古夫河上覆水和表层沉积物中总氮和总磷空间分布特征及其相关性

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汤逊湖·南湖及墨水湖底泥沉积物中氮

汤逊湖㊃南湖及墨水湖底泥沉积物中氮磷的释放特征林子阳１，姜应和１∗，程润喜２，胡芳２，周欢２，陈铭楷１（１．武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉４３００７０；２．路德环境科技股份有限公司，湖北武汉４３００００）摘要㊀在夏季环境下以武汉汤逊湖㊁南湖和墨水湖的底泥沉积物为目标，采用蒸馏水作为上覆水进行静态释放试验，监测各试验柱上覆水中氮磷营养盐的变化趋势，计算ＴＮ㊁ＴＰ的累计释放量，分析湖泊底泥中氮磷营养盐的释放规律㊂结果表明，各湖泊底泥样本向上覆水中释放的氮主要以ＮＯ３－－Ｎ的形式存在；墨水湖底泥向上覆水中释放的氮最多，南湖底泥向上覆水中释放的磷最多㊂３个湖泊的底泥向上覆水释放的氮磷总量仅占底泥氮磷总量的极少部分，说明汤逊湖㊁南湖和墨水湖底泥均具有较大的氮磷释放潜力㊂关键词㊀氮磷；底泥沉积物；释放特征中图分类号㊀Ｘ５２４㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２３）０２－００６４－０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２３．０２．０１７㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＲｅｌｅａｓｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＮｉｔｒｏｇｅｎａｎｄＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｔｈｅＳｅｄｉｍｅｎｔｓｏｆＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ，ＳｏｕｔｈＬａｋｅａｎｄＭｏｓｈｕｉＬａｋｅＬＩＮＺｉ⁃ｙａｎｇ１，ＪＩＡＮＧＹｉｎｇ⁃ｈｅ１，ＣＨＥＮＧＲｕｎ⁃ｘｉ２ｅｔａｌ㊀（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ４３００７０；２．ＲｏａｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ４３００００）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓｕｍｍｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓｏｆＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ，ＳｏｕｔｈＬａｋｅａｎｄＭｏｓｈｕｉＬａｋｅｉｎＷｕｈａｎａｓｔｈｅｔａｒｇｅｔ，ｔｈｅｓｔａｔｉｃｒｅｌｅａｓｅｔｅｓｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｄｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒａｓｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｃｈａｎｇｅｔｒｅｎｄｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｎｕｔｒｉｅｎｔｓｉｎｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｏｆｅａｃｈｔｅｓｔｃｏｌｕｍｎ，ｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔｏｆＴＮａｎｄＴＰ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｒｕｌｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｎｕｔｒｉｅｎｔｓｉｎｔｈｅｌａｋｅｓｅｄｉｍｅｎｔ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｌｅａｓｅｄｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｆｒｏｍｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓａｍｐｌｅｓｏｆｅａｃｈｌａｋｅｍａｉｎｌｙｅｘｉｓｔｅｄｉｎｔｈｅｆｏｒｍｏｆＮＯ３－－Ｎ；ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆＭｏｓｈｕｉＬａｋｅｒｅｌｅａｓｅｄｔｈｅｍｏｓｔｎｉｔｒｏｇｅｎｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒ，ａｎｄｔｈｅｓｅｄｉ⁃ｍｅｎｔｏｆＳｏｕｔｈＬａｋｅｒｅｌｅａｓｅｄｔｈｅｍｏｓｔｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｌｅａｓｅｄｂｙｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｌａｋｅｓｆｒｏｍｔｈｅｕｐｐｅｒｗａｔｅｒｃｏｖｅｒａｃｃｏｕｎｔｓｆｏｒｏｎｌｙａｖｅｒｙｓｍａｌｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｏｆｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ，ＳｏｕｔｈＬａｋｅａｎｄＭｏｓｈｕｉＬａｋｅａｌｌｈａｄｇｒｅａｔｅｒｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｌｅａｓｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｓｅｄｉｍｅｎｔ；Ｒｅｌｅａｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ基金项目㊀路德环境科技股份有限公司科技攻关项目（ＬＤＨＪ２０２００１０２）㊂作者简介㊀林子阳（１９９６），男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向：水污染控制理论及应用㊂∗通信作者，教授，博士，博士生导师，从事水污染控制理论及应用研究㊂收稿日期㊀２０２２－０２－１７㊀㊀汤逊湖位于武汉市东南部，水域面积达４７．６２ｋｍ２，横跨江夏区㊁洪山区和东湖新技术开发区，是武汉最大的城中湖；南湖位于武昌南部，水域面积达７．６７ｋｍ２，是武汉市第三大的城中湖；墨水湖位于汉阳西南，水域面积达３．６４ｋｍ２，为浅水湖泊㊂随着湖泊周边城市发展，各类污染物排入湖中，造成水体污染㊂水中营养盐通过一系列理化作用，逐渐蓄积于湖泊底泥之中㊂其中，氮㊁磷等营养盐是湖泊底泥营养盐的主要组成部分，对水体环境影响极大㊂在外界环境的影响下，底泥中的氮磷元素部分被沉水植物吸收，重新参与物质循环；部分以闭蓄态或结合态的形式稳定存在，难以被释放；部分通过扩散作用重新进入上覆水中，造成二次污染［１］㊂这部分重新被释放的氮磷元素，也是湖泊水体治理水质难以根本好转的主因之一㊂底泥中氮磷的释放是一个物理㊁化学和生物综合作用的过程，其释放㊁累积和输送遵循一定的规律［２］㊂底泥中氮磷的释放受到如ＤＯ㊁温度㊁ｐＨ㊁上覆水污染物浓度等因素的影响［３］㊂笔者以汤逊湖㊁南湖和墨水湖为研究对象，采用实验室静态模拟法对底泥氮磷释放规律进行研究㊂１㊀材料与方法１．１㊀样品的采集㊀将带上覆水和底泥的柱样定义为Ａ类试验柱样，不带上覆水的底泥柱样定义为Ｂ类试验柱样㊂在汤逊湖（１１４ʎ２３ᶄＥ，３０ʎ２５ᶄＮ）㊁南湖（１１４ʎ２１ᶄＥ，３０ʎ３０ᶄＮ）和墨水湖（１１４ʎ１４ᶄＥ，３０ʎ３２ᶄＮ）各设一个取样点，每一取样点取１个Ａ类试验柱样和２个Ｂ类试验柱样㊂Ａ类试验柱样取样管长为２．５ｍ，上覆水采样深度不小于１．５ｍ，底泥采样深度不小于７０ｃｍ；Ｂ类试验柱样取样管长为１．５ｍ，底泥采样深度不小于１．０ｍ㊂取样点具体位置如图１所示㊂图１㊀采样点分布Ｆｉｇ．１㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓａｍｐｌｉｎｇｐｏｉｎｔｓ１．２㊀样品的处理㊀各试验柱样被带回试验室后，将Ａ类试验柱样的上覆水用虹吸管调整至相同深度（上覆水深度为１．５ｍ）㊂对上覆水进行测量所得各理化指标如表１所示㊂对Ｂ类试验柱样的表层（０５ｃｍ）底泥进行采样，吸除水分后置于阴凉处自然风干，研磨后过１００目筛，保存在聚乙烯袋中备用㊂测得底泥ＴＮ㊁ＴＰ含量如表２所示㊂㊀㊀㊀安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２３，５１（２）：６４－６７表１㊀各湖泊上覆水理化指标Ｔａｂｌｅ１㊀Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｉｎｅａｃｈｌａｋｅ湖泊名称ＬａｋｅｎａｍｅｐＨＤＯｍｇ／ＬＴＮｍｇ／ＬＴＰｍｇ／ＬＮＨ４＋－Ｎｍｇ／ＬＮＯ３－－Ｎｍｇ／Ｌ汤逊湖ＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ７．８５５．０１．７３０．２１２０．８９０．３７南湖ＳｏｕｔｈＬａｋｅ８．２８５．５１．６９０．２３１０．９００．６２墨水湖ＭｏｓｈｕｉＬａｋｅ７．６２４．８２．３２０．１９８１．３２０．６８表２㊀各湖泊底泥中ＴＮ、ＴＰ含量Ｔａｂｌｅ２㊀ＣｏｎｔｅｎｔｓｏｆＴＮａｎｄＴＰｉｎｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｎｅａｃｈｌａｋｅ单位：ｍｇ／ｋｇ湖泊名称ＬａｋｅｎａｍｅＴＮＴＰ汤逊湖ＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ２５７１４１２１２南湖ＳｏｕｔｈＬａｋｅ４７１５２５３５墨水湖ＭｏｓｈｕｉＬａｋｅ４０４５２１１２１．３㊀底泥释放营养盐试验方法㊀将从３个湖泊各取的１个Ａ类试验柱样分别命名为汤逊湖㊁南湖和墨水湖试验柱㊂该试验采样时间为夏季，试验期间水温维持在（３０ʃ１）ħ㊂将试验柱中原上覆水替换为蒸馏水㊂监测上覆水中ＤＯ㊁ＴＮ㊁ＮＨ４＋－Ｎ㊁ＮＯ３－－Ｎ和ＴＰ的变化，前期每隔２４ｈ取样并检测，后期取样并检测的时间间隔为４８ｈ，每次采集水样后分别用蒸馏水补足㊂㊀㊀累计释放量γ（ｍｇ）用以下公式计算［４］：γｎ＝Ｖ（Ｃｎ－Ｃ０）＋ｎ－１ｊ＝１［Ｖｉ（Ｃｊ－Ｃａ）］（１）式中，Ｖ为试验柱中上覆水总体积（Ｌ）；ｎ为采样次数，ｎȡ２，当ｎ＝１，仅取式右两项中的第一项；Ｖｊ为每次采集水样的体积（Ｌ）；Ｃｎ为第ｎ次采样时测出的营养盐浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃｊ为第ｊ次采样时测出的营养盐浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃａ为每次取样后补充水样中营养盐浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃ０为各类上覆水中营养盐的初始浓度（ｍｇ／Ｌ）㊂１．４㊀水质检测方法㊀上覆水中ＤＯ采用ＪＰＢ－６０７Ａ溶解氧仪测定㊂ＴＮ㊁ＮＨ４＋－Ｎ㊁ＮＯ３－－Ｎ和ＴＰ采用‘水和废水监测分析方法（第四版）“提供的方法测定：ＴＮ采用过硫酸钾氧化，紫外分光光度法测定；ＴＰ采用钼酸铵分光光度法测定；ＮＨ４＋－Ｎ采用纳氏试剂比色法测定；ＮＯ３－－Ｎ采用紫外分光光度法测定㊂２㊀结果与分析２．１㊀上覆水中各指标的变化㊀不同湖泊底泥条件下，上覆水中各指标的变化趋势如图２所示㊂由图２可知，３个试验柱中水样各指标的变化趋势基本一致㊂ＤＯ含量在１０ｄ前持续下降，可能是好氧微生物的持续活动导致的［５］；１６ｄ后ＤＯ略有回升，此时其他营养盐浓度基本处于平衡阶段，水体环图２㊀各试验柱上覆水各指标随时间变化曲线Ｆｉｇ．２㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｏｎｅａｃｈｔｅｓｔｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｔｉｍｅ境相对稳定，说明存在一定程度的大气复氧㊂ＴＮ㊁ＮＯ３－－Ｎ和ＴＰ均呈持续上升趋势，墨水湖试验柱的上覆水中ＴＮ浓度最高，汤逊湖试验柱次之，南湖试验柱最低；ＮＯ３－－Ｎ浓度排序与ＴＮ一致；南湖试验柱的上覆水中ＴＰ浓度最高，汤逊湖试验柱次之，墨水湖试验柱最低㊂由表１可知，对于原上覆水而言，ＴＮ浓度表现为墨水湖＞汤逊湖＞南湖，与试验结果相符，且各试验柱中上覆水ＴＮ的最终浓度均小于各湖泊实测结果㊂这可能是因为在自然湖泊的上覆水环境内存在大量生物活动，以汤逊湖为例，现仍有相当规模的渔业养殖［６］㊂它们的代谢活动所产生的氮元素部分悬浮在上覆水中，进一步提高了ＴＮ的含量㊂ＴＰ浓度表现为南湖＞汤逊湖＞墨水湖，主要以溶解性磷酸盐（ＳＲＰ）的形式存在［７］，也与试验结果相符，但各试验柱中上覆水ＴＰ的最终浓度均大于各湖泊实测结果㊂该试验在夏季进行，气温较高，史静等［８］研究表５６５１卷２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀林子阳等㊀汤逊湖·南湖及墨水湖底泥沉积物中氮磷的释放特征明，温度对氮磷元素释放的影响类似，但对磷的影响更显著㊂且当温度升高到一定程度后，由于生物活性不再提高，氮的释放不再明显增强，而磷由于氧化还原电位的降低和含磷沉积物溶解加快等原因，释放更为明显［９］㊂而自然水体中存在藻类及沉水植物对溶解性磷酸盐的吸收，降低了环境中磷的浓度，所以各湖泊ＴＰ的实测数据会低于试验条件下释放的ＴＰ㊂ＮＨ４＋－Ｎ表现出先上升后下降的趋势，这可能与底泥中有机氮转化为氨氮和硝化反应有关㊂２．２㊀上覆水中氮类营养盐变化㊀不同湖泊底泥条件下，上覆水中各类含氮营养盐变化如图３所示㊂由图３可知，各试验柱中ＴＮ绝大部分由ＮＯ３－－Ｎ组成㊂说明氮元素主要以无机氮的形式向上覆水中释放，难以以有机氮的形式释放㊂在试验初期，各试验柱均出现ＮＨ４＋－Ｎ浓度迅速上升的趋势，这可能是由于在向试验柱内注入蒸馏水的过程中，对底泥造成了一定扰动，且试验初期水体中溶解氧充足㊂这可能是因为底泥中存在好氧微生物将有机氮转化为氨氮［１０］㊂在前１０ｄ，水体中溶解氧持续下降，ＮＨ４＋－Ｎ也持续下降，ＮＯ３－－Ｎ则持续上升，说明水体中存在硝化反应将ＮＨ４＋－Ｎ转化为ＮＯ３－－Ｎ㊂但也可以看出，ＮＯ３－－Ｎ增长的量大于ＮＨ４＋－Ｎ减少的量，说明底泥仍在向上覆水中释放ＮＯ３－－Ｎ或释放ＮＨ４＋－Ｎ并转化为ＮＯ３－－Ｎ㊂陶玉炎等［１１］研究表明，溶解氧缺乏的条件下，沉积物氮主要以ＮＨ４＋－Ｎ形式释放，溶解氧充足条件下，沉积物氮主要以ＮＯ３－－Ｎ形式释放㊂王圣瑞等［１２］研究表明，底泥中可释放的氮主要以ＮＯ３－－Ｎ的形式存在；且由于土壤带负电荷，铵根带正电荷，易被土壤吸附难以释放，而硝酸根带负电荷，更容易释放㊂图３㊀各试验柱上覆水含氮营养盐随时间变化曲线Ｆｉｇ．３㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｎｕｔｒｉｅｎｔｓａｌｔｓｉｎｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｏｆｅａｃｈｔｅｓｔｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｔｉｍｅ２．３㊀上覆水中ＴＮ㊁ＴＰ累计释放量的变化㊀从各试验柱上覆水中ＴＮ和ＴＰ累计释放量的变化趋势（图４）可以看出，不同湖泊底泥氮磷的累计释放量变化趋势基本相同㊂由于释放强度受上覆水与底泥间的浓度差影响，根据Ｆｉｃｋ第一扩散定律［１３］，在静态释放条件下，由于底泥－水界面浓度梯度的影响，底泥ＴＮ和ＴＰ的释放速率在初期最大，随时间的延续，释放速率逐渐降低［１４］，则累计释放量的增长也由陡变缓；最终，随着浓度差的不断缩小，扩散作用不断减弱，上覆水与底泥间逐渐达到某个平衡点，累计释放量不再明显增长，呈现出动态平衡状态㊂试验结束时墨水湖ＴＮ的累计释放量最大，说明墨水湖可能具有更大的氮释放能力；南湖ＴＰ的累计释放量最大，说明南湖可能具有更大的磷释放能力㊂图４㊀各试验柱上覆水ＴＮ（ａ）和ＴＰ（ｂ）累计释放量随时间变化曲线Ｆｉｇ．４㊀ＶａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔｏｆＴＮ（ａ）ａｎｄＴＰ（ｂ）ｉｎｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｏｆｅａｃｈｔｅｓｔｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｔｉｍｅ２．４㊀底泥沉积物氮磷存在形态对释放的影响㊀底泥中的氮磷元素并不都具有向上覆水中释放的潜力㊂不同湖泊表层底泥ＴＮ中可转化态氮（ＴＡＮ㊁ＴＴＮ）及ＴＰ中易转化态磷占比区别均较大㊂王圣瑞等［１２］对太湖等长江中下游湖泊的表层底泥测量发现，ＴＮ中可交换氮（ＥＮ）占比为６．２９％１９．２４％；对太湖和武汉月湖表层底泥的研究发现，ＴＮ中ＴＡＮ的占比随粒径的降低而升高［１５］，其中最容易释放的ＩＥＦ－Ｎ是可转化态无机氮的主体，占总可转化态氮的７．３７％２２．２５％㊂赵宝刚等［１６］研究发现骆马湖等４个湖泊表层底泥ＴＮ中ＴＡＮ占比均值为５０．９３％７３．１０％，ＩＥＦ－Ｎ占ＴＴＮ的６．７４％６６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２３年８．８２％㊂叶华香等［１７］对南山湖表层底泥测量发现，潜在可移动形态磷占ＴＰ的５４．０６％㊂马金玉等［１８］研究表明，最易释放的ＥＸ－Ｐ占华阳河湖群表层底泥ＴＰ的０．４％４．９％㊂周帆琦等［１９］测得武汉南湖与东湖表层底泥ＴＰ中ＥＸ－Ｐ占比为３％１１％㊂上述试验均表明，不同湖泊的表层底泥具有各自的形态分布特征，ＴＮ㊁ＴＰ中具有释放潜力的部分占比也因湖泊环境和外源输入的不同而有差异㊂此次试验测得３个湖泊表层（０５ｃｍ）底泥的干重约为１６６ｇ，根据表２的各湖泊底泥ＴＮ㊁ＴＰ含量计算得出的各湖泊累计释放量占表层底泥内氮磷含量的比值如表３所示㊂从表３可以看出，该试验中各湖泊底泥氮磷累计释放量仅占表层底泥氮磷含量的极少部分，显然低于潜在可释放的氮磷总量㊂大量可释放的氮磷留存在底泥中，形成内源污染，使得湖泊水质情况难以好转，持续呈现富营养化㊂通过２０１６２０２０年武汉水务局发布的武汉市水资源公报［２０－２４］可知，汤逊湖水质条件为Ⅴ类，中度富营养化，水质变化稳定；南湖水质条件仍为劣Ⅴ类，中度富营养化；墨水湖水质条件由劣Ⅴ类转为Ⅴ类，中度富营养化，水质有所好转㊂这说明底泥中大量富集的氮磷营养盐对湖泊环境的治理仍形成较大阻碍㊂表３㊀各湖泊累计释放量占比Ｔａｂｌｅ３㊀Ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｌｅａｓｅｏｆｅａｃｈｌａｋｅ湖泊名称ＬａｋｅｎａｍｅＴＮ底泥ＴＮ量ＴＮａｍｏｕｎｔｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｍｇ释放ＴＮ量ＲｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔｏｆＴＮʊｍｇ释放量占比Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｒｅｌｅａｓｅｄａｍｏｕｎｔʊ％ＴＰ底泥ＴＰ量ＴＰａｍｏｕｎｔｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｍｇ释放ＴＰ量ＲｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔｏｆＴＰʊｍｇ释放量占比Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｒｅｌｅａｓｅｄａｍｏｕｎｔʊ％汤逊湖ＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ４２６８６．４３０．１５２０１４．５７２．２７南湖ＳｏｕｔｈＬａｋｅ７８４５．５５０．７１４２１５．０３１．１９墨水湖ＭｏｓｈｕｉＬａｋｅ６７１７．９３１．１８３５１２．０６０．５９３㊀结论（１）夏季环境下各湖泊底泥样本向上覆水中释放的氮主要以ＮＯ３－－Ｎ的形式存在，墨水湖底泥向上覆水中释放的氮最多，有较强的释放能力；南湖底泥向上覆水中释放的磷最多，有较强的释放能力㊂在未来的治理计划中可针对各湖泊不同的释放特点进行针对性治理㊂（２）各湖泊底泥具备释放潜力的氮磷元素占比具有不同特征，最终呈现出的释放总量不一定由不同湖泊底泥间的氮磷总量简单决定㊂此次试验中向上覆水释放的氮磷含量仅占底泥氮磷总量的极少部分，说明汤逊湖㊁南湖和墨水湖底泥均具有较大的氮磷释放潜力，这也是导致各湖泊富营养化的主因之一㊂参考文献［１］ＷＵＺ，ＬＩＵＹ，ＬＩＡＮＧＺＹ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒｎａｌｃｙｃｌｉｎｇ，ｎｏｔｅｘｔｅｒｎａｌｌｏａｄｉｎｇ，ｄｅ⁃ｃｉｄｅｓｔｈｅｎｕｔｒｉｅｎｔｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｉｎｅｕｔｒｏｐｈｉｃｌａｋｅ：Ａｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｅｍ⁃ｐｏｒａｌＢａｙｅｓｉａｎｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｉｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１７，１１６：２３１－２４０．［２］陈平，倪龙琦．河湖底泥中氮磷迁移转化的研究进展［Ｊ］．徐州工程学院学报（自然科学版），２０２０，３５（２）：６０－６６．［３］张茜，冯民权，郝晓燕．上覆水环境条件对底泥氮磷释放的影响研究［Ｊ］．环境污染与防治，２０２０，４２（１）：７－１１．［４］金相灿，屠清瑛．湖泊富营养化调查规范［Ｍ］．２版．北京：中国环境科学出版社，１９９０：２１９．［５］黄炜惠．中国水环境溶解氧基准与标准初步研究［Ｄ］．北京：中国环境科学研究院，２０２１．［６］杜明普，王红丽，刘康福，等．生态渔业养殖模式下汤逊湖鱼产力估算及对内源污染的影响［Ｊ］．环境工程技术学报，２０２１，１１（２）：２７８－２８２．［７］ＹＵＰＰ，ＷＡＮＧＪＦ，ＣＨＥＮＪＧ，ｅｔａｌ．Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅ⁃ｌｅａｓｅｆｒｏｍｓｅｄｉｍｅｎｔｓｕｓｉｎｇｏｘｙｇｅｎｎａｎｏ⁃ｂｕｂｂｌｅ⁃ｍｏｄｉｆｉｅｄｍｉｎｅｒａｌｓ［Ｊ］．Ｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，６６３：６５４－６６１．［８］史静，于秀芳，夏运生，等．影响富营养化湖泊底泥氮㊁磷释放的因素［Ｊ］．水土保持通报，２０１６，３６（３）：２４１－２４４．［９］周成，杨国录，陆晶，等．河湖底泥污染物释放影响因素及底泥处理的研究进展［Ｊ］．环境工程，２０１６，３４（５）：１１３－１１７，９４．［１０］王红，阮爱东，徐洁．太湖氨化功能菌群的分布及其有机氮降解条件［Ｊ］．河南科学，２０１９，３７（３）：４３９－４４６．［１１］陶玉炎，耿金菊，王荣俊，等．环境条件变化对河流沉积物三氮释放的影响［Ｊ］．环境科学与技术，２０１３，３６（Ｓ１）：４１－４４，７８．［１２］王圣瑞，焦立新，金相灿，等．长江中下游浅水湖泊沉积物总氮㊁可交换态氮与固定态铵的赋存特征［Ｊ］．环境科学学报，２００８，２８（１）：３７－４３．［１３］贾艳乐，贾飞虎，马慧杰，等．白洋淀上覆水氮磷浓度对沉积物氮磷释放的影响［Ｊ］．中国环境管理干部学院学报，２０１９，２９（３）：８９－９３．［１４］韩宁，郝卓，徐亚娟，等．江西香溪流域干湿季交替下底泥氮释放机制及其对流域氮输出的贡献［Ｊ］．环境科学，２０１６，３７（２）：５３４－５４１．［１５］王圣瑞，金相灿，焦立新．不同污染程度湖泊沉积物中不同粒级可转化态氮分布［Ｊ］．环境科学研究，２００７，２０（３）：５２－５７．［１６］赵宝刚，张夏彬，昝逢宇，等．不同湖泊表层沉积物氮形态的分布特征与影响因素［Ｊ］．中国环境科学，２０２１，４１（２）：８３７－８４７．［１７］叶华香，臧淑英，尉文佳，等．南山湖沉积物磷形态时空分布特征［Ｊ］．环境工程，２０１９，３７（５）：１０５－１１０，１１６．［１８］马金玉，罗千里，王文才，等．华阳河湖群表层沉积物磷形态及生物有效性［Ｊ］．长江流域资源与环境，２０２１，３０（１２）：２９６２－２９７１．［１９］周帆琦，沙茜，张维昊，等．武汉东湖和南湖沉积物中磷形态分布特征与相关分析［Ｊ］．湖泊科学，２０１４，２６（３）：４０１－４０９．［２０］黄天荣，易相军．２０１６年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０１６．［２１］徐照彪，易相军．２０１７年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０１７．［２２］徐照彪，王沫．２０１８年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０１８．［２３］徐照彪，王沫．２０１９年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０１９．［２４］徐照彪，王沫．２０２０年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０２０．７６５１卷２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀林子阳等㊀汤逊湖·南湖及墨水湖底泥沉积物中氮磷的释放特征。

