扰动对东平湖表层沉积物中氮磷释放的影响

４２
第 33 卷
因此，研究湖泊表层沉积物中 N、P 等的扰动条件下的 释放行为对于湖泊水质的治理和预测具有非常重要 的指导意义。
1 材料与方法
1.1 样品采集与预处理 沉积物表面存在一个活性有机碎屑层，在其中由
于有机碎屑的分解释磷维持着很高的 PO43--P 浓度， 从而驱使 PO43--P 向沉积物中扩散迁移，在表层沉积 物间隙水中形成高于湖水的 PO43--P 浓度，这有利于 沉积物中磷的积累[9]。因此，选择沉积物顶部 5cm 厚 的淤泥作为表层沉积物样品。2009 年 3 月对东平湖实 施现场观测和样品采集，选择具有代表性的的 2 个点 沉积物样品，为确保所采集样品具有代表性，每个采 样点随机采集 3 个样品，然后混为一个样品。样品采 集后立即冷藏保存，送回实验室，置于冰柜中-20℃保 存备用。同时采集相应点的湖水 10L。 1.2 扰动试验及其样品测定
JIANG Yong-sheng1， LI Xiao-chen2， XING You-hua2， JIANG Rui-xue2
（1.Water Resource Protection Bureau of Huai River Basin of Ministry of Water Resource，Bengbu 233001，China； 2.School of Water Conservancy and Civil Engineering，Shandong Agriculture University，Tai'an 271018，China）
本研究试验所用玻璃及聚乙烯器皿均以 0.3% HCl 充分浸泡 24h 以上后，并用超纯水充分清洗 3 遍 。 所有实验试剂均为分析纯，实验用水为超纯水 （＞18MΩ）。
2 结果与讨论
2.1 扰动对pH、EC 的影响 扰动实验过程中，上覆水中的 pH 和电导率（EC）
随着扰动频率的变化见表 1 和表 2。由表 1 可以看出， 在扰动实验进行的 6 天实验的前后水体中的 pH 均出 现略有降低的现象，但是差异并不显著。对比静态和 不同的扰动频率之间，pH 也没有出现显著差异，由此 说明扰动对沉积物中的 pH 不会有明显的影响。
Abstract：Surficial sediment samples were collected from Dongping Lake to investigate the impacts of disturbance on release of nutrients elements from surficial sediments. Results showed that no significant impacts could be found for the disturbance on pH of lake water，while the soluble cations increased obviously under the disturbance. There is no significant difference could be found for disturbance intensity of 25 and 50rpm on the accumulative releasing contents and releasing velocity of total nitrogen. Under the disturbance intensity of 100rpm，the accumulative releasing contents and releasing velocity of total nitrogen increased by 5.02mg/kg and 73.5% respectively compared with those of under the static state. Under the disturbance intensity of 25rpm，50rpm and 100rpm，the accumulative releasing contents of total phosphorus increased by 0.185，0.263 and 0.320mg/kg compared to the static state. Releasing velocity of total phosphorus increased by 36.2%，41.7% and 127.6% compared to the static state，which indicated that the disturbance would enhance significantly the release of TN and TP from surficial sediments of lakes. Key words：sediments；total nitrogen；total phosphorus；release；disturbance
收稿日期：2009-09-28；修回 2010－01－27 基金项目：中国博士后科学基金（20080431214）；国家基础研究发展计划（“973”）（2008CB418203-3） 作者简介：姜永生（1963-），男，教授级高级工程师，主要从事水资源保护及管理等方面的研究，（电子信箱）jiangyongsheng_09@。
关键词：沉积物； 总氮； 总磷； 释放； 扰动 中图分类号：X524 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.08.010 文章编号：1003-6504(2010)08-0041-04
Impacts of Disturbance on Release of Total Nitrogen and Total Phosphorus from Surficial Sediments of Dongping Lake
N、P 的释放量远大于静态条件的释放量[4-7]。 东平湖是南水北调东线工程的主要调蓄湖，调水
