沉积物中营养物质释放的相关分析研究

ＤＴＰ
ｃ０Ｄ‰
—ｎ ３１ ５
Biblioteka Baidu
—０ Ｒｑ６｝｝ 一ｎ ｑｎｌ ８ ０ ２７５
注：”显著性水平为０．０ｌ，＋显著性水平为Ｏ．０５。
通过相关性分析发现，Ｃｈｌ ａ与ＴＰ．ＤＴＰ呈极显 著的负相关，与ＴＮ呈负相关。这说明Ｎ，Ｐ的升高对 浮游植物有一定的抑制的作用。这主要是由于庙湖 污染状况相对加重，Ｎ，Ｐ的浓度较高．而过高的氮磷 含量会抑制微囊藻的生长，进而使水体Ｃｈｌ ａ含量 降低。随着耐受性相对较低藻类细胞的死亡，适应较 高浓度的藻类成为优势种，藻类组成发生变化同。这 与实际情况相符合，检测表明现在庙湖优势藻已经 从微囊藻和鱼腥藻转变为隐藻。韩新芹等『８】通过研究 香溪河库湾春季水华发生期间Ｃｈｌ ａ含量的时空变 化规律时．发现Ｃｈ】ａ浓度与ＴＮ．ＴＰ之间存在着一 定的负相关关系。同时，陈永根等［９］发现在梅梁湾和 西北区，当ＴＮ，ＴＰ浓度较低时，Ｃｈｌ ａ含量与ＴＮ，ＴＰ 浓度呈正相关．但是当ＴＮ，ＴＰ高到某一程度时，Ｃｈｌ ａ 含量与ＴＮ，ＴＰ浓度呈负相关。本文对于庙湖地区的 研究结果都与这些研究结果类似。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ａｍｏｎｇ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ （ｎｉｔｍｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｍｓ），ｅｎｖｉｍｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙＵ—ａ，１ａｂｏｍｔｏｒｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａＩＴｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔ唔ａｔｅ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｅｎｖｉｍｎｍｅｎｔａｌ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ
采用正交实验来处理实验，选择Ｌ，（３４）的正交
设计表，共进行９组实验，具体见表ｌ。
表１ 正交实验设计
１．３．２分析方法 每天测量所取的１号～９号筒中上覆水中的
ＴＮ、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、ＴＰ，ＤＴＰ，ＣＯＤ№， ＢＯＤ，，Ｃｈｌ ａ的含量。此次实验共持续１６ ｄ，有效测 定天数为１４ ｄ。
湖泊水样及实验一体化装置中上覆水的分析方
法见表２，具体操作流程参见《水和废水监测分析方 法》（第４版）闭。
表２监测项目化学分析方法
分析项目
ＣＯＤ№ ＢＯＤ。
Ｄ０ ＴＮ ＴＰ
氨氮 ｐＨ值
ｃｈｌ ａ
分析方法
（ＧＢ ｌ １８９２—８９）高锰酸钾法 （ＧＢ ７４８８—８７）稀释接种法
便携式溶解氧仪 过硫酸钾氧化一气相分子吸收光度法
ｆＧＢ ｌ １８９３—８９）钼锑抗分光光度法 气相分子吸收光度法
ＹＡＮＧ Ｗａｎ—ｗａｎ２， ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ—ｈａ０２
（１．Ｗｕｈａｎ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａＪ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００１５， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ
Ｅｎｖｉｍｎｍｅｎｔａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００７９， Ｃｈｉｎａ）
湖水采样设备：麻绳、玻璃采样器１个、ＢＯＤ５采 样瓶２个、５Ｌ塑料壶２个和大塑料桶１个。
底泥采样器：麻绳、底泥采样实验一体化装置 １２个（用１０备２）。
实验一体化装置ｆ３ｊ见图１。
１采样桶体；２．螺栓；３．碟阀体；４阀门；５钳夹架；６．操纵杆；７．联接头；８．手枘；９． 排水口；１０．密封圈；ｌｌ箍圈；１２．钳夹脚；１３．底板；１４，搅拌；１５．上盖板；１６．低速 电机；】７．探测头；１８．上覆水；１９．底泥及沉积物
第２５卷第４期
２０１２年８月
环境科技
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．２５ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１２
沉积物中营养物质释放的相关分析研究
沙 茜１， 周帆琦２， 孙 燕２， 何 君１， 黄 婧１， 杨弯弯２， 张维昊２
ｆ１．武汉市环境保护科学研究院， 湖北 武汉４３００１５；２．武汉大学资源与环境科学学院， 湖北 武汉４３００７９）