基于GIS的白洋淀典型淀区水体中氮形态的时空分布规律研究

实验所用试剂均为分析纯。１．２样品采集与处理２００９年５月１５日，２００９年８月１５日，２００９
年ｌ０月１５日，２０１０年３月１５日先后４次在白
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（２ｏ０８ｚｘ０７２０９ — ００８）；河北省科技支撑计划项目（１０２７６７１０Ｄ）。
《天津农林科技｝２０１３年４月第２期（总第２３２期）
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氮～
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摘要：文章对白洋淀环淀中村水域不同地点的上覆水和表层沉积物间隙水中氮的不同形态及其在空间上的分布特征进行了分析研究。结果表明： ① 间隙水总氮质量浓度均高于上覆水总氮质量浓度。上
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究尤为重要，它可以为湖泊富营养化的控制提供１材料和方法重要依据。１．１实验仪器及试剂白洋淀是华北最大的淡水湖，素有 “ 华北明分光光度计ｕｖ一２６００［尤尼科（上海）仪器有珠” 之称，具有沼泽和水域等生态系统。白洋淀的限公司１；低速台式自动平衡离心机（ＤＴ５ — ２，北京特点是人湖河流短，没有外流域大江和大河补充时代北利离心机有限公司）；恒温振荡器（ＴＨＺ一水源，来水量少，水资源严重匮乏，水交换慢，效８２，上海兰科仪器有限公司）。

