底泥中磷释放的影响因素

底泥中磷释放的影响因素
罗玉兰，徐颖
河海大学环境科学与工程学院 （210098）
E-mail：loulan0624@
摘 要：综述了水体底泥中磷的化学形态以及磷素释放的影响因素。

化学形态有水溶性磷、铝磷、铁磷、钙磷、还原态可溶性磷、闭蓄磷、有机磷等。

磷素释放的影响因素有：溶解氧、温度、pH值、磷存在的形态、微生物作用、沉积物-水界面磷的浓度梯度、盐度以及扰动。

这些因素具有关联性。

关键词：底泥 化学形态 磷释放 影响因素
1 引言
P是造成湖泊水质富营养化的关键性的限制性因素之一[1]。

一般认为当水体中磷浓度在0.02 mg·L - 1以上时,对水体的富营养化就起明显的促进作用[2 ] 。

由于近年来大量未经处理的生活污水加上农业面源氮磷的大量流失，造成河流尤其是河口富营养化趋势的逐年加剧[3 -4 ]。

大量的磷在河流等水体中沉积下来，其在适宜的条件下会重新释放进入水体，从而延续水体的富营养化过程并加剧了水体的恶化[5 - 8 ] 。

沉积物-水界面是水体和沉积物之间物质交换和输送的重要途径，沉积物中的磷可能通过有机质的矿化分解作用、铁氧化物解吸作用和沉积物扰动等形式向水体释放。

本文根据国内外研究富营养化水体磷释放的有关资料，综述了水体底泥中磷的化学形态以及底泥中磷释放的影响因素，对于今后研究水体中磷行为、抑制水体富营养化、改善水质具有深远的意义及参考价值。

2 沉积物中磷的含量和存在形态
沉积物中磷形态通常分为水溶性磷( P sol) 、铝磷(P Al) 、铁磷(P Fe) 、钙磷(P Ca) 、还原态可溶性磷、闭蓄磷(P o-p) 、有机磷(P org) 等7 种化学形态[9 ] 。

闭蓄磷表面有一层不溶性的Fe (OH) 3 或Al (OH) 3 胶膜,包括一部分P Al和P Fe ,溶解度极小，含量较小，这部分磷被认为是生物不能利用的。

水溶性磷和还原态可溶性磷可以通过物理溶解作用进入水体，在沉积物中的含量也不会太高，但它们是最先被释放出来的，可以很方便地被水生生物吸收利用[10 ]。

沉积物中P的结合态及形态之间的相互转化是控制沉积物P迁移和释放的主要因素。

P释放量是由不同的迁移和转化过程决定的，控制沉积物P迁移（释放和形态转化）的环境参数的相对重要性首先取决于沉积物中P的化学形态[11]。

沉积物释P量的多少并不与沉积物中的总P量成比例关系，释放进入间隙水中的P大部分是无机可溶性P[12，13]。

在厌氧释放过程中，存在着有机P向无机P转化，Fe-P、Al-P向Ca-P、O-P转化的趋势，沉积物中总P浓度不断减少，就是P形态迁移转化动态平衡的结果[14]。

沉积物中释放的P与Fe-P关系密切相关，P Fe是沉积物向水体释磷的主要形态。

曾有人提出用沉积物中P：Fe 比例作为表层沉积物P释放能力的一个参数，两者呈负相关关系[15]。

3 水体磷释放的影响因素
-1-
3.1溶解氧（DO）
底层水体中溶解氧含量（DO）对沉积物P的释放起着决定性的作用，底泥首先要消耗溶解氧，降低溶解氧浓度，加速水体进入厌氧状态。

