镇江市古运河河岸沉积物氮及有机质分布特征

周裔文, 周晓红, 任琪琪, 李义敏, 林志军, 冯德友, 韩 顼

(江苏大学 环境与安全工程学院, 江苏 镇江 212013)

镇江市古运河河岸沉积物氮及有机质分布特征

周裔文, 周晓红, 任琪琪, 李义敏, 林志军, 冯德友, 韩 顼

(江苏大学 环境与安全工程学院, 江苏 镇江 212013)

氮; 有机质; 分布特征; 河岸沉积物; 古运河

目前，城市内河河流黑臭问题已经受到人们的广泛关注，生产和生活等外源性的污染物进入河流中，使得一些城市内河水质受到较严重的污染。而城市内河受降雨、水位调控、季节变化等因素的影响，河岸带多处于水位消涨的动态变化过程中[15]。另外河岸带又容易受人类活动的影响，不仅外源性的污染物容易堆积在河岸带，而且内源性的污染物质容易受风浪的影响沉积在河岸带，从而使得河岸带沉积物的营养盐含量与河道沉积物中的营养盐有一定的差异[15]。然而，目前对河岸带表层沉积物的研究较少，对河岸带表层沉积物中氮元素的分布特征进行研究，为城市内河河岸带的综合治理和生态保护提供理论依据，也有利于发挥城市内河河岸带的景观价值，具有重要意义。因此，本研究以镇江市古运河为研究区域，分析了不同采样点的沉积物氮素含量以及分布情况，以期为古运河富营养化的预防及防治提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与预处理

研究区域位于古运河镇江段，该河段全长16.69 km，平均水深4～6 m，流经镇江市区，是镇江市老城区最大的受纳水体[15-16]，是镇江老城区以及官塘、丁卯、丹徒、谏壁等地表径流以及南部山丘洪水的主要汇入河流。在前期调研基础上[15-16]，选择古运河干流及其支流共6个采样点进行样品采集，各采样点位见图1。

采用沉积物采样器分别采集河岸带(水—岸交错区)各采样点的表层沉积物，每个点位采集沉积物各3次，充分混合后迅速保存于聚乙烯自封袋里(排出空气)，运回实验室后，低温保存，并通过冷冻干燥仪于-45℃冷冻干燥(LGJ-12压差型，北京松源华兴科技发展有限公司)，后用玛瑙研钵研磨，过100目筛，自封袋封装后保存备用。

1.2 样品的测定

1.3 数据分析

采用Excel 2015对试验数据进行处理与分析，利用SPSS 19.0对沉积物氮、有机质含量及其与沉积物理化因子做Pearson相关性分析。

图1采样点示意图

2 结果与分析

2.1 古运河沉积物氮素的变化特征分析

表1 古运河河岸带表层沉积物不同形态氮含量统计

图2河岸表层沉积物氮素及有机质含量的分布特征

2.2 古运河沉积物有机质含量的变化特征

古运河沉积物有机质含量介于0.99%～2.32%，平均值为1.74%(表1)，变异系数为32.50%，表现为中等变异性，表明各采样点的沉积物有机质含量变化幅度中等，其在空间上的分布规律为：G6>G1>G3>G5>G2>G4(图2)。此外，沉积物C/N一般可反映出营养源的来源，本文中对沉积物C/N的计算结果表明，古运河河岸沉积物C/N在各采样点波动变化，平均值为15.07，介于5.62～33.79，变异系数为63.81%，空间上表现为：G1>G5>G4>G2>G3>G6。

表2 古运河河岸沉积物各形态氮所占比例 %

2.3 沉积物中氮及其有机质与理化因子间的相关性分析

为进一步探讨古运河河岸沉积物中不同形态氮分布特征的因素，对各形态氮之间以及各形态氮雨沉积物pH值、有机质之间做相关性分析(表3)。由表3可知，3种形态的无机氮与TN相关系数由大到小分别为：亚硝态氮>氨氮>硝氮，可见亚硝氮与TN的关系最为密切。此外，亚硝态氮与有机氮之间存在显著正相关性(p<0.05)，表明二者之间可能存在着生物地球化学的相互转化。而氨氮与硝氮、亚硝氮以及有机氮之间的相关性不强，说明氨氮与其他形态氮在沉积物方式上存在一定的差异性。

沉积物氨氮与pH值呈显著正相关关系、而亚硝态氮、有机氮以及总氮则与pH值呈显著负相关关系。(p<0.05)，表明pH值是影响沉积物氮形态的关键因素。而古运河沉积物氮形态与OM值之间无显著相关性，表明沉积物有机质对氮形态无明显的影响。