河道沉积物的分布特性

河道沉积物的分布特性1 引言沉积物是水体氮素的重要归宿与来源,上覆水与孔隙水是沉积物-水界面中氮交换的主要媒介,无机氮是其重要的交换形态.可溶性氮素通过孔隙水向上覆水扩散迁移,使沉积物成为上覆水重要的氮素内源.影响沉积物-水界面氮交换过程的因素呈现多样化,包括沉积物的理化特征、溶解氧、氧化还原电位、pH、温度、水动力扰动等环境条件以及底栖生物扰动等生物因素.污补河流中污染物在分解转化过程中大量耗氧,使沉积物溶氧量急剧变化,再加上闸坝林立,水流舒缓,河流复氧能力差,沉积物-水界面呈现厌氧状态,对于氮素界面的交换过程及赋存形态有重要的影响.在北方半干旱地区,以海河流域为代表,天然径流少,污废水成为主要补给水源,河流呈现非常规水源补给特点.与传统意义上的河流相比,非常规水源补给河流随污水的汇入消纳了大量的污染物,产生了各类污染问题.滏阳河作为典型的非常规水源补给河流,承接着石家庄、邯郸、邢台、衡水、沧州等城市的工业及生活污废水,平均污径比由1980年的0.25上升到2007年的0.37.目前研究表明,滏阳河作为非常规水源补给河流存在严重的沉积物重金属污染问题,但对存在的氮营养盐污染及内源释放问题关注较少.滏阳河接纳的石化、制药等行业的污水及生活废水中含有大量的氮营养盐(Seved et al., 2010;Tang et al., 2011),排入河流增加了水体的氮负荷(王超等,2015a),低溶解氧进一步加剧了沉积物内源释放风险(郭建宁等,2010).滏阳河水体总氮浓度超国家地表水V类标准,外源输入是水体氮营养盐增加的重要原因(赵钰等,2014),但对沉积物这一重要的氮素内源未做进一步研究.本文针对滏阳河存在的氮素污染问题,采集不同河段的表层沉积物及柱状沉积物,研究表层沉积物氮素空间分布特点及上覆水-孔隙水氮营养盐垂直分布特征,并对沉积物-水界面无机氮扩散通量进行估算,对比滏阳河不同区段氮营养盐内源释放特征,为非常规水源补给河流富营养化防治提供理论支持.2 材料与方法2.1 研究区域概况滏阳河发源于太行山南段东麓邯郸市峰峰矿区,自东武仕水库流经磁县、邯郸等县市,于艾辛庄与滏阳新河汇合,流经衡水等地终至献县,与滹沱河汇合后称子牙河.滏阳河流域属北温带大陆性季风气候,平均气温13.4 ℃;年均降雨量550 mm,集中于7至9月份,占年降雨量70%.滏阳河干流全长402 km,流经石家庄、邢台、邯郸、衡水等重要城市,是一条集防洪、灌溉、排涝、航运等功能于一体的骨干河道.沿途城市人口稠密,制药、皮革等重污染产业广泛分布,其生产生活污水均排入滏阳河内.以艾辛庄为界,上游主要接纳邯郸市区及沿途各县污水,2007年共接纳污水1.25亿m3;下游承纳衡水市区、冀州、武强、武邑等县的生产生活废水,2007年接纳衡水市境内废水量0.54亿m3;此外,邢台市和石家庄市污废水顺子牙河支流最终汇入滏阳河.2.2 样品采集与分析2.2.1 表层沉积物采集研究设置采样点16个,于2014年6月采集表层沉积物及沉积柱.按照上游至下游进行样点编号,其中滏阳河上游包括S1~S9,下游样点为S10~S16.根据行政区段对采样点进行划分,可分为邯郸段(S1~S8)、邢台段(S9、S10)、衡水段(S11~S14)和沧州段(S15、S16).采样区域及采样点分布如图 1所示.图 1图 1 滏阳河沉积物采样点位置分布利用自重力采样器采集表层10 cm沉积物样品,储存于聚乙烯自封袋.沉积柱采集后静置24 h,用虹吸管自上而下对上覆水按5 cm进行分层,保存于聚乙烯瓶;对柱状样自上而下分割,按1 cm 分层,用0.45 μm微孔滤膜过滤得到孔隙水,保存于玻璃瓶.河流水样温度(T)、pH、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)利用水质分析仪现场测定.样品低温保存运输.到达实验室后,沉积物部分样品冷冻干燥,研磨,过100目尼龙筛,密封避光储存待分析;其余样品于4 ℃密封避光保存.2.2.2 样品分析参照《水和废水监测分析方法》(国家环境保护总局,2002)测定上覆水中氨氮(NH3-N)、硝氮(NO3--N)和亚硝氮(NO2--N);孔隙水各无机氮(DIN)含量用全自动化学分析仪(AMS Smart Chem 2000)测定.沉积物样品用2 mol·L-1的氯化钾溶液振荡提取1 h,0.45 μm滤膜过滤后测定提取液中氨氮(NH3-N)、硝氮(NO3--N)和亚硝氮(NO2--N)(鲍士旦等,2005).其中NH3-N采用靛酚蓝比色法,NO3--N采用双波长紫外分光光度法,NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法.采用元素分析仪测定沉积物总氮(TN)及碳氮比(C/N),沉积物中总有机氮(TON)为总氮与无机氮(氨氮、硝氮和亚硝氮之和)的差值.2.3 孔隙水扩散通量模型运用Fick第一扩散定律对沉积物-水界面间物质扩散通量进行估算.Fick第一定律适用于稳态扩散,即界面物质的交换过程为平衡状态,主要受浓度扩散控制(Paul et al., 2001,潘延安等,2014).扩散通量计算公式如下：式中,F为沉积物-水界面扩散通量(μmol·m-2·d-1);为沉积物-水界面物质浓度梯度(mg·L-1·cm-1);M为N的相对原子质量,取14 g·mol-1;Ds为考虑了沉积物弯曲效应的实际分子扩散系数(m2·s-1);与孔隙度(φ)间的关系式：Ds=φ·D0(φ< 0.7);Ds=φ2·D0(φ>0.7).式中,D0为理想溶液的扩散系数,温度25 ℃时,NH3-N、NO3--N和NO2--N的理想扩散系数(D0)分别为19.8×10-6、19.0×10-6、19.1×10-6cm2·s-1(吴文成等,2008).φ为沉积物孔隙度,其计算方法为：式中,Ww为沉积物鲜重(g);Wd为沉积物干重(g);ρ为表层沉积物平均密度与水密度比值,滏阳河沉积物主要为粉砂组成,取2.5(汪淼等,2015).采样点分布图用ArcGIS 10.0绘制;数据统计分析在SPSS 20.0上进行;数据制图在Origin 9.0上完成.3 结果与讨论3.1 表层沉积物氮素含量及空间分布滏阳河各采样点表层沉积物不同形态氮素的空间分布特征见图 2.滏阳河沉积物整体总氮质量浓度在770~10590 mg·kg-1之间,平均值为2584 mg·kg-1,高于EPA制定的沉积物总氮污染重污染标准(2000 mg·kg-1)(US EPA,2002),表明滏阳河整体处于TN重度污染水平.其中流域支流汇入点(S10、S11)TN浓度高达10590、5210 mg·kg-1,远超其他点位.其原因是上游支流接纳的氮素随水流汇集于河流交汇点并发生沉积,造成表层沉积物中TN浓度的升高.邯郸段、邢台段、衡水段和沧州段总氮浓度平均值分别为1756、5745、2664、2573 mg·kg-1,邢台段达整条河段的TN浓度最高值.牛尾河、北澧河、洨河及汪洋沟等支流河水含有大量的总氮,汇入邢台河段,使沉积物TN浓度增高.图 2图 2 滏阳河表层沉积物氮素空间分布特征有机氮(TON)是滏阳河表层沉积物中氮素的主要存在形式,其占总氮比例达84.9%~99.3%.滏阳河表层沉积物中TON的空间分布趋势与TN一致,均在邢台段达到最高值,5056 mg·kg-1.河流中的有机氮占总氮含量达14%~90%(Seitzinger et al., 1997),主要来源于水生生态系统中生物的分泌及腐烂分解,以及外源水体携带的颗粒态氮和溶解性有机氮的输入(Sujay et al., 2014).沉积物中C/N可以判定有机污染来源.Meyers等研究藻类的C/N一般在4～10 之间,而陆生植物的C/N一般大于20(Meyers,1994).滏阳河C/N平均值达18.24,说明滏阳河沉积物中TON更多来源于外源输入,且总氮中TON比例在世界河流中处于较高水平.表层沉积物NH3-N含量范围为3.23~1135.00 mg·kg-1,占TN比例达0.23%~10.70%,分布趋势与有机氮呈现一致性.氨化细菌在厌氧条件下使有机氮发生矿化产生NH3-N,而水体环境中NH3-N主要来源于有机氮的矿化及外源的输入(赵海超等,2013).滏阳河水系低氧现象突出(王超等,2015b),且上覆水流速较低,氧交换能力较弱,导致沉积物溶氧含量低,有机氮矿化生成NH3-N,则沉积物中NH3-N含量分布与有机氮呈现一致性.与之前研究相比(赵钰等,2014),滏阳河表层沉积物NO3--N含量明显上升,由17.20 mg·kg-1升至125.00 mg·kg-1,占TN比例由0.004%升至0.044%;NH3-N含量明显下降,由585.00 mg·kg-1降至164.00 mg·kg-1,占TN百分比由0.135%降至0.052%.NH3-N和NO3--N浓度的升降变化说明沉积物-水界面氧化还原环境发生改变,硝化细菌将NH3-N氧化为稳定的NO3--N.底泥氧化还原状态的改变说明了氨氮污染严重的水体正在逐渐恢复自净能力,水体环境有所改善.3.2 沉积物-水界面氮分布特征滏阳河各河段硝态氮浓度在上覆水到孔隙水的垂直剖面上呈现不同趋势：邢台、衡水和沧州段硝氮浓度随深度而逐渐降低,尤其是在孔隙水中急剧减少.以衡水段为例,NO3--N浓度在上覆水中为2.84 mg·L-1,在孔隙水中降至0.57 mg·L-1,到深层浓度小于0.10 mg·L-1.硝氮随深度变化呈递减趋势,可能与沉积物的氧化还原环境有关.溶解氧是沉积物硝化作用及反硝化作用的重要影响参数,邱昭政等研究发现好氧条件下平均氨氧化速率为14.2 mg·L-1·d-1,而厌氧条件仅有37.40%氨氮转化,平均速率为5.7 mg·L-1·d-1(邱昭政等,2013).未加扰动的沉积物处于缺氧环境,呈现还原环境,致使硝化反应减弱,无法将氨氮转化为NO3--N;同时有利于消耗NO3--N 的反硝化作用进行(Korom et al., 1992),导致NO3--N迅速减少.邢台、衡水和沧州段上覆水呈还原环境(表 1),水流平缓对沉积物扰动作用小,复氧能力较差,且有机物分解消耗溶解氧,沉积物还原性增强,影响硝化和反硝化作用的进行,从而影响沉积物中硝氮的分布.邯郸段硝氮浓度在进入沉积物-水界面后逐渐升高,在界面下11cm处达到最大值6.72 mg·L-1.孔隙水平均硝态氮浓度达3.54 mg·L-1,为上覆水8倍之多.邯郸段山区降水补给较多,地势高差悬殊较大,界面水动力或底栖生物扰动导致沉积物溶解氧含量增大,沉积物-水界面处于氧化状态,硝化作用增强,NH3-N被硝化细菌氧化,造成NO3--N浓度上升.表 1 各采样点表层沉积物及上覆水基本理化性质邯郸、邢台段氨氮浓度在垂直剖面上呈增大趋势,最高浓度分别达到17.70 mg·L-1和39.30 mg·L-1(图 3).NH3-N的含量与沉积物理化性质、氧化还原环境、水动力条件及污染源等有关.一方面,随深度的增加沉积物含氧量降低,还原环境有利于有机氮氨化作用进行,相应的消耗氨的硝化作用减弱,致使NH3-N在沉积物中发生累积,出现随深度升高的情况(刘峰等,2011).另一方面,氨氮的离子态易被带负电的沉积颗粒胶体吸附,导致在深层的累积.衡水段进入沉积物-水界面氨氮浓度先降低再逐步升高,在-7 cm处达到最低值28.80 mg·L-1.沧州段氨氮浓度在垂直方向上随深度增加而降低,上覆水氨氮平均浓度为(27.3±1.80)mg·L-1,是孔隙水氨氮平均含量的2.7倍.衡水段与沧州段NH3-N垂直方向变化趋势的改变可能是由于外源NH3-N的输入.石家庄市作为子牙河水系中最大的氨氮排放区域,其工业氨氮排放量占水系工业源氨氮排放量的81.00%.石家庄市连同衡水、沧州段的污水一起注入滏阳河下游,使衡水、沧州段上覆水氨氮浓度达51.70、27.30 mg·L-1,远高于邯郸、邢台河段.水体NH3-N浓度在2005年达到峰值,2009年下降后11年再次升高的变化趋势与衡水段沉积物NH3-N变化趋势一致(荣楠等,2015).支流外源高氨氮的摄入可能是上覆水氨氮浓度高于表层孔隙水,出现随深度而降低的现象的原因.图 3图 3 滏阳河上覆水和孔隙水硝氮、氨氮垂直分布特征对滏阳河各河段样点上覆水与孔隙水中NH3-N和NO3--N浓度进行统计分析(图 4).上覆水与孔隙水中NO3--N变化趋势在邯郸段存在较大差异,上覆水NO3--N在邯郸段达到低值,平均浓度达0.43 mg·L-1;而在孔隙水中则达整个河段最高值,达4.59 mg·L-1.其原因可能在于邯郸段沉积物中较高溶解氧促使硝化作用进行,抑制了消耗NO3--N的反硝化作用,使沉积物孔隙水中容纳更多的NO3--N.NH3-N浓度在上覆水与孔隙水中变化趋势一致,在衡水段分别达到最高值,51.66和57.72 mg·L-1.支流外源氨氮的大量排放可能是造成衡水段高值的主要原因,限制污水排放将会有助于改善该段界面高氨氮的现状.图 4图 4 滏阳河上覆水和孔隙水硝氮、氨氮浓度空间分布特征3.3 沉积物-水界面无机氮扩散通量自然水体沉积物-水界面水流速度较小,上覆水和孔隙水氮营养盐浓度存在明显的差异,浓度梯度引起由高浓度向低浓度扩散是营养盐的主要迁移过程(吴文成等,2008).若不考虑生物扰动、风浪扰动、界面反应等物化因素,将沉积物-水界面物质扩散简化为分子扩散(秦伯强等,2005),利用Fick第一扩散定律估算沉积物-水界面无机氮的扩散通量,结果见表 2.表 2 滏阳河沉积物-水界面无机氮扩散通量上覆水与孔隙水中营养盐浓度存在差异,导致由高浓度向低浓度的扩散.邯郸段与邢台段沉积物-水界面NH3-N表现为由沉积物向上覆水扩散,扩散通量最大值分别达1093 μmol·m-2·d-1、1471 μmol·m-2·d-1.衡水段与沧州段部分点位NH3-N表现为上覆水向沉积物中扩散,扩散通量在-932~-456 μmol·m-2·d-1之间.不同河段NH3-N扩散通量存在差异,其原因可能是各段水源组成差异导致扩散通量的不同.邯郸与邢台段主要有上游山区降水及沿岸生活污水汇入,而衡水段则接纳上游洨河和邵村排干排入的较高污染的生活废水及皮革、制药等工业废水.石家庄作为子牙河水系中最大的氨氮排放区域,其排放的高氨氮废水也汇入衡水和沧州段.另外一个原因是沿河污水排放总量梯度造成水体氨氮含量差异,致使扩散通量变化.由全国污染源普查统计数据分析,邯郸段和邢台段2007年接纳污水2.45亿m3,而衡水段接纳包括石家庄在内的污水总量4.02亿m3.滏阳河下游大量无数排放使上覆水体氨氮浓度高于沉积物及其孔隙水,则氨氮向下沉积,沉积物发挥“汇”的作用,从上覆水中吸附氨氮.邯郸段沉积物-水界面NO3--N整体上表现为由沉积物向上覆水扩散,扩散通量范围为4.21~309.56 μmol·m-2·d-1.邢台、衡水、沧州各段NO3--N表现为由上覆水向沉积物扩散,最小扩散通量低于-150 μmol·m-2·d-1.NO3--N在沉积物-水界面的扩散通量受沉积物结构、含氧量、有机质含量、生物扰动等因素影响(陈朱虹等,2014).受生物及水体扰动,邯郸段表层沉积物处于氧化环境,硝化作用的进行产生大量的NO3--N,使沉积物孔隙水中浓度高于上覆水,表现为向上覆水体扩散的特征.而邢台、衡水、沧州各段沉积物含氧量较低且有机物分解耗氧使沉积物处于低氧状态,致使硝化反应抑制,反硝化作用消耗NO3--N,造成孔隙水NO3--N浓度低于上覆水,沉积物表现为NO3--N的汇.NO2--N作为硝化与反硝化作用的中间产物,含量低且不稳定存在,因此其扩散通量意义不明确(Hall et al., 1996).滏阳河作为典型的非常规水源补给河流,以生活及工业污废水等非常规水源补给为主,污径比达0.37.与以自然降水为主要补给水源的河流相比,高氮废水的输入加大了沉积物氮素本底.以珠江为例,广州段沉积物总氮含量达1130~2900 mg·kg-1,而滏阳河总氮浓度在770~10590 mg·kg-1之间,沉积物氮含量处于较高水平(吴文成等,2008).与珠江相比,滏阳河沉积物-水界面氨氮扩散通量达-932~1471 μmol·m-2·d-1,处于较高水平,并且下游因外源高污染污水的输入,氨氮仍向沉积物进行扩散,即使控制外源排放,沉积物仍会有内源释放风险,将会为后期河流治理与修复带来困难,急需引起相关治理部门的重视.具体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。

