毕业设计(论文)-大河口水库表层沉积物氮、磷分布特征及释放规律分析

湖泊氮磷赋存形态和分布研究进展许萌萌1，2张毅敏2高月香2彭福全2汪龙眠2吴晗2，3(1.河海大学环境学院，南京210098，2.环境保护部南京环境科学研究所，南京210042，3.常州大学环境与安全工程学院213164）摘要：湖泊水体和沉积物中氮磷等营养盐的生物地球化学循环直接影响着湖泊的富营养化。

所以全面了解氮磷等营养盐的含量分布特征及其来源，为湖泊富营养化的成因及氮磷迁移转化提供了科学的依据。

目前，很多研究学者采用了野外采样、实验室分析和收集文献资料相结合的方法，研究了氮磷营养盐的形态含量及分布差异。

关键词：湖泊氮磷赋存形态分布特征Advances in chemical speciation and distribution of nitrogen and phosphorus in lakesXumeng Meng1,2Zhang Yimin2,Gao Yue Xiang2,Peng Fu Quan2,Wang Long Mian2,Wu Han2,3Environment Department of Hohai University,Nanjing210098,2.Nanjing Institute of Environmental Sciences of,Ministry of Environmental Protection,Nanjing210042,3.Environmental and Safety Engineering Department of Changzhou University213164)Abstract:The biogeochemical cycles of nitrogen and phosphorus in the lake water and sediment directly affect the eutrophication of the lake.Therefore,a comprehensive understanding of the content distribution and source of nitrogen and phosphorus can provide a scientific basis for the cause of eutrophication and the migration and transformation of nitrogen and phosphorus.Currently,many researchers using a field sampling, laboratory analysis and the collection method of combining literature studied the content and distribution differences of morphology of nitrogen and phosphorus.Keywords:Lakes Nitrogen and phosphorus Chemical speciation Distribution characteristics随着社会和经济发展，人为活动导致的湖泊污染已经成为当今世界面临的一个严重的环境问题，尤其是浅水湖泊的富营养化日益成为各国的主要环境问题。

熊河水库表层沉积物氮、磷及有机物监测分析评价王正勇张代超杨诚*基金项目：湖北省水利重点科研项目(HBSLKY2019)。

摘要针对熊河水库表层沉积物氮、磷及有机物污染状况，开展监测分析。

结果显示：熊河水库入库河口和坝前底泥堆积较厚，表层多为松软的黑臭泥，其中坝前淤泥堆积最深；熊河水库沉积物0~-45cm层总有机碳含量在0.9~3.7%之间，其中0~-10cm的表层有机污染相对较高，坝前有机物污染含量较高且累积最深；沉积物的总氮和总磷含量均较高，但各采样点分布不一致，个别高含量点存在高释放风险。

关键词熊河水库；沉积物；氮磷；有机物中图分类号:Q948.8文献标识码:ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.05.002AbstractMonitoring and analysis of nitrogen,phosphorus and organic pollution inthe surface sediments of the Xionghe Reservoir.The results show that thesediment at the estuary of the Xionghe Reservoir and the front of the damis thick,and the surface layer is mostly soft,black and stinky mud.The siltin front of the dam is the deepest.The total organic carbon content in the0~-45cm layer of the Xionghe Reservoir is between0.9~3.7%,of which thesurface organic pollution of0~-10cm is relatively high,and the organicmatter pollution in front of the dam is high and the accumulation is thedeepest;the total nitrogen and total phosphorus contents of the sedimentsare high,but the distribution of each sampling point is not consistent Thereis a high release risk at individual high content points.Key WordsXiong river reservoir;Sediment;Nitrogen and phosphorus;Organic matter王正勇1975.10—/男/襄阳人/汉族/大学/副高/水文水资源/湖北省襄阳市水文水资源勘测局(襄阳441003)张代超湖北省襄阳市水文水资源勘测局(襄阳441003)杨诚*（通讯作者）湖北工业大学河湖生态修复与藻类利用湖北省重点实验室土木建筑与环境学院(武汉430068)0引言沉积物一水界面是由沉积物和水体组成的复杂的水环境边界，界面附近的各种物理化学反应，调节着沉积物和水体间营养物质的迁移和交换。

简论氮\磷循环特征对水体富营养化影响的论文摘要：通过对朱庄水库营养物质监测分析，氮含量比磷含量大几百倍。

氮和磷都是造成水体富营养化的主要因子。

由于受外界环境条件和水体性质的影响，外界污染源调查，氮污染源远远大于磷污染。

水库水体溶解氧较大，ph值呈碱性，硝化作用的结果使水体中硝酸盐氮累计；同样的条件，导致不溶性磷的积累，大部分沉积于库底。

水体富营养化条件是氮磷达到适合的比例，才会导致水华的爆发。

该水库水体磷含量低，是抑制水体富营养化的关键。

因此，该水库属于磷限制性水库。

控制水库上游磷的排入量，可有效控制水体富营养化。

关键词：氮磷营养物质；氮磷循环特征；富营养化形成机理；朱庄水库effect of nitrogen and phosphorus cycling characteristic on eutrophication of water bodywang zhen-qiang1，liu chun-guang1，qiao guang-jian 2（reservoir administrative，xingtai 054000，china; city hydrology & water resources survey bureau，xingtai 054000，china)abstract: analysis on nutrients monitoring of zhuzhuang reservoir shows that nitrogen content is hundreds of times more than and phosphorus are both major causes of water to external environmental conditions and water properties,investigations on pollution sources show that nitrogen caused pollutions is much more than water dissolves lots of oxygen,the ph value reflect on alkalescence,then by the reaction of nitrification,nitrate accumulated in water;in the same conditions,insoluble phosphorus is also accumulated,and most of them deposit at the bottom of nitrogen and phosphorus get to certain ratio in water,may cause the water eutrophication,then will lead to algae bloom the low phosphorus content in reservoir water is crucial to curb ,the reservoir is phosphorus restricted control the phosphorus quantity comes from upper reaches can effectively control the eutrophication.key words: nitrogen and phosphorus nutrients;cycling characteristic of nitrogen and phosphorus;eutrophication mechanism;zhuzhuang reservoir朱庄水库地表水资源是邢台市供水水源。

