徐兵兵,盧 峰,2,黃清輝,李建華*(.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092；2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海 200092)

?

東苕溪水體氮、磷形態(tài)分析及其空間差異性

徐兵兵1,盧 峰1,2,黃清輝1,李建華1*(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092；2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海 200092)

摘要：于2009～2011年在東苕溪開展了4次全流域野外調(diào)研,系統(tǒng)分析了東苕溪水體氮、磷形態(tài)特征及其空間差異性.東苕溪可分為上游、中-上游、中-下游3個河段,分別具有山溪性河流、城鎮(zhèn)影響河流、平原型河道特征.結(jié)果表明,水體中氮以溶解態(tài)為主,硝態(tài)氮(NO3--N)是溶解態(tài)總氮(DTN)的主要形態(tài);顆粒態(tài)磷比例略高,溶解態(tài)總磷(DTP)的相對貢獻(xiàn)沿程降低.溶解態(tài)有機(jī)氮(DON)、磷(DOP)分別占DTN和DTP比例的22%、42%,且TN與DON、TP與DOP之間顯著正相關(guān).中-上游河段的氨氮(NH4+-N),DOP和溶解性正磷酸鹽(PO43--P)含量最高且電導(dǎo)率與NH4+-N、DOP之間存在顯著正相關(guān),表明城鎮(zhèn)污、廢水排放影響水體氮、磷含量及形態(tài)特征;濁度與各形態(tài)磷之間均存在極顯著正相關(guān),河段下游開礦、行船及挖沙引起的礦質(zhì)顆粒輸入或沉積物再懸浮是磷素的重要來源,但水體中部分溶解態(tài)磷吸附在礦質(zhì)顆粒表面形成膠體物質(zhì),導(dǎo)致中-下游河段DTP略有降低.

關(guān)鍵詞：東苕溪；有機(jī)氮；有機(jī)磷；空間差異性

* 責(zé)任作者, 教授, leejianhua@#edu.cn

近年來,我國河流氮、磷營養(yǎng)鹽含量有升高趨勢,氮、磷的大量輸入一方面導(dǎo)致河流水華發(fā)生,另一方面引起下游受納水體(湖、庫、近海)的富營養(yǎng)化[1].長期以來,國內(nèi)外學(xué)者對水環(huán)境中氮、磷的生物地球化學(xué)循環(huán)及其作用開展了廣泛的研究[2].大量的研究表明,水環(huán)境中氮、磷的生物有效性與其形態(tài)密切相關(guān)[3].由于有機(jī)結(jié)合態(tài)氮、磷一度被認(rèn)為不能被水域中的生物體直接利用[4],加之測試方法的限制[5],目前的研究工作主要集中于總氮、總磷及無機(jī)氮、磷(硝態(tài)氮、氨氮和磷酸鹽等).近年來,越來越多的研究表明,有機(jī)氮、磷是水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組分,且具有較高的生物可利用性[6].因此,氮、磷的有機(jī)形態(tài)受到了更多的關(guān)注.

東苕溪是太湖最大的入湖河流,上游具有山溪性河流特征,土地利用類型以林地為主,下游具有平原型河道特征,土地利用類型以農(nóng)田為主[7].在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下,流域內(nèi)建設(shè)用地大幅增加,林地面積減少[8].快速城市化、過量施用化肥使大量氮、磷排入河流.朱廣偉等[9]研究認(rèn)為,流域來水輸入對太湖水質(zhì)的貢獻(xiàn)很大.同時,由于用地類型不同,東苕溪流域上、下游地區(qū)氮、磷輸出強(qiáng)度存在差異.關(guān)于苕溪流域水體氮、磷營養(yǎng)鹽的研究開展較早[10-12],但缺乏系統(tǒng)性,主要表現(xiàn)在兩個方面:一是多關(guān)注于氮、磷的總量或溶解態(tài),關(guān)于溶解態(tài)或顆粒態(tài)相對貢獻(xiàn)的研究較少;二是多關(guān)注于氮、磷的無機(jī)形態(tài),對于有機(jī)態(tài)氮、磷的研究較少.本研究選取東苕溪水系作為研究區(qū)域,系統(tǒng)分析東苕溪水體氮、磷形態(tài)特征,并探討其空間差異性,以期為東苕溪及太湖的富營養(yǎng)化防治提供參考依據(jù).