长江中下游浅水湖泊中总氮及其形态的时空分布

长江中下游浅水湖泊中总氮及其形态的时空分布王东红,黄清辉,王春霞,马梅,王子健(中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室)摘要:分析和比较了长江中下游3个浅水湖泊———太湖、巢湖和龙感湖夏、秋和冬季沉积物和上覆水中的总氮及其氮形态,描述了氮及其各形态在3个湖泊中的时空分布特征.结果表明:空间上,无论是在表层沉积物还是在上覆水中,太湖中总氮的含量均高于其他2个湖泊,且在太湖和巢湖都呈现西高东低的分布特征.氨氮在沉积物和上覆水及溶解态硝态氮在上覆水中的分布与总氮分布趋势基本相同.巢湖沉积物中氨氮浓度所占的比例稍高于太湖和龙感湖.在不同季节,表层沉积物和上覆水中的总氮含量冬季高于秋季和夏季,表层沉积物中氨氮浓度在秋季最高.巢湖和龙感湖上覆水中的溶解态硝态氮在冬季浓度较高,而在太湖西北部这种季节差异几乎没有,氨氮的浓度季节性差异也不十分明显.关键词:总氮;氨氮;硝态氮;沉积物;上覆水中图分类号:X524　文献标识码:A 文章编号:025023301(2004)增刊20027204基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX12SW 2122Ⅱ232);国家自然科学基金项目(40273046)作者简介:王东红(1968～),女,博士,主要研究方向为湖泊富营养化.T emporal and Spatial Distribution of Total Nitrogen and Its Species in Shallow Eutrophic Lakes of ChinaWAN G Dong 2hong ,HUAN G Qing 2hui ,WAN G Chun 2xia ,MA Mei ,WAN G Zi 2jian(State K ey Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry ,Research Center for Eco 2Environmental Sciences ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100085,China )Abstract :The temporal and spatial distribution of total nitrogen (Tot 2N )and its species in sediments and overlying water of three shal 2low eutrophic lakes (Taihu Lake ,Chaohu Lake and Longganhu Lake )in China were examined and analyzed.The spatial characteris 2tic showed that higher concentration of Tot 2N in sediments and overlying water were observed in Taihu Lake.The concentration of (Tot 2N )was higher in the west side than that in the east side in Taihu Lake and Chaohu Lake.The s patial distribution trend of dis 2solved ammonium nitrogen (DAN )in sediments and overlying water and dissolved nitrate and nitrite (DNN )in overlying water were same as the distribution of Tot 2N.The proportion of ammonium in sediment was higher in Chaohu Lake.The temporal difference showed that higher concentration of Tot 2N in sediments and overlying water was occurred in winter ,but higher concentration of am 2monium in sediments was occurred in autumn.DNN in overlying water of Chaohu Lake and Longganhu Lake was higher in winter.However ,temporal difference of DNN in the north 2west of Taihu Lake and DAN were not significant.K ey w ords :total nitrogen ;dissolved ammonium nitrogen ;dissolved nitrate and nitrite ;sediment ;overlying water 长江中下游平原是我国浅水湖泊分布最集中的地区,也是我国富营养化湖泊分布的主要地区.我国在“十五”期间大规模开展了湖泊水环境的治理,其中“三湖”治理是纳入国家计划的环境治理工作[1],而“三湖”中的太湖和巢湖就位于长江中下游地区.太湖地处北纬30°56′～31°34′和东经119°53′～120°34′之间,面积233811km 2,平均水深2m 左右[2].巢湖位于安徽省中部,处于长江、淮河两河流之间,湖体位于117°16′54″～117°51′46″E ,30°25′28″～31°43′28″N ,属长江下游左岸水系[3].龙感湖位于皖中平原西部,29°50′～30°05′N ,115°55′～116°20′E ,横跨安徽、湖北两省,地处长江北岸,与鄱阳湖隔江相峙.湖水面积为31612km 2,平均水深117m [4].长江中下游平原所形成的浅水湖泊密布及河网交错复杂的江湖复合生态系统,是我国特有的自然地貌景观,而对于像长江中下游平原地区的浅水湖泊富营养化的治理问题,尚无可以从国外借鉴的经验.虽然我国投入了很大的人力物力进行治理,但是收效不大,且情况有继续恶化的趋势.对于长江中下游湖泊的氮磷污染状况也已有大量的报道,但大多都集中在总氮和总磷上,对于形态的分布研究不多.近年来,人们对太湖和巢湖的底泥及其湖水中氮磷的空间分布也作了较多的调查和分析[5,6].龙感湖的富营养化状况也已经引起人们的关注[7],但对龙感湖的氮磷的空间分布情况目前还尚未见报道.一般而言,元素的生物有效性与其形态密切相关,氮磷的总量分析不足以反映其生物可利用性,因此本文选取长江中下游地区具有代表性的、第25卷增刊2004年6月环境科学ENV IRONM EN TAL SCIENCEVol.25,Sup.J une ,2004营养化水平不同的3个浅水湖泊———太湖、巢湖和龙感湖为研究对象,分析了不同形态氮在3个湖泊沉积物和上覆水中的分布.比较了总氮和各形态氮含量在这3个浅水湖泊沉积物和上覆水中不同空间和季节的变化,为系统研究浅水湖泊富营养化发生机制以及对湖泊富营养化的治理提供依据.1　研究方法111　样品采集分别于2002年10月、2003年1月和7月(代表秋冬夏3个季节)在太湖、巢湖和龙感湖采集了表层沉积物和上覆水样品.采样点分布如图1所示.太湖为6个点(T1～T6),巢湖为4个点(C1～C4),龙感湖为3个点(L1～L3).表层沉积物用中国科学院地理与湖泊研究所自制的柱状采样器,采用虹吸法吸取柱状沉积物的上覆水,用针筒过滤器和0145μm的滤膜现场过滤.之后现场分取表层0～5cm样品,装入洁净的密实袋中,挤出袋中的空气,密封好,保存在加入冰袋的保温箱中,待船靠岸后迅速运回,冻存于-20℃冰箱中.同时在现场测定了表层沉积物和上覆水的温度、p H和Eh.112　分析方法对采集的表层沉积物和上覆水进行总氮(Tot2 N)及其形态的分析,包括氨氮和溶解性硝态氮[为溶解性硝态氮和亚硝态氮之和(DAN)].沉积物和水样中的总氮采用过硫酸钾高压消解法测定[8];沉积物中的氨氮用2mol/L KCl浸提,浸提液和水样采用水杨酸2次氯酸盐光度法测定[9];硝酸盐氮采用离子色谱法[9];亚硝酸盐氮采用N2(12奈基)2乙二胺光度法[9].每个样品均重复测定3次.2　结果与讨论211　总氮的时空分布在空间上,Tot2N在3个所研究的湖泊中,无论是在表层沉积物还是在上覆水中,太湖的含量均高于其他两个湖泊,结果如图2所示.对太湖来说,西北部(T1、T2和T3点)又高于湖心(T4和T5)和东太湖(T6),说明太湖的氮污染区主要是在五里湖、梅梁湾和竺山湖一带,这显然与人类活动密切相关.五里湖和梅梁湾一带是无锡市的生活污水排放区,竺山湖北面则有大量的农田,使得这一带氮污染比东太湖严重.此次测定的结果与以前的报道相比,总氮浓度有所升高[10,11],说明虽然这几年采取了很多措施进行治理,但是情况依然不容乐观.图1　采样点分布示意图Fig.1　Sampling sets巢湖表层沉积物中的总氮呈现出西高东低的趋势,但在冬季上覆水中东部则高于西部.张之源等[6]曾观测到巢湖东半湖湖水中总氮浓度高于西半湖的异常情况,与本研究的分析数据基本吻合,可能与巢湖地区的工农业污染有关.龙感湖的情况也不容乐观,虽然上覆水中的总氮浓度并不高,但是表层沉积物中的总氮平均含量与巢湖持平,应引起足够的重视.从季节变化来看(图2),3个湖泊表层沉积物中图2　总氮在表层沉积物和上覆水中的时空分布Fig.2　Spacial charactoristics of T ot2N in sediments and overlying water的总氮含量基本上是在夏季较低而冬季较高.这可能与夏季沉积物中微生物作用较为强烈有关.有研究表明,在硝酸盐输入充足的地带沉积物的脱氮作用的活跃性与周围的温度有着良好的相关性[12]但是太湖T1点表层沉积物在秋冬的差异不大,而T2和T3点表层沉积物秋季还高于冬季.这个区域该季节上覆水中高浓度的硝酸盐含量(见图4)可能是导致沉积物中总氮浓度升高的原因[13].上覆水中的总氮含量季节差异较为明显(图2B),冬季总氮浓度明显升高,这与浅水湖泊冬季水位偏低不无关系.尤其是巢湖差异最为明显,冬季总氮浓度比夏季高出数倍.212　各形态氮的时空分布沉积物及上覆水中氨氮的空间分布见图3.太湖西北部沉积物中的氨氮浓度明显要高于湖心地区,与总氮的分布趋势相同.但东太湖站位(T6)表层沉积物中的氨氮很高,尤其是在冬季甚至高于太湖的西北部.氨氮在上覆水中的分布亦呈现出这种趋势.氨氮是有机氮矿化的第一产物,东太湖(T6)有大面积的围网养殖区,可能是造成该湖区氨氮浓度升高的原因之一.巢湖表层沉积物中的氨氮浓度平均值与太湖大致相同,但巢湖沉积物中氨氮浓度所占的比例高于太湖.与总氮的分布趋势相同,氨氮在巢湖沉积物中的分布也呈现西高东低的趋势.龙感湖沉积物中氨氮浓度与太湖湖心区及巢湖东半湖持平.图3　氨氮在表层沉积物和上覆水中的时空分布Fig.3　S pacial characteristics of DAN in sediments and overlying water上覆水中的氨氮浓度分布见图2B,可以看出太湖上覆水中的氨氮浓度明显高于巢湖和龙感湖.特别是太湖的西北部,表明该地区氮污染情况非常严重.C2点监测到的冬季异常值可能存在着一定的偶然因素.溶解态硝态氮在上覆水中的空间分布见图4,可以看出其与总氮和氨氮的分布趋势基本相同.太湖的西北部和巢湖的西半湖仍然为浓度较高的地区.而太湖湖心区和东太湖地区(T4、T5和T6点)浓度较低,在冬季甚至低于龙感湖.总体来看秋季沉积物中氨氮浓度较高,冬季有个别站位氨氮浓度高于秋季.上覆水中氨氮的浓度季节性差异则不十分明显.分析巢湖上覆水中的氨氮浓度与氧化还原电位的关系,则发现其呈现负相关关系,当氧化还原电位升高时,其浓度降低,相关系数为-0187.与Xu 的结果基本一致[14].而太湖则没有呈现这种关系,这可能说明影响太湖氨氮浓度的条件较为复杂,其变化机理需要进一步研究.图4　上覆水中溶解态硝态氮的时空分布Fig.4　Temporal difference of DNN in overlying water冬季枯水期由于水位下降,上覆水中的溶解态硝态氮的浓度升高,在巢湖和龙感湖尤为明显,巢湖几乎与太湖西北部的浓度大致相同,尤其是C2点,接近3mg/L.龙感湖的溶解态硝态氮浓度也比秋季大约升高4～5倍.但是在太湖的西北部(T1、T2和T3点)这种季节差异几乎没有,说明这一带的硝态氮污染可能为输入性的,与季节变化无关.3　结论在空间上,3个湖泊中,无论是在表层沉积物还是在上覆水中,太湖的总氮含量均高于其他两个湖泊,且在太湖和巢湖都呈现西高东低的分布特征.氨氮在沉积物和上覆水中及溶解态硝态氮在上覆水中的分布与总氮分布趋势基本相同.巢湖沉积物中氨氮浓度所占的比例稍高于太湖和龙感湖.在季节差异上,冬季表层沉积物和上覆水中的总氮含量高于秋季和夏季,表层沉积物中氨氮浓度在秋季最高.巢湖和龙感湖上覆水中的溶解态硝态氮在冬季浓度溶解态硝态氮的浓度较高,而在太湖西北部这种季节差异几乎没有,氨氮的浓度季节性差异也不十分明显.参考文献:[1]　秦伯强.长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探[J ].湖泊科学,2002,14(3):194～202.[2]　范成新,杨龙元,张路.太湖底泥及其间隙水中氮磷垂直分布及相互关系分析[J ].湖泊科学,2000,12(4):359～366.[3]　阎伍玖,鲍祥.巢湖流域农业活动与非点源污染的初步研究[J ].水土保持学报,2001,15(4):129～132.[4]　瞿文川,吴瑞金,羊向东.龙感湖地区近3000年来的气候环境变迁[J ].湖泊科学,1998,10(2):37～43.[5]　隋桂荣.太湖表层沉积物OM 、TN 、TP 的现状与评价[J ].湖泊科学,1996,8(4):319～324.[6]　张之源,王培华,张崇岱.巢湖营养化状况评价及水质恢复探讨[J ].环境科学研究,1999,12(5):45～48.[7]　羊向东张振克.近013ka 来龙感湖流域人类活动的湖泊环境响应[J ].中国科学:D 辑,2001,31(12):1031～1038.[8]　钱君龙,张连弟,乐美麟.过硫酸盐消化法测定土壤全氮全磷.土壤,1990,22(5):258～262.[9]　国家环保局《水和废水监测方法》编委会.水和废水监测方法[M ].中国环境科学出版社,1989.[10]　袁旭音,陈俊,陶于祥,等.太湖北部底泥中氮、磷的空间变化和环境意义[J ].地球化学,2002,31(4):321～328.[11]　隋桂荣.太湖表层沉积物OM 、TN 、TP 的现状与评价[J ].湖泊科学,1996,8(4):319～324.[12]　彭晓彤,周怀阳.海岸带沉积物中脱氮作用的研究进展[J ].海洋科学,2002,26(5):31～34.[13]　Jorgensen K S ,Sorensen J.Two annual maxima of nitrate re 2duction and denitrification in estuarine sediment [J ].Mar.Ecol.Prog.Ser.,1988,94:267～274.[14]　Xu F L ,Tao S ,Dawson1R W ,Xu Z R.The distributions andeffects of nutrients in the sediments of a shallow eutrophic Chi 2nese lake[J ].Hydrobiologia ,2003,429:85～93.。

黄河上中游表层沉积物磷的赋存形态特征

中图分类号：Ｘ１１３．２文献标识码：Ａ文章编号：１７—９６（００）６１５，５６４５０２１０ —３８０
磷是一种重要的生源要素，是引起水体富营也养化的重要因素ｌＪ在海。】。磷陆相互作用中的迁移与循环会直接影响到水体的初级生产力，并因此影响到全球碳循环。沉积物是磷输送、积累和再生Ｊ的重要场所，对磷的循环过程有着重要的影响ＩＪ４。沉积物中能参与界面交换及生物可利用的磷，其含量取决于沉积物中磷的形态［。不同结合态磷在沉６Ｊ
磷形态的研究，国外有一些报道 …Ｊ国内研究较，但
少。河流是向海洋输送磷的主要途径之一，其沉积物中磷形态的分布，会影响到河流中磷的界面交换及生物利用，而影响到磷的输送、环和海一进循陆相互作用。黄河是世界上泥沙含量最大的河流，也是受人类活动影响最大的河流之一。流域内广泛分布城市和农业区，较多的点／有面源磷输入ｌ。黄河流ｊ引
生态环境学报２１，９６：３８１６００１（）１５ —３２
ＥｃｏｎｄＥｎｒｎｅａｉｎｃｓｏｌｇｙａｖｉｏｍｎｔ１Ｓｃｅｅ
ｈｔ：ｗ．ｅｃ．ｍｔ／ｐ／ｗｗｊｓｉｏｅｃ
’ Ｅｍａｌｅｉｒｅｓｉｏ．ｉ：ｄｔ（ｅｃ．ｍｏ＆ｉｃ
黄河上中游表层沉积物磷的赋存形态特征

山东省南四湖底泥中磷的形态分布特征

入湖口,并从上级湖区的白马河(S1)入湖口采集量分布差别不大.周来等[8]对南四湖上级湖区表
底泥样品作为对照(图 1).将采集的柱状底泥样品层沉积物磷的化学形态研究结果为 Fe-P 含量达
分层.由于底泥的不同沉积等特征,存在硬度差异, 到总磷含量的 89.81%~95.48%,其他各形态的磷
采集深度不同,所分层数也不同.按照每隔 5cm 进含量较少.本研究中 Fe-P 含量约占4%~27%.Oc-P 含量比级湖区及其主要入湖河流各采样点上覆水中总
较低,为 30~60μg/g,说明南四湖底泥中自然来源磷的含量(表 1)均超过 0.02mg/L,这说明各采样
磷含量少,主要以人为输入为主.而 Fe-P 含量较点处水体均有不同程度的富营养化.由表 1 可以
表层沉积物中总磷含量(表 1)在 415~658μg/g 源,这种潜在的内源性磷负荷与水体富营养化程之间.其中 Ex-P 占总提取磷的 28%~40%, De-P 占度有重要关系[15].一般自然水体中当磷浓度达到
总提取磷的 20%~35%,Fe-P 占总提取磷的 14%~ 0.02mg/L 就被界定为水体富营养化[16].南四湖下
图 2 表层沉积物中各形态磷的含量分布
图 1 南四湖采样点分布 Fig.1 Location of sampling sites in Nansi Lake
利用柱状采样器于 2007 年 11 月 20 日至 12
Fig.2 Content distribution of phosphorus forms in surface sediments
中国环境科学 2009,29(2)：125~129
China Environmental Science

