城市化对河流氮污染的影响特征及其对策分析

石沁瑶 黄颖 张亚 陈永波 陈浩

摘  要：高度城市化地区河流中氮污染所引起的环境问题受到了人们的广泛关注。本研究采用野外调查与室内分析，对南京市主城区河流水体氮污染特征及其影响因素进行研究。结果表明：硝酸氮的比例最高，表明氮污染的形式大多以硝酸盐存在，其次是氨氮，占比最少的是亚硝酸氮。在对比年际较长时，氨氮的含量以及氨氮占总氮的比例都显著减少。

关键词：城市化;河流;氮污染;对策;南京市

1.引言

近几十年来，人类活动引起的氮污染不仅是区域性的环境污染问题，更是全球面临的重大而又迫切的环境问题之一[1]。受经济快速发展和人类活动的影响，氮的来源和污染呈现出多元化和复杂化的演变趋势。随着城市化进程的加快，高强度人类活动和城市发展模式的变化，不仅加剧了氮污染的程度，而且影响了氮循环过程，严重影响了城市生态环境[2]。城市是人口密集地区，土地利用变化剧烈，各种污染物排放量大，受到人们的极大关注。目前，已有关于城市人类活动和城市化对河流环境氮污染特征影响的研究，且取得了较好的研究成果[3]。开展城市化对河流氮污染特征及其影响因素分析，可为城市环境管理提供科学依据，具有重要的科学价值与研究意义。

2.材料与方法

2.1 研究区概况

2.1.1外秦淮河

外秦淮河位于南京主城区，流经江宁、秦淮、建邺、鼓楼区，从三汊河入江。根据市环保局发布的全市省考水环境质量状况报告，2018 年1～5月，国考断面七桥瓮水质类别总体评价为Ⅴ类;2018 年1～5 月三汊河口水质类别总体评价为劣Ⅴ类，主要超标污染物为氨氮。

2.1.2内秦淮河

内秦淮河位于南京市中心城区，流经玄武、郝建和秦淮区，是南京市重要的景观河道。目前内秦淮河水质状况为劣Ⅴ类，大部分水体长时间处于黑臭状态，部分水体污染严重。主要超标污染物为氨氮、生化需氧量、溶解氧、非离子氨、高锰酸盐等[4]。

2.1.3金川河

金川河位于南京市城北地区，流经玄武湖，经宝塔桥汇入长江，流域主要覆盖老城区。目前金川河水质状况总体为劣Ⅴ类，部分水体为Ⅴ类，但水质不稳定，主要超标污染物为氨氮[5]。

2.2样品采集与测试

样本于在2018年11月在江苏省南京市采集。LXF1～3于金川河采得，LXF4、5、8、13～15在外秦淮河采得，其余水样在内秦淮河取得。样品采集后，经离心过滤，-20oC保存待测。采用连续流动仪（SAN plus，Skalar Analytical B.V.，Breda，Netherlands）分析氨氮，硝酸氮和亞硝酸氮含量。

2.3统计分析

相关性分析、数据做图采用SPSS，采用百分比分析各氮形态所占比例。

3结果与分析

3.1不同氮形态含量

由下图可知，外秦淮河水质污染情况高于其他河流，采样点13～15的硝酸氮含量最高，采样点4、5、7、12的硝酸氮含量次之，其余采样点硝酸氮含量较低;采样点4的氨氮含量显著高于其他采样点，原因是采样点4附近有一个排污口，大量污染物入河。采样点2、3、13～15的氨氮含量次之，其余采样点氨氮含量较低，而采样点1的氨氮含量明显低于其他点;其余样点氨氮含量波动都不大。采样点2、3的亚硝酸氮含量显著高于其他采样点，采样点13～15的亚硝酸氮含量次之，其余采样点亚硝酸氮含量较低，而采样点1的亚硝酸氮含量明显低于其他点;采样点1中的亚硝酸氮、氨氮和硝酸氮含量都较低，可能是由于采样点位于玄武湖风景区，定期进行维护，因而水质较好。

由表1，河流中与亚硝酸氮与氨氮在 0.05 水平（双侧）上显著相关，表明两者的含受到同一因素的控制的同时，也受到其他不同因素的影响;氨氮、亚硝酸氮与硝酸氮的相关性并不显著，三者分别代表了氮污染的不同影响要素。