厌氧状态可大大促进P在沉积物的迁移和释放，而在好氧状态下释放速率远小于厌氧释放速率 [16]。

两者差一个数量级[17 ] 。

水中的溶解氧会影响沉积物的氧化还原电位, P释放对表层沉积物的氧化还原电位（Eh）的变化非常敏感。

当表层沉积物Eh较高时(>350mv)，Fe3+与磷酸盐结合成不溶的磷酸铁，可溶性P也被氢氧化铁吸附而逐渐沉降；而当Eh较低时（<200mv），有助于Fe3+向Fe2+转化，P Fe表面的Fe (OH) 3 保护层转化为Fe(OH) 2,然后溶解释放，使Fe及被吸附的磷酸盐转变成溶解态而析出，沉积物P释放量增加[18]。

研究表明，底质所释放的磷主要为溶解性正磷酸盐，是水生生物最易吸收的形式，这样就为大型水生生物和藻类的增殖提供条件，加速其生长繁殖的速度。

而这些死亡后的生物残体不能及时取走，由于微生物分解、腐烂，消耗水中的溶解氧，使水体更加缺氧，这种缺氧的环境反过来加速底质磷的释放，形成恶性循环[19 ]。

另外浅水湖泊中高的硝酸盐浓度可使Fe处于氧化状态从而对沉积物P释放存在一定的拮抗作用[20]。

3.2温度
温度升高有利于沉积物释P。

沉积物P的释放因季节而变化，在冬天释放量很低，在夏天达到最大值[21、22]。

这是由于温度升高会增加沉积物中微生物和生物体的活动，促进生物扰动、矿化分解作用和厌氧转化等过程，导致水-土界面呈还原状态，促使Fe3+还原为Fe2+，加速磷酸盐的释放。

3.3 pH值
对非石灰性湖泊沉积物而言，pH在中性范围时，沉积物释P量最小；而升高或降低pH值释P量成倍的增大，溶解P总的释放量与pH值呈抛物线（或U型）相关[23、24]。

在pH值较低时，沉积物释P以溶解作用为主；而在高pH值时，体系中OH-可与无定形Fe-Al 胶合体中的磷酸根发生交换，沉积物中P释放量的增加是因为水体中pH影响了磷酸盐的存在形式。

当pH为3～7 时，磷主要以HPO42－形式存在；pH为8～10时，磷主要以H2PO4－形式存在。

而当以H2 PO4－为主要存在形式时，底泥的吸附作用最大。

此时底泥中镁盐、硅酸盐、铝硅酸盐以及氢氧化铁胶体都参与吸附作用。

pH值高有利于磷酸根离子从氢氧化铁胶体中解吸附，而使更多的磷酸盐释放到水中。

因此pH值升高有利于底泥中磷的释放[25]。

3.4微生物
当污水尤其是生活污水进入水体后，经过细菌分解，加速消耗溶解氧，同时微生物作用可把沉积物中有机态P转化、分解成无机态P，把不溶性P转化成可溶性P。

藻类对沉积物P的释放有促进作用，藻类生长的越多，P释放越多；反过来，沉积物中P的释放又进一步促进藻类的生长，两者有相互促进的关系[26、27]。

3.5沉积物-水界面磷的浓度梯度
沉积物中的总磷含量与上覆水中的磷浓度关系密切。

因泥水界面受生物作用影响明显，常与底泥进行着物质和能量的交换[28 ]。

但是底泥中磷素释放不是无条件进行的，而是受浓度差以及临界浓度的影响。

白洋淀底质磷的释放研究发现[19 ]，当湖水中磷含量高于底质磷
-2-
释放临界浓度时，总的表现是以沉积为主，国外学者也发现当富营养化湖泊水体磷浓度< 0.03mg·L - 1时，沉积物中的磷才被释放，当水中磷浓度> 0.09～0.12 mg·L - 1时，水中的磷会向沉积物迁移[30 ] 。

总之,磷的释放与沉积物-水界面间的浓度差有关，浓度差越大，沉积物释磷越快。

3.6 盐度
大量研究结果证明，随着加入Al盐量的增加，沉积物释放P的量呈线形递减[31]。

从国内外脱氮除磷工业中可以看出氮盐的存在形态同样具有影响，硝态氮包括硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，它们会消耗有机基质而抑制聚磷菌对磷的释放，从而影响在好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。