水源水库沉积物磷形态分布及其释放特征

ＰｈｓｈｏｕｓＦｏｍｓａｔｓｒｂｕｉｎｉｕｒｅｏｐｒｒｎｄＩｓＤｉｔｉｔｏｎＳｏｃＷａｅｓｒｏｒＳｅｍｅｔｒＲｅｅｖｉｄｉｎｔ
ＨＵＡＮＧｎｌｎ，ＹＡＮｈｕｎｇ，ＣＨＡＩＢｅ— ｉＬＩＨｏＴｉｇ—ｉＳａｉｂｅ，Ｕｎｇ
第４４卷第７期２１年７０１月
天
津
大
学
学
报
、ｏ１Ｎｏ．，．４４７Ｊ．ｕ１２０ｌ１
Ｊｕｎｏｉｎｉｎｖｒｉ பைடு நூலகம் ｏｒ￣ｆａｊｎＵｉｅｓｙＴｔ
水源水库沉积物磷形态分布及其释放特征
黄廷林，延霜，柴蓓蓓，刘虹
ｆｒｓｉｈｅｈｔｒｓｄｍｅｔ．ＣｏｒｌｔｎｃｅｃｅｔｅｗｅｎｐｏｐｏｕｏｍｓａｄＳ — ｔｒｑａｉｅｔｏｍｎｔｅｆｓｗａｅｅｉｎｓｒｒｅａｉｏｆｉｎｓｂｔｅｈｓｈｒｓｆｒｎＣｏｉｍｅｗａｅｕｌｉｓｏｔｐｒｔｒａｄｓｍｅｏｈｒｓｄｍｅｔｅｃｅｉａｈｒｃｅｉｔｓｗｅｅａａｙｅ．ｈＰｃｎｅｔｎｓｒａｅｓｄｍｅｔｆｏｅｗａｅｎｏｔｅｅｉｎｏｈｍｃｌａａｔｒｓｉｒｎｌｚｄＴｅＴｏｔｎｕｆｃｅｉｎｇｃｃｉｏ
ｔｉｒｓｒｏｒｖｒｄｆｍ．３～１５２８－ｇＴｅａｅａｅｃｎｅｔｏｅＡＩｏｎｈ，ｈｒｓＦ／－）ｓｈｓｅｅｖｉａｉｏ１２０ｅｒ１５９．３Ｐ／．ｈｖｒｇｏｔｎｆＦ／ — ｕｄｐｃｐｏｕ（ｅＡ１ｗａｇｂｓＰ

大亚湾表层沉积物中磷的形态分布特征

大亚湾表层沉积物中磷的形态分布特征何桐;谢健;余汉生;方宏达【摘要】沉积物中不同形态的磷具有不同的生物有效性和地球化学行为,它们的含量和分布特征包含着许多环境地球化学信息.因此,对沉积物中磷的地球化学形态的研究具有重要的环境地球化学意义.采用SEDEX法将大亚湾表层沉积物中不同形态的磷分离开,继而分析表层沉积物中不同形态磷的含量、分布特征及其影响因素.结果表明,表层沉积物中总磷的含量较高,平均高达341.87 mg/kg;无机磷所占的比例很高,平均达85.11%,平均含量为290.81 mg/kg;有机磷的平均含量为51.05mg/kg.表层沉积物中的碎屑态磷是无机磷的主要赋存形态,平均占无机磷的47.67%;其次为自生磷灰石及钙结合态磷,平均占无机磷的34.79%;铁结合态磷和吸附态磷分别仅占无机磷中的10.23%和7.31%.其中,潜在的生物有效性磷(包括Ads-P、Fe-P和OP)平均占总磷的29.40%.在空间分布上,各站间不同形态磷的含量差异与污染物的陆源输入、沉积物性质等因素有关.【期刊名称】《中山大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(049)006【总页数】6页(P126-131)【关键词】磷形态;分布特征;生物有效性磷;表层沉积物;大亚湾【作者】何桐;谢健;余汉生;方宏达【作者单位】国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院,广东,广州,510300;国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院,广东,广州,510300;国家海洋局南海环境监测中心,广东,广州,510300;国家海洋局南海环境监测中心,广东,广州,510300【正文语种】中文【中图分类】P736.2;P762.33海洋中的磷作为重要的生源要素，不仅直接影响着海洋的初级生产力，而且磷与碳的关系密切，对海洋碳循环的影响巨大，直接与全球气候变化和全球生态环境变化相关[1]。

近年来，特别是IGBP核心计划JGOFS、GLOBEC、LOICZ、SOLAS等实施以来，对磷的生物地球化学有了系统深入的了解，具体体现在磷与海洋生物泵的关系，以及碳-氮-磷的耦合特征等方面，这些研究为深入研究磷的生态学功能奠定了基础[2]。

哈素海湖底沉积物氮磷分布特征及潜在的资源化利用探讨

中国土壤与肥料　2019 （2）doi：10.11838/sfsc.1673-6257.18362哈素海湖底沉积物氮磷分布特征及潜在的资源化利用探讨孙　标1，杨志岩2*，赵胜男1，朱永华1，田卫东1（1．内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，内蒙古　呼和浩特　010018； 2．内蒙古地质环境监测院，内蒙古　呼和浩特　010020）摘　要：为了探讨沉积物中氮磷的分布特征及其资源化利用潜力，采集了哈素海湖底的20个沉积物样品，并进行了相关的分析和研究。

结果表明：哈素海湖底各采样点表层沉积物中全氮、碱解氮、全磷、有效磷分别为0.15～2.14 g/kg、49.01～177.14 mg/kg、0.30～0.45 g/kg、11.91～23.53 mg/kg，其空间分布特征和变化趋势差异表现较大。

从垂向分布特征来看，全氮、碱解氮含量呈现随沉积物深度的增加而减少的趋势，与近年来向湖泊水体中输入的氮量明显增加有关，而全磷、有效磷含量在垂向分布上并无明显变化，表明近年来外源输入的磷没有明显增加的趋势。

与其他湖泊对比分析，哈素海湖底泥资源化利用潜力较大，具有一定的农业价值。

关键词：哈素海；沉积物；氮磷元素；资源化利用沉积物是湖泊生态系统的重要组成部分，其不仅能反映水体区域环境的变迁，同时也是氮、磷等营养物质的重要存储库，对污染物的迁移转化和湖泊中营养元素的循环有着重要意义［1-2］。

氮、磷元素是水生生物生长的必要元素，同时也是富营养化的限制性要素。

沉积物作为氮磷等营养元素的“汇”，积累并储存了来自上覆水体中通过径流、沉降、排污等多种途径进入水体的污染物质，而在一定的物理、化学等环境因子的影响下，沉积物中的氮磷元素可以通过再悬浮等方式重新释放于上覆水体内，成为湖泊氮磷等营养元素的“源”［3-4］。

沉积物对上覆水域养分“源”和“汇”效应在湖泊系统的物理、化学和生物循环中起着重要作用，当外源氮磷输入得到有效控制后，湖泊沉积物内源氮磷释放将成为影响湖泊富营养化状态的关键因素［5-6］。

表层沉积物中磷释放对水体水质影响

表层沉积物中磷释放对水体水质影响郭晨辉1，刘利军1，孙晓杰2，李磊1，刘剑东1，李颖异1（1. 山西省生态环境科学研究院，山西太原 030027；2. 太原师范学院地理科学学院，山西晋中 030619）摘要：在外源磷污染逐步得到控制后，表层沉积物作为内源磷污染的主体，对水体水质的影响作用日益凸显。

随着人类活动干扰的加剧，表层沉积物中磷的释放增加了包括河流在内的各类型水体发生富营养化的机率。

黄河甘宁蒙段较为密集的闸坝数量、频繁的河道清淤疏浚工程以及水量在年内的不均匀分配，增大了区域内表层沉积物中磷的释放风险。

掌握表层沉积物-水界面之间磷的交换行为对水环境的治理和磷负荷的调控具有重要的意义。

关键词：表层沉积物；磷；释放；水体水质；环境治理中图分类号： X52文献标志码： A DOI ：10.16803/ki.issn.1004 − 6216.2021.03.028The influence of phosphorus release from surface sediments on water qualityGUO Chenhui 1，LIU Lijun 1，SUN Xiaojie 2，LI Lei 1，LIU Jiandong 1，LI Yingyi 1（1. Shanxi Research Academy of Eco-environmental Sciences, Taiyuan 030027, China ；2. School of Geography Science, Taiyuan Normal University, Jinzhong 030619, China ）Abstract ： With the controlling of the external phosphorus pollution, the surface sediments become the main source of the internal phosphorus pollution and have an increasingly prominent impact on the water quality. Because of the intensification of human activities, the phosphorus release from the surface sediments increases the probability of water eutrophication for all kinds of water bodies, including the rivers. The risk of phosphorus release from the surface sediments is increased due to the intensive dams,the frequent river dredging and the uneven distribution of the water flow during the year among the Gansu, Ningxia and Inner Mongolia sections of the Yellow River. It is significant to understand the exchange behavior of phosphorus between the surface sediment and the overlying water for the treatment of water environment and the regulation of the phosphorus load.Keywords ： surface sediment ；phosphorus ；release ；water quality ；environment treatment CLC number ： X52磷在生产和生活中的应用极为广泛，磷肥及磷化工产品的应用促进了经济的发展，便利了人民的生活，而大量含磷化合物的生产应用，增加了其迁移进入水体的风险，提高了水体富营养化发生的概率。

太湖北部三个湖区各形态氮的空间分布特征

ｏｅｌｉｇｗａｅｄｓｄｍｅｔｂｔＭｅｌｇＢａ＞ｎｈｙＺｕｈｎＢａｎｉｔｒｔｉｌｗａｅｎ，ｕｉａｙＧｏｇｕＢａ＞ｈｓａｙｉｎｅｓｉａｔｒＮａｅｔｅｓｍｉｙｎｉｎｔａ
Ｓｉｃ，００３（１：１３￣５２ｃｎｅ２１，０１）５７１４ｅ
ＡｂｔａｔＴｅｓａｉｌｄｓｒｕｉｎｃａａｔｒｔｓａｄｃｒｅａｉｎｆｄｆｅｅｔｎｔｏｅｐｃｅｎｔｅｏｅｌｉｇｗａｅ，ｓｒｃ：ｈｐｔｉｉｔｈｒｃｅｉｉｎｏｒｌｔｓｏｉｒｎｉｇｎｓｅｉｓｉｈｖｒｎｔｒａｔｂｏｓｃｏｆｒｙ
关键词：上覆水：间隙水；沉积物；氮：太湖北部中图分类号：Ｘ５４２文献标识码：Ａ文章编号：１０— ９３２１）１１３ —６００６２（０ｏ１—５７０
ＴｅｄｓｉｕｉｎｏｉｏｅｐｃｔｎｉｈｅａｅｒｇｏｓｏｒｆＴｉｕＬｋ．ＷＡＮＧＱｉｊａ，ＩｈｉｒｂｔｆｎｔｇｎｓｅｉｉｎｔｒｅｌｋｅｉｎｆＮｏｔｏａｈａｅｔｏｒａｏｈｕｕｎＬ－Ｙｎ．ｎ，ＩｏｇｆｇＪＡＮＧａＷＡｅＸｉ２ＮＧＳｕｈｎＪａｇｃｎ（．ｏｅｔｓｔｔ，ｒｅｓＦｒｓｙＵｎｖｒｉ，ｒｉｈ．ａｇ，ＩＸｉ＇ａ１ｒｓｙＩｔｕｅＮｏｔａｔｏｅｔｉｅｓｙＨａｂｎＮｎＦｒｎｉｈｒｔ

太湖水-沉积物界面磷、pH及碱性磷酸酶的时空特征及相关性

＜．１。０）０
体水质指标短期仍有所波动。２０年１０９月一２１００年８，综合营养状态指数范围为５～２月３６，仍处于富营养状态；短期内营养物质难以低于蓝藻生长阀值，湖体水质仍适宜蓝藻生长。据分析，蓝藻水华适宜磷质量浓度范围为０１０８・【．－．ｍｇＬｌ，本研究中５６、月份１＃覆水总磷质量浓度分别达６上到０４７．９ｍｇＬ所以该区很容易成为蓝藻．９和０８・～，４水华的适宜生长场所，７、１和２＃、８８１的总磷质量浓度均处于０１０８ｍｇＬ范围内，适宜蓝藻水华．－．・的生长。总体看来，ＰＴ高于ｗ．ＰＷ－ＡＷ－ＰＴ、ＰＳＰ高于Ｗ－ＡＰＳ，这种差异表明了沉积物中磷有通过间隙水向上覆水进一步释放的趋势。３２ｐ碱性磷酸酶、浊度与磷循环的相关性．Ｈ、水ｐ影响着水体磷形态的转换，正磷酸盐在水Ｈ溶液中存在多种形态，Ｐ４ＨＰ４、如Ｏ、２Ｏ。和ＨＰ４，Ｏ在不同的ｐ条件下，正磷酸盐以不同的形态和溶Ｈ解度存在，且随着ｐＨ的升高，ＨＯ２Ｐ４的相对比例＂逐渐升高，Ｈ待ｐ值升高至９磷酸盐基本上全部以，ＨＯ２式存在，这种形式的磷与Ｃ、酸盐Ｐ４－形而ａ碳体系发生共沉淀结合形成更难溶的磷形态【。本２们研究结果显示，太湖上覆水与沉积物间隙水之间存在ｐ梯度差（Ｈ最高达０５．个单位）形成了磷酸３，根形态的转化和迁移的动力。相关性分析结果表明太湖Ｗ－ＰＴ与Ｗ－Ｈｐ呈极显著相关性（≮ ．１，尸０）间０隙水ＰＴ与Ｐｐ￣极显著相关性（＜．１，Ｗ－ＰＷ－＿Ｈ－Ｐ０）０ＰＳＰＷ－也存在一定的相关性，Ｗ－Ａ与ＰｐＨ充分说明了ｐＨ在水．积物界面磷循环中的重要作用。沉碱性磷酸酶能催化有机磷被分解并释放正磷酸盐，使水体中可溶性有效磷含量增加。相关性分析表明Ｗ－ＡＳＰ与ＰＡＰ呈显著相关性Ｗ－Ｌ（＜．）．００。本研究结果表明太湖Ｗ－ＰＷ－ＬＰ５ＡＬ、ＰＡＰ和沉积物中ＡＰＬ活性均表现出空间性和季节性变化，路娜等［］２研究表明太湖水体中碱性磷酸酶活１性呈现出非均一性分布特征，这与本研究的结论致，并认为这可能与太湖各湖区水体中细菌、浮游动植物等数量有关。章婷曦等【的研究表明６］太湖沉积物中碱性磷酸酶活力在不同点位其大小不同，且分布具有一定的规律性，表现出与沉积物的污染程度和沉积环境有关。污染程度高，水动力条件差，水体交换能力弱的位点碱性磷酸酶