3.2不同氮形态含量与比例

氮污染的存在形式有三种，分别是硝酸氮、氨氮以及亚硝酸氮。如表所示，硝酸氮的比例最高，表明氮污染的形式大多是以硝酸盐存在的，其次是氨氮，占比最少的是亚硝酸氮。

3.3影响因素分析

样点1～3于金川河处采得，样点4、5、8、13～15在外秦淮河处采得，其余水样在内秦淮河取得。金川河水质为劣V类水，流域主要覆盖老城区，以生活污水污染为主，河道存在污水直接排放口;外秦淮河以工业污染和生活污水污染为主;内秦淮河当前水质为劣Ⅴ类，以生活污水污染为主，河道存在污水直接排放口。不同的采样点不同氮形态的含量与比例有较大的区别。氨氮含量与总磷、溶解氧、化学需氧量相关[6]，此外，由于排污口的分布与河流坡度的影响，造成污染扩散快慢不同，从而导致测得的氮污染形态与含量的不同。再者，一天之内的温度也有较大的差异，取样时的温度也会对样本造成影响。Barnes J等[7]研究发现，在较高温度下沉积物微生物活性较强，反硝化速率较高，影响各种氮形态的含量和比例。

3.4城市河流氮污染含量变化

由下表得，2018年内外秦淮河氨氮的含量明显低于1986年，硝酸氮高于1986年，而亚硝酸氮的含量低于1986年，氨氮比例较1986年显著下降。

此间南京城市化发展迅速，尤其是第三产业发展迅速。1986年总人口471.61万人，地区生产总值86亿元，第三产业比重为26.3%。2018年南京市总人口为696.94万人，地区生产总值达到12820.40亿元，第三产业7825.37亿元，比重为61.0%。

3.5城市河流氮污染的影响因素

1986年至今，南京市城市化发展进程迅速且人口增长迅速，城市化以及剧烈的人类活动造成河流氮污染。随着城市化进程不断加快，大批人口涌入城市，导致生活污水的排放量逐年增长，大量未达标的生活污水被排入城市河流之中，严重影响城市水质。同时城市建设与工业发展息息相关，工业废水含有大量氮磷等有机物，若未达标处理便排入城市河流之中将带来严峻的后果。城市化还带来了养殖业、农业的规模化发展，畜禽的粪便排放造成水体的富营养化，是影响城市河流氮污染的重要因素;大量的农药和化肥使用同样造成了河流的氮污染。

4.城市化对河流氮污染缓解对策

（1）促进河流的反硝化作用

反硝化作用全球氮循环的关键环节，可以使氮的相态发生改变，将生态系统的活性氮转化为气态氮并归还到大气中。

（2）合理使用氮肥

過度使用氮肥是造成河流氮污染的一个重要因素。倡导发展生态农业，减少化肥和有机肥的生产和使用，科学减量施用农药化肥是减缓河流氮污染的途径。

（3）建立以生物为主的河流生态修复工程

生态修复工程是改善河流水质的重要手段，能有效地去除水中营养物质和降低水中有机污染物，美化环境，且不会造成二次污染。

5.结论

河流中氮污染的形式大多以硝酸盐存在，其次是氨氮，占比最少的是亚硝酸氮。在对比年际较长时，氨氮的含量以及氨氮占总氮的比例都显著减少。

参考文献

[1]  Cui S，Shi Y，Groffman P M，et al. Centennial-scale analysis of the creation and fate of reactive nitrogen in China（1910-2010）[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2013，110（6）：2052-2057.

[2]  高群，余成. 城市化进程对氮循环格局及动态的影响研究进展[J]. 地理科学进展，2015，34（06）：726-738.

[3]  Bettez N D，Groffman P M. Nitrogen Deposition in and near an Urban Ecosystem[J]. Environmental Science & Technology，2013，47（11）：6047-6051.

[4]  谢飞，王向华，杨磊. 内秦淮河（玄武段）逸仙桥断面水质达标及治理对策研究[J]. 中国资源综合利用，2019，37（01）：43-45.

[5]  朱国忠，李郁，喻石. 基于氨氮的金川河水质达标方案分析[J]. 中国资源综合利用，2019，37（11）：42-46.

[6]  Zhang X，Wu Y，Gu B. Urban rivers as hotspots of regional nitrogen pollution[J]. Environmental Pollution，2015，205：139-144.

[7]  Barnes J，Owens N J P. Denitrification and Nitrous Oxide Concentrations in the Humber Estuary，UK，and Adjacent Coastal Zones[J]. Marine Pollution Bulletin，1999，37（3）：247-260.

[8]  洪蔚. 秦淮河水环境质量现状分析及评价[J]. 水资源保护，1987（S1）：27-37.

作者简介：石沁瑶，1998.07，女，汉族，浙江台州，本科，自然地理与资源环境;

黄颖，1998.08，女，汉族，湖南永州，本科，自然地理与资源环境。