深入探究湿地沉积物磷释放风险1 研究背景湿地是水陆相互作用形成的特殊自然综合体，是地球上最富生物多样性的生态系统和人类最重要的生存环境之一，与森林、海洋并称为全球3 大生态系统。

由于在抵御洪水、控制污染、调节径流、调节气候等方面具有重要作用，也被誉为地球之肾。

但是21 世纪来，受经济发展、城市化过程、气候变化影响，湿地退化已成为一种全球现象，美国自殖民时期以来50%的湿地已消失，欧洲的大部分国家也损失50%以上，而我国71%湿地受到人类活动严重威胁，故退化湿地的恢复与重建尤为重要。

磷是水体浮游植物生长的限制性因子，磷的过量输入被认为是导致水体发生富营养化的主要因素之一。

在湿地中，大多数外源磷通过溶解性磷吸附作用或与有机颗粒物结合在沉积物中一起沉降下来，但是沉积物对磷的吸附是有限的。

当外源磷输入减少时，沉积物中吸附的磷会再次释放到上覆水中。

因而沉积物内源磷的滞留是水体富营养化的一个重要来源，长期以往将会影响湿地水体质量，进而影响退化湿地的恢复进程。

大多数研究发现，湿地沉积物磷含量及不同形态释放风险对湿地生态系统健康存在重要影响。

国内外对湿地沉积物磷形态分布特征及环境意义、释放风险等进行了大量研究，如夏威夷滨海湿地，路易斯安那湿地，黄河三角洲新生湿地，盐城河口湿地等。

沉积物充当了磷的汇或源，而不同形态的磷具有不同的生物有效性及释放潜能，这对于退化湿地的生态恢复过程具有重大影响。

因此通过研究湿地沉积物磷分布特征与赋存状态，并结合具体湿地的理化性质，明晰湿地恢复过程中沉积物不同形态磷含量及其释放风险就显得十分重要。

2 湿地沉积物磷赋存形态湿地沉积物中不同形态磷的分布特征及吸附解吸特性，影响着湿地生态系统功能。

此外，磷的形态不同，其生物有效性也不同，进而影响湿地的生态恢复效果，尤其是湿地的植被恢复。

故有必要对沉积物中磷进行分级研究。

沉积物中磷形态一般大致分为有机磷(OP)与无机磷(IP)。

(1)无机磷磷赋存形态。

第30卷 第1期2011年 1月环 境 化 学E NV I RONMENTAL C H E M I STRY V o.l 30,N o .1Janua ry 20112010年6月30日收稿.*国家自然科学基金NSFC 云南联合基金(U0833603)资助.**通讯联系人,Te:l 0871 *******;E ma i :l xjpan @kmu st .edu .cn湖泊内源氮磷污染分析方法及特征研究进展*李 辉1 潘学军1** 史丽琼1 米 娟1 宋 迪1赵 磊2 刘晓海2 贺 彬2(1.昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明,650093; 2.云南省环境科学研究院,中国昆明高原湖泊研究中心,昆明,650034)摘 要 湖泊的内源氮磷污染已成为湖泊富营养化治理的一大难题.本文总结了沉积物中氮磷赋存形态、沉积物 水界面氮磷迁移释放行为和沉积物中氮磷的生物有效性三方面的研究进展,提出了目前研究存在的问题,并对未来发展趋势和研究方向进行了展望,以期为湖泊内源氮磷污染机理分析和湖泊富营养化治理控制技术提供参考.关键词 富营养化,内源氮磷,释放,生物有效性.大量湖泊的水体富营养化已经成为全球面临的一个重大环境问题.湖泊富营养化的特征性表现即藻类水华现象.藻类水华暴发会导致水体缺氧、鱼类死亡、产生异味及藻毒素释放等,给湖区人民的正常生产和生活产生严重影响[1].据调查显示,全球范围内有40%左右的湖泊和水库遭受不同程度的富营养化;而在我国,到20世纪90年代中后期,富营养化湖泊已占被调查湖泊数的77%[2].由此可见,我国已成为世界上湖泊富营养化范围及程度最严重、面临问题最严峻的国家之一.Va llne tyne 及Stumm 等的分析研究表明,氮和磷是限制水生植物生产量最主要的营养元素[3],因此,氮磷在湖泊中水体及沉积物中的赋存形态及其迁移释放行为,对湖泊富营养化起着决定性的作用;伴随着相关法律法规的出台及截污工程等措施的实施,外源性污染物已经相对有所控制[4];因此对内源氮磷污染的研究显得格外重要,尤其是对内源氮磷的赋存形态、迁移释放行为及其影响因素、生物有效性等内源氮磷污染机理方面的分析研究更是迫在眉睫.本文从氮磷赋存形态特征及其分布、沉积物 水界面氮磷迁移释放、氮磷生物有效性等方面,总结国内外学者在内源氮磷污染方面的研究工作,为湖泊富营养化机理及其控制技术等方面的研究提供借鉴.1 沉积物中氮磷赋存形态氮磷在湖泊沉积物及水体中的形态分布,决定着沉积物是源还是汇.而水体中的氮磷形态分析相对简单,因此沉积物中的氮磷赋存形态分析尤为重要.1.1 沉积物中氮赋存形态湖泊沉积物中氮的赋存形态、含量及分布,一定程度上反映了水体和沉积环境的演变过程,是研究其环境行为的前提[5].综合国内外的研究,一般将沉积物中的氮形态分为有机态氮和无机态氮;且主要化学形态为有机态氮,可以占到70% 90%,主要以颗粒有机氮的形式进入沉积物中,无机氮所占比例相对较小[6].1.1.1 沉积物中的有机氮沉积物中有机氮主要是蛋白质、核酸、氨基酸和腐殖质四类,大部分是腐殖质[7].有机氮主要来源于浮游植物、细菌和高等植物.其化学形态主要分为NH 3 N 、氨基酸氮、己糖氮、酸解未知氮(HUN )和非酸解氮[6].研究表明,氨基酸氮是有机氮的主要化学形态,约占有机氮的30% 60%;从氨基酸的组合特征纪念专辑稿件来看,以甘氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸及赖氨酸为主,约占氨基酸总量的70%以上[8].