文及水质变化特征 温瑞塘河水体与河床的比降相当小，有的河段甚至接近于零，致使河网水域 流向不定或多变的特征。其次，温瑞塘河的水资源补充以过境水为主【2 6 l 。 温瑞塘河的的水文特征从两方面影响了其水质。一方面，河网流向不稳定， 导致河道水质动态变化较大；另一方面，温瑞塘河的滞流现象，使污染物得不到 转移净化，容易形成重污染区。 温瑞塘河水体中的污染物自净以衰减降解为主，自净能力较差，整体水域的 水质变化没有明显的自净梯度。由于污染持续超量排放，温瑞塘河已经是温州市 最主要的污染集散地之一。 2 4 监测点介绍 图2 1 温瑞塘河水系及采样点分布图 本研究以整个温瑞塘河为研究区域，在参照国家标准采样方案设计技术 的基础卜结合温瑞塘河的河网及地形地貌特征选取4 0 个监测点。这4 0 个点中， a 类点表示主河道的监测点( a i 至a 9 表示顺主河道往下) ，b 类点表示二级河 道的监测点，c 类点表示三级河道的监测点，n 表示位于郊区和三蝉湿地的监测 点。 主塘河的两边有许多的支流相连，但a 7 两边支流较少；a 5 至a 7 河段，是 塘河从市区流入郊区的过渡地段【2 7 1 。b 类监测点位于市区河段，其中b l 处有水 闸连通勤奋河与瓯江，b 7 与瓯江相通，所以浊度盐度都很高。c 类点也位于市 区，其中c i 、c 2 位于生活区内，有大量生活污水直接排入河道，有机质污染非 常严重，水体成黑色，经常发出浓厚的臭味。n 1 、n 2 位于塘河的上游，其中 9 n i 上游有大量工厂等；n 2 周围是闲置的土地，但2 0 0 9 年9 月新建造了火车站； n 5 、n 6 位于人口密度较小的三烊湿地，内有桔园、家庭小企业等污染源：n 8 位于高教园区内，此处的水流刚从茶山镇上流出。n l l 位于仙岩风景区的出口。 l o 第三章温瑞塘河氮素空间变化研究 河流水体中不同形态的氮元素含量及牢间变化规律是对水体氮循环及氮污 染进行研究的基础。温瑞塘河不同形态的氮元素的含量与其他元素含量具有一定 的相关性，通过检测河流水体的氮元素及其他各营养元素、溶解氧等相关指标， 不仅可以分析影响河流水体巾不同形态氮素含量的因素及其作用方式，也可以为 寻找适合氮动力学试验的水样提供依据。 3 1 研究方法 3 1 1 水样的采集与分析 2 0 0 8 年9 月到2 0 0 9 年1 0 月每月的下旬，用y s l 6 9 2 0 多参数水质监测仪现 场测定河道中央( b 1 等少数点因地形限制在河道边沿取点) 表层水的温度、浊 度、d o 、p h 、电导率和n h 3 n ，并用有机玻璃采样器或塑料桶采集表层水样带 回实验室。 带回实验室的水样立即用小孔径筛网过滤除去较大的杂物后用0 4 5 u m 孔径 的滤膜或三层滤纸过滤，得到约2 0 0 m l 水样，在其中加入3 滴饱和氯化汞后放丁二 冰箱内( 小于4 。c ) 冷藏，并尽快在流动式注射分析仪( a a 3 ) 上用水杨酸分光 光度法测氨氮( n h 3 - n ) 、用n ( 1 萘基) 乙二胺盐酸法测( n 0 2 n ) ，用镉柱还原 法测( n 0 3 - n ) ，用钼锑抗分光光度法无机磷( p i ) ，用硅钼黄法测硅酸盐( s i 0 2 ) ； 用亚甲基蓝法测硫化氢( h 2 s ) ，在t o c t n 自动分析仪上用燃烧氧化法测定总 溶解有机碳( t d o c ) ，气相分子分光光度法测总氮( t n ) 。t i n 由测得的n h 3 n 、 n 0 3 一n 、n o z - n 浓度计算而来。 