氮作为水生生态系统的主要营养元素，被认为是水生生态系统初级生产力的关键限制性因子(Seitzinger et al., 2002；吕晓霞等，2004)，而磷也是生物生长不可或缺的重要元素.然而，研究表明，不同形态的氮磷环境地球化学行为存在差异，并非所有形态的氮磷都能参与环境地球化学循环.因此，深入分析氮磷的赋存形态是理解氮磷循环的前提(刘波等，2011).

随着城市化进程的加快，城市硬化下垫面急剧增多，人类活动导致地表累积了大量的灰尘与垃圾，降雨期间会被冲刷至雨水管道形成沉积.相关研究表明，我国许多城市旧城区雨水管网沉积普遍存在且较为严重(李茂英等，2008).管道沉积物的存在给城市雨水系统的管理和运行带来很多问题(刘志长，2011).如降低过水能力导致检查井超负荷；管道沉积物中含有大量的N、P等污染物，降雨冲刷产生溢流再污染；同时，在排水管道特殊的环境条件下，还会发生物质与能量的转移，产生有毒有害气体如甲烷、硫化氢、一氧化碳等(Guisasola et al., 2008).

氮磷的赋存形态研究多见于地表街尘(朱旻航等，2009)、地表径流(邬伦等，1996；王书敏等，2012)及河流、湖库、海湾地区水-表层沉积物界面中(胡俊等，2005;Wang et al., 2008;王雯雯等，2013；王志齐等，2013)，属于氮磷的自然循环范畴，而对于连接街道径流与地表水体的雨水管道沉积物这一氮磷的社会循环中，氮磷的浓度分布与赋存形态研究还鲜见报道.因此，本文以重庆市旧城区为例，采集不同汇水区雨水管道的沉积物，分析氮磷的浓度分布及赋存特征，以期为雨水管道沉积物中氮磷的控制提供依据和参考.

在重庆市主城区的4个典型区域：居住区、交通干道、文教区、商业区，布设采样点.每个区域布设8处采样点，共32处采样点，采样点位置及环境信息见表 1.用抓斗式采样器采集管道沉积物，自然风干后，通过研磨过60目筛，低温保存并及时分析.

表 1(Table 1)

表 1 典型区域信息 Table 1 Summary of site characteristics

表 1 典型区域信息 Table 1 Summary of site characteristics 区域类型 地理位置与环境背景 交通干道 交通干道，两侧为商住混合区，道路覆盖材料为沥青，坡度约2.0%~2.5%，不存在混接 居住区 某小区内道路，两侧绿化较多，道路覆盖材料为混凝土，坡度约3.0%，部分存在混接 文教区 某校园内道路，两侧绿化多，道路覆盖材料为沥青，坡度约15%，存在混接 商业区 某广场封闭汇水区，属商业繁忙区，道路覆盖材料为混凝土，坡度约2.5%，部分存在混接

采用浸提法(浸提剂为1 mol · L^-1 KCl溶液)对沉积物中溶解态氮磷进行分析测试(Wang et al., 2007; He et al., 2009).测试包括沉积物本身和浸提液两方面，其中，沉积物本身测试指标包括有机质(OC)、总氮(TN)、氨氮(NH₃-N)、总磷(TP)；而对浸提液测试的指标有总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH₃-N)、硝酸盐氮(NO₃^--N)、磷酸盐(PO₃^--P)，测试指标与方法见表 2.其中，沉积物中亚硝盐氮(NO₂^--N)含量很小，一般可忽略不计(王雨春等，2002)，ON采用TN减去IN(氨氮和硝酸盐氮之和)得到；而沉积物中的颗粒态磷(PP)采用TP减去溶解态TP得到.

表 2(Table 2)

表 2 测试指标与方法 Table 2 Test indicators and methods

表 2 测试指标与方法 Table 2 Test indicators and methods 测试指标 测试方法 测试指标 测试方法 注：pH用水浸法进行测试(水与沉积物比1 ∶ 2.5(mL · g-1)，蒸馏水浸提后，用pH计测试浸提液pH值)(Banerjee，2003). TN 过硫酸钾氧化法和半微量凯式法 OC 重铬酸钾氧化法(Ferreira-Baptista et al., 2005) NH3-N 纳氏试剂光度法和半微量凯式法 TP 钼酸铵分光光度法测定和钼锑抗分光光度法 NO3--N 紫外分光光度法 PO3--P 钼锑抗分光光度法(国家环境保护总局，2002) pH 水浸法

从表 3可知，不同区域沉积物pH值为7.25~7.63，呈碱性，pH值无太大变化，说明管道沉积物所处的理化环境较稳定；OC含量为69~327 mg · g^-1，平均值为221 mg · g^-1，这是由于降雨期间径流冲刷地表街尘与垃圾，在雨水管道沉积造成的.