尽管有机氮在氮的生物地球化学循环中并不活跃,但是由于有机氮的矿化作用,环 境 化 学30卷282使得有机氮依然在氮的生物地球化学循环中扮演重要的角色,即沉积物中的有机态氮在微生物的作用下,经氨基化作用逐步分解为简单的有机态氨基化合物,氨化作用释出的氨大部分与有机或无机酸结合成铵盐,或被植物吸收,或在微生物作用下氧化成硝酸盐.1.1.2 沉积物中的无机氮沉积物中的无机氮可分为可交换态氮(E N)、固定态铵(F NH4)等.沉积物中的可交换态氮(Exchangeab le N itrogen,EN)是沉积物 水界面发生氮的迁移释放最主要最活跃的氮形态,是参与氮的生物地球化学循环中的重要组分.可交换态氮主要包括硝态氮和铵态氮,即NO2 N、NO3 N以及NH+4 N;其中的铵盐被称为可交换态铵,沉积物中的可交换态铵是由于沉积物颗粒对水体中的NH+4进行可交换吸附,这类吸附是发生在颗粒物表面的离子交换反应.EN易于为藻类、水草等浮游植物这类初级生产者吸收,EN的减少会促进有机氮的矿化,从而提供湖泊再生产所需氮源[9].沉积物中的固定态铵则是指固定吸附于颗粒物质内部,进入晶格结构的NH+4 N,也称作非交换态铵.这是由于沉积物中的粘土矿物层中的硅氧层之间发生同晶替代,产生负电荷,为使电性中和,这些负电荷吸引吸附在颗粒物质晶格之外的阳离子;而吸附在沉积物上的NH+4脱去水化膜进入晶格之中,就被固定下来[10].同时晶层收缩,这样NH+4因此固定态铵一般情况下很难通过离子交换等方式释放到水体中来,大量研究表明,固定态铵在沉积物总氮中占有一定的比例,De Lange等[11]研究指出在海洋和某些湖泊沉积物中固定态铵可达到总氮含量的10% 96%.所以说,固定态铵是湖泊沉积物中氮的重要储存库.1.1.3 沉积物中氮的连续分级浸取研究及其应用在上述氮的分类中,并没有具体体现出各类形态氮与沉积物的物理化学结合能力,因此仅仅通过分析沉积物中总氮、无机氮和有机氮,并不能准确解释有关氮在沉积物 水界面上发生的迁移释放行为.各形态氮与沉积物的结合能力强弱,对于评价各形态氮对沉积物 水界面氮循环的贡献,具有重要意义.针对这一问题,不少学者[12 19]对大量海洋以及湖泊的沉积物中氮进行连续分级浸取,采用不同的浸取剂,来划分不同形态氮与沉积物结合能力大小,将沉积物中的氮分类为不同结合态,测得不同结合态氮的丰度,由此解释分析并推测沉积物 水界面的氮循环过程.吴丰昌等[12]1996年对云贵高原4个湖泊(云南泸沽湖、洱海,贵州百花湖、阿哈湖)等湖泊沉积物进行研究,基于土壤学中的土壤理化分析将沉积物中氮形态进行简单的分级,是国内沉积物中氮连续分级浸取研究的开始.将沉积物氮的结合态分为可溶性NH+4 N,NO3 N、可交换态NH+4 N,NO3 N、有效态氮和残渣态氮,有效态氮指无机的矿物态氮和部分有机质中易分解的无机氮,残渣态氮主要是有机氮.这一方法开创了水体沉积物中氮分级浸取的先河,但是并没有具体的根据浸取剂得出各形态氮的化学结合能力.马红波[13]等2002年根据Ruttenberg[20]1992年提出的沉积物中磷的连续分级浸取方法,加以改进,将沉积物中氮分为可转化态氮和非转化态氮,可转化态氮根据浸取剂提取能力的强弱来决定浸取出来的氮与沉积物结合的牢固程度;依次分为离子交换态氮(I EF N)、碳酸盐结合态氮(CF N)、铁锰氧化态氮(I M OF N)、有机态和硫化物结合态氮(OSF N).非转化态氮通过总氮与可转化态氮差减得到.这一方法在进行下一步提取之前,用蒸馏水洗涤沉积物,一定程度上避免了上一级提取氮重吸附于沉积物,但是实验设计上并没有考虑各级提取剂的提取效率.马红波等打开了沉积物中氮连续分级提取研究的新领域,表征了各形态氮的相应化学结合能力.之后的研究者对沉积物中氮进行连续分级提取时,多数都是沿用这一方法,或进行一些小的改进.如吕晓霞等[14]对北黄海、戴纪翠等[15]对胶州湾、王圣瑞等[16]对五里湖等湖泊沉积物及海洋沉积物中氮的研究,均是直接使用其方法或者稍微加以改进.王圣瑞等[16]2007年对五里湖、月湖、东太湖、贡湖等不同程度富营养化湖泊沉积物中氮进行连续分级提取.其采用的方法与马红波等基本一致,但只研究了沉积物中的可转化态氮,并将其依次分为离子交换态氮(I E F N)、弱酸浸取态氮(WAEF N)、强碱浸取态氮(SAEF N)、强氧化剂浸取态氮(SOEF N).I EF N是4种可转化态氮形态中与沉积物结合能力最弱的赋存形态,因此也是参与沉积物 水界面1期李辉等:湖泊内源氮磷污染分析方法及特征研究进展283氮迁移释放最活跃的形态;WAEF N与沉积物的结合能力略高,相当于碳酸盐的结合能力;SAEF N的结合能力相当于铁锰氧化物的结合能力,稍高于WAEF N;SOEF N主要是有机形态氮,也称可转化有机氮,是最难浸取的可转化形态[14 16].王圣瑞法[16]与马红波法[13]区别在于第一步提取,采用的是1m ol L-1KC l溶液,而马红波法中采用的是1m o l L-1M g C l2溶液进行浸取.由于沉积物吸附NH+4生成固定态铵所需静电力与K+进入沉积物粘土矿物层中的硅氧层晶格所需的静电力来源相同,因此KC l溶液可能会具有更好的提取效率.基于这一点,一些研究者认可了王圣瑞的方法,且KC l提取性质稳定,不含干扰测定的物质[21],后续对沉积物中氮进行连续分级提取时,多采用王圣瑞法.