泥沙对营养物质吸附与释放研究进展分析
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孙 胜 龙 等 对 ［19］ 长 春 南 湖 底 泥 的 研 究 表 明 ，冬 季 冰 封 期 间 水 温 较 低 ，TN量 相 对 较 低 ，不 易 交 换 ，沉 于 湖 底 ；当 冰 封 融 化 后 水 温 升 高 ，湖 水 对 流 ，底 泥 中 的N释 放 ，使 水 体 中TN上 升 幅 度较大，更易造成水体富营养化。 但随着温度的上升，模拟水 体 的TN的 变 化 不 特 别 明 显 ， 表 明 温 度 对 N的 影 响 相 对 小 一 些 。 这是因为温度升高，在加大了细菌活性的同时，也促进了氨氮 向空气的释放，从而改变了整个系统的平衡。 3.1.2 水体的pH对水体沉积物中N释放的影响
泥沙与水体水质的关系作了概述，重点对影响营养性污染物释放与吸附的因子作了分析，并对泥沙对营养性污染物吸附与释放存
在的问题发表了一些见解。
关键词：泥沙；富营养化；吸附；释放
中 图 分 类 号 ：X143，TV141
文 献 标 识 码 ：A
文 献 编 号 ：1672-9900（2008）05-0049-04
pH是水 体 的 关 键 因 子 ，研 究 表 明 ，pH在3～6范 围 内 时 ，TN 无明显变化。 随 着pH值 增 大 ，水 体 中 的TN随 之 增 加 ，说 明pH 上升有助于N的 释 放 ，对 水 体 不 利 。 ［18］ 就 水 体 而 言 ，保 持 水 体 中性有利于水体的稳定。 3.1.3 水体扰动对水体沉积物中N释放的影响
时，厌氧状况时底泥释放P，好氧状况时吸收P。
3 影响泥沙对N、P吸附及释放的因素
水体沉积物中营养盐释放是一个物理、 化学和生物综合 作用的过程。营养盐的积累输送和释放遵循一定的规律。从河 床派生物中被释放出来的营养盐首选进入派生物的孔隙水 中，然后逐渐扩散至派生物与水的交界面，进而向水体其他部 分扩散混合。 河床积泥孔隙水的成分与河水流量有关，当河水 流量比较高时，孔隙水交换速度快，孔隙水中各种物质的浓度 与其他季节相比较低。
3.1 水体泥沙中N释放的影响因素
N在沉积物—水界面发生着剧wk.baidu.com的生物化学作用， 对沉 积物和水体有重要的影响 。 ［15～16］ N的释 放主要与沉积物表面的 生物降解程度（即沉积物中氮化合物的氧化分解的程度）相
关。 通常认为N元素在泥—水界面之间的转换是以不同氮化 合物形态的形式进行的 ， ［17］ 即底泥对于不同的氮化合物形态 ， 其释放量不同。 底泥的释放也受到各种环境因子的影响，主要 包括水中的溶解氧、温度、pH、水 体 的 扰 动 （即 水 动 力 条 件 ）及 微 牛 物 等 。 ［18］ 3.1.1 水体温度对水体沉积物中N释放的影响
2 底泥富营养物质释放特征及发生条件
对于大多数外源磷得到控制的水体来说， 底泥磷的释放
对长期维持藻类生长， 促使富营养化的发生具有举足轻重的
作用。 湖泊底部存在的活性有机碎屑层，在细菌等微生物的作
3-
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用下，释放出较高的 PO4 ，从而驱使 PO4 向沉积物中扩散迁移 ，
3-
在表层沉积物间隙水中形成高于湖水的 PO4 浓度， 好氧分解
Abstract: The distribution of sediment in water is very broad， it has a strong sense of surface physical， chemical and biological functions on the nutritional pollutants entering the water environment， and it is the main carrier relocating the pollutants. The role of sediment and pollutants to water body will have an impact on the ecological environment. Based on the latest developments at