水体沉积物中磷形成规律

水体沉积物中磷形成规律1 引言随着国家政策支持和引导力度的加大，太湖富营养化的治理逐见成效，对太湖富营养化的研究也逐步由外源性的污染控制转移到对内源性污染的关注，但外源性污染的控制依然不容忽视.太湖流域污染性工业已经得到一定控制，但流域内生活污水、农业面源污染仍未得到有效的控制，而这些污染物均通过入湖河流排入到太湖中.太湖流域内村镇级的河流特别是断头浜均与入湖河流水系相通，而这些河流长期受到沿岸农业面源污染、生活污水和人畜废水的影响，蓄积了大量的营养物质，底泥淤积严重，有些则形成黑臭河流，对下游河流及湖泊的水体生态系统构成重要的影响;此外，这些河流平时成为环保部门监测和治理的盲点区域，第一手资料仍然十分匮乏，因此，要从污染源头抓起，使外源性污染得到一定控制.沉积物是磷等营养物质的重要蓄积库，既可作为“汇”收集来自上覆水体中沉降、颗粒物、运输等多种途径带来的污染物;也可在特定的环境条件下，沉积物作为“源”将污染物再次释放到上覆水体中，从而引起水体二次污染.因此，对深受外源性污染影响的村镇级的河流特别是断头浜给予关注外，其河流的内源性污染也不容忽视.沉积物作为内源性污染的重要来源之一，是构成黑臭河流中重要的一部分.掌下浜(北段)是太滆南运河下游的自然支流之一，沿途与数条断头浜相连，流域内由于农村居住分散，加上农村集体经济实力有限，缺乏有效管理和技术处理能力，基本无完整的生活污水收集系统和处理设施，农村生活污水、农业退水直接排入现有排水沟渠塘及河道，导致河流污染日益严重，加上河道沉积物中污染物含量高，严重影响了太湖水质.同时，目前对湖泊、入湖河流、入湖河口、城市内河及湖泊的外源性污染控制的研究较多，但对农村地区的黑臭河流、断头浜的沉积物污染状况从外源和内源两方面研究相对较少.因此，笔者从太湖流域农村黑臭河流中选取掌下浜(北段)作为典型研究区域，分析河道沉积物中磷形态的分布特征及相关性，从日益加重的外源性污染和不容忽视的内源性污染两方面给予评价，以期为河流污染现状和治理及太湖富营养化防治提供基础数据.2 研究区域及方法2.1 研究区域概况掌下浜(北段)为太滆南运河下游的一条天然支流，全长约3 km，河段主要位于江苏省宜兴市周铁镇内，由北向南注入太滆南运河.河流两岸土地以农业用地和居住用地为主，随着区域经济的发展和居民生活水平的提高，日益增长的生活污水和农业退水均未经处理直接排入河流，导致河流污染日益严重.2.2 采样点设置及样品采集采样点的布设结合河流的特点，特别是农村村落分布及断头浜交汇处，从上游到下游共设13个采样点，样点具体布设如图 1所示.于2014年10月对掌下浜(北段)进行现场观测与采样，采用口径为9 cm的柱状采样器(HYDROBIOS，德国)采集未经扰动的沉积物柱状样品，每个采样点均随机采集3个样品，沉积物现场以5 cm分层，混匀后立即装入聚乙烯自封袋中，并同时运用有机玻璃采水器采集相应点位距离水面30 cm深处的河水，一同放入冷藏箱中4 ℃保存，送往实验室处理.沉积物样品送至实验室后采用孔径1 cm的铁筛对底泥进行粗筛，以除去植物残体和贝类等大颗粒物质，对筛过的底泥进行充分混匀，经冷冻干燥机(LABCONCO冻干机，美国)冻干后，玛瑙研钵充分研磨，过100目筛，放入玻璃瓶置于阴凉干燥处备用.采集的柱状沉积物均分为3层，即表层(0~5 cm)、中层(6~10 cm)、底层(11~15 cm).图1 采样点位示意2.3 理化指标测定上覆水体指标包括总氮(TN)、总磷(TP)，采样点位置及上覆水体部分理化指标如表 1所示.沉积物中磷形态分析采用欧洲标准测试测量组织提出的SMT(The St and ards，Measurements and Testing Programme)协议来进行沉积物的磷形态提取.SMT法将磷分为5种形态：总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、氢氧化钠提取态磷(Fe/AlP)、盐酸提取态磷(CaP)，具体步骤如图 2所示.磷形态的测定采用钼锑抗分光光度法.有机质含量以沉积物分别在105 ℃及450 ℃下灼烧所得烧失量(LOI)表示.表1 采样点上覆水体部分理化指标图2 沉积物磷形态分级和测定2.4 数据分析实验所有数据均为3次平行取得的平均值.采用Excel2013进行整理，使用SPSS 18.0和Origin 8.0进行数据分析和相关图件制作.使用SNK检验进行差异显著性分析(p<0.05表示差异显著，p<0.01表示差异极显著).3 结果与讨论3.1 沉积物总磷和各组分磷的垂向分布特征3.1.1 钙结合态磷(CaP)CaP主要是与Ca结合的磷，是沉积物中较惰性的磷组分，也是一种难溶于水的化合物，它对湖水复磷贡献较小，常被认为是生物难利用性磷.CaP主要包括自生成因或生物成因的自生磷灰石磷，以及与自生碳酸钙共沉淀或外源输入的各种难溶性的磷酸钙矿物，如羟基磷灰石、过磷酸钙等.这些矿物在沉积物中稳定性很高，通常被认为是生物难利用磷，较难与活性磷成分进行形态转化，因此，也不易在沉积剖面中进行上下层间的迁移，是沉积物早期成岩过程的最终产物之一.在人为磷输入量较高的湖区，沉积物中 CaP 的含量应该较高.从图 3a中可以看出，各采样点沉积物中的Ca P含量在垂直剖面上总体呈现下降趋势.表层含量最大值出现在S13号采样点处，平均含量达到2484.84 mg · kg-1;底层(10~15 cm处)最小值出现在S2号采样处，平均含量达到392.73 mg · kg-1;在S10号采样点处含量降幅最大，表层CaP平均含量达到2102.40 mg · kg-1，底层(10~15 cm处)达到581.73 mg · kg-1，下降幅度达到72.33%.在采样点S8和S13的沉积物中，CaP的相对含量最高，分别占测定TP的58.91%和53.91%，也是沉积物中IP的主要组成部分(70.87%和67.87%).表层沉积物CaP含量高可能是由于河流两岸以居民聚居区和农田为主，河水带入大量的农业灌溉用水和生活污水，农业灌溉用水中含有大量的磷肥和未被利用的农药，加上动植物残骸随降雨径流带入河流，使得河流表层沉积物CaP含量相对较高.随着沉积深度增加，CaP含量在垂直剖面上表现出下降的趋势，说明掌下浜(北段)短暂的沉积历史内，钙磷的转化不是沉积磷早期成岩作用的优势过程.此外，这也与已有的一些研究结论并不相同.由于各研究采用的是不同的分级分离方法，得到的磷形态并不一致，导致结论不同也是可能的.从图 4可以看出，沉积物中CaP的平均含量占TP的比例达到57.13%，说明CaP构成了沉积物TP的主要部分，同时说明CaP是沉积物中主要的无机磷形态.图3 各采样点磷形态垂向分布(a.CaP ，b.Fe/AlP ，c.OP ，d.TP ，e.IP)图4 各采样点磷形态垂向分布含量占TP 的比例3.1.2 铁铝结合态磷(Fe/AlP)铁铝结合态磷(Fe/AlP)主要是指通过物理和化学作用吸附在铁、铝氧化物和氢氧化物胶体表面上的磷，深受沉积物粒度及pH 、氧化还原电位等环境因子的影响.大多数研究认为，铁铝结合态磷的迁移转化过程是沉积物向上覆水体释放磷的主要机制之一，因此，被认为是沉积物中主要活性磷组分，对沉积物水界面磷的循环起到主要作用.同时，Fe/AlP 在各种磷形态中占有重要的地位，这部分磷的来源与人类活动有关，主要来源于生活污水和工业废水，所以Fe/AlP 可以反映出区域磷污染的情况.从图 3b 中可以看出，各采样点沉积物中的Fe/AlP 含量在垂直剖面上从底层到表层总体呈现增加趋势，Fe/AlP 的相对含量在不同采样点存在明显差异.其中，在S6号采样点处含量降幅最大，表层Fe/AlP 平均含量达到320.55 mg · kg -1，底层(10~15cm)达到83.15 mg · kg -1，下降幅度达到74.06%.在S5号采样点处Fe/AlP 平均含量出现逆增长，Fe/AlP 平均含量由表层的72.27mg · kg -1增加到底层的78.45mg · kg -1，增长幅度仅到8.55%.在采样点S8和S13的沉积物中，Fe/AlP 的相对含量较高，分别占测定TP 的8.4%和8.19%.究其原因，由于铁存在氧化还原平衡，容易受到氧化还原电位变化的影响.随着沉积深度的增加，有机质降解消耗溶解氧，导致溶解氧随深度增加而不断降低，使沉积环境相应变得还原，沉积物还原能力也随之大大增强，氧化还原电位降低，沉积物中的三价铁随之被还原为二价铁，胶体状的〖Fe(OH)3〗x变成可溶性的Fe(OH)2，吸附在上面的磷随着二价铁的溶出而释放到间隙水中，然后依靠浓度梯度向上覆水中迁移释放，在氧化还原电位较高的表层沉积物中形成矿物而沉淀，表层沉积物对磷酸根迁移的屏蔽效应造成在沉积物表层的富集.底泥中存在的厌氧细菌也会促进这一过程的进行.另外，随着沉积深度的增加，非晶矿物逐步变得有序化，铁的氧化物和氢氧化物与磷结合能力随之逐渐减弱，这也可能是铁磷含量随深度增加而降低的原因.沉积物中铝磷含量同样随着沉积深度的增加而呈现降低的趋势，可能受到如沉积物粒度和沉积物粘度，以及其形成时间和沉积物成因等环境因子的影响，但关于其机理一部分人认为这可能与其氧化物在沉积物中的循环相关，随着深度的增加，沉积环境由氧化转向还原，Fe/AlP随着其氧化物被还原溶解而逐渐释放或向其它形态磷转化;另一部分人则认为Fe/AlP对沉积物中磷的吸附与释放虽然有很多相似之处，但铝氢氧化物不受氧化还原电位的影响，而且对水体和沉积物中的磷是永久性吸附.沉积物Fe/AlP 的分布规律及迁移机制还需进一步深入研究.3.1.3 有机磷(OP)有机磷(OP)包括由陆源性排放物质组成的难降解性有机磷部分和由死亡的水生生物尸体组成的可降解性有机磷部分.其中，可降解有机磷部分可以在早期成岩过程中随有机质的降解而释放，甚至向其它结合态磷转化.有机磷作为湖泊沉积物中重要的组成部分，是不容忽视的潜在生物有效磷源，对湖泊富营养化具有重要作用.有机磷在沉积物中的含量是由多种因素控制的，如输入量、沉积特性、早期成岩作用及生物作用等，被认为部分可被生物所利用，与人类活动有关，主要来源于面源污染.由图 3c可以看到，各采样点OP含量(除 S3、S5外)随深度增加而逐渐减小，其中，在S9号采样点处含量降幅最大，表层OP平均含量达到537.14 mg · kg-1，底层(10~15 cm)达到140.01 mg · kg-1，下降幅度达到73.93%.下降幅度最小出现在S5号采样点处，OP平均含量为152.26~143.69 mg · kg-1，下降幅度仅到5.63%.表层OP平均含量相对较高可能与河流两岸长期不断排放的生活污水和农业退水，以及地表径流将作物秸秆、有机生活垃圾带入河流，使大量有机质沉降在沉积物表层发生降解有关，造成表层有机磷含量偏高.此外，OP平均含量随着沉积深度增加而减少可能是OP己经部分出现分解释放，有一部分随着沉积深度的增加，沉积物中溶解氧含量随之降低，厌氧程度越高，而厌氧条件加剧了有机质的矿化作用，OP进入泥-水界面后转化为其他形态，很可能分解成为可溶性的小分子有机磷或溶解性正磷酸盐，溶解组分经过间隙水自下而上迁移扩散，转化为其它可生物利用的磷，从而影响上覆水的质量.3.1.4 总磷(TP)和无机磷(IP)掌下浜(北段)沉积物中TP含量及IP含量在剖面上的变化(除S3、S4、S5号采样点外)总体表现出自底层到表层逐步增加的趋势(如图 3d和3e所示)，表现出“表层富集”现象.在各采样点，沉积物中TP含量较高，平均含量达到2050.13 mg · kg-1;表层沉积物中TP含量最大值出现在S13号采样点处，达到4379.31 mg · kg-1，但降幅最大的出现在S7号采样点处，表层TP含量是沉积物底层(10~15 cm)的3.18倍，降幅达到68.55%.无机磷(IP)是湖泊生态系统中非常重要的磷形态.沉积物中IP平均含量达到1625.30mg · kg-1;表层沉积物中IP平均含量最大值和最小值分别出现在S13号和S5号采样点处，分别为3484.57 mg · kg-1和545.37 mg · kg-1，含量降幅最大的出现在S2号采样点处，表层TP含量是沉积物底层(10~15 cm)的3.57倍，降幅达到71.96%.从图 3d、3e和图 4中可以得出，沉积物TP、IP含量垂向变化趋势基本与CaP一致，而且CaP又在TP、IP中比例均达到最大，说明沉积物中TP含量主要受其中IP含量影响，而IP含量主要受其中CaP含量影响.沉积物中TP含量所表现出的“表层富集”一种普遍存在的现象，一些人认为这主要是外源污染严重而导致沉积物表层磷含量的增加: 还有一些人认为这可能是由于沉积物中磷的地球生物化学作用而导致其向表层迁移所致越大.TP含量在垂直距离上表现出逐渐降低的原因可能是河流流速缓慢，低栖动物较少，河流中水生植物较少，根系对沉积物中TP含量影响较小;此外，受到生活污水排放量的增加和农业面源污染加大的影响，大量的外源营养物质不能够及时扩散被悬浮物质吸附就直接沉淀下来.3.2 有机质含量与各形态磷的相关关系沉积物中有机质是极为重要的胶体之一，是与重金属及其有机质污染物发生吸附、分配和络合等作用的活性物质，同时也是反映沉积物有机营养程度的重要标志.掌下浜(北段)各采样点位沉积物中垂向剖面上有机质含量的变化如图 5所示.从图 5可以看出，各采样点沉积物中有机质的平均含量位于均7.25%~9.46%之间，比对长寿湖沉积物有机质含量研究结果高出3~4倍，与对南四湖沉积物有机质含量研究结果相似，与对太湖西岸湖滨带沉积物有机质含量研究结果相似但变化范围相比较小.在现场采样时发现各采样点河流均淤积严重，黑臭底泥淤积最严重的可达1 m 以上，沉积物中有机质的重要来源有可能是河流两岸的生活污水、农业退水和各种生物残体的分解.除S3、S5、S10采样点外，其余采样点沉积物中有机质含量均随沉积深度的增加而降低，其中，降幅最大的出现在S2号采样点处，由表层的8.05%降到底层的5.14%;此外，表层有机质含量最大值同样出现在S9号采样点处，表层最小值出现在S3号采样点处，有机质含量仅达6.72%.由表 2可知，沉积物中有机质与各形态磷的相关性并不一致.沉积物中有机质在空间分布上与TP 与IP含量均具有显著的相关性(p<0.01)，相关系数分别为0.94和0.92，说明沉积物中LQI的矿化分解过程中产生的有机酸与其他的螯合剂将部分无机固定态磷释放为可溶态的磷，有机质中富里酸聚阴离子与磷酸盐阴离子产生吸附竞争，通过专性吸附进入矿物离子，由此促进沉积物中磷的释放.此外，沉积物中有机质含量与CaP也显著相关(p<0.05，n=13)，与OP和Fe/AlP的相关性不显著，表明沉积物中TP含量主要来自于CaP，其次是Fe/AlP和OP.图5 各采样点垂直剖面上有机质含量的变化表2 沉积物样品中有机质、总磷和各形态磷含量之间的相关关系3.3 沉积物各形态磷相关性分析沉积物中磷的质量比受沉积物性质、水力条件、生物作用及人类干扰等多种因素的影响.了解沉积物中各形态磷之间的相关关系及各形态磷与物理化学因素之间的关系，有利于认识磷形态分布特征，能够为总结沉积物中磷迁移转化规律提供依据，从而更好地为入湖河流治理及管理服务，本文中各形态磷含量之间的相关关系如表 2所示.TP和IP、CaP具有显著的相关性(p<0.01)，相关系数均达到0.98以上，与OP也具有显著的相关性(r=0.88，p<0.05，n=13).TP与IP之间存在显著的相关性(r=0.99，p<0.01， n=13)，说明沉积物中TP的含量主要是由IP控制;而TP和CaP、IP和CaP含量同样均呈显著的相关性(r=0.98，r=0.99 p<0.01，n=13)，由此进一步表明沉积物中 TP 含量的增加，主要来自CaP，其次是OP，也说明CaP构成了IP的主要部分，同样也映证了近年来河流两岸农业废水和生活污水排放量日益增加的现状，使得采样区域富营养化现状不断加剧，河流水体中不断增加的磷向沉积物迁移，造成沉积物中磷的不断增加并在沉积物中沉淀下来.在各形态磷中，OP与Fe/AlP、CaP 均呈显著的正相关关系(相关系数分别为0.80、0.88，p<0.01，n=13)，表明沉积物中OP含量对Fe/AlP、CaP的含量均有影响，与其部分可被生物利用的特征较为符合，但从实验结果看，对CaP的影响要稍大一些.CaP与Fe/AlP之间也存在显著的相关性(r=0.95， p<0.01，n=13)，说明Fe/AlP的还原释放对CaP的形成，特别是对自生磷灰石磷形成具有一定的影响。