另一方面硝态氮的存在会被部分生物聚磷菌(气单胞菌)利用作为电子受体进行反硝化，从而影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸，从而抑制了聚磷菌的释磷和摄磷能力[31]。

3.7扰动
对浅水湖泊来说扰动是影响沉积物-水界面反应的重要物理因素。

动态条件下P从沉积物的释放量远大于静态条件的释放量[32、33]。

对于浅水湖泊而言，在一定条件下，风力和湖流引起湖泊底部沉积物的扰动使沉积物处于再悬浮状态，这种再悬浮状态会强烈地影响P在沉积物-水界面间的再分配，部分营养元素可从沉积物中向上层水体释放，使水体营养负荷增加[34]。

增加沉积物颗粒的反应界面并促进沉积物中P的释放，同时加速了沉积物间隙水中P 的扩散。

4 展望
综观国内外学者的文章，氮素的存在状态对磷释放具有一定的影响，两者应具有某种关联性，磷素释放是十分复杂的多因素综合作用的动态过程，且磷释放的影响因素之间相互影响，相互错杂。

若将其影响因素割裂开来研究存在很大不足，容易忽略各个因素之间的互相影响。

因此应全面考虑整个水体的性质、综合考虑各因素的变化。

由于沉积物磷释放的研究是涉及多方面的，必须逐步分析总结以往各种研究成果和经验，不断改进研究方法和手段，逐步建立一套完善的磷释放模型。

参考文献
[1] David LC. The role of phosphorus in the eutrophication of receiving water: a review. J. Environ. Qaul., 1998,
27: 261~ 266
[2] 杨维荣.环境化学[M] .北京.人民出版社.1980.
[3] 翁焕新、刘云峰.滨海沉积物和间隙水中的磷研究[J] .环境科学学报. 1997 ,17(2):148~153
[4] 贾国东等.珠江口近百年来富营养化加剧的沉积记录.第四纪研究. 2002 ,22(2):158~165
[5] 陈家宝等.南宁市南湖沉积物磷释放的研究[J ].广西大学学报(自然科学版) . 1998 ,9:269~273
[6] Jeff Morin, John W. Morse ,Ammonium release from resuspended sediments in the Laguna Madre
estuary .Marine Chemistry . 1999, 65: 97~110.
[7] W. F. Hu, W. Lo,H. Chua ,S. N. Sin, P. H. F. Yu .Nutrient release and sediment oxygen demand in a eutrophic
-3-
land- locked embayment in Hong Kong .Environment International . 2001,6: 369~375.
[8] 韩伟明. 底泥释磷对西湖富营养化的影响[J ].环境污染与防治. 1991 ,13(5) .
[9] Chang SC , Jackson ML. Fractionation of soil phosphorus[J] . Soil Sci . 1957,84 :133～144.
[10] 傅庆红.湖泊沉积物中磷的形态分析及其释放研究[J ].四川环境.1994,13 (4) :21～24.
[11] Bostrom B. Potential mobility of phosphorus in different types of lake sediment. Int. Rev. Gesamten.
Hydrobiol.1984, 9: 57~474
[12] Rydin E. Potentially mobile phosphorus in Lake Erken sediment. Water Research.2000, 34 (7): 2037 ~ 2042
[13] Noges P. Kisand A. Forms and Mobility of Sediment Phosphorus in Shallow Eutrophic Lake Vortsjaerv
(Estonia).Int. Rev. Hydrobiol.1999, 84 (3) : 255 ~ 270
[14] 王晓蓉, 华兆哲等. 环境条件变化对太湖沉积物磷释放的影响.环境化学.1996, 15 (1):15 ~ 19
[15] Lucotte M, D’anglejan, B. Processes controlling phosphate adsorption by iron hydroxides in estuaries.
Chemical Geology, 1988, 67: 75 ~ 83
[16] 廖文根.太湖水体的磷负荷分析[J] .水利学报.1994,11:77～81.
[17] Holdren GC ,David E. Armstrong ,factors affecting phosphorus release from intact lake sediments cores [J] .
Envi ron.Sci . Technol . 1980,14 (1) :79～87.
[18] Ingall E, Jahnke R. Evidence for enhanced phosphorus regeneration from marine sediments overlain by
oxygen depleted waters. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1994,58 (11): 2571 ~ 2575
[19] 于世繁.白洋淀底质磷的释放及与水体中磷的关系[J] .环境科学.1995,16 (增刊) :30～31 ,34.
