劉俊第, 林 威, 姜 婧, 劉燕飛, 方 熊, 易志剛

(福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/土壤環(huán)境健康與調(diào)控福建省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002)

城市內(nèi)河的水質(zhì)、水量直接影響著沿岸居民的生產(chǎn)活動，在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的環(huán)境效益[1].工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)退水和家庭生活污水等水體污染物導(dǎo)致水質(zhì)的惡化，嚴(yán)重影響了水生生態(tài)環(huán)境[2-3].水質(zhì)參數(shù)(包括物理、化學(xué)和生物參數(shù))能夠反映河水水質(zhì)并作為其潛在用途的重要指標(biāo)，在城市內(nèi)河水體質(zhì)量評估中具有重要意義[4].總氮(total nitrogen, TN)和總磷(total phosphorus, TP)不僅可以用于衡量水質(zhì)的優(yōu)劣，還可以用來評價水體的富營養(yǎng)化程度[5-6].流動水體中的銨態(tài)氮(NH4+-N)濃度一般不高于2 mg·L-1，但是當(dāng)水體受到工業(yè)廢水和生活污水污染時，銨態(tài)氮的濃度會迅速升高，并對水生生物產(chǎn)生毒害作用[7-8].化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand, COD)是指水體中的還原性物質(zhì)(包括某些有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽和硫化物等)被強(qiáng)氧化劑氧化所消耗的氧化劑的量，在水體污染物監(jiān)測項目中，COD值可為進(jìn)一步控制污染源提供重要參考價值[9-11].適量的水體懸浮固體(suspended solids, SS)可以調(diào)節(jié)水生生態(tài)系統(tǒng)的溫度及透光度以維持其健康運(yùn)行，過量時水生生物生長速率降低，魚類窒息死亡[12].

本試驗(yàn)以福州市倉山區(qū)6條城市內(nèi)河(分別為洋洽河、飛鳳河、紅旗浦、臺嶼河、浦上河和洪陣河)為研究對象，對河流水體幾項水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評價，以期了解福州市內(nèi)河的水質(zhì)狀況，為福州市水環(huán)境改善以及水環(huán)境監(jiān)測提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義.

2 材料和方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

福州市位于我國東南沿海(25°15′—26°39′N，118°08′—120°31′E)，福建省中東部的閩江口.福州地貌屬于河口盆地，海拔在600～1 000 m之間；氣候?qū)俚湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候，陽光充足，年平均日照數(shù)為1 700～1 980 h；雨量充沛，年平均降水量為900～2 100 mm，年平均氣溫為20～25 ℃，極端最高溫為42.3 ℃，極端最低溫-2.5 ℃；年相對濕度約77%，常出現(xiàn)熱島效應(yīng)；林地面積7 792 km2，占全市總面積的65%，森林覆蓋率57.8%，綠化程度達(dá)88.6%.市內(nèi)河網(wǎng)密度大，地表徑流豐富.

2.2 水樣采集及預(yù)處理

圖1 采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of sampling sites

選擇福州市倉山區(qū)6條城市內(nèi)河采集水樣(圖1，圖中五角星符號表示采樣點(diǎn))，分別為洪陣河、飛鳳河、紅旗浦、臺嶼河、浦上河和洋洽河.于2017年6月4日(晴天)和10日(雨天)采樣.采集的水樣為瞬時水樣.由于河流寬度小于50 m，每條河流只設(shè)置一條中泓垂線(河流中沿水流方向各橫斷面最大水深點(diǎn)的連線)，并分別在河流的上、中、下游中泓垂線位置采集3個重復(fù)水樣.采樣時將采樣器沉至水面下0.3～0.5 m，避開排污口，采樣量不少于2 L.

采集完成后，將水樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室預(yù)處理.先將每個采樣點(diǎn)的3個重復(fù)水樣混勻后取1.5 L，過0.45 μm微孔濾膜進(jìn)行抽濾，用于分析水體TN、TP、NH4+-N和COD.再取0.5 L水樣不做處理，用于分析水體SS.所有分析在采集后24 h內(nèi)完成.