黄河中下游表层沉积物磷的赋存形态特征

少。河流是向海洋输送磷的主要途径之一，其沉积物中磷形态的分布，会影响到河流中磷的界面交换及生物利用，而影响到磷的输送、进循环和海一相陆互作用。黄河是世界上泥沙含量最大的河流，也是受人类活动影响最大的河流之 … 。流域内广泛分布城市和农业区，有较多的点／源磷输入ｌ黄河流面ｌ。经水土流失严重的黄土高原，周边还分布着五大沙漠，每年借水力和风力有十多亿吨含磷沙土进入河中ｌ。因此，ｌ引考察黄河沉积物磷形态的分布特征对解黄河流域乃至更大范围内磷的地球化学循环有着重要意义。
备用。同时取 Ⅲ适量沉积物白然卜，术棒分敞，燥川过８０日筛（近一然状念）作Ｆｌ接，各实验样加儿滴氯仿抑菌，然后送垒实验测定采水顷
样的同时现场监测上覆水水质指环，诈取定水
参数。所有采样点均使用令球ｌ星定位系统（Ｓ）ＧＰ进行定位采集，采样点位置及水质状况＆１
摘要：利用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序（ＭＴ，研究ｒ黄河ｒ卜ｌＳ）Ｉ游０个沉干｛ＩＪ物样品ｌ的峨仔彤念化律１Ｉ磷
布特征，并分析了沉积物中磷的来源和释放潜力。研究结果表明，黄河中下游沉积物ｌ总磷（Ｐ的硅为８．１８ｆＪＴ）５～２．ｇ０２ｍｇｋ，无机磷（）Ｉ的含量范围在５．８．ｍｇｋ～Ｐ２４００・ｇ，有机磷（Ｐ的含世范Ｊ在２．～８２ｍｇｋ ’ ￣０）书『８４４・ｇ。河沉积物向上覆水体释放磷的潜力不大。关键词：黄河；沉积物；磷形态；磷形态的标准测试程序（ＭＴＳ）

底泥氮、磷和有机质含量竖向分布规律

生产生活污染对湿地水体的影响比较严重【ｌｌ】．
提出后，将ＰＶＣ管连同所取底泥锯成小段，密封、
本研究利用特制的取土器钻取连续完整的保存在试样箱中．在每个底泥取样点位置用取样瓶
湿地底泥，测试了总氮（ＴＮ）、总磷（ＴＰ）、有机质在水面以下５０ｃｍ取２个样作为底泥上覆水水样．
（ＯＭ）在底泥中的含量，同时对表层底泥孔隙水及
置５个样点，均分布在该湿地各主要河道中（图１）．部不能立即处理的底泥样，置于一１８℃保存．采用
为保证取底泥成功，每个点位设置２个取样孔文献［１２１的方法将表层底泥高速离一１１，（５０００ｒ／ｍｉｎ，
（ｚｋｌ、ｚｋ２），以供平行测试．取样时尽量避开受行船扰动较大的河道中心位置，并且保证取样点位未曾被疏浚过；为了避免地表冲积物对底泥的影响，
从整个湿地范围上看，在表层底泥中ＴＮ、ＴＰ的含量明显高于湿地陆域土壤中的平均含量（ＴＮ陆域
中国环境科学２０１０，３０（４）：４９３－－４９８
ＣｈｉｎａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ
西溪湿地底泥氮、磷和有机质含量竖向分布规律
陈如海１，詹良通Ｐ，陈云敏１，胡洪志２（１．浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江杭州３１００５８；
２．杭州市林水局。浙江杭州３１００１４）
摘要：利用特制的取样器从西溪湿地钻取连续完整的底泥试样，对不同深度底泥中总氮ｆｉＮ）、总磷ｒｒＰ）和有机质（ＯＭ）含量进行测试；通过ＴＮ、ＴＰ、ＯＭ在表层底泥、底泥孔隙水和上覆水体中含量变化的分析结果，并运用有机指数法对该湿地底泥的污染程度进行了评价嚣果
万方数据
４９４
中国环境科学
３０卷
复水体富营养化，不但要减少外来营养物质的过取样点一般需距离河岸３－５ｍ，以确保所取底泥

喀斯特山区溪流上覆水—孔隙水—沉积物中不同形

喀斯特山区溪流上覆水—孔隙水—沉积物中不同形态氮的赋存特征及其迁移转化—以麦西河为例谢伟芳林陶夏品华张邦喜詹金星胡继伟贵州师范大学省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室，贵州贵阳 550001摘要选取贵州百花湖入湖支流麦西河为对象，研究了上覆水—孔隙水—沉积物体系氮的形态差异，结果表明：麦西河上覆水中，以硝态氮（NO3--N）为主，氨态氮（NH4+-N）次之，亚硝态氮（NO2--N）最低；孔隙水中，溶解无机氮中以NH4+-N为主，NO3--N次之， NO2--N最低；沉积物中，总氮（TN）的含量为1110.67—4413.16 mg·kg-1；固定态铵含量为34.56—170.05 mg·kg-1，占TN的1.47%—6.25%；可交换态氮以NH4+-N为主，NO3--N次之，NO2--N最低。

孔隙水NH4+-N是上覆水NH4+-N的2.65-19.51倍，上覆水NO3--N是孔隙水NO3--N的 7.14—20.43 倍。

沉积物TN与孔隙溶解水无机氮(DIN)、孔隙水NH4+-N、沉积物可交换态氮和沉积物可交换性NH4+-N呈显著正相关；在沉积物中，可交换性NO3--N与可交换性NH4+-N及可交换态氮呈显著正相关，可交换性NH4+-N与可交换态氮呈极显著正相关；孔隙水溶解无机氮与孔隙水NH4+-N呈极显著正相关。

麦西河氮的迁移转化关系则表现为：由于浓度梯度，上覆水中的NO3--N扩散到孔隙水中，进而累积到沉积物中；沉积物的可交换性NH4+-N，进入孔隙水，最终扩散到上覆水中。

上覆水以硝化作用为主，而孔隙水和沉积物以反硝化作用为主。

关键字氮形态；赋存特征；迁移转化；上覆水；孔隙水；沉积物；麦西河Distribution，migration and transformation of different nitrogen forms among overlying water，pore water and sediments in karst mountain stream—A case study of Maxi RiverXIE Wei-fang，LIN Tao，XIA Pin-hua，ZHANG Ban-xi，ZHAN Jin-xing，HU Ji-wei Guizhou Key Laboratory for Mountainous Environmental Information and Ecological Protection，Guizhou Normal University，Guiyang，550001，ChinaAbstract Distribution，migration and transformation of nitrogen among overlying water，pore water and sediments were investigated in Maixi River，the results indicated that：in overlying water，the content of different forms of nitrogen were an order of NO3--N>NH4+-N>NO2--N；while the content of dissolved inorganic nitrogen(DIN) in pore water were an order of NH4+-N>NO3--N>NO2--N. Content of total nitrogen and fixed ammonium (F-NH4) were 1110.67-4413.16 mg·kg-1 and 34.56-170.05 mg·kg-1 in sediments，accounting for 71.47%—6.25% of total nitrogen；the content of different forms of exchangeable nitrogen were an order of NH4+-N>NO3--N>NO2--N. Content of NH4+-N in pore water was 2.65—19.51 times higher than that in overlying water，and content of NO3--N in overlying water was 7.14-20.43 times higher than that in pore water. TN in sediments has strong positive correlations with the contents of DIN，NH4+-N in pore water，exchangeable nitrogen and exchangeable NH4+-N in sediments；in sediments，exchangeable NO3--N has strong positive correlations with the contents of exchangeable NH4+-N and exchangeable nitrogen，exchangeable NH4+-N has strong positive correlations with the contents of exchangeable nitrogen；DIN in pore water has strong positive correlations with基金项目：贵阳市社会发展攻关项目（2009304）；贵州省科技厅社发攻关项目(SY[2010]3176)作者简介：谢伟芳（1984-），男，福建莆田人,硕士研究生，主要从事环境分析化学研究。

重金属元素在贵州红枫湖水体中的分布特征

ｌａｅｎＹｎａ — ｉｏｌｅｕｉｕｈｓｒｈｎ，ｏｓｄｅｅａｉｒｎｔｏｘｈａｙｍｅｌ（ｄＰ，ｕｏｔｄｏｕｎｎＧｕｚｕａａｓｔｗｅｔｎＣｉａｔｕｙｔｈｖｏｄｆｅｆｉｅｖｔｓＣ，ｂＣ，ｃｈＰｔｎｏｅｔｈｂａａｓａＺ，ｅａｄＭｎ．ｈｓｌｅｎｔｔｔａｏｌｔｎｌｖｌｏｅｅｍｅｌｉｏｅｌｉｔｎｏｅｗａｒｈｒｅｎＦｎ）Ｔｅｒｕｔｄｍｏｓａｅｈｔｌｉｅｓｆｓｔｓｎｖｒｎｗａｒｄｐｒ— ｔａｔｅｓｒｐｕｏｅｔｈａｙｇｅａｅｓｅｈ
ｓｍｅｏｄｒＦａｒｅ：ｅ＞Ｍｎ＞Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ｃｕ＞ＣｄｗｈｌｔｌｏｃｎｒｔｎｅｓｄｍｅｔｓｓｉｈｌｉｅｅｔＦ．ｉｍｅｎｅｔａｉｓｉｔｅｉｎｌｔｄｆｒｎ：ｅ＞Ｍｎ＞Ｚｅａｃｏｎｈｉｇｙｎ
ＤｓｉａｉｎｏｅｖｔｌｌｎｓｉｈｔｒｂｄｒｍａｅＨｏｇｅｇＴＡＬｎｆｎＨＵＪｗｅＯｒｉｒｔｆａｙｍｅａｅｍｅｔｎｔｅｗａｅｏｙｆｏＬｋｎｆｎ．ＩＮｉ— ｇ，ｉｉｔｈｏｈｅ・，ＮＦｎｘｎ，Ａａ－ｉＬＵＦｎＬｕ— ｎ，Ｉｉ（．ｕｚｏｒｖｎｉｙＬｂｒｏｙｆｒｎｏｍａｉｎａ — ｉＨＵＮＧＸｉｆＩｅｇ，ＵＯＧｉｉＪＮＭｅ１ｉｕＰｏｉｃａＫｃａｏａｒｏｆｒｔｎｅ，ｌＧｈｌｔＩｏ

