氮素赋存形态及变化规律研究成果

氮素是水体中常见的营养元素之一，是蛋白质等大分子的主要组成元素，对植物的生长有着重要意义。水体中能被植物吸收利用的氮素主要有硝氮（-N）、亚硝氮（-N）、氨氮（-N）等，本节将对这三类氮素，以及总氮在嘉陵江主城段、长江两江交汇口点位处的含量和年变化规律进行分析与讨论。

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段TN含量变化如图2.27（a）所示，全年TN浓度变化范围分别为1.26～2.42 mg/L和0.81～2.16 mg/L，平均值分别为（1.73±0.25）mg/L和（1.37±0.36）mg/L。对嘉陵江和长江TN浓度进行独立样本Kruskal-Wallis检验（n＝28，P<0.05），发现嘉陵江水体TN含量要显著高于长江TN含量，如图2.27（b）所示。水体中氮素主要来源于外源输入，包括由雨水对地面冲刷造成的面源污染和污水排放造成的点源污染[144]。由于面源氮素会随雨水的增加而增加，而点源氮素在不同时期的贡献值相对稳定，其浓度会随雨水的增加而降低，因此，二者对水体氮素贡献率的比值变化决定了水中TN含量的年变化规律。由图中总氮夏季略高于其他季节的变化规律可得，嘉陵江TN含量主要受到面源污染，而点源污染的作用要小于前者。具体从不同时期进行分析，蓄水期嘉陵江水体TN含量较低，且在2014年10月10日有最低值为1.26 mg/L，平均值为（1.58±0.26）mg/L；消落期TN含量波动较为剧烈，平均值为（1.75±0.32）mg/L；汛期水体TN含量进一步上升，并在2014年6月13日取得最大值2.42 mg/L，汛期平均值为（1.94±0.32）mg/L。从嘉陵江不同点位的对比情况来看，大溪沟处TN含量要比其他点位略低，不同采样点TN的含量不同主要原因是：各采样点处的点源污染［见图2.27（b）］。

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段-N含量变化如图2.28（a）所示，全年-N浓度变化范围分别为0.87～1.42 mg/L和0.51～1.35 mg/L，平均值分别为（1.12±0.13）mg/L和（0.87±0.21）mg/L。对嘉陵江和长江-N浓度进行ANOVA检验（n＝28，P<0.05），发现嘉陵江水体-N含量显著高于长江-N含量，如图2.28（b）所示。水体-N是氮素的主要组成部分之一，同时是硝酸还原酶的催化底物，通过硝酸还原酶的催化作用还原为亚硝氮，并进一步通过一系列的生物化学反应，还原为氨基，最终合成藻类所需的有机质[145，146]。-N的含量全年变化规律与TN相似，蓄水期-N含量相对其他时期略低，平均值为（1.08±0.12）mg/L；消落期由于受到降雨的影响，水体-N含量波动剧烈，全年最大值出现在2014年4月3日为1.42 mg/L，最小值出现在2014年4月10日为0.87 mg/L，消落期平均值为（1.13±0.20）mg/L；汛期期间-N的平均含量为（1.18±0.14）mg/L。从嘉陵江不同点位来看，-N的含量略有差异，化龙桥、朝天门处-N含量相对略高，主要原因是受到点源污染［见图2.28（b）］。

图2.27　不同采样点总氮变化情况（a）及对比情况（b）

图2.28　不同采样点硝氮变化情况（a）及对比情况（b）

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段-N含量变化如图2.29（a）所示，全年N浓度变化范围分别为0.008～0.021 mg/L和0.004～0.015 mg/L，平均值分别为（0.016±0.003）mg/L和（0.010±0.003）mg/L。对嘉陵江和长江-N浓度进行ANOVA检验（n＝28，P<0.05），发现嘉陵江水体-N含量显著高于长江-N含量，如图2.29（b）所示。-N在嘉陵江水体中含量较低，这是由于其不稳定的特点所致，-N容易被氧化为稳定的-N[147]。由于稳定性较差，其全年的含量变化规律与-N及TN有一定区别。蓄水期-N含量较高，平均值为（0.018±0.003）mg/L，在2013年11月15日有最大值为0.021 mg/L；消落期-N含量变化较为剧烈，平均值为（0.016±0.003）mg/L，在2014年6月13日及8月15日两次出现最低值为0.008 mg/L；汛期-N含量较低，平均值为（0.011±0.004）mg/L，表明夏季流量的增大对-N含量具有一定稀释作用。从嘉陵江不同点位对比可知，-N含量自上游至下游呈略微下降的趋势，此现象是因为-N受氧化［见图2.29（b）］。

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图2.29　不同采样点亚硝氮变化情况（a）及对比情况（b）

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段-N含量变化如图2.30（a）所示，全年-N浓度变化范围分别为0.17～0.34 mg/L和0.09～0.27 mg/L，平均值分别为（0.26±0.05）mg/L和（0.18±0.05）mg/L。对嘉陵江和长江-N浓度进行ANOVA检验（n＝28，P<0.05），发现嘉陵江水体-N含量显著高于长江-N含量，如图2.30（b）所示。-N的来源主要是农业面源污染，而生活污水等所造成的点源污染同样也不容忽视[144]，在实际消落带水体采样过程中常常遇到个别水样-N浓度极高的特例，均为不规范排污造成的点源污染所致。蓄水期水体-N含量较高，平均值为（0.27±0.04）mg/L，在2013年12月27日有最大值为0.34 mg/L；消落期-N含量波动剧烈，平均值为（0.27±0.06）mg/L，在2014年4月17日同样出现最大值为0.34 mg/L；汛期期间-N浓度迅速被河水稀释，平均值较低为（0.20±0.04）mg/L，在2014年6月27日有最小值为0.17 mg/L。从嘉陵江横向点位对比情况来看，磁器口处较其他点位-N略高，应为附近的生活及餐饮污水所致［见图2.30（b）］。

图2.30　不同采样点氨氮变化情况（a）及对比情况（b）

图2.31　不同时期氮素比例

如图 2.31 所示为不同时期氮素含量及不同氮形态所占比例。嘉陵江硝氮、亚硝氮、氨氮含量均高于长江，前者分别占TN比例为64.8%、0.9%、14.8%，而长江中三种氮素所占比例分别为63.3%、0.7%、13.2%，这表明嘉陵江主城段水体氮素污染较长江更高。具体从蓄水期、消落期、汛期三个不同时期对嘉陵江主城段水体氮素的比例进行分析，硝氮在三个时期的比例分别为68.3%、64.4%、60.9%，亚硝氮在三个时期占TN比例分别为1.1%、0.9%、0.6%，氨氮在三个时期占TN比例分别为17.3%、15.3%、10.5%。由上述数据可以得出，随着嘉陵江流量的增加，水体三种主要形态氮素占TN比例均呈现下降趋势，表明雨水所带来的面源污染使得大量其他形态的氮素进入水体，导致这三类氮素含量相对减少。