home and abroad， this article overviews the forms of sediment and nutritional pollutants and the relationship of sediment and water quality， and gives an important analysis of factors that influents sediment adsorpting and releasing the nutritional pollutants， also shows some opinions for the existing problems. Key words: sediment； eutrophication； adsorption； release
在 我 国 大 于1km2的2300多 个 天 然 湖 泊 中 ，24%介 于 富 营 养 化 与 高 度 富 营 养 化 之 间 ，32%介 于 中 营 养 化 与 富 营 养 化 之 间。 从世界范围来说，30%～40%的湖库遭受不同程度的影响。 产生富营养化的过量营养物将导致一系列问题， 如分泌毒素 藻华的产生、氧的减少、鱼的死亡、生物多样性的丧失、水生植 物床和珊瑚礁的失去， 此外营养物的富集使水生生态系统严 重退化，以饮用、工业和农业生产、娱乐等为目的的水的使用 也受到损害。 因此，研究水体中泥沙与营养物质的迁移转化规 律 具 有 十 分 重 要 的 意 义 ［1］。
水体沉积物中的氮一般可分为有机态氮和无机态氮，以 前者为主。 有机态氮可分为半分解的有机质、微生物躯体和腐 殖质，其中以腐殖质为主。 有机形态的氮大部分经过土壤微生 物的转化作用， 变成无机形态的氮， 才能为水生生物吸收利
+
用。 有机态氮的转化作用随季节而变化。 无机态氮主要是 NH4 -N和
-
NO3 -N，还有一部分氮固定在矿物晶格内，称为固定态氮。 这
养物质的释放是导致水体富营养化的一个重要因子。 种种现象 表明，泥沙对河湖的营养性污染物的浓度具有很大的影响。
1.2 水体沉积物中的N、P及其形态转化
水体沉积物也称底质或底泥， 是水体营养物质的主要宿 体。 来自各种途径的营养物质，即各种自然过程和人类经济活 动下的产物，尤其是城市水体沉积物，经过一系列物理、化学 及生物作用，其中一部分沉积于水体底部，日积月累形成水体 营养盐的内负荷。 1.2.1 水体沉积物中的N及其形态转化
的结果，导致氧化还原电位的降低，被铁氢氧化物结合的P也
被释放出来。 动物和风浪的扰动、湖水垂直分层产生的对流运
动等，都极大地促进了底泥间隙水中P的释放与扩散。 一般说
来， 当下层水以正磷酸盐形式存在的P的浓度很高且达到 1～
2mg/L时 ，无 论 厌 氧 还 是 好 氧 环 境 ，底 泥 都 将 吸 收 P，低 于 l.0mg/L
张 丽 萍 等 ［20］ 在 对 近 春 湖 进 行 的 实 验 室 研 究 中 发 现 ，扰 动 底 泥 可 以 显 著 增 大 底 泥 的 N释 放 速 率 ，N的 释 放 受 有 机 氮 的 氨 化、氨氮的硝化、硝酸盐氮的反硝化及氨氮被微生物吸收转化 为有机氮等的影响。 3.1.4 水体中溶解氧对水体沉积物中N释放的影响
Analysis on releasing and adsorption to the nutrients by sediment
HUANG Min，ZHOU Fu-chun
（School of River and Ocean Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074, China）
一些学者对P的生物有效性做了大量的研究［8～11］。 Ruban［12］对 泥水界面磷释放的研究结果表明， 不是所有形态的P都释放， 约 80% 是 活 性 的 ， 其 中 大 部 分 以 Fe 结 合 形 态 存 在 ，Ca 结 合 形 态 的P不到20%。 20世纪30年代以前，沉积物中的P粗略分为无机 磷和有机磷。 30年代以后，海洋地球化学家逐渐摸索出以连续 提取的方法来研究底泥中P的来源及其形态。 近年来，人们越 来越重视对磷形态方面的研究， 以寻求对水体富营养化最具 直接影响的P形态。 许多学者把底泥中的P分为无机态磷和有 机态磷。