如何桐等[17]对大亚湾表层沉积物氮形态的研究、郑国侠等[18]对南海深海盆表层沉积物氮形态的研究等.钟立香等[19]2009年对吴丰昌法进行改进提出了新的连续分级浸取方法,该法的特点是并不着重于各形态氮与沉积物结合力强弱,而是依据对释放影响的程度依次分为游离态氮(FN)、可交换态氮(EN)、酸解态氮(HN)、残渣态氮(RN).该法中F N是将间隙水中的营养盐浓度(m g L-1)换算成为沉积物中的营养盐浓度(m g kg-1),这主要是基于沉积物 水界面氮循环主要通过间隙水与上覆水中营养盐交换来实现这一点考虑;EN则主要是针对沉积物中有机质矿化生成的NH+4,NH+4在FN和E N之间不断根据外界环境条件分配,故EN是沉积物中较活跃的氮形态;酸解态氮可鉴别的有机化合物主要是氨基酸态氮(AAN)、氨基糖态氮(ASN)、氨态氮(AN)以及一些未鉴别的含氮化合物(UN);RN主要是有机环态.表1列出了沉积物中氮连续分级浸取方法的发展历程.表1 沉积物中氮的连续分级提取研究Table1 R esearch on t he nitrogen sequential frac ti on ex tracti on i n sedi m ents研究者浸取方法氮分级形态应用对象参考文献沉积物高速离心,0.4 m滤膜过滤可溶性氨氮、硝氮吴丰昌等(1996)40mL20%NaO H溶液,经0.45 m过滤,测滤液中可交换性氨氮、硝氮可交换性氨氮、硝氮云南泸沽湖、洱海;[12]上一步沉淀物使用碱解蒸馏法测定有效态氮有效态氮贵州百花湖、元素分析仪测定沉积物中总氮,并与上述三形态氮进行差减残渣态氮阿哈湖1m ol L-1M gC l2溶液离子交换态氮HAC N a AC(p H=5)溶液碳酸盐结合态氮马红波等(2003)0.1m ol L-1Na OH溶液铁锰氧化态氮渤海湾[13]K2S2O8(碱性)溶液(0.24mo l L-1N a OH, K2S2O820g L-1)有机态和硫化物结合态氮总氮与上述四种可转化态差减非转化态氮1m ol L-1KC l溶液离子交换态氮五里湖HAC N a AC(p H=5)溶液弱酸浸取态氮月湖王圣瑞等(2007)0.1m ol L-1Na OH溶液强碱浸取态氮东太湖[16] K2S2O8(碱性)溶液(0.24mo l L-1N a OH,K2S2O820g L-1)强氧化剂浸取态氮贡湖沉积物高速离心,过0.45 m滤膜游离态氮钟立香等(2009)2mo l L-1KC l溶液,振荡2h可交换态氮巢湖[19] 6mo l L-1HC l溶液,120 ,酸解24h酸解态氮浓硫酸,加速剂催化残渣态氮1.1.4 沉积物中氮形态分布特征沉积物中氮主要以有机态存在.Ke m p等[22]对Ontar i o湖表层沉积物中氮研究表明,有机氮含量约占总氮的92%,何桐等[17]对大亚湾表层沉积物中氮形态研究表明,有机氮约占沉积物中总氮的77 32%.沉积物中无机氮由可交换态氮和固定态铵构成,可交换态氮是湖泊初级生产力的直接氮源,固定态铵(F NH4)则是其潜在氮源[9].王圣瑞等[9]、王雨春等[5]研究表明,F NH4是无机氮中的主要形态,环 境 化 学30卷284EN也占有一定的比例;E N中的主要形态是NH+4 N(74.61% 85.85%),这是因为沉积物 水界面大量有机质的矿化分解;其次是NO3 N(13.93% 25.15%),NO2 N含量很低(0.17% 0.27%);而三者之间在不同环境和微生物作用下进行硝化反硝化作用实现相互转化,这主要与沉积物自身性质(例如含有机质的多少)、沉积物环境(氧化还原条件、微生物多少、温度等)有关[6].EN占沉积物中可转化态氮的比例大约在10% 40%[8,13,17],沉积物中可转化态氮的主要存在形态为SOEF N[13 14,17 18],这显然与沉积物中有机态氮占总氮比例有关.吕晓霞等[14]在北黄海的研究表明,SOEF N在沉积物垂直分布上,一般呈现出在表层0 3c m迅速降低的趋势;同样,I EF N在0 3c m 范围内自上而下逐渐降低,自次表层(0 6c m)以下,无明显变化,这是因为沉积物中有机质的矿化作用主要发生在表层含氧区.一般而言,SOEF N是沉积物中可转化态的绝对优势形态,I EF是可转化无机态氮的绝对优势形态[23].WAEF N、SAEF N占可转化态氮的比例极小[13],两者大小依据沉积物环境的改变而有所不同.沉积物氮形态分布与沉积物粒度有着非常重要的关系.吕晓霞等[8]对黄海沉积物氮粒度结构进行研究表明,不同形态氮在不同粒度沉积物中的分布规律相同,不同形态氮绝对含量随沉积物粒度的增大而减小,这可能是因为粗粒度沉积物中有机氮的分解速率常数比细粒度沉积物中的高一个数量级,是中粒度沉积物中的2倍;这也是SOEF N的含量随粒度大小变化最为明显的原因,因为SOEF N的主要形态是有机氮.尽管三种可转化无机氮的绝对含量随着沉积物粒度减小而增大,但是由于SOEF N的增幅太大,这三种可转化态无机氮的相对含量都有所降低.吕晓霞等[23]指出,细粒级沉积物对氮循环的贡献可能最大.而这一点与王圣瑞等[16]对云贵高原四湖泊研究结果一致.1.2 沉积物中磷赋存形态一般而言,沉积物中的磷可分为有机磷和无机磷,无机磷又分为可溶性无机磷和难溶性无机磷.