表 3(Table 3)

表 3 不同区域雨水管道沉积物中氮磷的含量 Table 3 Contents of nitrogen and phosphorus in sewer sediments in different areas

表 3 不同区域雨水管道沉积物中氮磷的含量 Table 3 Contents of nitrogen and phosphorus in sewer sediments in different areas 区域类型 pH OC/ (mg · g-1) TN/ (mg · g-1) NH3-N/ (mg · g-1) NO3--N/ (mg · g-1) ON/ (mg · g-1) TP/ (mg · g-1) PO3--P/ (mg · g-1) 居住区 7.48±0.11 327±168 2.04±1.56 0.123±0.112 0.018±0.014 1.89±1.57 1.81±0.23 0.134±0.016 商业区 7.39±0.19 176±79 3.04±2.77 0.281±0.277 0.028±0.022 2.73±1.82 2.24±0.36 0.141±0.019 交通干道 7.63±0.22 69±38 0.54±0.34 0.014±0.015 0.003±0.003 0.52±0.39 1.89±0.31 0.154±0.023 文教区 7.25±0.13 312±132 6.59±4.16 0.597±0.518 0.068±0.062 5.92±3.12 1.63±0.18 0.192±0.029 平均值 7.44±0.14 221±106 3.05±2.23 0.254±0.220 0.029±0.024 2.77±1.98 1.89±0.22 0.155±0.022

不同功能区沉积物氮含量顺序为文教区＞商业区＞居住区＞交通干道，其中，TN含量为0.54~6.59 mg · g^-1，ON含量为0.52~5.92 mg · g^-1，NO₃^--N含量为0.003~0.068 mg · g^-1，NH₃-N含量为0.014~0.597 mg · g^-1.不同功能区的磷含量顺序为商业区＞交通干道＞居住区＞文教区，其中，TP含量为1.63~2.24 mg · g^-1，PO₃^--P含量为0.134~0.192 mg · g^-1.管道沉积物的性质不仅受汇水区域功能特征的影响(Banasiak et al., 2005)，还与管道沉积物的来源、污染物的赋存形态有关.文教区各形态的氮含量都比较高，这与文教区雨水管道存在混接、周围路面沉积物清扫不及时、周围绿化施肥有关；而交通干道与商业区沉积物中氮的来源主要为附近绿化土壤、车辆抛洒、交通扬尘等；磷的空间差异不大，可能与磷主要以颗粒态存在有关.研究表明，沉积物本身的性质，如沉积物的矿物组成、有机质含量和粒度等对污染物形态的含量分布也有重要影响(周召千，2008).

从表 4可知，重庆旧城区不同区域雨水管道沉积物中氮的形态构成差异不明显，表现为总氮中有机氮占主导(92.45%)，无机氮(IN)中氨氮(NH₃-N)占主导(88.87%)，而总磷中颗粒态磷(PP)占主导，这与街尘中氮磷形态构成相一致.这是因为雨水管道中的沉积物，除因混接生活污水外(孟莹莹等，2009)，主要来自径流冲刷地表街尘和垃圾.微生物活动也可影响氮的形态构成，与河湖表层沉积物一样，氮在管道沉积物中的形态转变主要也是通过细菌硝化和反硝化作用实现的，这些化学反应或过程又常受到微生物扰动的影响.此外，温度、E_h、物质来源与输送速度及动力因素等都会影响沉积物中氮的形态构成(吕晓霞等，2004).研究表明，pH值、DO、温度与流速会影响磷的释放速率(李明怡，2012).