2.3 水質(zhì)指標(biāo)測定方法

水質(zhì)指標(biāo)測定均參照水污染物監(jiān)測分析方法.TN測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[13].TP測定采用鉬酸銨分光光度法[14].NH4+-N測定采用納氏試劑比色法[15].COD測定采用重鉻酸鹽法[16].SS測定采用重量法[17].

2.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和整理.用SPSS 19.0的one-way ANOVA對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，相關(guān)性分析采用Pearson法，顯著水平設(shè)置為P<0.05.

3 結(jié)果與分析

3.1 水體的TN和TP濃度

由圖2可知，雨天時，浦上河TN濃度(最高)比洪陣河(最低)高1.45 mg·L-1，差異顯著(P<0.05)，其它幾條內(nèi)河差異較不明顯.紅旗浦的TP濃度最高，為0.72 mg·L-1，浦上河TP濃度為0.48 mg·L-1，顯著高于洪陣河、飛鳳河、臺嶼河和洋洽河(P<0.05).地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[18]中TN，TP濃度Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值分別為2.0和0.4 mg·L-1(圖中虛線標(biāo)示位置).雨天時，內(nèi)河的TN濃度均超過Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值，紅旗浦和浦上河的水體TP濃度超過Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值.浦上河和紅旗浦的水體氮、磷濃度較高的原因可能是，浦上河和紅旗浦位于居民區(qū)，街道、下水道、城市垃圾經(jīng)雨水沖刷，將含氮、磷的污染物匯入雨水中，由地表徑流匯入浦上河和紅旗浦.晴天時，內(nèi)河的TN濃度遠(yuǎn)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值，洋洽河TN濃度最高為14.62 mg·L-1，比洪陣河高162.5%(P<0.05).除洪陣河外，其他內(nèi)河TP濃度均超過地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn).水體中的氮、磷超標(biāo)會促進(jìn)藍(lán)藻的爆發(fā)，降低水體的透光度及自凈能力[19]，形成水質(zhì)惡化的惡性循環(huán).

圖中不同大寫字母表示河流之間水質(zhì)指標(biāo)有顯著差異，顯著性水平設(shè)置為P<0.05.下同.圖中虛線位置為地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)TN、TP濃度限值，分別為2.0和0.4 mg·L-1.圖2 城市內(nèi)河水體TN和TP濃度比較Fig.2 Comparison of TN and TP concentrations in water body under different weather conditions

3.2 水體的NH4+-N濃度

由圖3可知，雨天時紅旗浦的NH4+-N濃度高達(dá)10.04 mg·L-1，顯著高于其他幾條河流(P<0.05)；飛鳳河和浦上河NH4+-N濃度次之.水體中的NH4+-N來源于城市化過程中生活污水的排放.一方面，汽車、公交車、貨車等交通工具排放的尾氣含有一定量的氨，這些氣體溶于水形成銨態(tài)氮；另一方面，生活垃圾、糞便、洗滌劑等也是銨態(tài)氮的重要來源之一[20].晴天時，飛鳳河、紅旗浦、浦上河和洋洽河的NH4+-N濃度均顯著高于洪陣河和臺嶼河(P<0.05)，可能是由于夏季晴天溫度高，沉積物表層具有向上部水體的NH4+-N遷移通量，水體中積聚了大量的銨態(tài)氮；其次人類活動產(chǎn)生的有機(jī)氮，包括蛋白質(zhì)和脂肪胺等化合物也是水體中NH4+-N的主要來源[21].晴天和雨天，內(nèi)河中的NH4+-N濃度均嚴(yán)重超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中NH4+-N濃度Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值(2.0 mg·L-1)，說明水體受氨的污染較為嚴(yán)重.