1　材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

東苕溪(30°05’～30°57’N,119°28’～120°08’E)是太湖最大入湖水系之一,主流長151.4km,由北、中、南苕溪三條支流構(gòu)成,主源南苕溪.研究區(qū)域自太湖源至入太湖河口,大致覆蓋了東苕溪全河段范圍.上游流經(jīng)浙西低山丘陵區(qū),河道坡降約為10‰;下游途徑杭嘉湖平原后注入太湖,河道坡降約為0.05‰.流域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),氣候溫和,雨量充沛,多年平均氣溫15.8oC,多年平均降雨量約1500mm.降雨年內(nèi)分配不均,5月中旬至7月中旬為梅雨季,其后至10月中旬為臺風(fēng)雨季.

1.2 樣品采集與測試

對東苕溪全流域?qū)嵉乜疾旌?自東苕溪太湖入湖口逆流而上至上游太湖源,于東苕溪干流以及主要支流布設(shè)44個采樣點(diǎn)(圖1),各樣點(diǎn)距離河口的長度用Google Earth軟件獲得.分別于2009年10月,2009年11月,2010年5月和2011 年5月進(jìn)行4次野外調(diào)查,共采集水樣176個.現(xiàn)場采用哈希多參數(shù)水質(zhì)分析儀(HACH sensION156)測定水體溫度(T)、pH值、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率(EC)等理化指標(biāo),用便攜式濁度儀(HACH2100P)測定濁度,用浮游植物葉綠素?zé)晒鈨x(Phyto-PAM,Walz,Germany)測定葉綠素a(Chl-a)含量.

圖1　東苕溪水系及采樣點(diǎn)布設(shè)Fig.1　Sampling sites in East Tiaoxi River system

采樣點(diǎn)由下游至上游分別為:1)E1～E11,東苕溪;2)N1～N12,北苕溪;3)M1～M5,中苕溪; 4)S1～S16,南苕溪采集到的水樣在冷藏條件下運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行氮、磷營養(yǎng)鹽分析測試.原水用于測試總氮(TN)和總磷(TP)濃度.適量原水經(jīng)0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后,濾液用于測定溶解性總氮(DTN)、氨氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)、溶解性總磷(DTP)、溶解性正磷酸鹽(PO43--P,也稱為可溶性活性磷,SRP)的濃度.其中,TN、DTN采用堿性過硫酸鉀分光光度法,NO3--N采用紫外吸收法,NH4+-N采用納式試劑分光光度法.TP、DTP、PO43--P采用鉬酸銨分光光度法,其中,TP和DTP需過硫酸鉀消解后再比色.測試方法參考相關(guān)國標(biāo)及《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》[13].調(diào)研前在支流南苕溪做預(yù)實(shí)驗(yàn),測定亞硝態(tài)氮(NO2--N)含量,其均值為(0.06± 0.09)mg/L,含量較低,且NO2--N不穩(wěn)定,易轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)的氮,故未對其在全流域進(jìn)行測定.溶解性有機(jī)氮(DON)、顆粒態(tài)磷(PP)和溶解性有機(jī)磷(DOP)濃度采用差減法求得,其中, [DON]= [DTN]-([NH4+-N]+[NO3--N]);[PP]=[TP]-[DTP],[ DOP]=[DTP]-[PO43--P].

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析前,利用Z分標(biāo)準(zhǔn)化法(“3δ”法)對數(shù)據(jù)中的異常值予以剔除.在此基礎(chǔ)上,將水體理化參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化,采用歐式距離平方(Squared Euclidean Distance)和離差平方法(Ward’s Methed),將空間上相似的樣點(diǎn)聚為一類.水體理化參數(shù)及氮、磷形態(tài)的空間差異顯著性檢驗(yàn)采用單因素方差分析(one-way ANOVA),用Tukey法進(jìn)行多重比較,顯著性水平為P<0.05.結(jié)果用字母標(biāo)度法表示,即相同字母表示無顯著差異,不同字母表示差異顯著.計(jì)算氮、磷形態(tài)及理化參數(shù)間的Spearman相關(guān)系數(shù),顯著性水平為P<0.05.數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 16.0軟件,繪圖采用Origin 8.5軟件.