水体沉积物中N的释放受上覆水中溶解氧的量的影响很 大。 彭进平 等 ［21］ 在对星湖沉积物特性的研究中发现，星湖沉积 物中的TN含量基本上随湖 水 交 换 和 季 节 变 化 而 变 化 ，与 交 换 量和湖泊水位有着简单的反比关系。 沉积物营养物的释放受 环境因子影响，其中溶解氧对N有较大的影响，提高水体的溶 解氧有助于水体 中N的 减 少 。 李 文 红 等 ［22］ 对 杭 州 市 新 开 河 的 研 究 进 一 步 表 明 ，无 论 溶 解 氧 水 平 如 何 ，底 泥 中 的TN都 会 向 上覆水体进行释放， 但不同氮化合物形态在不同溶解氧水平 下呈现出不同的变化规律 。 ［22］
〔收 稿 日 期 〕2008—05—12 〔基 金 项目〕水 利 水 运 工 程 重 庆 市 重 点 实 验 室 资 助 （SLK2006B02） 〔作 者 简 介 〕黄 敏 （1982-），女 （汉 族 ），江 苏 人 ，研 究 生 ，主 要 从 事 水 力 学 与 水 环 境 保 护 研 究 工 作 ，（Tel ）13012333293。
N是生物生长所必需的元素， 是生命有机体中蛋白质、 DNA、RNA等重要组分中必不可少的一种元 素，总重量占生物 重量的10%左右。 同时，N也是导致水体富营养化的罪魁祸首 之一。 大量含N的工农业废水、生活污水排入河流湖泊，使水 体中的N浓度超标，导致水体高等植物衰退，浮游植物大量繁 殖，造成水体严重缺氧，水生生态系统遭到破坏。
无 机 态 磷 又 分 为 钙 磷 （Ca-P）、铁 磷 （Fe-P）、铝 磷 （Al-P）、 闭 蓄 态 磷 （O-P） 、 还 原 态 磷 （res-P） 、 残 渣 态 磷 （ 残 -P）［13］。
对于有机态磷，其研究进展不大，形态上一般不细分，主 要以核酸、核素及磷脂等为主。 有机磷一般只作为一个P的整 理考虑， 可以通过有机质的硫化分解释放出溶解性的磷酸盐 而转化为生物可利用的 。 ［14］ 国外也有研究者把底泥中的磷分 为不稳态磷（如可交换态磷包括可吸附态磷、易溶解态磷及易 水解态磷；易被微生物利用态磷），难溶态磷（指在几十甚至几 百年的短期内不会被岩化的磷）。
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２００8 年第 5 期
水科学与工程技术
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水环境
泥沙对营养物质吸附与释放研究进展分析
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黄 敏，周富春
（重庆交通大学 河海学院， 重庆 400074）
摘 要：水体中的泥沙分布非常广泛，它对进入水环境系统的营养性污染物具有强烈的表面物理、化学和生物等作用，是污染物迁
移、转化的主要载体。 污染物与泥沙的作用对水体生态环境会产生影响。 结合国内外研究最新动态，对泥沙及营养性污染物的形态、
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黄 敏，周富春：泥沙水对科营学养与物工质程吸技附术与释放研究进展分析
２００8 年第 5 期
种 固 定 态 氮 一 般 不 能 为 水 或 盐 溶 液 提 取 ［7］。 1.2.2 水体沉积物中的P及其形态转化
P是浮游生物的主要营养元素， 在生物活动中有重要作 用，是生产力的主要限制因素之一。 水体中P的浓度直接影响 水 质 ，P的 浓 度 称 为 研 究 富 营 养 化 时 考 虑 的 焦 点 问 题 。
1 泥沙对N、P的吸附与释放研究现状
1.1 泥沙与水体水质的关系
进入天然水体的大部分营养污染物会被水中的悬浮泥沙 吸附并随同泥沙颗粒一起运动或沉积在河湖底部，形成具有一 定厚度的营养性污染物的沉积物层 ，起到 污 染 “汇 ”的 作 用 ［2］。 同时，当底泥中N和P向水体释放达到某个营养水平时，又会 造成二次富营养污染。 泥沙对水体富营养化的影响很早就引 起 人 们 的 注 意 。 如Nuernberg［3］和Peter［4］（1984）在 调 查 的23个 分层湖中发现，厌氧均温层释放的内源磷占输入磷 的29%，有 时 甚 至 高 达90%。 Carpenter和Capone［5］（1983）、Pomeroyetal［6］ （1965）指出，底泥营养物质的释放使上覆水中营养物质的浓度 维持在以满足大量藻类生长需要的高水平。 由此可见，底泥营
