氮是生物生长必需的元素。自然界中氮主要储藏在大气中。大气圈中氮气为具有固氮能力的植物与藻类提供了丰富的氮供给源。由于水体中有一些藻类具有固氮能力，能够把大气中的氮转化为能被水生植物吸收和利用的硝酸盐类，因而使得藻类能够获得充足的氮营养物质。此外，由于工业、生活污水中含有大量的氮营养物质。农业生产过程中大量使用农药、化肥，而它们中的很大一部分最终被排入水体，从某种程度上说，水体富营养化形成的一个主要原因，就是由于自然界中氮循环的固氮过程被不断强化而造成水体氮负荷的增加。
3.1 氮在水体中的循环过程[2]
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。
水体中脱氮的方式有氧化脱氮、还原脱氮、水解脱氮及减饱和脱氮。氧化脱氮在好氧微生物作用下进行，进入三羧酸循环氧化为二氧化碳和水。还原脱氮由专性厌氧菌和兼性厌氧菌在厌氧条件下进行。例如甘氨酸在梭状芽孢杆菌作用下生成乙酸和氨氮（NH3）；丙氨酸脱氮生成丙酸和氨氮。水解脱氮：氨基酸在水解脱氮后生成羟酸。以上经脱氮后形成的有机酸和脂肪酸在好氧或厌氧条件下，在不同的微生物作用下继续分解。脱羟作用：氨基酸脱羟作用多数由腐败细菌和霉菌引起，经脱羟后生成胺。例如丙氨酸脱羟后生成乙胺和二氧化碳。
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。
3.2 水库水体中氮年内变化情况分析[3]
氮在水体中根据不同条件，以不同形态的氮存在，随条件的改变而改变。水库的来水和用水基本上是以年为周期进行调节的，外界条件因素也随其变化。采用朱庄水库1990～2000年氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮水库水质监测资料，对监测月份计算其平均值，分析其变化情况，分析成果如图1、图2、图3所示。
从分析结果可看出，氨氮和亚硝酸盐氮变化趋势基本一致，因为氨氮在水中不稳定，首先向亚硝酸盐氮转化，它们在含量关系上有一定的联系。亚硝酸盐氮含量8月明显偏大，其原因为：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。8月水体水温、各种硝化细菌和溶解氧等都有利于这种转换条件，导致大量氨氮转换为亚硝酸盐氮，这种转化过程使得8月亚硝酸盐明显偏大。硝酸盐氮的转化与溶解氧的含量有关，还与水质好坏有关，其年内变化枯水期最低，洪水期最高。
图1 朱庄水库氨氮年内变化情况(www.xing528.com)
图2 朱庄水库亚硝酸盐氮年内变化情况
图3 朱庄水库硝酸盐氮年内变化情况
3.3 水库水体中氮的变化趋势分析
由前面分析中知道，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，有的不利于水质，有的有利于水质，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。采用朱庄水库1990～2000年氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的监测资料，计算其年平均值，分析其变化趋势，分析结果如图4、图5、图6所示。
从分析结果可以看出，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。
图4 朱庄水库氨氮变化趋势
图5 朱庄水库亚硝酸盐氮变化趋势
图6 朱庄水库硝酸盐氮变化趋势
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