圖2　東苕溪采樣點(diǎn)的聚類分析Fig.2　Cluster analysis of sampling sites using Ward’s measure in East Tiaoxi River

2　結(jié)果與討論

2.1 東苕溪空間異質(zhì)性及水體理化參數(shù)

選擇標(biāo)準(zhǔn)化后的水體理化參數(shù)(pH值、DO、EC、濁度、TN、TP、DOC、Chl-a)為聚類因子,開展了東苕溪空間層次聚類分析,結(jié)果見圖2.由圖可知,東苕溪干流各樣點(diǎn)(E1～E11)及北(N1)、中苕溪(M2、M3)匯流處聚為一類,定義為中-下游河段,該河段途徑杭嘉湖平原,依次流經(jīng)瓶窯鎮(zhèn)、德清市、湖州市等城區(qū)后注入太湖,具有平原河道特征,主要土地利用類型為水稻田、菜地等;南苕溪支流錦溪(S6、S7)、靈溪(S4、S5)及余杭段(S1～S3)聚為一類,定義為中-上游河段,錦溪流經(jīng)玲瓏工業(yè)區(qū)和臨安城區(qū),靈溪流經(jīng)板橋鄉(xiāng),個私經(jīng)濟(jì)活躍,竹材加工企業(yè)密布.因此,該河段主要受城鎮(zhèn)影響. 北(N2～N12)、中(M1,M4,M5)、南(S8～S16)苕溪上游聚為一類,定義為上游河段,該河段流經(jīng)浙西低山丘陵區(qū),具有山溪性河流特征,土地利用類型主要以山林為主,竹林、茶園等較多.雖然在各支流上游有旅游開發(fā),人為干擾相對較小.

表1　東苕溪各河段采樣點(diǎn)的理化性質(zhì)Table 1　Physico-chemical characteristics of sampling sites in each section of East Tiaoxi River

東苕溪自上游河源至下游河口表現(xiàn)出山溪性河流向平原型河網(wǎng)過渡的特征,沿途受到不同的人類活動的影響,這些影響可以通過水體理化參數(shù)來表現(xiàn).東苕溪水體pH值呈中性偏弱堿性,平均值為7.66(表1);DO含量普遍較高(平均值9.09mg/L),表明水體處于明顯的富氧狀態(tài).TN濃度均值為3.16mg/L,是地表水Ⅴ類水質(zhì)濃度限值(2mg/L)的1.58倍;TP濃度均值為0.11mg/L,低于地表水Ⅲ類水質(zhì)濃度限值(0.2mg/L),但已在水華暴發(fā)的適宜磷濃度范圍(0.1～0.8mg/L)[9].pH值和DO的變異系數(shù)均小于10%,其空間差異性較小.EC和濁度呈現(xiàn)出明顯的空間差異性,其中,EC值中-上游河段(402±90.6μS/cm)顯著高于其他河段(P<0.05),可能與城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)廢水排放有關(guān)[14].濁度值中-下游河段(212±209NTU)顯著大于其他河段,原因?yàn)樯嫌魏佣胃髦Я鞯踪|(zhì)主要由經(jīng)風(fēng)化和沖刷形成的各種粒徑的砂粒、碎石、卵石及巖石等組成,水體透明度高,濁度低;東苕溪干流受行船、沿岸采礦、河道挖沙等影響,水體濁度高.TN、TP、DOC、Chl-a含量表現(xiàn)出相似的空間變化特征,即上游河段<中-上游河段<中-下游河段.上游河段為天目山水系,沿途林地多、城鎮(zhèn)少,人口密度小,水質(zhì)相對較好;而中游和下游多為城鎮(zhèn)和平原地區(qū),工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá),水質(zhì)較差.