[20] Henning SJ, Frede OA. Importance of temperature, nitrate, and pH for phosphorus release from aerobic
sediments of four shallow, eutrophic lakes. Limnology Oceanography, 1992, 37 (3): 557 ~ 589
[21] Gonsiorczyk T, Casper P, et al. Variations of phosphorus release from sediments in stratified lakes Water. Air,
& Soil Pollution, 1997, 99(1-4): 427~434
[22] Istvanovics V. Seasonal variation of phosphorus release from the sediments of shallow lake balaton(hungary).
Water Research, 1988, 22 (12): 1473 ~ 1481
[23] Henning SJ, Frede OA. Importance of temperature, nitrate, and pH for phosphorus release from aerobic
sediments of four shallow, eutrophic lakes. Limnology Oceanography, 1992, 37 (3): 557 ~ 589
[24] 隋少峰,罗启芳.武汉东湖底泥释磷特点.环境科学.2001, 22 (1): 102 ~ 105
[25] 汪加权.巢湖底泥的磷的释放模拟实验研究.环境科学学报.2002, 22(6):738~742
[26] Gachter R, Meyer J, et al. Contribution of bacteria torelease and fixtion of phosphorus in lake sediments.
Limnol Oceanogr, 1988, 33 (6): 1542 ~ 1558
[27] 刘玉生, 皱兰等. 光照、温度和藻类对底泥释放磷的影响. 环境科学研究.1992, 5 (2): 41 ~ 44
[28] 陈玉娟.珠江广州河段中磷的形态研究[J ] .中山大学学报(自然科学).1990,9 (4) :73～78.
[30] Rochford DJ . 1951. Studies in Australian estuarine hydrology.Ⅰ. Introductory and comparative features
[J].A ustr. J . Mar.Freshw . Res. ,2 :1～116.
[31] 周康群等. 反硝化聚磷一体化设备中的聚磷菌[J] . 环境污染与防治.2002 , 24(3):132~134.143
[32] Holdren GC, David EA. Factors affecting phosphorus release from intact lake sediment cores. Environmental
Science & Technology, 1980, 14 (1): 79 ~ 87
[33] Sondergaard M, Kristensen P, et al. Phosphorus release from resuspended sediment in the shallow and
wind-exposed Lake Arreso Denmark. Hydrobiologia, 1992,228 (1): 91 ~ 99
-4-
[34] Sundby B, Gobeil C, et al. The phosphorus cycle in coastal marine sediments. Limnology and Oceanography,
1992, 37(6): 1129 ~ 1145
The influencing factors of phosphorus release in the
sediment
Luo yulan Xu ying
College of Environment Science and Engineering，Hohai University. (210098)
E-mail：loulan0624@
Abstract
chemical forms and influencing factors of phosphorus in the sediment of water were discussed. There are severe forms including P sol , P Al , P Fe , P Ca , deoxidized soluble P , P o-p and P org. Dissolved oxygen (DO), temperature, pH value, phosphorus existence shape, perturbation, microorganism function, P concentration gradient between the sediment and water as well as salinity would affect the release of phosphorus . These factors have some relationships.
Keywords: sediment chemical form phosphorus release influencing factors
作者简介：罗玉兰，1981年生，女，汉族，江苏盐城人，在读硕士，研究方向水污染控制。

-5-。