区域水资源保护中的氮磷转化-探索与实践

3.1　氮在水体中的循环

水体中各种含氮物质之间的转化是通过氨化、硝化、反硝化、同化等作用和在特定的生物参与下完成的。氨化作用（有机氨转化为氨氮）：水体中各种蛋白质化合物在好气性和嫌气性条件下，被腐生性的各种氨化细菌分解，首先产生氨。硝化作用（氨氮转化为硝酸盐氮）：氨氮在水中不稳定，除被生物吸收同化外，其余在溶解氧充足条件下，被各种硝化细菌氧化为亚硝酸盐氮，最后转化为硝酸盐氮。反硝化作用（硝酸盐氮转化为气态氮）：硝酸盐在厌氧条件下，逐步被各种反硝化细菌作用，还原硝酸盐氮为气态氨，使水体失去氮素。同化作用：藻类对水中几种无机氮都能利用，在光合过程以及随后的同化过程中，逐步形成各种含氮有机物。

水体氮的转化由6个过程相连接而成：①氮在沉积物的厌氧环境下，作为电子接受者，被固氮生物（蓝绿藻、固氮菌等）转化为铵根离子；②水体中的硝酸根离子和铵根离子被生物（主要是植物）吸收利用，并在水体及界面之间按浓梯度自由扩散；③在水体和水土界面有氧环境下，来源于植物尸体的有机氮被微生物分解为可溶性有机氮，进一步矿化和氮化为铵根离子，该离子或被生物吸收利用，或在硝化细菌的参与下进行硝化作用形成亚硝酸根离子，直至硝酸根离子；④在沉积层的厌氧环境下，来源于植物尸体的有机氮微生物分解为可溶性有机氮，进一步矿化和氮化为铵根离子，该离子被生物吸收利用，同时，可溶性有机氮和铵根离子从高浓度的沉积层向低浓度的水体扩散；⑤在沉积层的厌氧环境下，硝酸根在反硝化细菌的参与下，经过反硝化作用转化为氮和氧化二氮，该惰性气体大部分通过水体逸散到大气中，水体中的硝酸根离子经常向沉积层扩散，以弥补沉积层中该离子的不足；⑥水体中的铵根离子、亚硝酸根离子和硝酸根离子被浮游藻类吸收利用。当pH值大于8时，铵根离子转化为氨，逃逸到大气中。

水库水体中的氮随外界环境和条件在不停地进行着转换或循环，有的使水质变劣，有的有利于水质质量，例如水中的反硝化作用，使硝酸盐氮受到脱氮作用变成氮气，回到大气中，由于微生物的脱氮作用而使生成的氮气被除掉，减少了水库水体中的氮，对限制富营养化是有利的。

利用1991～2002年朱庄水库水质监测资料，分析三氮含量的变化趋势，从分析结果知，氨氮和亚硝酸盐氮含量逐年变小，说明水质也在逐渐变好。而硝酸盐氮逐年呈上升趋势，分析其原因有两个方面。其一，进入水库的含氮物质，通过氨化作用和硝化作用，使一部分有机氮首先转化为氨氮，再由氨氮转化为亚硝酸盐氮，在好氧条件下，硝酸盐氮却不断增加，产生积累造成的。其二，水体中浮游植物对硝酸盐氮的吸收有阻碍作用，浮游植物对硝酸盐氮的利用便被控制，也促使硝酸盐氮含量的增加。(www.xing528.com)

3.2　磷在水体中的循环

水体中的各种含磷化合物主要通过有机磷矿化、无机磷同化和不溶性有机磷有效化途径进行循环。有机磷的矿化作用：有机物中的磷，在其生物降解过程中，生成无机磷和磷化物，许多细菌和真菌都参与这个矿化过程。无机磷的同化作用：水中的溶解性无机磷首先为上层水中的浮游植物所吸收，其中一部分用于本身生长的需要，大部分积累在植物细胞中以备磷源不足时使用。水生高等植物能从沉积物中大量吸收无机磷，经代谢转变为有机磷化合物。不溶性有机磷转化为可溶性磷：沉积物中不溶性磷不能为水中生产者所利用，当水中pH值向酸性转变时，可使沉积物中的磷成为可溶性的，如加入酸性物质或水中某些自养的细菌活动所生成的酸类，可使磷的溶解过程加快。

磷的转化包含4个主要过程：①来源于生物的颗粒有机磷在微生物作用下，形成可溶性有机磷，并进一步矿质化形成正磷酸根离子；②水体和水体界面的磷酸根离子与无机离子（铁、钙、铝等）结合形成颗粒无机磷的螯合物，不能被植物利用；③颗粒无机磷在沉积层的厌氧环境中被释放形成正磷酸根离子；④沉积层的磷酸根离子被植物吸收。正磷酸根包括磷酸根、磷酸氢根和磷酸二氢根，三者相互之间可以转化，其转化和平衡受水体pH值的控制。

通过对朱庄水库1991～2000年水体磷含量分析，水体中磷含量没有明显的变化规律，1991～1995年无论是年与年之间、还是汛期和非汛期之间，其变化幅度较大。例如，水库水体中1992年总磷的年平均含量为0.071mg／L，而1991年总磷年平均含量为0.018mg／L，年度之间相差将近4倍。1992年汛期总磷含量为0.038mg／L，非汛期含量为0.088mg／L，非汛期大于汛期；1993年汛期总磷含量为0.099mg／L，非汛期含量为0.050mg／L，汛期大于非汛期。在1996年以后，水体中总磷含量在年与年之间、汛期和非汛期之间变化均不明显，而且变化幅度也较小。这种变化的影响因素和原因，有待与进一步探讨。