2.2 東苕溪水體氮、磷的空間分布特征

2.2.1 溶解性氮、磷 為了明晰東苕溪水體中溶解性氮、磷的相對重要性,比較溶解性成分在總量中所占的比例(圖3).DTN的平均含量為(2.19±1.01)mg/L,占TN的比例為73%±25%,說明水體中氮素主要以溶解態(tài)形式存在,與太湖水體溶解性氮占水體TN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)(79%)[9]. DTN濃度值與相對含量均無明顯縱向變化規(guī)律.

DTP的平均含量為(34.7±26.1)μg/L,占TP的47%±28%,其濃度沿程基本不變.TP含量總體上呈明顯的縱向分布特征,即自上游河源至下游河口地區(qū)呈遞增趨勢.因而,DTP的相對貢獻(xiàn)(DTP/TP)自上游河源至下游河口地區(qū)呈遞減趨勢,說明東苕溪向太湖輸入的磷素以顆粒態(tài)為主. 2.2.2 形態(tài)特征 NO3--N、NH4+-N和DON濃度平均值分別為(1.82±0.83), (0.34±0.29), (0.61± 0.37)mg/L(圖4).各河段占DTN比例較大的溶解態(tài)氮形態(tài)均為NO3--N,可達(dá)65%±13%;DON和NH4+-N占DTN的比例分別為22%±11%和13%±9%.該結(jié)果與其受納水體太湖中氮素比例一致[15].氮形態(tài)亦呈現(xiàn)出一定的空間特征. NH4+-N濃度及比例在中-上游河段均最大,可能與南苕溪流經(jīng)臨安市區(qū)及余杭鎮(zhèn),沿途接納了大量的生活污水有關(guān).DON濃度在中-下游河段最大,且與上游河段無顯著差異,但其比例在上游河段最大,可能與流域內(nèi)化肥施用有關(guān).上游河段雖然人為干擾少,但普遍種植經(jīng)濟(jì)林(如雷竹林、山核桃),集約經(jīng)營程度高,化肥使用量大.Wu等[16]研究表明,苕溪上游經(jīng)濟(jì)林廣泛施用無機(jī)和有機(jī)肥料,導(dǎo)致土壤水溶性有機(jī)氮濃度比天然林高21倍.

圖3　氮、磷含量隨河口距離的變化Fig.3　Concentration variations of nitrogen and phosphorous along East Tiaoxi river

圖4　東苕溪各河段氮、磷形態(tài)及其比例Fig.4　Species and relative abundance of nitrogen and phosphorus in each section of East Tiaoxi River柱狀圖一側(cè)字母表示顯著性差異,Tukey檢驗(yàn),P<0.05;相同字母表示差異不顯著

PO43--P和DOP濃度均值分別為(18.1±14.6), (10.5±6.06)μg/L,DOP占TDP的比例為42%±25%. PO43--P和DOP濃度呈現(xiàn)出一致的空間變化規(guī)律,在中-上游河段最大,中-下游河段略有降低,而顆粒態(tài)磷含量在中-下游河段有所上升,由此可以推測降低的原因可能是水體中部分溶解態(tài)磷吸附在礦質(zhì)顆粒表面,形成膠體物質(zhì).曹承進(jìn)等[17]在三峽水庫主要入湖河流磷營養(yǎng)鹽的研究中指出,TDP的比例較小可能是由于發(fā)育的水生態(tài)系統(tǒng)使得更多的溶解態(tài)磷轉(zhuǎn)化為懸浮態(tài)磷造成的.

2.2.3 化學(xué)計(jì)量比 東苕溪流域DOC:DON的摩爾比為11±8,且存在空間差異(表2).有機(jī)物的C:N可以用來示蹤其來源[18].C:N接近于Redfield比值(6.6:1),表明有機(jī)質(zhì)來源于自生源或藻類.相應(yīng)地,陸源有機(jī)質(zhì)通常含有更高的C:N,介于10到1000范圍內(nèi).因此,東苕溪DON和DOP既有外源輸入,又有內(nèi)源生產(chǎn).上游河段的有機(jī)C:N僅為8±5,因其流經(jīng)土壤稀少的山區(qū),河水清澈,底質(zhì)上生長有大量的生物膜,河流中有機(jī)物主要是自生的(藻類和水生苔蘚),該結(jié)果與Suldalsl?gen河的結(jié)果一致[19].