可溶性无机磷包括钙结合态磷(Ca P)、铁结合态磷(Fe P)、铝结合态磷(A l P)等,难溶性磷主要是闭蓄态磷酸盐,这部分磷被包裹在铁铝氧化物膜内.1.2.1 沉积物中磷的分级浸取研究与沉积物中氮不同,由于湖泊富营养化一般是磷控制,所以湖泊沉积物中磷的分级提取研究较多[20,24 29].1957年,Chang和Jackson[24]根据土壤学中相应的化学方法,将土壤中磷分为不稳性磷(Labile P, LP)、Fe P、Ca P、可还原水溶性磷(RSP)、惰性磷(Refractory P).这一方法主要关注于沉积物中的无机态磷,对沉积物中磷化合物的化学形态进行分类,从而便于研究沉积物 水界面磷的迁移释放机制,也有助于解释环境因素(例如钙铝铁、DO、p H、Eh等)对沉积物 水界面磷迁移释放的影响.后续许多研究者只是针对C J法存在的缺陷进行改进,而在磷形态分级的思想上与C J法一致.例如H ie ltjes等[26]将沉积物中磷分为LP、Fe/A l P、Ca P;Psenner[27]将沉积物中磷分为水溶性磷(H2O P)、可还原水溶性磷(RSP)、Fe/A l P、Ca P和惰性P;Go lter m an等[30]将沉积物中磷分为Fe P、Ca P、酸可溶性有机磷(ASOP)、残余有机磷(ROP).国内金相灿等[7]的方法与C J法一脉相承,欧盟推荐发展方法(S MT法)[29]在选取浸取剂时的思路也与C J法一致.这两类方法是目前国内外应用较多的方法[31 36].金相灿法是对C J法中连续提取法的改进,将磷的形态分为LP、A l P、Fe P、C a P、OP和Org P等6种形态.NH4C l提取LP,中性NH4F提取铝结合态磷,N a OH提取铁结合态磷,稀硫酸提取钙结合态磷,还原络合提取闭蓄磷.该法每级磷形态的释放活性有明显不同,LP很容易释放;铝结合态磷和铁结合磷在氧化还原环境改变的条件下可以转化成可溶解性磷,进入上覆水体,具有很强的释放活性,也称为活性磷,它们是内源负荷的重要来源;钙结合态磷和闭蓄态磷则很难被分解参与短时相的磷循环.因为各级释放活性的差异,使用该法可以得到湖泊沉积物中可释放磷的丰度,以便进行沉积物 水界面的释放模型的建立,预测湖泊富营养化状况.SMT法[29]是由欧盟推荐发展的方法,该方法将磷形态划分为总磷(TP)、无机磷(I P)、有机磷(OP)、非磷灰岩磷(N on apatite I norgan ic Phosphorus,NA I P)及磷灰岩磷(Apatite Phosphor us,AP).该法分为三步:(1)将冷干沉积物450 煅烧3h,残渣用3.5m ol L-1HC l浸取,测其SRP(溶解态活性磷),得到TP;(2)将冷干沉积物用1m ol L-1HC l浸取测其SRP,得到I P,其残渣煅烧后用1m o l L-1H C l浸取1期李辉等:湖泊内源氮磷污染分析方法及特征研究进展285测其SRP,得到OP;(3)将冷干沉积物用1m ol L-1Na OH浸取测其SRP,取其残渣加入1m ol L-1H C l测其SRP,得到AP,再取其上清液加入3.5m ol L-1HC l测其SRP,得到NA I P.其中每一步的冷干沉积物样品质量均为0.2g.SMT法提取的步骤并非连续的,因此该法可同时进行各个形态的测定,能大量节省时间;其次,该方法在提取各形态磷时具有统一性,都是通过HC l来提取上清液中的SRP,各测定结果之间具有可对比性;此方法实验所需的试剂均为常用试剂,提高了方法的适用性及普遍性.W illia m s等[25]提出的方法并没有遵循C J法分级思路,该法更多的是从沉积物中磷的矿物形态上来来进行区分,将沉积物磷分为磷灰岩磷(AP),非磷灰岩磷(NAP)以及有机磷.这样的分级方法更为简单,着重点在于磷的矿物性和来源.部分学者也沿用了这一思想,例如Ruttenber g[20]提出的SEDEX提取法,将沉积物分为可交换性磷、碳酸氟磷灰岩盐(CF AP)、氟磷灰岩磷(FAP)、有机磷等,这两种方法现多用于海洋和河口沉积物中磷的分级研究.Ruttenber g法[20]考虑到了每一级提取的磷可能重吸附于残余沉积物,因此,在每级提取之前都用M gC l2溶液和H2O分别洗涤沉积物;但是该方法提取剂效率不高[37].实际上,S MT[29]法尽管在选用提取剂时思路与C J法相同,但分类也是来源于W illia m s等[25]的方法.表2列出了几种重要的磷分级提取方法.表2 几种重要的沉积物中磷分级提取方法Tab l e2 I m portant m ethods o f phospho rus frac ti on ex tracti on i n sedi m ents研究者提取剂分级形态参考文献1m ol L-1NH4C l不稳性磷0.5m ol L-1NH4F,pH=8.2铝结合态磷Chang&J ackson(1957)0.1m ol L-1N a OH铁结合态磷[24]0.5m ol L-1HC l钙结合态磷CBD可还原性水溶性磷Na OH惰性磷CBD非磷灰岩磷W illia m s等(1976)0.1m ol L-1N a OH[25]0.5m ol L-1HC l磷灰岩磷1m ol L-1N H4C l水溶性磷0.5m ol L-1NH4F,中性铝结合态磷金相灿等(1990)0.1m ol L-1N a OH铁结合态磷[7]0.5m ol L-1H2SO4钙结合态磷CBD闭蓄态铁/铝磷1m ol L-1M g C l2,p H=8可交换性磷CBD碳酸氟磷灰岩Ru ttenberg(1992)Na AC/N a H CO3,p H=4氟磷灰岩,钙磷[20]1m ol L-1HC l氟磷灰岩磷550 