廖佩琳 谢宇 黄子晴 谢沛莹 张菊 谢丽纯
摘 要：采用2016年7月（雨季）和2017年3月（旱季）在广州大学城地表水及周围珠江水体选取的14个采样点数据，分析了大学城水体氮、磷时空分布特征和可能影响因素。结果表明：大学城及周围珠江水体氮、磷浓度较高，旱季高于雨季。华师、广工、华工、中心湖水体氮浓度相比较低，其余采样点较高；珠江水体的磷浓度高于大学城水体。大学城水体氮、磷污染可能受到降水量、自然村与高校生活污水的影响。
关键词：氮磷时空分布；广州大学城；珠江
中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.29.095
1 前言
氮、磷是组成生命的重要生源要素，是海洋生物地球化学循环的物质基础，同时也是引起水体富营养化的主要元素。在人类活动和全球变化的共同作用下，氮、磷营养盐过剩引起的富营养化问题已成为世界大多数河口与海岸带普遍存在的问题，严重威胁了人类生存及区域经济社会的可持续发展。珠江三角洲地区近40年来经济的快速发展与人口的迅速增长使得人类活动空前频繁，伴随而来的是用水量与排污量的增加，水污染加剧。
广州大学城建于珠江干流的小谷围岛上，位于珠江广州段的下游，四面环水。整个岛屿分为外、中、内三环，外环与中环之间是各高校教学区和商业区，中环和内环之间为生活区，内环内是中心湖公园及体育馆。人口主要聚集在10所高校，4个自然村，5个商业中心，2个展馆，以及数个建筑工地等小模块，主要群体为学生、教职工和岛内居民。面积约18km2的小谷围岛在近14年来从一个近乎自然景观的荒芜小岛迅速发展成一个大至容纳40万人的广州大学城，这种迅速城市化的案例无论从其规模、发展速度、影响范围来看，都十分罕见。相应地，人口数量的剧增使得大量生活污水排放，致使水环境恶化。本文通过对广州大学城地表水和周围珠江水体进行采样分析，研究该区域水体氮、磷的时空分布特征和形态组成，并探讨影响氮、磷含量的可能因素，为广州大学城和珠江的水环境管理提供参考。
2 样品采集与方法
分别于2016年7月（雨季）和2017年3月（旱季）选取了广州大学城地表水及周围珠江水体最具代表性的14个点进行水样采集与分析。这14个点包括10个大学城地表水体，分别是华南师范大学图书馆（华师）、广州大学图书馆（广大）、广州美术学院图书馆（广美）、广东工业大学图书馆（广工）、华南理工大学教学区（华工）、广州中医药大学生活区（广中医）、广东外语外贸大学教学区（广外）、中山大学西门（中大西门）、中山大学教学区（中大教学区）和中心湖；4个大学城周围珠江水体，分别是湿地公园、长洲桥、小瀛洲桥和穗石码头。2次共采集28个水样，水样盛于聚乙烯瓶带回实验室进行氮、磷实验，实验检测指标包括NH4+（氨氮）、NO2-（亚硝酸）、NO3-（硝酸）、TP（總磷）、DTP（溶解态总磷）和PO43-（磷酸根）。其中，NH4+、NO2-、NO3-和PO43-用离子色谱仪测定，TP和DTP用钼酸铵分光光度法测定。
3 结果与分析
3.1 广州大学城水体氮、磷时空分布特征
DIN（溶解无机氮）是河流中氮的主要迁移形态，其组成形态包括NO3-、NO2-和NH4+，它们在一定的环境条件下进行着硝化和反硝化作用。广州大学城采样点水体雨季DIN浓度介于0.17-5.48mg/L之间，平均值为3.34mg/L；旱季DIN浓度介于0.96-12.66mg/L之间，平均值为9.01mg/L。NO3-和NH4+是DIN的主要组成形态。根据地表水环境质量标准（GB3838-2002），大学城水体NH4+浓度雨季达到Ⅳ类水质标准（1.5mg/L），旱季则超过Ⅴ类水质标准（2mg/L），属于劣Ⅴ类水。NO3-浓度旱季大于雨季。全部采样点NO2-浓度雨季都低于检测下限，旱季只有中心湖低于检测下限。由此可知，雨季DIN、NH4+、NO3-、NO2-浓度都小于旱季，说明广州大学城旱季氮污染较雨季严重。在人为污染物排放量相差不大的情况下，雨季充足的雨水和地表径流可以稀释水中氮污染物的含量，这可能是氮污染雨季低于旱季的原因。
由图1广州大学城水体三氮形态组成可知，华师、广工、中心湖、华工水体旱雨季DIN浓度都较小，以NO3-为主。除华师外，广工、中心湖、华工水体雨季NH4+浓度都符合I类水质标准，基本不存在氮污染源的直接输入，这与耿新华在2012年对大学城的采样分析结果相一致；华师、广工、中心湖水体旱季NH4+浓度均能达到Ⅲ类水质标准（1mg/L）。广中医、中大西门、中大教学区、广外水体旱、雨季DIN浓度较大，以NH4+为主，NH4+浓度均大于2mg/L，属于劣V类水。NH4+是氮的还原态，氮污染多以还原态氮的形式排入水体，此4个采样点NH4+浓度较高可能与附近生活污水的排放有关。上述4个采样点位于大学城东部，与陈穗玲等对广州大学城东部某校园三氮含量的检测数据对比可知，该区域氮污染有所加重。此外，湿地公园、小瀛洲桥、长洲桥、穗石码头和广美的DIN浓度较大，主要形态为NO3-。这5个采样点旱雨季的NO3-含量均在2mg/L以上，高于TN的Ⅴ类水质标准（2mg/L），属于劣Ⅴ类水。广大的DIN浓度同样高于Ⅴ类水质标准，属于劣Ⅴ类水，其水体中氮的主要形态在雨季和旱季有所不同，雨季主要以NO3-形式存在，旱季则主要以NH4+形式存在，形态的转化说明广大附尽可能有新的污染源输入。
