环境地球化学国家重点实验室知识库

氮和磷是造成湖泊富营养化的关键性因子，当外源污染逐步得到控制，沉积物内源营养物质的释放使水体中N、P浓度居高不下，对水生植物的生长具有重要的意义。科学评价沉积物中氮、磷的释放潜力与生物有效性，有助于了解内源氮、磷对湖泊富营养化水平的贡献。化学提取法具有操作简便、适应大批量样品快速测定的显著特点，已被广泛应用于湖泊沉积物中氮和磷的生物有效性研究。近几十年来，随着流域工农业生产的迅速发展及城市化进程的加快，湖泊中N、P等营养负荷日益增加，云贵高原湖泊—红枫湖、滇池水质急剧恶化，蓝藻水华频繁暴发，严重威胁到流域内居民人体的健康和社会经济可持续发展。 因此，本文选择云贵高原湖泊—红枫湖、滇池为研究对象。对红枫湖沉积中的磷形态及其生物有效性进行评价并结合粒度分布进行讨论，同时对滇池沉积物中的生物有效性氮和磷同步进行研究并探讨二者的相互关系。 1、红枫湖沉积物磷形态及其生物有效性研究 （1）、红枫湖沉积物中TP含量的空间分布与外源磷的输入相吻合。沉积物样品中6种形态磷平均含量及所占比例依次为NaOH-rP (43.8%) > Residual-P (35.3%) > NaOH-NRP (7.8%) > HCl-P (7.2%) > BD-P (5.0%) >NH4Cl-P (0.8%)。各形态磷的空间分布变化有差异。NH4Cl-P易受水—沉积物界面扰动的影响而表现为桃花源河入口(HF-3)沉积物中含量极低，猫跳河入口(HF-1)却很高。BD-P受氧化还原电位影响，HF-1易释放，而HF-3倾向于沉积，二者之间的含量差异显著减小。羊昌河输入的大量磷表现在金属(水合)氧化物结合态磷(NaOH-rP)含量较高。钙结合态磷(HCl-P)也可能是生物潜在有效性磷的一部分。另外，NaOH-NRP、Residual-P空间分布差异最不显著。 （2）、红枫湖沉积物中不同形态的BAP含量比较为：RDP < WSP < Olsen-P < AAP，占TP的比例分别为：0.01%-0.29% ，0.05%-1.40%，0.70%-10.58%及3.24%-41.32%。与TP相比，BAPs含量空间分布差异更为显著，均表现为20cm内迅速降低。通过分析认为Olsen-P能较好地评价红枫湖沉积物生物有效性磷释放的潜力。 （3）、深水湖泊与浅水湖泊磷形态及其生物有效性存在差异。深水湖泊中磷的释放是相对静态的过程，但在污染严重及水体理化环境季节性变化等会强烈释放；浅水湖泊水—沉积物界面的光线充足，水动力、水生生物等扰动频繁，复氧快等特点而使磷的循环速度加快，因而沉积物磷的生物有效性及对上覆水体的营养水平影响较大。 （4）、通过TP、磷赋存形态及BAP含量的相关性分析表明，各形态BAP与TP显著相关，但BAP能更好地反映内源磷的释放潜力；NH4Cl-P是RDP的最主要来源，而WSP主要来源除了NH4Cl-P外，还包括BD-P；BD-P、NaOH-rP、HCl-P均是Olsen-P、AAP的重要来源。 （5）、湖心区域沉积物与各入湖河口相比，具有较小的粒径，进一步分析与上覆水关系最密切的表层(0-5cm)沉积物粒度与TP、各形态磷及BAP关系，表明其中细组分(<0.002mm)对它们含量的影响较大。沉积物中的TP、NH4Cl-P、BD-P、NaOH-rP、HCl-P、Residual-P与细组分都具有较好的正相关关系。对于不同形态BAP而言，细组分与RDP、WSP成负相关性；相反地，与Olsen-P、AAP成正相关性。从长期考虑，细组分沉积物积累的生物有效性磷的释放可能会对湖泊营养水平造成重要的影响。 2、滇池沉积物中生物有效性氮、磷的分布及其相互关系 （1）、滇池沉积物中TN含量高于TP含量，除了昆阳(KY)采样点位因磷矿开采而TP含量显著高于TN含量。滇池沉积物中4种不同形态的生物有效性氮含量依次为SOEF-N(633.5~988.4 mg/kg）> IEF-N (102.1~212.5 mg/kg）> SAEF-N(58.3~109.0 mg/kg）≈WAEF-N (59.2~113.1 mg/kg）。海埂沉积物各形态生物有效性氮的含量均最高，滇池中部采样点各形态生物有效性氮的含量较低。IEF-N的释放可能对上覆水体的氮水平造成重要影响；因滇池的地质背景，其沉积物中的WAEF-N要高于太湖、月湖等；蓝藻的频繁暴发可能导致SAEF-N的强烈释放；另外，海埂沉积物中SOEF-N含量最高与其水华严重程度有关。 （2）、与生物有效性氮相比，滇池沉积物各形态生物有效性磷含量及其占TP含量的比例有所不同，各形态磷的含量大小依次为SAEF-P(474.7~919.4 mg/kg )> SOEF-P(170.1~286.5 mg/kg) > WAEF-P(3.8~20.3 mg/kg) > IEF-P(0.5~1.1 mg/kg)。其中，昆阳因磷矿开采导致磷污染严重，IEF-P最高，其次才为海埂；但海埂较高的pH，有利于碳酸盐吸附磷共沉淀而具有较高的WAEF-P；氧化还原电位影响Fe(Ⅱ)/Mn(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)/Mn(Ⅳ)转换，滇池中部水—沉积物界面复氧快而SAEP-P沉积。与此相反，海埂(HG)等沉积物中的SAEF-P释放强烈。 （3）、沉积物TN、生物有效性氮与TP、生物有效性磷成正相关性，氮、磷在水—沉积物中迁移趋势可能具有一致性。特别是IEF-N与IEF-P显著相关，进一步分析表明，其中的离子交换态NH4+与PO43-吸附和释放可能是密切相关的过程。同种形态的N、P比值差异很大，分析表明沉积物中生物有效性氮和磷形态的差异影响着氮、磷矿化和释放的速率。