必须首先治污，这是实施调水工程的重要前提条件。 东平湖一方面直接决定南水北调调水和清水廊道、生 态廊道建设的成败，另一方面也是山东省胶东调水工 程的渠首。即东平湖水质的状况不仅仅是一个湖泊的 水污染以及生态环境问题，更是直接关系到调水工程 受水区的水质安全问题。由于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 浮状态会强烈的影响 P 在沉积物-水界面间的再分配[8]。
7.77
48
7.71
7.65
7.69
7.61
72
7.54
7.47
7.54
7.48
96
6.95
7.05
7.03
7.04
120
6.90
7.24
7.03
6.85
144
6.92
7.05
6.96
7.17
表 2 EC 随着扰动频率的变化
Table 2 Variation of EC value with the disturbance frequency（μs/cm）
表 1 pH 随着扰动频率的变化
Table 1 Variation of pH value with the disturbance frequency
扰动时间
(h)
0
扰动频率(r/min)
25
50
100
12
7.76
7.67
7.16
7.61
24
7.59
7.58
7.57
7.47
36
7.93
7.02
7.09
摘 要：采集东平湖表层沉积物，探讨了扰动对湖泊沉积物中营养盐释放的影响。结果表明，扰动导致的沉积物再悬浮并不会明显改变 上覆水的酸碱环境，但是会促进易溶性阳离子的释放。扰动强度为 25 和 50r/min 时，沉积物中 TN 的累积释放量和释放速率均相近，没有明 显的差异。但是，当扰动强度增大到 100r/min 时，与静态释放（即扰动强度为 0r/min）相比，沉积物中 TN 的累积释放量和释放速率分别增加了 5.02mg/kg 和 73.5%；与静态释放（即扰动强度为 0r/min）相比，扰动强度为 25r/min、50r/min 和 100r/min 时，TP 的累积释放量分别增加 了 0.185、0.263 和 0.320mg/kg，释放速率也比静态条件下明显增大，分别比静态条件增加了 36.2%、41.7%和 127.6%。TN 和 TP 的释放量和释放速 率均随着扰动强度的增大而呈显著增加的趋势，这表明扰动对沉积物中的 TN 和 TP 的释放均具有较大的影响。
水样采集后离心并过 0.45μm 滤膜后，磷用钼蓝 分光光度法测定，TN 用过硫酸钾氧化法测定[10]。pH和 电导率（EC）分别用相应电极法测定。 1.3 质量控制
水样中的 TN、TP 的结果均以扰动试验中水样的 浓度与原湖水中的浓度差（增加量）表示；以每个样品 的 6 个平行样（每个沉积物样品 3 个）平均值和标准 偏作为试验结果。试验数据处理均采用 Excel 2003 和 SPSS11.0 for Windows 统计分析软件。
363.0
120
220.0
272.0
335.0
366.0
144
233.0
334.0
272.0
367.0
而扰动 6 天（144h ）后水体的电导率（EC）与最初
相比，均出现了显著升高现象，扰动 144h 后的水中电
导率与最初相比均升高了 50%左右。分析其原因在
于，本实验用水为纯水，电导率较低，沉积物中的一些
氮、磷一方面是湖泊系统中初级生产力的主要影 响因子之一，是湖泊生态系统中必不可少的营养元 素，另一方面过剩的氮、磷又会导致湖泊的富营养化， 从而使湖泊生态平衡遭到破坏[1]。对于浅水湖泊而言， 来自各种途径的 N、P 等营养物质，经过一系列物理、 化学及生物作用，其中一部分会沉积于湖泊沉积物 中；而在一定条件下，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[2-3]。因此，沉积物 是湖泊营养物质的重要蓄积库，也是湖泊内源性 P 的 主要来源。已有的研究也表明，动态条件下沉积物中
分 别 取 200.0g 沉 积 物 鲜 样 ， 平 铺 于 24 个 2000mL 烧杯中，加入 1500mL 湖水，泥水高度比约为 10： 1。为保证一定的离子强度，在实验用的湖水中分 别加入 KCl 溶液（使其为 0.02mol/L），以 1mol/L HCl 和 1mol/L NaOH 调节溶液 pH 值为 7.3，室温条件为 T=（20±2）℃。以六联搅拌仪提供扰动动力，搅拌叶片 浸没于水表面下 2cm。取样时间间隔为 0、12、24、36、 48、72、96、120、144h 。水样采集于水面下 5cm 处，每 次取样 50mL 后，再补充同样体积的湖水。扰动频率 设定为 0、25、50、100r/min，每个沉积物样品的每种扰 动频率均设置三个平行，两个沉积物样品共计 24 个。
第 33 卷 第 8 期 第 8 2期010 年 8 月
Environmental Science & Technology
Vol. 33 No.8 Aug. 2010
扰动对东平湖表层沉积物中氮磷释放的影响
姜永生 1， 李晓晨 2， 邢友华 2， 姜瑞雪 2
（1.淮河水利委员会淮河流域水资源保护局，安徽 蚌埠 233001； 2.山东农业大学水利土木工程学院，山东 泰安 271018）
扰动时间
(h)
0
扰动频率(r/min)
25
50
100
12
159.6
239.0
201.0
238.0
24
164.5
289.0
235.0
330.0
36

172.1
274.0
225.0
299.0
48
195.0
316.0
258.0
357.0
72
202.0
322.0
256.0
346.0
96
209.0
330.0
266.0
可溶性盐类浓度较高，两者之间存在明显的浓度梯
度，其中的一些 K+、Na+、Mg2+等易溶性离子释放到上
覆水中，从而使水中的电导率增加。但是，对比不同扰
动强度下电导率的增加比例可以看出，扰动强度对其
影响不显著，其原因在于这些易溶性离子的迁移主要
来由于浓度梯度产生的浓差动力，而与扰动强度没有