海河流域地處我國北方經(jīng)濟的核心地區。由于流域經(jīng)濟社會(huì )的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，以及流域內水資源稟賦天然不足，導致其成為我國極度缺水和嚴重污染的流域之一，其中以氮污染最為突出。研究海河流域典型河流滏陽(yáng)河氮污染特征，對河流氮污染治理以及河流生態(tài)修復具有重要的意義。同時(shí)，氮素作為生物有機體的組成元素，其在河流生態(tài)系統中的地球化學(xué)循環(huán)與河流氮污染問(wèn)題有著(zhù)密切的聯(lián)系。本研究主要針對海河流域典型河流滏陽(yáng)河嚴重的氮污染問(wèn)題，通過(guò)對滏陽(yáng)河水體和沉積物中氮素的賦存形態(tài)和分布特征的研究，展現了滏陽(yáng)河氮污染的近況和特點(diǎn)；并選擇滏陽(yáng)河各段具有代表性的樣點(diǎn)分析沉積物孔隙水和上覆水中無(wú)機氮的分布特征和形態(tài)組成，估算水—沉積物界面無(wú)機氮的擴散通量和年負荷貢獻量，探明外源污染物的排放和沉積物內源釋放對河流水體水質(zhì)的影響；然后針對滏陽(yáng)河“高氨氮”的污染特性，通過(guò)研究表層沉積物氨化速率、潛在硝化速率(Potential Nitrification Rate，PNR)以及沉積物對氨氮的吸附—解吸特征，揭示了沉積物氨氮的遷移轉化過(guò)程。

研究結果表明：

(1)滏陽(yáng)河表層水TN的平均濃度為24.95mg/L，超出國家地表水V類(lèi)標準；表層沉積物TN的平均濃度為2902.02mg/kg，達到美國EPA沉積物評價(jià)標準的重污染程度。表層水氮素的主要賦存形態(tài)為可溶性無(wú)機氮(DIN)，其中NH4+-N為主要污染成分，占DIN的83.6%。表層沉積物則以有機氮為主要存在形態(tài)，其占TN的89.02%；而DIN的主要賦存形態(tài)是NH4+-N，所占比例達到54.88%。相關(guān)性分析表明，滏陽(yáng)河表層水和沉積物中各形態(tài)氮之間以及理化指標對不同形態(tài)氮含量和分布具有一定的影響，另外，表層水和沉積物中氮的賦存形態(tài)和含量也可以互相影響。

(2)滏陽(yáng)河上覆水和孔隙水中DIN的賦存形態(tài)仍以NH4+-N為主，其占DIN的比例分別達到96.4%和94.2%。在垂直尺度上，上覆水NH4+-N、NO3--N和NO2--N的濃度隨深度增加基本保持穩定，而孔隙水中其波動(dòng)較大，并且NH4+-N和NO3--N均在0-10cm范圍內出現最大值。此外，NO2--N由于其不穩定性，在孔隙水呈現明顯的波動(dòng)性。在空間尺度上，上覆水和孔隙水中無(wú)機氮仍以石家莊段最為嚴重。滏陽(yáng)河水-沉積物界面無(wú)機氮的擴散通量和年負荷貢獻量具有明顯的空間差異性。對于擴散通量，除了N02--N在整個(gè)滏陽(yáng)河表現為從沉積物向上覆水釋放外，其余均表現為不一致的“源”、“匯”特征，表明滏陽(yáng)河沉積物存在一定的氮污染物的釋放風(fēng)險。在石家莊段，氨氮的擴散通量達到.42.18 mg/(m2·d)，外源污染年負荷貢獻量達到101.62t/a，說(shuō)明該河段受氨氮外源污染嚴重。因此，對滏陽(yáng)河治理在控制外源排放的同時(shí)，內源負荷也是不容忽視的。

(3)滏陽(yáng)河表層沉積物氨化速率和潛在硝化速率的平均值分別為4.30μgN/(g·h)和0.152μg N/(g·h)，前者約為后者的28倍。與其他研究結果相比，滏陽(yáng)河氨化速率和PNR的變化范圍較大，具有明顯的空間差異性。表層沉積物NH4+-N的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程符合拋物線(xiàn)擴散模型和修正的Elovich模型，包括快速吸附和吸附平衡兩個(gè)階段，前者在前120min完成，而后逐漸達到吸附平衡。

在低濃度是，滏陽(yáng)河表層沉積物NH4+-N的等溫吸附曲線(xiàn)滿(mǎn)足Henry模型，其擬合程度達到了極其顯著(zhù)的效果，并得出沉積物的吸附—解吸平衡濃度在0.55-26.15mg/L之間，沉積物的本底吸附量介于8.181-402.68mg/kg之間。除S07外，各個(gè)采樣點(diǎn)用Langmuir等溫平衡吸附模型擬合的效果較好，沉積物對NH4+-N的最大吸附量在429.10-1162.60mg/kg之間。而Freundlich模型對數據無(wú)法擬合。滏陽(yáng)河表層沉積物對NH4+-N的解吸特性與吸附動(dòng)力學(xué)特性相似，但其達到吸附平衡需要6h。除S07外，其余各點(diǎn)均可用一級動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合。另外，各點(diǎn)的平衡解吸量的變化范圍為36.50-400.59mg/kg。滏陽(yáng)河表層沉積物的平衡解吸量與TN、NH4+-N和C/N值具有一定的相關(guān)性。