水源水库沉积物磷形态分布及其释放特征

水源水库沉积物磷形态分布及其释放特征黄廷林;延霜;柴蓓蓓;刘虹【摘要】Total phosphorus (TP) and distribution of phosphorus speciation in surface sediments collected from Tan-gyu Reservoir in Xi'an were analyzed, using the standard measurement and test (SMT)procedure of phosphorus forms in the freshwater sediments. Correlation coefficients between phosphorus forms and some water qualities of pore water and some other sediment geochemical characteristics were analyzed. The TP content in surface sediment of this reservoir varied from 1 215.03- 1 592.83 ug/g. The average content of Fe/Al-bound phosphorus (Fe/Al-P) was 241.34 μg/g. Among the other speciations of phosphorus, the content of Ca-bound phosphorus(Ca-P) was 711.98 μg/g and organic-phosphorus (OP) was 301.54 μg/g. From the correlatio n analysis, TOC was significantly and posi tively correlated to Fe/Al-P. The Fe/Al-P, which can be released into the overlying water when environment changes, is the potential threat to the reservoir eutrophication. When the oxidation-reduction potential decreases, the phosphorus which was once bonded with ferrous will be released into the pore water and the overlying water because of the dissolution of Fe (Ⅱ).%采用淡水沉积物中磷形态的标准测试方法(SMT),分析测定了西安市汤峪水库表层沉积物中总磷及各形态磷的含量分布特征,并对该分级测定结果与间隙水水质及沉积物其他理化性质进行了相关性分析.结果表明,该水库表层沉积物中总磷(TP)含量为1215.03～1592.83 μg/g;铁铝结合态磷(Fe/Al-P)平均值为241.34 μg/g,其余形态磷中,钙结合态磷(Ca-P)为711.98 μg/g,有机磷(OP)为301.54 μg/g.相关性分析方面, Fe/A1-P含量与间隙水中TOC浓度显著相关.环境变化会导致Fe/Al-P释放进入水体,当氧化还原条件降低时,结合态的磷会由于2价铁的溶出而释放到间隙水和上覆水中,是水库富营养化的潜在威胁.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2011(044)007【总页数】6页(P607-612)【关键词】水源水库;沉积物;理化性质;磷形态【作者】黄廷林;延霜;柴蓓蓓;刘虹【作者单位】西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室培育基地,西安710055;西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室培育基地,西安710055;西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室培育基地,西安710055;西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室培育基地,西安710055【正文语种】中文【中图分类】X524当水体环境条件发生变化时，沉积物中的氮、磷营养元素及其他污染物就可能释放出来进入水体，造成水质污染，成为水体的内部污染源，该过程亦称为内源污染．水中过量的磷将导致水体的富营养化，通常情况下磷是水体富营养化的主要限制因子．沉积物环境条件发生改变时，沉积物-水界面处发生磷的吸附与解吸作用，沉积物中磷的形态就会直接影响参与界面交换及生物可利用磷的含量．因此，分析测定沉积物中磷的不同形态及含量，对研究水体的富营养化问题是很必要的，也有助于研究水体中磷在沉积物-水界面的迁移转化[1-2]．目前国内对沉积物中磷及其赋存形态的分析中，以海洋、河口、湖泊为研究对象的居多，对水源水库总磷及其赋存形态的研究相对较少．笔者采用淡水沉积物中磷形态的标准测试方法，对西安市汤峪水库沉积物中磷及其赋存形态进行了分析．考虑到国内外对沉积物中磷及其赋存形态与水库间隙水、对应沉积物其他理化性质的相关性研究较少[3]，笔者对此及磷释放的特性也进行了研究，旨在为正确评价该水库的营养状况、改善水库水质提供科学依据．1.1 水库概况汤峪水库位于陕西省蓝田县汤峪镇，渭河盆地南缘偏东部，秦岭北麓．该水库是汤峪河在流出石门关时人工拦水筑坝而成，水库南北长大约1,500,m，最宽处约为400,m，湖面面积3.7,km2，设计最大水深为32.58,m，正常蓄水时最高水位为747.02,m，目前库区淤积库容高程725.0,m，总库容4.48×106m3，有效调节库容为3.29×106m3．汤峪水库建设之初主要用于水利灌溉，主要负责汤峪、史家寨、焦岱3个乡镇的灌溉，库区水资源还用于发展养鱼、种植、育林、农副产业等．近几年，由于当地供水紧张，将汤峪水库作为供水水源，目前净水厂正在修建当中．汤峪水库库区的主要污染来源为未作为供水水源之前景区宾馆、农家乐、上游居民等旅游服务生活设施排放的污水，此外降雨带来的氮、磷等污染物长期富集，沉积于库底，使沉积物颗粒中污染物含量不断增加．该水库库区及流域内地处深山河谷，坡陡谷深，在西北地区具有一定的代表性．1.2 样品的采集与处理采用彼得森抓斗式采样器采集西安市汤峪水库10个不同点位的沉积物样品密封于封口袋中，低温保存，采样点分布见图1．同一测点的沉积物样品，一组进行离心分离(4,000,r/min，10,min)，分离出的间隙水经滤膜(0.45,μm)过滤后进行可溶性正磷酸盐(PO43-)、UV254和总有机碳(TOC)的测定；另一组样品经冷冻干燥后，研磨、过筛，置于密封袋中，低温保存备用．另留少许沉积物样品进行沉积物的粒度组成测定．1.3 沉积物基本理化性质分析沉积物中含水率与烧失量的测定采用烘干和灼烧法；用粒度分布测定仪测定沉积物的机械组成；用锌-镉还原-分光光度法[4]测定沉积物的总氮(TN)；用重铬酸钾容量法测定沉积物的有机质含量．1.4 各形态磷的测定方法沉积物中总磷(TP)由高氯酸消解钼锑抗分光光度法测定[5]，磷形态的分析则采用Ruban等[6]在欧洲标准测试委员会框架下发展的淡水沉积物磷形态分离SMT法，主要步骤如下．(1)称取200,mg沉积物样品，加入1,mol/L NaOH 20,mL，振荡16,h后离心；取10,mL上清液加入3.5,mol/L HCl 4,mL，静置16,h后离心，钼锑抗比色法测定上清液中的溶解态活性磷(SRP)，得到铁/铝结合态磷(Fe/Al-P)；提取后的残渣加入1,mol/L ,HCl 20,mL，振荡16,h后离心分离，测定上清液中SRP，得到钙结合态磷(Ca-P)．(2)称取200,mg沉积物样品，加入1,mol/L HCl, 20,mL，振荡16,h后离心分离，测定上清液中SRP，得到无机磷(IP)；残渣用12,mL去离子水洗涤2次后，在450,℃下灰化3,h，加入1,mol/L HCl,20,mL，振荡16,h后离心分离，测定上清液中SRP，得到有机磷(OP)．1.5 间隙水水质测定指标沉积物间隙水经0.45,μm膜过滤后，用钼-锑-抗分光光度法，测定PO43-的含量，同时测定间隙水中UV254及TOC．1.6 静态模拟释放实验将10个采样点沉积物混匀做静态模拟实验，综合考察水库沉积物中污染物磷的释放对上覆水质的影响．静态模拟实验反应器采用容积为10,L的有机玻璃容器，顶部留有进气口、出气口．反应器内装有2.5,L水库底泥，沿壁小心注入7.5,L上覆水．在沉积物-水界面处留有取样口，装置外用黑色遮光材料包裹，避免光照对实验产生影响，整个系统密封，通过自然条件达到厌氧状态(实验过程中反应器界面处水温为室温，约20,℃；随着溶解氧浓度的变化及释放的进行，氧化还原电位由初始的180,mV左右下降至-190,mV左右)．实验过程中除在线监测溶解氧(DO)浓度外，还定期测定多相界面处PO43-含量．并在实验前后分析测定了沉积物各赋存形态磷的变化．2.1 间隙水水质间隙水水质指标见表1．其中，间隙水中的PO43-平均质量浓度为0.043,mg/L，最高质量浓度为0.088,mg/L，而该水库上覆水中的PO43-平均质量浓度为0.018,mg/L，可见PO43-在沉积物-水界面上存在明显的浓度梯度，间隙水中含量远远高于上覆水中相应含量，由这一浓度梯度引起的扩散也是造成污染物释放的主要动力之一．间隙水中，TOC最高点为采样点6，此处UV254值也最大，表明该采样点有机污染较为严重．2.2 沉积物理化性质分析2.2.1 沉积物机械组成表2为该水库表层沉积物粒度分布情况．粒径组成对沉积物吸附磷有重要影响，因此，分析沉积物的粒度组成对于研究沉积物中磷的污染特征及释放特性具有重要意义．粒度分析结果表明，该水库粒径最小值为采样点8，该点处在水库的下游，水流流速缓慢．机械组成最粗的点为位于中上游的采样点4，中上游水流速度相对较快，大的颗粒容易沉降．2.2.2 沉积物其他理化性质水库表层沉积物其他理化指标见表1．样品中TN含量在1,392～2,591,µg/g，平均值为2,122,µg/g，其最大值出现在水库下游的采样点10，最小值出现在水库中游的采样点6．可见沉积物的TN含量在水库不同地点差异很大．沉积物样品中有机质含量在2.821%～5.254%，平均值为3.810%，最大值出现在采样点5，最小值出现在采样点4．含水率是用新鲜泥样直接烘干测定的，在所有分析样品中含水率最高点为采样点8，最低点为采样点2．而烧失量最大点为采样点5，最小点为采样点2．2.3 沉积物中各形态磷含量2.3.1 TP的含量分布分析结果表明(见表3)，该水库表层沉积物中TP的含量为1,215.03～1,592.83,µg/g．总体趋势为沿程升高，中游TP值达到最大，到下游又有所下降．而该水库所有采样点的TP值都超过1,000,µg/g，与国内现有部分典型湖泊水库[7](云南滇池1,000～3,000,µg/g，密云水库760～910,µg/g，山仔水库400～750,µg/g)相比，该水库沉积物污染处于很高的水平．表层沉积物中磷的最高值出现在采样点4．该点位于此水库的中上游浅水区并且靠近岸边．一般情况下，靠近岸边的沉积物颗粒相对较粗，远离岸边的沉积物颗粒相对较细．研究表明，通常颗粒物的粒径越小，对底泥中的磷的吸附能力越强，越不利于磷的释放．采样点4粒径较粗，且底泥中磷含量很高，所以当环境发生变化时，该点磷释放的潜能很大．沉积物中磷的最低值出现在采样点1，即入库口处．2.3.2 表层沉积物磷赋存形态(1)Fe/Al-P．Fe/Al-P结合态是指被Al、Fe、Mn的氧化物及其水合物所包裹的磷，被认为是可为生物所利用的磷，同时是生物可利用磷的主要形式，且随着氧化还原条件的变化而变化[2,6]．当氧化还原条件降低时，3价铁被还原为2价．Fe/Al-P 会由于2价铁的溶出而释放到间隙水进而扩散进入上覆水中，是IP的易释放形式．测定结果表明，水库表层沉积物中Fe/Al-P含量为165.09～327.07,µg/g，平均值为241.34,µg/g，占TP的12.61%～22.92%．最高值出现在采样点5，最低值在采样点1．当水环境的氧化还原电位降低时，Fe/Al-P结合态的磷就可能由于铁的还原溶解而释放到水中[8]，提高水中磷的负荷．(2)Ca-P．Ca-P也称为磷灰石磷，主要由原生矿物颗粒中包含的磷通过生物作用沉积、固结的颗粒磷及CaCO3的吸附沉积磷组成，被认为是生物不可利用磷，是一种难释放磷形态[9]，但易受低pH值的影响[10]．检测结果表明，该水库沉积物中Ca-P含量在610.94～826.70,µg/g，平均值为711.98,µg/g，占TP的46.44%～60.24%．Ca-P在采样点3最高，采样点10最低．虽然该水库的平均pH值一般在8.0左右，但垂向分布不均匀，基本呈现表层高、底层低的分布规律．在稳定分层状态下，底层pH可降至6左右，其原因是由于水库稳定分层及耗氧导致底部的厌氧或缺氧环境，在厌氧条件下有机污染物厌氧分解产生的有机酸造成pH值的降低．因此，水库表层沉积物的弱酸性环境可能会导致磷的Ca-P结合态的溶解释放，对水库水中磷含量的提高具有一定的贡献潜值．(3)IP．该水库沉积物中无机磷含量在841.72～1 136.7,µg/g之间，最高值出现在采样点4，最小值出现在采样点10．从图中可以看出，IP含量变化与TP基本一致，占TP的67.85%～79.01%，这表明研究区域内沉积物中的磷以IP为主．(4)OP．OP被认为可部分转化为生物可利用的磷形态，从而被生物所利用[11]．该水库的OP含量在234.10～396.15,µg/g，占TP的15.32%～31.93%．最大值出现在采样点10，最小值出现在采样点5．研究发现，50%～60%左右的OP可转化为生物可利用的磷[11]，可见OP对水体富营养化有较大影响．由表3还可以分析得出，该水库表层沉积物中的IP以Ca-P为主，占IP的75%左右．沉积物中Ca-P含量取决于库区地质-地球化学背景及水体的酸碱度，北方固有的碱性土壤地球化学特点决定了该水库的磷主要以磷灰石的形式存在[12]．TP中以IP为主，且二者变化趋势基本一致．2.4 沉积物磷相关性分析分析沉积物中磷各形态与沉积物其他理化性质及间隙水水质之间的相关性，有利于认识磷形态的分布特征，从而更好地为水库治理及管理服务．表4对水源水库沉积物样品中各形态磷与沉积物其他理化性质及间隙水水质的相关性进行了分析，从表中可知，沉积物样品中大部分指标与磷各形态间相关性较弱；而Fe/Al-P含量与间隙水中TOC浓度显著相关．间隙水中PO43-浓度与Fe/Al-P 含量的相关性较其他形态磷密切，这表明沉积物中Fe/Al-P的含量对水中PO43-的含量贡献很大；沉积物粒度与IP和OP相关性较好，表明粒度是决定沉积物中磷含量的重要因素；沉积物中TN值与OP的相关性较好，说明沉积物TN对于OP有重要的影响；有机质与TP及其各形态磷间相关性较差，相比之下，TOC与Fe/Al-P的相关性最好，说明沉积物中Fe/Al-P与有机质是同源的，也表明该水库沉积物主要来自于具有良好植被地表的径流冲刷携带颗粒物、悬浮物在水库中的沉积，这与该水库上游流域的实际植被状况是一致的．2.5 沉积物中磷的释放特性沉积物中TP的含量与上覆水中磷的浓度密切相关，其原因是在浓度梯度、化学、生物化学等作用下，上覆水经常同底泥进行物质和能量的交换[13-14]．实验条件见第1.6节，考察了PO43-浓度随溶解氧的变化而引起的变化，结果如图2和图3所示．图2与图3分别为反应器中溶解氧及上覆水中PO43-含量随时间变化的测定结果．从图中可以看出，实验初始状态PO43-质量浓度为0.01,mg/L，溶解氧质量浓度为4.06,mg/L．在实验进行5,d后，溶解氧质量浓度已经低于0.5,mg/L，水体进入厌氧状态，此时上覆水中的PO43-浓度开始增加，之后随着实验时间的延长，浓度迅速提高，到24,d时达到1.68,mg/L．在24～30,d间，PO43-浓度又有所降低，之后趋于稳定，平衡后PO43-浓度为0.74,mg/L．当水体溶解氧下降、出现厌氧状态时，沉积物-水界面处氧化还原电位降低，胶体状的氢氧化铁变为可溶性的氢氧化亚铁，此时磷酸根脱离沉积物而大量进入间隙水[15]，并扩散进入上覆水．还原条件下磷的释放提高了上覆水中溶解性磷的浓度，其增加的幅度主要取决于氧化还原条件和沉积物-水界面处PO43-的浓度梯度．表5为释放实验前后测得的反应器表层沉积物中磷不同赋存形态的含量．结果表明，沉积物TP及其各形态磷都有不同程度的释放，其中Fe/Al-P的释放量较Ca-P释放量大．可见，厌氧条件有利于Fe/Al-P的释放．另外从相关性分析方面可以看出，沉积物中Fe/Al-P 的含量对水中PO43-的含量贡献很大，与静态实验所得结果相一致．(1)水库表层沉积物中TP和磷形态表现为含量较高．TP含量为1,215.03～1,592.83,µg/g，和许多大型水库相比，整个水库处在一个高营养环境．IP是沉积物中磷的主要成分，占TP的67.85%～79.01%．且TP与IP间变化趋势基本一致，这表明沉积物中TP的含量主要由IP控制的．(2)从相关性分析方面可见，沉积物样品中大部分指标与磷各形态间相关性较弱；而Fe/Al-P含量与间隙水中TOC浓度显著相关，说明沉积物中Fe/Al-P与有机质是同源的，且沉积物中Fe/Al-P的含量对水中PO43-的含量贡献很大．(3)Fe/Al-P的平均值为241.34,µg/g，含量相对较高，当水体环境发生变化时，这部分磷可能会溶解而释放磷酸盐到沉积物间隙水中，然后通过扩散作用而释放到上覆水体，从而对水体的富营养化构成潜在威胁．【相关文献】［1］ Peng Jianfeng，Wang Baozhen，Song Yonghui，et al. 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星云湖水体环境与氮磷空间分布特征研究

摘要随着全球变化和地方社会经济的快速发展，云南九大高原湖泊水体污染及富营养化问题日趋严重，而氮、磷是引起湖泊富营养化的关键因子。

星云湖作为九大高原湖泊之一，不但是I类水质抚仙湖的上游湖泊，也是玉溪市江川区重要的可调控水资源和生态屏障。

开展星云湖水体氮、磷营养盐分布特征及水质状况的研究，有助于深入了解星云湖水体氮、磷营养盐富集情况，为其水环境治理提供科学依据。

本研究于2019年4月对星云湖120个样点的表、底层水样进行了采集，研究水体物理因子、叶绿素a（Chl-a）、各种形态氮、磷的空间分布特征，最后，通过星云湖水环境因子的相关性分析，探讨氮、磷与物理环境因子和Chl-a间的关系，并通过聚类分析，将星云湖水体分为两组，分别进行营养状态评价。

本研究主要结论如下：（1）通过星云湖水体物理因子的分布特征可知，星云湖水体偏碱性。

垂直方向上，受风力扰动的影响，水动力较强，没有出现明显的热分层现象，水温（WT）、浊度（Turb）、pH值及溶解氧（DO）总体上均随着水深的增加呈现下降的趋势，电导率（EC）随水深增加略有升高。

由于湖泊形态、地理位置及风浪作用的差异，各参数在水平方向上均存在一定的空间异质性，WT、Turb、EC、pH值和Chl-a的表层空间异质性大于底层；表、底层水体Turb和Chl-a的空间异质性差异显著（P < 0.05）。

（2）对星云湖氮、磷形态组成及空间分布特征的分析表明，水体中氮、磷营养盐浓度较高，总氮（TN）浓度平均值为1.81 mg·L-1，总磷（TP）浓度平均值为0.41 mg·L-1。

水体中氮营养盐的形态以溶解态总氮（DTN）为主，磷营养盐的形态以溶解态总磷（DTP）为主。

表层水体TN、DTN、颗粒态氮（PN）、TP和颗粒态磷（PP）的平均浓度均大于底层；表、底层水体TN、DTN、TP、DTP和PP的空间异质性均无显著差异，但表层的空间异质性稍大于底层。

武汉严东湖近代沉积物中总氮、总磷与生物硅沉积及营养演化的动态过程

武汉严东湖近代沉积物中总氮、总磷与生物硅沉积及营养演化的动态过程胡胜华;叶艳婷;郭伟洁;张婷;周巧红;徐栋;吴振斌【摘要】Select a medium-sized shallow lake in the suburb of Wuhan ——the Yandonghu Lake for the study. And test the content of two core sediments of the total nitrogen(TN), total phosphorus(TP), biogenicsilica(BSi) content in it. The results showed that: TN and BSi in the surface sediments of the Yandonghu Lake have risen in general, while the modem content of TP decreased. In modem times, the growth of diatoms consumed large amounts of silicon and phosphorus in the water body, which showed by the significant increase of the content of BSi and the increase of nutritional level of the Yandonghu Lake. Diatom growth and sedimentation affect to the deposition system and process of the Yandonghu Lake, which leading to the ratio and structural changes of nutrients and the silicon lake water restrictions appear.%选择武汉近郊一中型浅水湖泊--严东湖为研究对象,对其进行了2个柱状沉积物的总氮、总磷、生物硅含量测试.结果表明:严东湖表层沉积物中总氮、生物硅含量总体均有所上升,而总磷近代含量有所下降.近代以来,硅藻的生长消耗了水体大量的硅与磷,表现为生物硅含量的显著上升,严东湖的营养程度有所上升.硅藻的生长与沉积影响到湖泊的沉积系统与过程,使营养盐比例与结构发生了变化,导致严东湖水体出现硅限制.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2011(020)001【总页数】8页(P124-131)【关键词】严东湖;沉积物;总氮;总磷;生物硅;营养演化【作者】胡胜华;叶艳婷;郭伟洁;张婷;周巧红;徐栋;吴振斌【作者单位】中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院研究生院,北京,10049;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院研究生院,北京,10049;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院研究生院,北京,10049;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072【正文语种】中文【中图分类】X142严东湖水域总面积约8.66 km2，常年水深约3 m，年均水温约18.6 ℃，年均降水量1285 mm，为武汉洪山区花山镇的一中型浅水湖泊。