晉江市淺層地下水中“三氮”與水化學特性關系研究

[摘要]通過對晉江市淺層地下水調(diào)查采樣,分析測試“三氮”及相關水化學指標,根據(jù)“三氮”的轉(zhuǎn)化機理,借助統(tǒng)計學的相關分析、聚類分析、逐步回歸分析等統(tǒng)計分析方法對測試結(jié)果加以分析,了解“三氮”轉(zhuǎn)化機制的受影響因素以及水化學等指標對“三氮”的作用關系。結(jié)果發(fā)現(xiàn),研究區(qū)NH+4—N與Fe2+、Mn2+呈顯著性相關,NO-2—N與Zn2+、Mn2+呈顯著性相關,NO-3—N與地下水水化學組分(Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4、Cl-、礦化度)關系密切,當NO-3—N含量較多時建議做水化學分類時增加該指標。

[關鍵詞]淺層地下水;三氮;水化學;相關分析

淺層地下水中氮元素來源多樣，最主要來自人為因素(化學肥料、農(nóng)家肥、生活污水及生活垃圾)以及大氣降水和土壤淋濾水。據(jù)調(diào)查，我國有80%左右的河流受到不同程度的氮污染，通過滲透進入到淺層地下水系統(tǒng)[3]；其次地質(zhì)成因是地下水中氮的天然污染源。地下水“三氮”轉(zhuǎn)化機理是一個復雜系統(tǒng)，跟埋藏深度、水文地質(zhì)條件、土壤類型、地下水中菌群、含氧量、水化學成分等諸多因素有關，在轉(zhuǎn)化過程與細菌的活性密切相關，從而導致水中“三氮”含量差異。申石泉等[4]、張勝等[5]已經(jīng)做了一些微生物與“三氮”方面的研究，對于“三氮”轉(zhuǎn)化機理目前已比較清晰，但由于地下水環(huán)境是一個綜合性、復雜性的環(huán)境系統(tǒng)，難以通過實驗室仿真還原其轉(zhuǎn)化狀況，很多情況下只能通過測試其含量結(jié)果值加以反映影響效果,因此,筆者試圖借助統(tǒng)計學的相關分析、聚類分析、逐步回歸分析等統(tǒng)計分析方法對測試結(jié)果加以分析，了解“三氮”轉(zhuǎn)化機制、遷移規(guī)律等影響因素以及水化學等相關指標對“三氮”的作用關系，為“三氮”的污染防治提供參考。

1研究區(qū)概況

福建省晉江市(24°30′44″-24°54′21″N，118°24′56″-118°43′10″E)位于泉州市的東南沿海，東瀕臺灣海峽，西和南安市接壤，南與金門縣隔海相望，北與鯉城區(qū)、豐澤區(qū)毗鄰，東北與石獅市相連，總行政區(qū)劃面積為721.7km2。地勢西北部較高，東南部較低，由低山丘陵向臺地、平原呈階梯狀逐漸下降，過渡臺地起伏和緩，頂部平坦，分布于丘陵的周圍，位于從低山丘陵向平原過渡的階梯狀地帶，平原主要分布于沿海。土壤類型主要以紅壤為主，地層主要以第四系為主，屬南亞熱帶濕潤氣候，年均氣溫20~21℃，年均降雨量911~1231mm。境內(nèi)地下水資源的賦存、分布、補給、徑流、排泄等受地形地貌、水文地質(zhì)、大氣降水、植被覆蓋等綜合影響[6]。但由于部分企業(yè)在生產(chǎn)中廢水隨意亂排，各種含氮肥料的過度施用等使得該區(qū)淺層孔隙水和深層孔隙裂隙水受到不同程度的氮污染，而孔隙水和裂隙水是地下水主要的補給水源，給人體健康、農(nóng)業(yè)發(fā)展、經(jīng)濟建設帶來巨大影響。

2水樣采集與測試

圖1　淺層地下水采樣分布圖

3“三氮”轉(zhuǎn)化機理

3.1　氮化過程

(1)

(2)

3.2　硝化過程

(3)

(4)

3.3　反硝化過程

(5)

4“三氮”與水化學特性關系

4.1　水化學類型確定

圖2　Piper三線圖

4.2　“三氮”含量分析

表 1　晉江市“三氮”與化學指標含量特征統(tǒng)計表

4.3　“三氮”與水化學相關性分析

通過對淺層地下水中“三氮”與水化學等相關組分做相關性分析(見表2)，可以得出與地下水中“三氮”轉(zhuǎn)化關系密切的離子,進而探討它們的關聯(lián)原因。

表2　晉江市“三氮”與地下水指標相關關系表

注：**表示在0 .01 水平(雙側(cè))上顯著相關；*表示在 0.05

4.4　“三氮”與水化學的聚類分析

圖3　“三氮”與化學指標聚類分析圖

4.5　“三氮”與水文地球化學的綜合分析

結(jié)合上面的分析，參考“三氮”與地下水化學組分的相關關系以及R型聚類分析圖，進一步通過IBM SPSS Statistics 22軟件分別對地下水化學元素中的影響組分和“三氮”作多元逐步回歸分析，以便對其影響程度作定量分析。從中得出“三氮”與化學指標的回歸方程：

(6)

(7)

(8)

5結(jié)語

1)在晉江市淺層地下水中“三氮”調(diào)查采樣測試的基礎上，根據(jù)“三氮”轉(zhuǎn)化機理分析了晉江市淺層地下水中“三氮”轉(zhuǎn)化的受影響因素。

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[編輯]洪云飛

[引著格式]黃耀裔，李斌，陳一萍，等.晉江市淺層地下水中“三氮”與水化學特性關系研究[J].長江大學學報(自科版)，2015,12(28)：51~55,66.

[中圖分類號]X523;P641.3

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)28-0051-05

[作者簡介]黃耀裔(1983-)，男，碩士，實驗師，現(xiàn)主要從事環(huán)境信息系統(tǒng)應用與環(huán)境污染防治方面的研究工作；E-mail:huangyaoyi@163.com。

[基金項目]泉州市科技計劃項目(2015Z139)；國家級大學生創(chuàng)新實驗項目(201510399004)。

[收稿日期]2015-06-27