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。

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