表3 古运河河岸沉积物氮、有机质理化因子间的相关性系数

注：**在p<0.01水平(两侧)上显著相关；*在p<0.05水平(两侧)上显著相关。

3 讨 论

3.1 古运河沉积物氮含量变化特征分析

与国内外其他河流或湖泊沉积物相比，古运河河岸沉积物总氮含量与南通市区各河流(1 320.33～2 131.67 mg/kg)[23]，古夫河(0.255～1.703 mg/g，平均值0.927 mg/g)[5]，洱海湖滨带(418.0～5 243 mg/kg，平均值1 832 mg/kg)[25]以及望虞河(347.85～2 733.56 mg/kg)[26]相当，高于洱海17条临湖段河流(23.10～310.60 mg/kg)[27]，但低于红枫湖流域消落带沉积物(1 626.95～2 926.13 mg/kg)[28]，长荡湖(3.47～10.80 g/kg)[29]以及清潩河(2 140～9 470 mg/kg)[30]。

3.2 古运河沉积物有机质含量变化特征的分析

沉积物有机质主要来自于水体中自养生物的合成和陆源输入，反映了水体受有机物污染的程度，是指示水体内源污染程度的一个重要指标[26,31]。沉积物中有机质含量会影响氮、磷、重金属等污染物的吸附和释放过程，对河流上覆水水质有非常重要的影响。研究表明，较高的有机质含量将造成沉积物中污染物的富集，此外，丰富的有机物将有利于微生物的生长繁殖，从而促使污染物的释放速度的加快[23,32]。古运河沉积物有机质含量介于0.99%～2.32%，平均值分别为1.74%(表1)，变异系数为32.50%，表现为中等变异性，表明各采样点的沉积物有机质含量变化幅度中等，其顺序为G6>G1>G3>G5>G2>G4，表明G6点有机质含量最高，这与该点所处的环境及其外源污染与密切的关系。

对沉积物C/N的计算结果表明，古运河河岸沉积物C/N在各采样点波动变化，平均值为15.07，介于5.62～33.79，变异系数为63.81%。研究表明，由于蛋白质是生物体中最重要的含氮成分，不同类型有机质所含蛋白质不同[33]，如对于淡水生态系统而言，由于水生态系统生物种类的差异，其中藻类富含蛋白质而缺乏纤维素，而维管类高等植物体内纤维素含量高，蛋白质含量较低[16,22]，由此导致沉积物C/N比的显著差异，因此，利用C/N比可区分不同类型的有机质，并依此判断有机质的来源[16,22,34-37]。如刘东艳等[38]认为海源有机物C/N约为7，而陆源有机物C/N一般大于20。Prahl等[39]认为沉积物C/N比大于12时代表陆源有机质，小于8则代表湖泊自身有机质。而也有学者认为当C/N>10时，沉积物有机质以外源为主，C/N<10时，则以内源有机质为主，而C/N≈10时，表明外源与内源有机质基本达到平衡状态[16,40-44]。根据以上判断标准可知，古运河河岸沉积物C/N平均值大于15，表明其以陆源贡献为主。

4 结 论

(1) 古运河河岸表层沉积物氮及有机质含量具有一定的空间差异性，总氮和有机氮的离散程度较高，表明TN，Org-N在各采样点的含量差异较大，而沉积物氨态氮、硝态氮以及亚硝态氮表现为中等离散程度，表明以上元素在各采样点的变化不大。

(3) 古运河沉积物有机质含量在空间上的分布规律为G6>G1>G3>G5>G2>G4，且以陆源贡献为主。

(4) 古运河河岸表层沉积物中亚硝氮与TN的关系最为密切，而氨氮与硝氮、亚硝氮以及有机氮之间的相关性不强，说明氨氮与其他形态氮在沉积物方式上存在一定的差异性。此外，pH值是影响古运河沉积物氮形态的关键因素。

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DistributionCharacteristicsofNitrogenandOrganicMatterinRiversideSurfaceSedimentsoftheAncientCanalinZhenjiangCity

ZHOU Yiwen, ZHOU Xiaohong, REN Qiqi, LI Yimin, LIN Zhijun, FENG Deyou, HAN Xu

(SchooloftheEnvironmentandSafetyEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013,China)

nitrogen; organic matter; distribution characteristics; riverside sediments; ancient canal

X522

A

1005-3409(2017)06-0313-06

2016-09-01

2016-11-01

国家自然科学基金(51109097);中国博士后科学基金第五批特别资助项目(2012T50464)

周裔文(1991—),男,安徽宿松县人，硕士研究生,研究方向:水环境生态修复。E-mail:ahzhoull@hotmail.com

周晓红(1981—),女,陕西凤翔人,副教授,博士,主要从事退化生态系统修复方面的研究。E-mail:xhzhou0214@163.com