TN:TP和DIN:SRP的物質(zhì)的量比分別為111±117,360±338.參照Guildford等[20]提出的水中營養(yǎng)物限制判斷標(biāo)準(zhǔn),東苕溪流域研究期間始終處于磷限制狀態(tài).但也有研究表明[21],當(dāng)水體DIN:SRP比值高于100:1或低于1:1時,單純用化學(xué)計(jì)量比預(yù)測營養(yǎng)限制并不準(zhǔn)確.

表2　東苕溪水體的化學(xué)計(jì)量比Table 2　Stoichiometric molar ratios of East Tiaoxi river

2.2.4 關(guān)于DON和DOP的討論 東苕溪水體中氮形態(tài)比例與太湖水體一致,說明入湖河流不僅對太湖水體氮素總量,而且對氮素形態(tài)產(chǎn)生重要影響.在未受污染或氮沉降率低的森林流域或山地生態(tài)系統(tǒng)[22]中,DON是水體中主要的氮素形態(tài).而且,當(dāng)?shù)獫舛容^低時,DON可作為重要的氮源.然而,受到化肥使用和大氣氮沉降影響的流域,水體中氮素以DIN為主.盡管受人為干擾地區(qū)的DON比例相對較低,但其具有更高的生物可利用性,同樣應(yīng)該引起足夠的重視.研究表明,微生物利用每摩爾的DON生成的產(chǎn)物是DIN的5 倍,且比DIN更有利于微生物的新陳代謝[23-24].張強(qiáng)等[25]對太湖的研究中發(fā)現(xiàn),附著藻類對尿素的吸收速率與NH4+的吸收速率相當(dāng),都高于對NO3-的吸收速率,但尿素分子中N的數(shù)量是NH4+的2倍.

東苕溪水體DOP占DTP的比例高達(dá)42%,為水中重要的磷素形態(tài).水體中DOP的周轉(zhuǎn)時間快,可作為浮游植物群落利用的磷源參與到磷循環(huán)中.胡正峰等[26]在加拿大格蘭德河的研究中發(fā)現(xiàn),水體DOP的周轉(zhuǎn)時間大約在10～24h內(nèi).此外,水體中DOP與DIP之間可以發(fā)生轉(zhuǎn)化.高光等[27]在太湖的研究表明,當(dāng)水體中生物活性磷缺乏時,一部分有機(jī)磷通過酶(例如,堿性磷酸酶)的作用從DOP庫中分解、釋放出DIP,使得水體中的正磷酸鹽得以補(bǔ)充,藻類的生長、繁殖得以持續(xù).因此,水體存在的DOP是藻類等水生生物生長必需磷的重要貯存庫,對藻類的生長具有一定的潛在影響和貢獻(xiàn).