泥沙与水体水质的关系作了概述，重点对影响营养性污染物释放与吸附的因子作了分析，并对泥沙对营养性污染物吸附与释放存
在的问题发表了一些见解。
关键词：泥沙；富营养化；吸附；释放
中 图 分 类 号 ：X143，TV141
文 献 标 识 码 ：A
文 献 编 号 ：1672-9900（2008）05-0049-04
pH是水 体 的 关 键 因 子 ，研 究 表 明 ，pH在3～6范 围 内 时 ，TN 无明显变化。 随 着pH值 增 大 ，水 体 中 的TN随 之 增 加 ，说 明pH 上升有助于N的 释 放 ，对 水 体 不 利 。 ［18］ 就 水 体 而 言 ，保 持 水 体 中性有利于水体的稳定。 3.1.3 水体扰动对水体沉积物中N释放的影响
时，厌氧状况时底泥释放P，好氧状况时吸收P。
3 影响泥沙对N、P吸附及释放的因素
水体沉积物中营养盐释放是一个物理、 化学和生物综合 作用的过程。营养盐的积累输送和释放遵循一定的规律。从河 床派生物中被释放出来的营养盐首选进入派生物的孔隙水 中，然后逐渐扩散至派生物与水的交界面，进而向水体其他部 分扩散混合。 河床积泥孔隙水的成分与河水流量有关，当河水 流量比较高时，孔隙水交换速度快，孔隙水中各种物质的浓度 与其他季节相比较低。
3.1 水体泥沙中N释放的影响因素
N在沉积物—水界面发生着剧wk.baidu.com的生物化学作用， 对沉 积物和水体有重要的影响 。 ［15～16］ N的释 放主要与沉积物表面的 生物降解程度（即沉积物中氮化合物的氧化分解的程度）相
关。 通常认为N元素在泥—水界面之间的转换是以不同氮化 合物形态的形式进行的 ， ［17］ 即底泥对于不同的氮化合物形态 ， 其释放量不同。 底泥的释放也受到各种环境因子的影响，主要 包括水中的溶解氧、温度、pH、水 体 的 扰 动 （即 水 动 力 条 件 ）及 微 牛 物 等 。 ［18］ 3.1.1 水体温度对水体沉积物中N释放的影响
2 底泥富营养物质释放特征及发生条件
对于大多数外源磷得到控制的水体来说， 底泥磷的释放
对长期维持藻类生长， 促使富营养化的发生具有举足轻重的
作用。 湖泊底部存在的活性有机碎屑层，在细菌等微生物的作
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用下，释放出较高的 PO4 ，从而驱使 PO4 向沉积物中扩散迁移 ，
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在表层沉积物间隙水中形成高于湖水的 PO4 浓度， 好氧分解
Abstract: The distribution of sediment in water is very broad， it has a strong sense of surface physical， chemical and biological functions on the nutritional pollutants entering the water environment， and it is the main carrier relocating the pollutants. The role of sediment and pollutants to water body will have an impact on the ecological environment. Based on the latest developments at home and abroad， this article overviews the forms of sediment and nutritional pollutants and the relationship of sediment and water quality， and gives an important analysis of factors that influents sediment adsorpting and releasing the nutritional pollutants， also shows some opinions for the existing problems. Key words: sediment； eutrophication； adsorption； release