广州大学城水体雨季TP浓度范围为0.358-0.998mg/L，高于Ⅳ类水质标准（0.3mg/L），远远大于藻类疯长时的临界值，意味着在适宜的水体和自然条件（水温、光照、流速、透明度）下，藻类可能会快速繁殖与生长，甚至造成水华的爆发。各采样点中，湿地公园、长洲桥、小瀛洲桥和穗石码头4个珠江水体的TP浓度要高于岛内高校水体，湿地公园的TP浓度甚至达到0.998mg/L。从DTP来看，各采样点浓度相差不大，除小瀛洲桥（0.424mg/L）外，其它采样点浓度均低于Ⅴ类水质标准（0.4mg/L）；PP（颗粒态磷）浓度总体较小。在DTP 中，PO43-含量较低，雨季除中大西门测出0.22mg/L的PO43-值外，其他采样点均低于检测下限。旱季PO43-指标检测结果显示，中大西门和广大均有PO43-检出，含量分别为0.51mg/L和0.32mg/L。受雨水与地表径流稀释作用影响，雨季中大西门采样点PO43-浓度明显低于旱季。PO43-主要来源于生活污水等点源污染，大学城大部分采样点未检测出PO43-，这可能与排污管道的合理规划有关，中大西门和广大水体检测出PO43-则说明附近有较多含磷污染源的输入。
3.2 可能影响因素分析
氮、磷主要通过生活污水、农业退水、禽畜水产养殖、土壤和生活垃圾淋溶等方式进入地表径流，汇入海洋。Tong等估算出2012年珠江进入中国沿海水域的TN和TP负荷分别约占26%和12%，仅次于最大貢献源长江。刘晓丹等对2006-2015年珠江流域水质监测数据的分析结果显示，珠江流域污染类型主要以氮磷营养盐、耗氧有机物为主，其中氨氮负荷超标最严重。李萍等人研究发现珠江广州河段TN、TP含量过高，TN超标2.05倍，TP超标4.68倍。由此可知，珠江水体氮磷含量较大。在本研究中，4个珠江采样点（湿地公园、长洲桥、小瀛洲桥、穗石码头）氮磷浓度高于大学城高校水体。在这4个采样点中，湿地公园水体氮浓度相对较小，一方面是由于地处珠江大学城段的上游，受大学城水体污染源影响较小；另一方面，湿地植被对氮具有较好的祛除效果。大学城北边的小瀛洲桥水体氮、磷浓度较大学城南边的穗石码头高，这可能受到北边小瀛洲村及生物岛污水排放的影响。长洲桥所在区域氮、磷含量较高，可能与长洲岛农业生产施用氮、磷化肥有关。
大学城生活污水的排放对水体氮、磷含量也有重要影响。大学城人口众多，每日生活污水排放量大，这是氮污染的重要来源。中心湖、华师、广工和华工这4个采样点都是在景观或教学区内，几乎没有生活污水汇入，故氮浓度较小。中大西门、中大教学区、广外、广中医、广大、广美这6个采样点，河涌流经生活区、商业区或周围的自然村，大量生活污水的汇入引起氮含量大增。据调查，大学城四个自然村（穗石、南亭、北亭、贝岗）的生活污水大部分没有汇入到排污管网中，而是直接排入周围水体，污染水环境。
4 结论
（1）广州大学城地表水及周围珠江水体氮、磷浓度较高。旱季氮浓度高于雨季，华师、广工、华工、中心湖水体氮浓度相比较低；其余采样点较高。广中医、中大西门、中大教学区、广外水体以NH4+为主；湿地公园、小瀛洲桥、长洲桥、穗石码头、广美以NO3-为主；广大氮的主要形态由雨季的NO3-转变为旱季的NH4+。湿地公园、长洲桥、小瀛洲桥和穗石码头4个珠江水体的磷浓度高于大学城高校水体。
（2）广州大学城水体氮、磷污染可能受到旱雨季降水量、自然村与高校生活污水的影响，珠江水体可能受到上游污水、周围生活污水排放和农业生产的影响。
参考文献
[1]晏维金.人类活动影响下营养盐向河口/近海的输出和模型研究[J].地理研究， 2006， 23（5）： 825-835.
[2]姜德娟，毕晓丽.流域-河口-近海系统氮、磷营养盐输移研究综述[J].水科学进展，2010，21（3）：421-429.
[3]耿新华，沈为真，陈火玲等.广州大学城内珠江流域不同流段的水质监测及分析[J].环境科学导刊，2013，32（3）： 124-127.
[4]陈穗玲，李锦文，崔明超等.广州大学城某校园地表水“三氮”浓度的时间变化特征及自净状态分析[J].环境化学，2013，32（4）：704-705.
[5]Tong Y， Zhao Y， Zhen G， et al.Nutrient Loads Flowing into Coastal Waters from the Main Rivers of China （2006–2012）[J].Scientific Reports， 2015，50（5）：16678.
[6]刘晓丹，张雪雁，刘珩.珠江流域近10a水质状况评价及污染特征分析[J].环境科学导刊，2018，37（1）：67-70+89.
[7]李萍，桂成民，管秀娟.珠江广州河段枯水期富营养化状况调查研究[J].安徽农业科学，2013，41（11）：4961-4963.
[8]李伟斯，李长虹，徐斌等.人工湿地植被净化水质效果及其氮磷累积研究[J].水土保持研究，2018， 25（3）： 250-257+264.