灰化,1m ol L-1HC l有机磷1m ol L-1H C l C a P1m ol L-1Na OH Fe/A l PPardo等(2004) 3.5m ol L-1HC l有机磷[29]无机磷1.2.2 沉积物中磷分级浸取应用以及分布特征研究金相灿等[38 39]采用SMT法对长江中下游7个浅水湖泊、太湖东北部沉积物中磷的赋存形态的研究、M o turi等[40]采用Ruttenber g的SEDEX法对印度德里工业区的排水沟渠中的沉积物磷的研究、章婷曦等[41]采用S MT法对太湖不同营养水平湖区沉积物中磷的研究都表明,沉积物中的磷主要形态是无机磷,而污染沉积物中的Fe/A l P明显升高,相对清洁沉积物中的Fe/A l P含量则相对较低,这说明沉286环 境 化 学30卷积物污染主要使Fe/A l P的含量增加,而Ca P或A cet P含量则变化不大,这可能是因为C a P是本地自生,与人类活动关系不大,而Fe/A l P含量则与人类活动有较强相关性.这说明不同污染程度的湖泊沉积物中磷的分布特征会有较大区别,而Ka iserli等[42]采用轻微修改的Psenner[27]的分级方法,在北希腊两个不同富营养化程度湖泊(Lakes Vo l v i&K or onia)中的研究结果印证了这一点.磷在沉积物垂向上分布规律较为复杂[33,41],这主要与湖泊生态条件、污染物排放程度以及沉积条件有关.Ruttenberg[20]研究结果表明,各形态磷在沉积物柱状上的分布呈现 沉降 降解 堆积 三阶段特征,这反映了早期成岩作用的结果.可交换性磷(Ex P)的垂直变化特征较为明显,随深度增加Ex P含量降低,Fe P在次表层以上(表层至10 15c m深)的垂直变化,主要是沉积物中氧化还原电位随深度加深而降低,导致Fe P释放的缘故;在次表层以下的深层由于有机磷的释放,会导致Fe P含量上升.Cho i 等[43]的研究结果也证明了这一点.沉积物粒度是影响不同形态磷分布的重要因素,这是因为不同沉积物粒度具有不同的比表面积以及有机质等,因此对沉积物吸附和释放磷酸盐的能力有着重要影响[44].梁海清等[44]研究表明,沉积物中的有机磷主要以中等活性有机磷存在,有机磷的分布与沉积物粒度密切相关,而有机磷主要分布在细粒度沉积物中.1.2.3 沉积物中磷分级浸取存在的问题以及发展趋势尽管对于沉积物中磷分级浸取研究众多,但是由于沉积物中磷形态的易变性和复杂性,迄今为止,仍然没有一套通用的沉积物磷分级分离的方法;对于研究者而言,为保证数据的准确性,不得不采取两种或两种以上的方法进行分级浸取,工作量非常繁重.因此十分有必要在今后的研究工作中,寻找更有效的、选择性专一的浸取剂,同时对方法的研究不仅仅考虑化学形态上的分类准确度,还应兼顾操作上的便利程度以及分级形态之间的可比性2 沉积物 水界面氮磷迁移释放研究各种来源的营养盐进入湖泊,经过一系列物理、化学及生物化学作用,其中一部分或大部分逐渐沉积到湖底,当湖泊外部环境条件发生变化,沉积物中的营养盐又释放出来进入水中,并延续湖泊的富营养化[7].沉积物 水界面的氮磷迁移扩散不仅受沉积物对营养盐的吸附解吸的影响,还与各种理化参数有关.因此研究沉积物 水界面的氮磷迁移释放行为,对湖泊富营养化预测以及治理都有着重要意义.2.1 沉积物 水界面氮释放行为及其影响因素沉积物 水界面的氮释放行为研究多集中在对NH+4 N、NO3 N、NO2 N等形态氮的扩散转移通量的研究[12,45 47],氮扩散通量即是指氮的(自湖水)输入通量与输出(至湖水)通量之间的差值.计算沉积物 水界面的氮扩散通量,需要研究其主要界面扩散过程.宋金明等[45]指出,水 沉积物界面上存在固体颗粒的沉积和水相间颗粒孔隙的侵入,这一平流过程与界面上下浓度梯度引起的扩散转移过程,是化学物质通过沉积物 水界面质量转移的两个主要过程.而这与B l a ckburn等认为水体中氮含量的急剧增加是由间隙水与上覆水之间的交换引起的这一结果相似[48].硝化和反硝化作用是沉积物 水界面氮迁移释放的主要机制.沉积物中的有机氮矿化生成NO-3、NH+4等无机态氮扩散进入上覆水体,增加水体中氮含量;同时,上覆水体中的NO-3也可扩散至沉积物厌氧层,在反硝化细菌作用下,被还原为N2和N2O等气体形态,并逸散至大气层中,降低水体中的氮含量[49].因此,目前的有些研究针对沉积物 水界面的反硝化速率进行[49 50].Con ley等[51]对波罗的海F i n land湾沉积物 水界面的NO-3、NO-2、NH+4三种形态氮的扩散通量进行了研究,结果表明NH+4、NO-3为氮界面交换的主要组分,且NH+4变化范围最大,而NO-2扩散通量很小,仅为0.1 2.45 m o l N m-2 h-1;这与Bola lek等[52]利用F ick s第一定律计算的Puck湾沉积物 水界面氨氮扩散通量规律一致,后者的研究计算结果表明,氨氮总是由沉积物向上覆水体释放,且具有较大的空间差异性;刘素美等[53]对渤海莱州湾的模拟实验也表明NH+4主要由沉积物向水体净扩散且变化范围较大.Nedw ell等[54]和Tri m m er等[55]利用培养箱对英国Great Ouse河口沉积物 水界面的NO-3、NO-2、NH+4的扩散通量逐月测定,结果表明沉积物是NO-3的汇、是NH+4的源,而NO-2扩散通量极小.综述可知,沉积物 水界面氮的主要扩散组分是NH+4、NO-3,而NO-2扩散量很小;NH+4变化范围较大,且沉积物。