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７４—４８２９（２０１２）０４—０００６—０３
Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎ ｌａｋｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ
ＳＨＡ Ｑｉａｎｌ， ＺＨＯＵ Ｆａｎ—ｑｉ２， ＳＵＮ Ｙａｎ２， ＨＥ Ｊｕｎｌ， ＨＵＡＮＧ Ｊｉｎ９１，
摘 要： 为研究Ｎ，Ｐ营养盐的释放与环境因子、叶绿素之间的关系，采用实验室模拟法研究了环境条件变化对东
湖子湖底泥释放的影响，同时采用相关分析法对数据进行处理。结果表明，通过ｃｈｌ ａ与上覆水中营养物质的相关分
析，发现Ｃｈｌ ａ与ＴＰ、溶解性磷（ＤＴＰ）呈显著的负相关，与ＴＮ呈负相关，说明对此污染严重的城市湖泊而言，Ｎ，Ｐ的
浮游植物的生物量通常可以用Ｃｈｌ ａ的浓度来表示。 一般Ｃｈｌ ａ含量高的水域。浮游植物和Ｄ０的含量相 对较高ｆ６］．这样就导致浮游植物的大量生长。通过食 物链的传递，底泥中生物的生长、代谢、死亡也较快， 进而影响底泥性质的一系列改变，间接影响到一些 营养元素的吸收和释放。所以Ｃｈｌ ａ对于Ｎ，Ｐ等一 些营养元素的释放具有普遍的影响。现有的富营养 化评价计算方法，也是以Ｃｈｌ ａ浓度的等级划分为 基础并考虑了营养盐浓度和水体透明度等因子的影 响，因此分析水体中Ｃｈｌ ａ与营养物质的相关关系， 不仅可以了解水体中浮游植物对Ｎ，Ｐ等营养物质
ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎ．ｅｌａｔｅｄ，ｗｈｉｌｅ ｃｈｌｏｍｐｈｙｌｌ—ａ ａｎｄ ＴＮ ａｒｅ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ Ｎ
ａｎｄ Ｐ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｎ ｃｈｌｏｍｐｈｙｌｌ—ａ．Ｉｔ ｗａｓ ａｌｓｏ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ Ｐ ｉｓ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａｌｇａｅ ｇｍｗ【ｈ ｉｎ Ｄｏｎｇｈｕ Ｌａｋｅ． Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ， ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅ ｈａｓ ａｎ ｉｍｐｏｎａｎｔ ｅｆｋｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ； ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ａｎｄ ｐＨ ｈａｓ １ｅｓｓ ｉｍｐａｅｔ ｏｎ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｄｏｎｇｈｕ Ｌａｋｅ； Ｓｅｄｉｍｅｎｔ； Ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ； Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ．
通讯作者：张维昊，男，教授，博士生导师，Ｅ—ｍ珂：ｚｈａ“ｇｗｈ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
影响，所以对城市湖泊的研究越来越多。 武汉东湖是我国最大的城市湖泊之一，面积３３
ｋｍ２．容积１．２４亿ｍ３，平均深度２．４８ ｍ，最大深度 ４．６６ ｍ，岸线全长１１．５ ｋｍ。庙湖是东湖的９个子湖 之一。它位于东湖南部。南端紧邻珞喻路，面积１．８ ｋｍ２，现分为官桥湖和小庙湖２部分。虽然进行了沿 岸截污及修复工程，但是庙湖水质仍然为劣Ｖ类［１］。 因此，本文选择庙湖水域为研究水体。
（ＧＢ ６９２０—８６）玻璃电极法 丙酮抽提法
１．３．３数据统计方法 利用ＳＰＳＳ ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗｓ １３．０计算统计数据的
相关系数，分析庙湖地区Ｃｈｌ ａ及环境因子对氮磷 营养盐释放和高锰酸盐指数（ＣＯＤ地）的相关性，并 对其结果进行分析。
２结果与讨论
２．１ 上覆水中营养物质与Ｃｈｌ ａ的相关分析 Ｃｈｌ ａ是大多数浮游植物的主要光合色素，所以
万方数据
８
环绣 群技
２０１２年８月
的响应，也可以提供水体状况评价的基础。本研究以 ＣｈＩ ａ为基础数据，进而分析Ｎ，Ｐ及ＣＯＤＭ。与叶绿 素的相关关系，具体相关分析表格见表３。