在 我 国 大 于1km2的2300多 个 天 然 湖 泊 中 ，24%介 于 富 营 养 化 与 高 度 富 营 养 化 之 间 ，32%介 于 中 营 养 化 与 富 营 养 化 之 间。 从世界范围来说，30%～40%的湖库遭受不同程度的影响。 产生富营养化的过量营养物将导致一系列问题， 如分泌毒素 藻华的产生、氧的减少、鱼的死亡、生物多样性的丧失、水生植 物床和珊瑚礁的失去， 此外营养物的富集使水生生态系统严 重退化，以饮用、工业和农业生产、娱乐等为目的的水的使用 也受到损害。 因此，研究水体中泥沙与营养物质的迁移转化规 律 具 有 十 分 重 要 的 意 义 ［1］。
水体沉积物中的氮一般可分为有机态氮和无机态氮，以 前者为主。 有机态氮可分为半分解的有机质、微生物躯体和腐 殖质，其中以腐殖质为主。 有机形态的氮大部分经过土壤微生 物的转化作用， 变成无机形态的氮， 才能为水生生物吸收利
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用。 有机态氮的转化作用随季节而变化。 无机态氮主要是 NH4 -N和
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NO3 -N，还有一部分氮固定在矿物晶格内，称为固定态氮。 这
养物质的释放是导致水体富营养化的一个重要因子。 种种现象 表明，泥沙对河湖的营养性污染物的浓度具有很大的影响。
1.2 水体沉积物中的N、P及其形态转化
水体沉积物也称底质或底泥， 是水体营养物质的主要宿 体。 来自各种途径的营养物质，即各种自然过程和人类经济活 动下的产物，尤其是城市水体沉积物，经过一系列物理、化学 及生物作用，其中一部分沉积于水体底部，日积月累形成水体 营养盐的内负荷。 1.2.1 水体沉积物中的N及其形态转化
的结果，导致氧化还原电位的降低，被铁氢氧化物结合的P也
被释放出来。 动物和风浪的扰动、湖水垂直分层产生的对流运
动等，都极大地促进了底泥间隙水中P的释放与扩散。 一般说
来， 当下层水以正磷酸盐形式存在的P的浓度很高且达到 1～
2mg/L时 ，无 论 厌 氧 还 是 好 氧 环 境 ，底 泥 都 将 吸 收 P，低 于 l.0mg/L
张 丽 萍 等 ［20］ 在 对 近 春 湖 进 行 的 实 验 室 研 究 中 发 现 ，扰 动 底 泥 可 以 显 著 增 大 底 泥 的 N释 放 速 率 ，N的 释 放 受 有 机 氮 的 氨 化、氨氮的硝化、硝酸盐氮的反硝化及氨氮被微生物吸收转化 为有机氮等的影响。 3.1.4 水体中溶解氧对水体沉积物中N释放的影响
Analysis on releasing and adsorption to the nutrients by sediment
HUANG Min，ZHOU Fu-chun
（School of River and Ocean Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074, China）
一些学者对P的生物有效性做了大量的研究［8～11］。 Ruban［12］对 泥水界面磷释放的研究结果表明， 不是所有形态的P都释放， 约 80% 是 活 性 的 ， 其 中 大 部 分 以 Fe 结 合 形 态 存 在 ，Ca 结 合 形 态 的P不到20%。 20世纪30年代以前，沉积物中的P粗略分为无机 磷和有机磷。 30年代以后，海洋地球化学家逐渐摸索出以连续 提取的方法来研究底泥中P的来源及其形态。 近年来，人们越 来越重视对磷形态方面的研究， 以寻求对水体富营养化最具 直接影响的P形态。 许多学者把底泥中的P分为无机态磷和有 机态磷。