表 4(Table 4)

表 4 氮磷形态含量构成 Table 4 Composition of nitrogen and phosphorus in sewer sediments

表 4 氮磷形态含量构成 Table 4 Composition of nitrogen and phosphorus in sewer sediments 区域类型 TN ON IN NH3-N NO3--N TP PO3--P PP 居住区 100% 93.12% 6.88% 6.02% 0.86% 100% 7.40% 92.60% 商业区 100% 89.82% 10.18% 9.26% 0.92% 100% 6.29% 93.71% 交通干道 100% 96.94% 3.06% 2.50% 0.56% 100% 8.15% 91.85% 文教区 100% 89.91% 10.09% 9.07% 1.03% 100% 11.78% 88.22% 平均值 100% 92.45% 7.55% 6.71% 0.84% 100% 8.41% 91.59%

皮尔逊相关分析不仅可衡量两个变量因素的相互依存程度，还可发现不同污染物指标间是否有共同的污染来源.氮的形态与管道沉积物理化性质的皮尔逊相关分析表明(表 5)，氮形态的分布与pH呈负相关，这可能是因为低的pH值环境易于NH₃-N的溶出，这与街尘中氮的形态研究结果一致(朱旻航等，2009)；各种氮形态与OC的相关系数均为正，这说明氮形态的来源一致，主要来自于管道沉积物中有机物质的分解与生活污水的混入.与氮不同，TP与pH的相关数为正，而PO₃^--P与pH的相关系数为负，这可能与磷的结合形态有关；整体上看，TP、PO₃^--P与OC、pH相关性并不显著.

表 5(Table 5)

表 5 氮磷与理化特性间的相关分析(n=32) Table 5 Pearson Correlation Coefficients between pollutants and chemical characteristics(n=32)

表 5 氮磷与理化特性间的相关分析(n=32) Table 5 Pearson Correlation Coefficients between pollutants and chemical characteristics(n=32) pH OC TN NH3-N NO3--N ON IN TP PO3--P 注： **表示在0.01水平上显著相关，*表示在0.05水平上显著相关. pH 1 OC -0.680 1 TN -0.966* 0.634 1 NH3-N -0.967* 0.566 0.995* * 1 NO3--N -0.958* 0.621 1.000* * 0.995* * 1 ON -0.966* 0.641 1.000* * 0.994* * 0.999* * 1 IN -0.967* 0.572 0.996* * 1.000* * 0.996* * 0.995* * 1 TP 0.235 -0.511 -0.427 -0.355 -0.445 -0.435 -0.364 1 PO3--P -0.595 0.203 0.776 0.777 0.796 0.775 0.779 -0.647 1

雨水管道沉积物主要来自降雨期间径流冲刷地表街尘和垃圾，地表街尘与雨水管道沉积物有着源与汇的关系.为揭示氮磷形态在街尘-管道沉积物之间的迁移变化，图 1对比了重庆旧城区街尘与管道沉积物的氮磷含量.对比分析发现：管道沉积物与街尘相比，居住区TN、TP含量为管道沉积物＞街尘，呈现一定的累积特性；而交通干道TN含量为街尘＞管道沉积物，这可能与交通干扰有一定关系；TP含量为管道沉积物＞街尘，呈现显著富集的特性，这与沉积物中磷主要以颗粒态为主有关.居住区和交通干道的NH₃-N含量为街尘＞管道沉积物，这与雨水管道特殊的环境有关，降雨期间，水与沉积物界面发生着NH₃-N交换及随水流的迁移.

图 1(Fig. 1)

图 1 街尘与管道沉积物中TN、NH3-N、TP的含量对比 Fig. 1 sediments

1)不同区域雨水管道沉积物中氮含量空间差异性显著，排序为文教区>商业区>居住区>交通干道；而TP含量空间差异性不明显，排序为商业区>交通干道>居住区>文教区.

2)不同区域雨水管道沉积物中氮磷形态构成空间差异性不明显，表现为总氮中有机氮占主导(90.82%)，无机氮中氨氮占主导(90.74%)；而磷主要以颗粒态存在.

3)皮尔逊相关分析表明，氮形态的分布与pH呈负相关，而与有机碳OC的相关系数为正，各形态氮之间呈正相关；而磷与pH、OC相关性不显著.

4)在居住区，TN、TP都表现出一定的富集特性，NH₃-N易于迁移；而在交通干道，TP表现出明显的富集特性，TN、NH₃-N易于受到干扰而发生迁移.