3 1 2 数据质量控制 为了保证数据质量，a a 3 的检测线性必须达到0 9 9 9 以上，仪器报告除s 用u m o l l 来表示外，n h 3 - n 、n 0 3 n 、n 0 2 n 、p i 、s i 0 2 的检测结果均以p p m ( m g l ) 的形式表示。 每次现场检测前都校准y s i 6 9 2 0 的p h 、溶解氧、氨氮探头。其结果表示 单位：电导( u s o r e ) ，温度( ) ，浊度o q t u ) ，溶解氧( m g l ) 和。对d o 的两 种表示比较证明报告结果准确可靠( 图3 1 ) 。 比较现场用y s i 6 9 2 0 和实验室用a a 3 对水中n h 3 - n 的测定结果，发现这两 种手段所得结果间还是有着较好的相关性的( 图3 2 ) 。说明监测的氨氮有较高的 可信度。 用标准溶液校准验证t o c t n 自动分析仪的检测结果，发现t o c 的检测值 较为准确( 图3 3 ) 。，而t n 的检测值与实际值相差很大( 图3 4 ) 。故用校准得到 的公式校准( y = 1 5 0 8 1 x + 0 5 6 6 7 其中，y 表示真实值，x 表示仪器的检测值) 来校准 每次的检测值。 - 2 002 04 08 01 0 0 1 2 01 4 01 6 01 8 0 2 0 0 d o ( ) 图3 1y s i 6 9 2 0 溶解氧两种输出结果的相关性 5o51 01 52 02 53 03 54 0 a a 3 ( m g l ) 图3 2a a 3 与y s i 6 9 2 0 检测氨氮结果的相关性 1 2 侄 竹 8 6 4 2 o ( 1 ，6 e o q 竹 o 一1，西e一|s卜 1 03 04 05 0 s t a n d r d ( m g l ) 图3 3 检验t o c 的结果 1 0 1 52 02 5 s t a n d r d ( m g l ) 图3 4 检验t n 的结果 3 1 3 数据分析 将一年的数据取算术平均数得到一年的平均浓度，再做l o g 转化以满足正态 分布：( x = l o g l o x + 1 ) ，p 值取0 0 5 为判断标准，在s p s s 软件中，利用相关分 扣 竹 。 一1，曲e一j田时e 笛 加 俘 伯 5 (1，6e一生了田仃me 析来分析各组数据的相关性。在a r c g i s 中对数据空间分析及做图，以在分析的 结果和地点间建立更直观的联系。 3 2 研究结果 3 2 1t n 组成及空间分布 根据已有的研究，温瑞塘河主要是氨氮、总氮污染，凶此将总氮、总无机氮、 氨氮放一起比较，从相关性分析可以看出，总氮与氨氮、硝氮存在明显的正相关， ( 图3 5 ) 。这表明总氮与总无机氮、氨氮有着相似的空间分布。 1 8 1 6 1 4 2 1 2 卜- + 旦1 o 0 8 o 6 0 00 2q 40 6o 81 01 21 41 6 1 8 i g ( 1 + n h ；n ) 图3 5t n 与t i n 、n h 3 n 的相关性 总无机氮是最容易被生物利用的氮，对环境的影响也最大。而温瑞塘河中总 无机氮约占总氮的7 3 6 ，相关分析也表明总氮和总无机氮的空间分布相同，所 以本实验在研究总氮的空间分布和组成时将重点放在t i n 上。 