2.3 東苕溪水體氮、磷營養(yǎng)鹽及環(huán)境因子之間的相關(guān)性

東苕溪水體TN與TP顯著正相關(guān)(r=0.204, P<0.05),該結(jié)果與聶澤宇等[7]在苕溪流域的研究結(jié)果一致,表明東苕溪流域具備農(nóng)業(yè)面源污染特征,氮、磷的輸入形式及途徑大致相同,農(nóng)業(yè)面源攜帶大量氮、磷進(jìn)入水體(表3).TN與DON、以及TP與DOP之間存在顯著正相關(guān)(r=0.533, P<0.01;r=0.630,P<0.01),表明DON和DOP是東苕溪水體氮、磷的重要存在形態(tài).PP與PO43--P之間存在顯著正相關(guān)(r=0.317,P<0.01),表明PP可以成為潛在活性磷,是水中生物可利用磷庫的重要補(bǔ)充.EC與DOP、NH4+-N之間呈顯著正相關(guān)(r=258,P<0.05),說明城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)廢水排放對水體氮、磷含量及形態(tài)有顯著影響.濁度與各形態(tài)磷之間均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),其中與PP的相關(guān)系數(shù)最高(r=0.81,P<0.01),表明除城鎮(zhèn)生活污水與工業(yè)廢水外,流域礦質(zhì)顆粒的輸入及沉積物再懸浮是水相中磷素的重要來源.氮、磷營養(yǎng)鹽與Chl-a含量均存在顯著正相關(guān). Chl-a與NH4+-N存在顯著正相關(guān)(r=0.449, P< 0.01),而與TN和NO3--N并無顯著相關(guān)性,說明藻類對氮源的利用具有選擇性.藻類一般會優(yōu)先利用水體中的NH4+-N,因?yàn)镹H4+-N在被同化時不需要降解,而NO3--N需要被還原才能利用[28]. Chl-a與各形態(tài)磷均顯著正相關(guān),且Chl-a與TP、PP的相關(guān)系數(shù)明顯高于與NH4+-N的相關(guān)系數(shù),說明磷作為苕溪水域藻類生長的營養(yǎng)限制因子,在藻類生長過程中被優(yōu)先利用.

表3　東苕溪氮、磷營養(yǎng)鹽與其他理化因子之間的相關(guān)系數(shù)(n=176)Table 3　Correlation coefficients between nitrogen, phosphorus fractions and physico-chemical properties in East Tiaoxi river(n=176)

2.4 東苕溪水體氮、磷營養(yǎng)鹽控制策略

綜合以上分析,可以發(fā)現(xiàn),東苕溪水體氮、磷各形態(tài)的比例與太湖基本一致.因此,降低苕溪流域氮、磷濃度不失為控制太湖富營養(yǎng)化的一條途徑.綜合東苕溪水體氮、磷形態(tài)的空間變化及其與環(huán)境因子的相關(guān)分析,結(jié)合聶澤宇等[7]、李偉[10]、王歡等[11]等對苕溪流域的研究及提出的污染防治策略,從空間尺度上提出旨在降低東苕溪水體中氮、磷濃度的水質(zhì)改善策略:(1)東苕溪流域上游水質(zhì)較好,但氮含量已然很高,可利用上游林地阻截地表徑流攜帶的氮污染物.(2)在中-上游區(qū)域,應(yīng)重點(diǎn)控制農(nóng)村生活污水與工業(yè)廢水的點(diǎn)、面源排放.(3)在下游區(qū)域,應(yīng)重點(diǎn)恢復(fù)以沉水植被為主的生態(tài)系統(tǒng),減少行船、挖沙等活動引起的底泥再懸浮及氮、磷營養(yǎng)鹽釋放.

3　結(jié)論

3.1 東苕溪水體中氮主要以溶解態(tài)為主, NO3--N為溶解態(tài)氮的主要存在形態(tài),磷主要以顆粒態(tài)為主.TP濃度及顆粒態(tài)磷的相對貢獻(xiàn)自上游河源至下游河口地區(qū)呈遞增趨勢.

3.2 DON和DOP是東苕溪水體氮、磷素的重要存在形態(tài),占DTN、DTP的比例分別為22%、42%.東苕溪上游、中-上游、中-下游河段分別具有山溪性溪流、城鎮(zhèn)影響河流、平原型河道特征,影響DON和DOP的賦存特征.在上游河段,內(nèi)源生產(chǎn)對DON和DOP含量有重要貢獻(xiàn).此外,上游河段的經(jīng)濟(jì)林以及中下游河段的農(nóng)田等農(nóng)業(yè)經(jīng)營活動影響DON含量.

3.3 中-上游河段城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)廢水排放對水體氮、磷含量及形態(tài)有顯著影響;中-下游河段流域礦質(zhì)顆粒的輸入及沉積物再懸浮是水相中磷素的重要來源.同時,水體中部分溶解態(tài)磷吸附在礦質(zhì)顆粒表面形成膠體物質(zhì)會引起中-下游河段溶解態(tài)磷含量的下降.