沉积物中氮磷元素的形态分析与去除技术近年来，国内外的许多水体中都出现了氮磷污染问题。

因为氮磷元素是植物生长的必需元素，而过多的氮磷元素则会造成水体富营养化、细菌滋生、藻类水华等现象，不仅让水体变得混浊臭臭的，还会对水生生物造成极大的危害。

为了避免水体受到氮磷污染，许多科学家和研究人员投入了大量的研究力量，在沉积物中的氮磷元素形态分析与去除技术方面进行了深入探索。

首先，我们来谈一谈沉积物中氮磷元素存在的形态。

氮和磷元素在水体中主要以有机形态（如蛋白质、核酸等）和无机形态（如硝酸盐、亚硝酸盐等）存在。

其中，无机氮和无机磷在水体中的占比较大，而有机氮和有机磷则主要存在于沉积物中。

在沉积物中，氮磷元素的形态主要有三种类型：可交换态、还原态和稳定态。

可交换态是指氮磷元素与沉积物颗粒表面吸附作用较弱，可以与外界环境交换的形态。

可交换态氮主要存在于铵态和硝态两种形式。

当外界环境中含有丰富的氮源时，可交换态氮会迅速释放到水体中，使水质变得混浊浑浊。

有时，这种现象甚至会引起藻类的大量繁殖，从而形成水华。

可交换态磷主要存在于磷酸盐的形式，它与水体中其他物质相比，较容易被吸附到颗粒表面上。

还原态是指氮磷元素处于低价态或还原化合物中的形态。

它们与可交换态相比，吸附能力更强，难以被外界环境所影响。

还原态氮主要以氨态和有机氮的形式存在。

由于还原态氮并不容易被微生物降解，因此难以转化为其他形态，对水体污染的影响也非常大。

还原态磷则主要以微生物耗氧作用产生的铁锰磷酸盐形式存在。

稳定态是指氮磷元素与沉积物颗粒结合较为牢固的形态。

它们与可交换态和还原态相比，吸附能力更强，难以被外界环境所影响。

稳定态氮主要以有机氮的形式存在，在水体中很难转化为其他形态。

稳定态磷则主要以钙磷酸盐的形式存在，其释放速度较慢，对水体污染的影响也相对较小。

了解了沉积物中氮磷元素的形态，我们接下来可以探讨一下如何去除其中的污染物。

这方面的技术也是比较多的，常用的方法主要有化学还原法、生物还原法、吸附法和沉淀法等。

辽宁大伙房水库水体中氮、磷污染的变化趋势及其防治对策赵国华,张志军 (抚顺市环境监测站,辽宁抚顺　113006)收稿日期:2000-08-07;修订日期:2000-11-21作者简介:赵国华(1963-),男,辽宁抚顺人,高级工程师.摘　要:讨论了大伙房水库水体中的氮、磷污染状况及来源,提出了防治氮、磷污染的方案。