圖中虛線位置為地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)NH4+-N濃度限值2.0 mg·L-1.圖3 城市內(nèi)河水體NH4+-N濃度比較Fig.3 Comparison of NH4+-N concentration in water body under different weather conditions

3.3 水體的COD濃度

由圖4可以看出，雨天時，6條內(nèi)河的COD濃度由高到低依次為：浦上河(289.97 mg·L-1)>紅旗浦>洋洽河>臺嶼河>飛鳳河>洪陣河，浦上河的COD濃度顯著高于其他幾條內(nèi)河.晴天時，各內(nèi)河的COD濃度由高到低依次為：浦上河(351.33 mg·L-1)>洋洽河>紅旗浦>飛鳳河>臺嶼河>洪陣河，浦上河依然顯著高于其他內(nèi)河(P<0.05).6條內(nèi)河中COD濃度均遠(yuǎn)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中COD的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值40.0 mg·L-1，可能是由于城市面源排放等外源污染物的輸入和湖泊水體生物代謝和沉積物的二次釋放[12].

圖中虛線位置為地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)COD濃度限值40.0 mg·L-1.圖4 城市內(nèi)河水體COD濃度比較Fig.4 Comparison of COD concentration in water body under different weather conditions

3.4 水體的SS濃度

圖5 城市內(nèi)河水體SS濃度比較Fig.5 Comparison of SS concentration in water body under different weather conditions

不同天氣情況下6條內(nèi)河SS濃度差異如圖5.雨天時，洪陣河的SS濃度(最高)是浦上河(最低)的1.43倍，差異顯著(P<0.05)；飛鳳河、臺嶼河和洋洽河的SS濃度也顯著高于浦上河(P<0.05).晴天時，洋洽河的SS濃度顯著高于其他河流(P<0.05)，其他河流之間SS濃度差異不顯著.道路上的積塵是徑流水質(zhì)的重要影響因素，洪陣河和浦上河位于車流量大的馬路邊，道路上車輛、行人多，交通量大，揚(yáng)塵等污染物多，造成徑流水質(zhì)差[22].其次，飛鳳河中生活垃圾多，這些懸浮物沉積后易發(fā)生厭氧發(fā)酵，使水質(zhì)惡化[23]最后，紅旗浦河附近工地較多，施工所產(chǎn)生的顆粒物經(jīng)過降水沖刷沉降到地表，隨徑流匯入到河流中[24].

3.5 水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性

5種主要水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析見表1.由表1可知，NH4+-N、TN與TP呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，說明水體的主要污染物為氮磷，并且它們的變化趨勢一致.本試驗(yàn)中，COD與NH4+-N、TN和TP呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，可能是水體氮、磷等污染物主要為人類生活中的還原性物質(zhì).SS與TN和TP的相關(guān)性也極為顯著(P<0.01)，表明SS進(jìn)入內(nèi)河水體后，經(jīng)過轉(zhuǎn)化形成含氮、磷的污染物，并積累在水體中，導(dǎo)致水體中TN和TP濃度的升高.相關(guān)性分析進(jìn)一步說明水體的幾種主要水質(zhì)指標(biāo)之間存在相互依賴關(guān)系，它們之間變化趨勢相近，或者污染物之間可能相互轉(zhuǎn)化.

表1 水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析1)Table 1 Correlation analysis of water quality indexes of water body

1)**表示顯著性水平達(dá)0.01.

4 結(jié)論

(1)紅旗浦和浦上河的水體總氮和總磷濃度較其他內(nèi)河水體高，水體富營養(yǎng)化程度嚴(yán)重.紅旗浦的銨態(tài)氮濃度很高，說明沿河區(qū)域污染物排放較嚴(yán)重.浦上河化學(xué)需氧量濃度偏高，表明水體中匯入了很多還原性物質(zhì).洋洽河的SS更高，很容易轉(zhuǎn)化為其他污染物質(zhì).

(2)福州市倉山區(qū)6條內(nèi)河的TN、TP、NH4+-N和COD多數(shù)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，說明這6條內(nèi)河的水體質(zhì)量較差，需采取有效的管理措施，改善水生生態(tài)環(huán)境.

(3)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，水體各主要水質(zhì)指標(biāo)之間多數(shù)呈極顯著相關(guān)關(guān)系，表明水體中的污染物可能存在相互轉(zhuǎn)化.建議對內(nèi)河水質(zhì)進(jìn)行深入分析，監(jiān)測其他內(nèi)河水體指標(biāo),如含硫化合物、重金屬等，以對福州內(nèi)河水質(zhì)做更進(jìn)一步的綜合評價.