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙學(xué)敏,馬千里,姚玲愛,等.龍江河水體中氮磷水質(zhì)風(fēng)險評價[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33(S1):233-238.

[2] Conley D J, Paerl H W, Howarth R W, et al. Controlling eutrophication: nitrogen and phosphorus [J]. Science, 2009, 323(5917):1014-1015.

[3] Gillor O, Hadas O R A, Post A F, et al. Phosphorus and nitrogen in a monomictic freshwater lake: employing cyanobacterial bioreporters to gain new insights into nutrient bioavailability [J]. Freshwater Biology, 2010,55(6):1182-1190.

[4] Berman T, Bronk D A. Dissolved organic nitrogen: a dynamic participant in aquatic ecosystems [J]. Aquatic Microbial Ecology, 2003,31(3):279-305.

[5] Worsfold P J, Monbet P, Tappin A D, et al. Characterisation and quantification of organic phosphorus and organic nitrogen components in aquatic systems: a review [J]. Analytica Chimica Acta, 2008,624(1):37-58.

[6] 吳豐昌,金相燦,張潤宇,等.論有機(jī)氦磷在湖泊水環(huán)境中的作用和重要性 [J]. 湖泊科學(xué), 2010,(1):1-7.

[7] 聶澤宇,梁新強(qiáng),邢 波,等.基于氮磷比解析太湖苕溪水體營養(yǎng)現(xiàn)狀及應(yīng)對策略 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012,32(1):48-55.

[8] 顧 蕾,吳春駿,王 鑫.基于遙感的臨安市土地利用變化及驅(qū)動力分析 [J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào), 2009,26(6):870-876.

[9] 朱廣偉.太湖水質(zhì)的時空分異特征及其與水華的關(guān)系 [J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2009,18(5):439-445.

[10] 李 偉.苕溪流域地表水水質(zhì)綜合評價與非點(diǎn)源污染模擬研究[D]. 杭州:浙江大學(xué), 2013.

[11] 王 歡,袁旭音,陳海龍,等.太湖流域上游西苕溪支流的營養(yǎng)狀態(tài)特征及成因分析 [J]. 湖泊科學(xué), 2015,27(2):208-215.

[12] Liang T, Wang H, Rung H T, et al. Agriculture Land-use Effects on nutrient losses in west Tiaoxi watershed, China [J]. Journal of the American Water Resources Association, 2004,40(6):1499-1510.

[13] 魏復(fù)盛,畢 彤,齊文啟.水和廢水檢測分析方法 [M]. 4版.北京, 2002.

[14] Huang Q H, Wang Z J, Wang D H, et al. Origins and mobility of phosphorus forms in the sediments of Lakes Taihu and Chaohu, China [J]. Journal of Environmental Science and Health, 2005, 40(1):91-102.

[15] 吳雅麗,許 海,楊桂軍,等.太湖水體氮素污染狀況研究進(jìn)展[J]. 湖泊科學(xué), 2014,26(1):19-28.

[16] Wu J S, Jiang P K, Chang S X, et al. Dissolved soil organic carbon and nitrogen were affected by conversion of native forests to plantations in subtropical China [J]. Canadian Journal of Soil Science, 2010,90(1):27-36.

[17] 曹承進(jìn),秦延文,鄭丙輝,等.三峽水庫主要入庫河流磷營養(yǎng)鹽特征及其來源分析 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2008,29(2):310-315.

[18] Mattsson T, Kortelainen P, Laubel A, et al. Export of dissolved organic matter in relation to land use along a European climatic gradient [J]. Science of the Total Environment, 2009,407(6): 1967-1976.

[19] Helland A, Holtan G, J?rgensen P. Riverine inputs of organic carbon and nitrogen to Norwegian coastal areas [J]. AMBIO: A Journal of the Human Environment, 2003,32(6):412-417.

[20] Guildford S J, Hecky R E. Total nitrogen, total phosphorus, and nutrient limitation in lakes and oceans: Is there a common relationship? [J]. Limnology and Oceanography, 2000,45(6): 1213-1223.