表３上覆水中各种物质与ＣｈＩａ的Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数
ＴＮ
氨氮 硝酸盐氮
ｒｈｌ ａ一０ ６１２—０ ６Ｓｎ
ｎ１６Ｒ
亚硝酸盐氮ＴＰ
１材料与方法
１．１ 样品采集 ２０１１年７月１９号于庙湖湖心采样，用ＧＰＳ定
位（Ｎ ３０。３１．８３４’，Ｅ １１４０２２．７５１ ７）。现场用塑料壶采 集湖水，之后又用底泥采样实验一体化装置（痧１１５ ｍｍ）采集底泥，共采集了１０份底泥，把采集好的水 样和泥样带回实验室。把实验一体化装置中上覆水 的温度、Ｄ０及ｐＨ值调到所需要的水平，放到微机 生化培养箱中培养，并将所采水样放到冰箱中保存。 之后每天取水样测定上覆水中的指标，取水之后再 用湖水添加水到统一高度，同时把温度、Ｄ０和ｐＨ 值控制到所需水平。 １．２ 实验设备
当外源污染通过截污的方式控制后，城市湖泊 底泥释放产生的内源污染仍然可能造成水体的严重 富营养化，沉积物中的营养盐将成为湖泊富营养化
万方数据
第２５卷第４期
沙茜等沉积物中营养物质释放的相关分析研究
７
的主导因子［２］．大多数城市湖泊是浅水湖泊，底泥的 扰动及交换非常强烈．导致底泥与上覆水之间营养 物质的迁移转化更加频繁，并且沉积物一水界面的迁 移转化受到许多环境因子的影响。庙湖底泥污染严 重．Ｎ．Ｐ沉积量大，故本文选择研究庙湖地区环境因 子和叶绿素ａ（Ｃｈｌ ａ）与内源污染Ｎ，Ｐ的相关关系， 可以对城市湖泊的底泥治理提供科学的依据。
Ｏ 引言
城市湖泊是指位于大中城市城区或近郊的湖 泊，近年来由于城市湖泊的富营养化越来越严重，再 加上城市湖泊对人们的生活及饮用水都造成极大的
收稿日期：２叭２—０５—１７ 基金项目：武汉市科技局“城市湖泊底泥污染物释放对水体修复影响
研究及示范”：武汉大学长江中游地区水环境研究与数据共 享平台． 作者简介：沙 茜（１９６８一），女，江苏南京人，硕士，高级工程师，目前主 要从事环境保护工作．
ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｐ０１１ｕｔａｎｔｓ ｉｎ Ｄｏｎｇｈｕ Ｌａｋｅ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ｗｅｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｕｓｉｎｇ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏＩＴｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈｌｏｍｐｈｙｌｌ—ａ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ，ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ～ａ ａｎｄ ＴＰ，Ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｍｓ ａｒｅ
虽然Ｎ．Ｐ并不是藻类生长所需要的唯一营养 元素，但是它们是导致湖泊发生富营养化的２种主 要营养元素，目前到底Ｐ是限制性元素还是Ｎ是限 制性元素还是Ｎ，Ｐ共同作用等众说纷纭，在北欧开
展的２６４次试验发现，水体Ｐ为唯一主导因子的占 ８０％。Ｎ为主导因子的占１ｌ％，其余９％为Ｎ，Ｐ共同
作用［１０】。对于庙湖地区来说，通过对检测数据的分 析显示，东湖的ｐ（ＴＮ）／ｐ（ＴＰ）都大于８，根据Ｒｅｄｆｉｅｌｄ 的假设，一个典型藻类的分子式应为（ＣＨ２０）１０６（ＮＨ３） １６（Ｈ，Ｐ０４），也就是说，临界的ｍ（Ｎ）：ｍｆＰ）为７．２：ｌ『ｎ］。 当比值大于７．２时，理论上认为Ｐ是植物生长的限 制性因素，当比值小于７．２时．理论上认为Ｎ是植 物生长的限制性因素。由于观测数据表明东湖的ｐ （ＴＮ）／ｐ（ＴＰ）比都大于８，所以Ｐ是东湖藻类植物生 长的限制性因素。本研究虽然是模拟实验。但是跟 ＸＩＥ等【１２］的研究结果相一致，ｘＩＥ等通过对武汉东 湖过去半个世纪中Ｐ（水柱和底泥）和浮游藻类长期 变化资料的分析。认为Ｐ的内源负荷与藻类水华消 长密切相关。所以从外部截污来说，严格控制Ｐ营 养盐的输入对于东湖的治理特别重要。 ２．２上覆水中营养物质与环境因子的相关分析
升高对Ｃｈｌ ａ有一定的抑制的作用：同时发现Ｐ是该湖藻类植物生长的限制性因素。通过环境因子与上覆水中营养
物质的相关分析发现：温度对于营养元素的释放有重要的影响，并且随着温度的升高，Ｎ，Ｐ营养盐的释放速率加快；
而Ｄ０和ＤＨ值对营养元素释放的影响较小。
关键词： 东湖：沉积物；上覆水：相关分析
中图分类号：Ｘ７
图１ 实验一体化装置
１．３研冤方法 １．３．１ 实验方法一正交实验设计
影响底泥释放的因素很多【４］，本研究选取温度， Ｄ０，ｐＨ值作为扰动因子，通过对照实验考查环境因 子对沉积物再悬浮及污染物释放过程的影响；同时 检测上覆水中Ｎ，Ｐ含量和有机质的含量与特性，确 定不同环境因子对沉积物中Ｎ，Ｐ向上覆水输移过 程的影响。