海河流域地處我國北方經(jīng)濟的核心地區(qū)。由于流域經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，城市化進程的加快，以及流域內(nèi)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，氮素作為生物有機體的組成元素，其在河流生態(tài)系統(tǒng)中的地球化學循環(huán)與河流氮污染問題有著密切的聯(lián)系。本研究主要針對海河流域典型河流滏陽河嚴重的氮污染問題，通過對滏陽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(xiàn)了滏陽河氮污染的近況和特點；并選擇滏陽河各段具有代表性的樣點分析沉積物孔隙水和上覆水中無機氮的分布特征和形態(tài)組成，估算水—沉積物界面無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(nèi)源釋放對河流水體水質(zhì)的影響；然后針對滏陽河“高氨氮”的污染特性，通過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(zhuǎn)化過程。

研究結(jié)果表明：

(1)滏陽河表層水TN的平均濃度為24.95mg/L，超出國家地表水V類標準；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(wěn)定，而孔隙水中其波動較大，并且NH4+-N和NO3--N均在0-10cm范圍內(nèi)出現(xiàn)最大值。此外，NO2--N由于其不穩(wěn)定性，在孔隙水呈現(xiàn)明顯的波動性。在空間尺度上，上覆水和孔隙水中無機氮仍以石家莊段最為嚴重。滏陽河水-沉積物界面無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在整個滏陽河表現(xiàn)為從沉積物向上覆水釋放外，其余均表現(xiàn)為不一致的“源”、“匯”特征，表明滏陽河沉積物存在一定的氮污染物的釋放風險。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，說明該河段受氨氮外源污染嚴重。因此，對滏陽河治理在控制外源排放的同時，內(nèi)源負荷也是不容忽視的。

(3)滏陽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(jié)果相比，滏陽河氨化速率和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的吸附動力學過程符合拋物線擴散模型和修正的Elovich模型，包括快速吸附和吸附平衡兩個階段，前者在前120min完成，而后逐漸達到吸附平衡。

在低濃度是，滏陽河表層沉積物NH4+-N的等溫吸附曲線滿足Henry模型，其擬合程度達到了極其顯著的效果，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，各個采樣點用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(shù)據(jù)無法擬合。滏陽河表層沉積物對NH4+-N的解吸特性與吸附動力學特性相似，但其達到吸附平衡需要6h。除S07外，其余各點均可用一級動力學方程進行擬合。另外，各點的平衡解吸量的變化范圍為36.50-400.59mg/kg。滏陽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。