水体沉积物中N的释放受上覆水中溶解氧的量的影响很 大。 彭进平 等 ［21］ 在对星湖沉积物特性的研究中发现，星湖沉积 物中的TN含量基本上随湖 水 交 换 和 季 节 变 化 而 变 化 ，与 交 换 量和湖泊水位有着简单的反比关系。 沉积物营养物的释放受 环境因子影响，其中溶解氧对N有较大的影响，提高水体的溶 解氧有助于水体 中N的 减 少 。 李 文 红 等 ［22］ 对 杭 州 市 新 开 河 的 研 究 进 一 步 表 明 ，无 论 溶 解 氧 水 平 如 何 ，底 泥 中 的TN都 会 向 上覆水体进行释放， 但不同氮化合物形态在不同溶解氧水平 下呈现出不同的变化规律 。 ［22］
〔收 稿 日 期 〕2008—05—12 〔基 金 项目〕水 利 水 运 工 程 重 庆 市 重 点 实 验 室 资 助 （SLK2006B02） 〔作 者 简 介 〕黄 敏 （1982-），女 （汉 族 ），江 苏 人 ，研 究 生 ，主 要 从 事 水 力 学 与 水 环 境 保 护 研 究 工 作 ，（Tel ）13012333293。
N是生物生长所必需的元素， 是生命有机体中蛋白质、 DNA、RNA等重要组分中必不可少的一种元 素，总重量占生物 重量的10%左右。 同时，N也是导致水体富营养化的罪魁祸首 之一。 大量含N的工农业废水、生活污水排入河流湖泊，使水 体中的N浓度超标，导致水体高等植物衰退，浮游植物大量繁 殖，造成水体严重缺氧，水生生态系统遭到破坏。
无 机 态 磷 又 分 为 钙 磷 （Ca-P）、铁 磷 （Fe-P）、铝 磷 （Al-P）、 闭 蓄 态 磷 （O-P） 、 还 原 态 磷 （res-P） 、 残 渣 态 磷 （ 残 -P）［13］。
对于有机态磷，其研究进展不大，形态上一般不细分，主 要以核酸、核素及磷脂等为主。 有机磷一般只作为一个P的整 理考虑， 可以通过有机质的硫化分解释放出溶解性的磷酸盐 而转化为生物可利用的 。 ［14］ 国外也有研究者把底泥中的磷分 为不稳态磷（如可交换态磷包括可吸附态磷、易溶解态磷及易 水解态磷；易被微生物利用态磷），难溶态磷（指在几十甚至几 百年的短期内不会被岩化的磷）。
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２００8 年第 5 期
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水环境
泥沙对营养物质吸附与释放研究进展分析
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黄 敏，周富春
（重庆交通大学 河海学院， 重庆 400074）
摘 要：水体中的泥沙分布非常广泛，它对进入水环境系统的营养性污染物具有强烈的表面物理、化学和生物等作用，是污染物迁
移、转化的主要载体。 污染物与泥沙的作用对水体生态环境会产生影响。 结合国内外研究最新动态，对泥沙及营养性污染物的形态、
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黄 敏，周富春：泥沙水对科营学养与物工质程吸技附术与释放研究进展分析
２００8 年第 5 期
种 固 定 态 氮 一 般 不 能 为 水 或 盐 溶 液 提 取 ［7］。 1.2.2 水体沉积物中的P及其形态转化
P是浮游生物的主要营养元素， 在生物活动中有重要作 用，是生产力的主要限制因素之一。 水体中P的浓度直接影响 水 质 ，P的 浓 度 称 为 研 究 富 营 养 化 时 考 虑 的 焦 点 问 题 。
1 泥沙对N、P的吸附与释放研究现状
1.1 泥沙与水体水质的关系
进入天然水体的大部分营养污染物会被水中的悬浮泥沙 吸附并随同泥沙颗粒一起运动或沉积在河湖底部，形成具有一 定厚度的营养性污染物的沉积物层 ，起到 污 染 “汇 ”的 作 用 ［2］。 同时，当底泥中N和P向水体释放达到某个营养水平时，又会 造成二次富营养污染。 泥沙对水体富营养化的影响很早就引 起 人 们 的 注 意 。 如Nuernberg［3］和Peter［4］（1984）在 调 查 的23个 分层湖中发现，厌氧均温层释放的内源磷占输入磷 的29%，有 时 甚 至 高 达90%。 Carpenter和Capone［5］（1983）、Pomeroyetal［6］ （1965）指出，底泥营养物质的释放使上覆水中营养物质的浓度 维持在以满足大量藻类生长需要的高水平。 由此可见，底泥营