关　键　词:氮;磷;污染;防治中图分类号:X 824 文献标识码:A 文章编号:1002-6002(2001)01-0049-03A trend and prevention termeasure of pollution of nitrogen and phosphorou in the Dahuof ang reservoir ZHA O G uo -hua ,et al (Fushun Env iro nment al M onito ring Stat ion ,Fushun ,L iaoning 113006,China )Abstract :T he paper discuss t he pollution cause of nitr og en and phosphor ous in t he Dahuofa ng reserv oir.T o pro po sed a pro gr am of pr eventio n .Key words :nitr og en;pho spho ro us;po llutio n;prev ent ion 大伙房水库是浑河中、上游大型山谷型水库。

是沈阳市和抚顺市的饮用水源,也是抚顺市的主要工业水源地。

保护好大伙房水库对沈阳市、抚顺市至关重要。

建库以来,水库水质和生物状况在各种因素作用下发生很大改变。

由于工、农业生产和人类活动,水体中藻类不断更替、繁殖,水体营养度增加,水质转肥,这给淡水渔业生产提供了良好的天然饵料基础。

另一方面水质混浊度及氮、磷含量升高,给人们生活和工、农业用水带来不良影响。

研究简报　NO TE长江口湿地沉积物中的氮、磷与重金属全为民,韩金娣,平先隐,钱蓓蕾,沈盎绿,李春鞠,施利燕,陈亚瞿(农业部海洋与河口渔业重点开放实验室,中国水产科学研究院东海水产研究所,上海200090)摘要:研究了总氮N T、总磷P T、重金属Cu,Zn,Pb和Cd在崇明东滩湿地沉积物中的分布与累积特征。

结果表明,N T和重金属表现为:芦苇带>互花米草带>海三棱镳草带>光滩,即从光滩至芦苇带,从南部至北部,N T和重金属的质量分数呈现逐步增加的趋势。

由于高潮带以细颗粒为主,有机质含量较高,因此N T和重金属表现出相应的富集;而沉积物P T在各个潮带呈均匀分布,这主要与沉积物中磷的化学形态组成有关。

与上海南岸潮滩湿地和世界其他河口湿地相比,东滩湿地沉积物中重金属的质量分数相对较低,表明它是一块保存较为完好未受到污染的天然湿地,这主要与长江径流对污染物的稀释作用有关。

关键词:长江口湿地;养分;重金属;分布;累积中图分类号:P734 文献标识码:A 文章编号:100023096(2008)0620089205 河口湿地是一类独特的生态系统,在海洋、陆地界面间形成重要的污染物屏障,在维护自然生态平衡、生物多样性保护、环境净化等方面具有重要的生态功能。

在自然和人类活动的双重驱动下,河口湿地的生物地球化学循环过程不仅影响着区域的物质循环、能量流动和湿地生产过程。

同时,由于近海环境污染的日益严重以及可持续发展的需要,揭示湿地在营养盐及重金属循环中的功能,认识营养盐及重金属在湿地中的迁移和循环机制是十分必要的[1,2]。

长江口作为世界性的特大型河口,由长江径流携带而来的大量泥沙在此沉积形成了丰富的湿地资源。

有关学者在长江口湿地开展了一些研究,主要集中在氮磷的存在形态[3～5]、重金属在根际的富集[6～8]及沉积物2水体界面的营养盐交换[9]等方面。

而系统地研究营养盐和重金属在河口湿地的分布与累积特征比较少见。

太湖表层沉积物磷的吸附容量与释放风险评估太湖作为中国最大的淡水湖泊之一，其水质状况一直备受关注。

在太湖的水体中，磷是一种普遍存在的污染物，其高浓度会引起水体富营养化，进而导致蓝藻水华等问题。

因此，研究太湖表层沉积物对磷的吸附容量以及释放风险具有重要的科学意义。

首先，太湖表层沉积物是水中磷的重要吸附介质之一。

通过吸附磷，表层沉积物可以起到一定程度上的固定磷的作用，减少其在水体中的存在。

磷的吸附容量与吸附等温线以及吸附反应动力学等因素有关。

研究表明，太湖表层沉积物具有较高的磷吸附容量，可以吸附大量的磷，从而减少其在水体中的浓度。

这对于改善太湖的水质具有积极的意义。

然而，太湖表层沉积物对磷的吸附容量并非一成不变的。

在不同的环境条件下，其吸附磷的能力会发生变化。

例如，湖泊水体中的溶解氧浓度、水体pH值以及温度等因素都会影响磷的吸附程度。

此外，沉积物中的有机质含量以及颗粒的粒径分布等也会对磷的吸附产生影响。

因此，在评估太湖表层沉积物对磷的吸附容量时，需要综合考虑多种因素的影响。

另一方面，太湖表层沉积物对磷的释放风险也需要引起重视。

当水体中的磷浓度低于沉积物中的磷含量时，沉积物可能会释放磷，进一步增加水体中的磷浓度。

这可能导致水体富营养化问题的恶化。

因此，及时评估太湖表层沉积物中的磷释放风险，并采取相应的措施进行防治是非常必要的。

综上所述，太湖表层沉积物的磷吸附容量与释放风险评估对于改善太湖的水质状况具有重要的科学意义。

通过研究太湖表层沉积物对磷的吸附特性，可以更好地理解太湖磷污染的来源和传输途径，并为制定有效的水体管理措施提供科学依据。

同时，及时评估沉积物中磷的释放风险，并采取相应的措施进行防治，能够有效地减轻水体富营养化问题的程度，保护太湖的生态系统。

太湖表层沉积物的磷吸附容量与释放风险评估是研究太湖水质治理和生态保护的重要课题之一。

太湖区域面广，水体复杂多变，对磷的环境行为和沉积物特性的研究有助于更好地了解太湖的富营养化问题，并为太湖的管理和治理提供科学依据。