[21] Keck F, Lepori F. Can we predict nutrient limitation in streams and rivers? [J]. Freshwater Biology, 2012,57(7):1410-1421.

[22] Kaushal S S, Lewis Jr W M. Fate and transport of organic nitrogen in minimally disturbed montane streams of Colorado, USA [J]. Biogeochemistry, 2005,74(3):303-321.

[23] Seitzinger S P, Sanders R, Styles R. Bioavailability of DON from natural and anthropogenic sources to estuarine plankton [J]. Limnology and Oceanography, 2002,47(2):353-366.

[24] Wiegner T N, Seitzinger S P, Glibert P M, et al. Bioavailability of dissolved organic nitrogen and carbon from nine rivers in the eastern United States [J]. Aquatic Microbial Ecology, 2006,43(3): 277-287.

[25] 張 強(qiáng),劉正文.附著藻類對太湖水體中3種氮源的吸收作用[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2014,35(1):60-64.

[26] 胡正峰.加拿大格蘭德河水體磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化及水生生物對磷素吸收釋放研究 [D]. 重慶:西南大學(xué), 2013.

[27] 高 光,秦伯強(qiáng),朱廣偉,等.太湖梅梁灣中堿性磷酸酶的活性及其與藻類生長的關(guān)系 [J]. 湖泊科學(xué), 2004,16(3):245-251.

[28] 劉梅芳,王海英.氮源及其濃度對三角褐指藻生長及其脂肪酸組成的影響 [J]. 中南民族大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2008,27(2): 32-35.

致謝：感謝桂林理工大學(xué)的黃亮亮老師,同濟(jì)大學(xué)的丁源、蔣科等同學(xué)在現(xiàn)場采樣和分析測試中的工作,感謝同濟(jì)大學(xué)的李寧老師、博士留學(xué)生Zebene,中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的董慧峪老師對英文摘要及圖、表題目的修改.

Forms of nitrogen and phosphorus and their spatial variability in East Tiaoxi River.

XU Bing-bing1, LU Feng1,2, HUANG Qing-hui1, LI Jian-hua1*(1.College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China；2.Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) Corporation Limited, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2016,36(4)：1181～1188

Abstract：From 2009 to 2011, four field surveys were carried out in East Tiaoxi River watershed. The forms of nitrogen and phosphorus and their spatial variability were analyzed. East Tiaoxi River could be divided into three sections, namely upper reach, middle-up reach and middle-lower reach, and characterized by hilly river, river influenced by urban and plain river, respectively. The results showed that dissolved nitrogen was the main nitrogen species in water, and nitrate (NO3--N) was the major form of dissolved total nitrogen (DTN) species. Meanwhile, phosphorus in particulate form was slightly more abundant than that in dissolved form (dissolved total phosphorus (DTP)) in the samples. And the relative partition of DTP to TP decreased along the river flow. The dissolved organic nitrogen (DON) and phosphorus (DOP) accounted for 22% and 42% of DTN and DTP, respectively, with a significant positive correlations as well. The higher ammonia nitrogen (NH4+-N), DOP and orthophosphate (PO43--P) in middle-up reach, accompanied by the positively correlated conductivity with NH4+-N and DOP, indicated that the discharge of urban sewage probably affected the contents and species of nitrogen and phosphorus. The positive correlations between turbidity and all forms of phosphorus revealed that the inputs of mineral particles or sediment resuspensions, which were induced from mining, navigation and digging in lower reach, may be important sources of phosphorus. Finally, the slight reduction of DTP in middle-lower reach was also observed, which was probably induced by adsorption of dissolved phosphorus into the surface of mineral particles.

Key words：East Tiaoxi River；organic nitrogen；organic phosphorus；spatial variability

作者簡介：徐兵兵(1986-),男,內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人,博士生,主要從事溶解有機(jī)質(zhì)、河流生態(tài)修復(fù)方面的研究.發(fā)表論文4篇.

基金項(xiàng)目：上海市科委項(xiàng)目(13231203703,13DJ1400104)

收稿日期：2015-09-15

中圖分類號：X522

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-6923(2016)04-1181-08