统计结果显示，t i n 在的空间变化范围为1 1 7 m g l 一0 3 8 m g l ，平均值为 1 1 3 1 m g l ，n h 3 - n 的变化范围为o 3 7 m g 尼_ 3 8 8 7 m g l 之间，平均值为9 8 9 m g 几， n 0 3 n 变化范围从o 3 2m g 几0 0 4 m g l ，平均值为1 3 5m g l ，n 0 2 n 变化范围从0 0 1 m g 几珈2 8 m g l ，其平均值为0 0 7m g l 1 4 温州医学院硕士学位论文 在多数监测点其( 图3 6 ) ，t i n 主要组分为氨氮，仅三烊湿地的n 5 及周围 少数几处监测点有一定的比例的硝氮，而亚硝氮几乎没有。 与相关分析结果一致( 图3 7 ) ，t i n 浓度在各点的浓度分布与n h 3 n 基本 一致，沿瓯江一带各点的t i n 与n h 3 - n 浓度普遍较高。 图3 - 6 温瑞塘河t i n 的空间分布及组成，圆饼的大小表示各点年平均t i n 含量，红、黄、粉红扇形的面积分别表示氨氮、硝氮、亚硝氮的含量。 1 8 1 6 1 4 1 2 z 1 0 r a 一0 8 0 6 0 4 0 2 i g ( 1 + n i h ； n ) 图3 7 t i n 与n i l 3 - n 相关性 总氮、氨氮、硝氮及亚硝氮在主河道、二级河道、三级河道、郊区的分布呈 区域规律( 图3 8 ) ，总氮、氨氮浓度三级河道大于二级河道大于主河道，硝氮则 呈现相反的变化趋势：郊区的分布规律与主塘河类似。 图3 8 总氮及各组分的区域分布比较 3 2 2n s i 值及空间分布 温瑞塘河年均n s i 在0 4 仁3 3 5 之间，流域分布不均一( 图3 - 9 ) ：勤奋河、 九山河、灰桥铺等靠近瓯江的很多区域含有较高的n s i 比，而仙岩、自l i f 河等 1 6 温州医学院硕士学位论文 水源地n s i 较低。 3 2 3n p 值及空间分布 温瑞塘河各点年均n p 在5 1 仁4 2 4 6 之间，总体平均为1 1 2 4 5 2 ：分布比 较均匀，除n 1 0 有较高的n p 值外，其他区域间差异较少( 图3 1 0 ) 。 1 7 图3 1 0n p 值空间分布 3 2 4d o 及空间分布 温瑞塘河年均d o 含量在0 3 8m g 卜1 7 0 5m g l 之间，平均为2 4 8m g l ， 达到国家地表水v 类水标准。 勤奋河及其周围区域处于严重的缺氧状态( 图3 1 1 ) ，主塘河的年均溶氧也 很低。而仙岩、仙门河等水源地有较高的溶解氧。 1 8 温州医学院硕士学位论文 1 4 1 2 1 0 ，、0 8 q a + o0 6 d 0 4 0 2 o 0 图3 1ld o 的空间分布 o 0 0 20 40 60 81 01 21 41 61 8 i g ( 1 + n il ，n ) 图3 1 2 n h 3 - n 和0 2 相关性 1 9 年均总溶解有机碳的空间分布也成一定的区域性( 图3 1 2 ) ，勤奋河及其支 流、茶山河段有机质含量较高。范围从1 7 9m g l - 2 0 5 3m g l ，平均值为 7 4 0 3 3 m g l 。 3 3 讨论 图3 1 3t o c 的空间分布 3 3 1 。i n 温瑞塘河中t n 的主要组成成分是t i n ，包括氨氮、硝氮、亚硝氮，这三种 形态的氮在不同的监测点所占的比重不一样。总体来看，氨氮是最主要的组成成 分，各点平均浓度约占t i n 的8 7 ；多数监测点硝氮所占比重很少，三烊湿地 等几处硝氮占的比例稍高，但也没有超过5 0 。温瑞塘河t i n 的这种组成可能 是转化环境和污染原因引起的。已有的研究表明：温瑞塘河的污染主要是未经处 理的生活污水直接排放入河或混接雨水管入河造成的【2 引。生