湖泊內(nèi)源性氮磷釋放

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1、湖泊內(nèi)源氮磷遷移釋放姓名（XXXX單位，籍貫郵編）摘要湖泊的內(nèi)源氮磷污染已成為湖泊富營養(yǎng)化治理的一大難題。本文總結(jié)了沉積物—水界面氮磷遷移釋放行為，提出了目前研究存在的問題，并對未來發(fā)展趨勢和研究方向進(jìn)行了展望，以期為湖泊內(nèi)源氮磷污染機(jī)理分析和湖泊富營養(yǎng)化治理控制技術(shù)提供參考。關(guān)鍵詞富營養(yǎng)化內(nèi)源氮磷遷移釋放前言大量湖泊的水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為全世界面臨的一個重大環(huán)境問題。富營養(yǎng)化一詞原用于描述植物營養(yǎng)物濃度增加對水生態(tài)系統(tǒng)的生物學(xué)效應(yīng)，但富營養(yǎng)化很難嚴(yán)格定義，因為任何一個水體的營養(yǎng)性質(zhì)描述常常是相對于以前的情況，而且每個水體對營養(yǎng)鹽相應(yīng)存在差異。湖泊富

2、營養(yǎng)化的特征性表現(xiàn)即藻類水華現(xiàn)象。藻類水華暴發(fā)會導(dǎo)致水體缺氧、魚類死亡、產(chǎn)生異味及藻毒素釋放等，給湖區(qū)人民的正常生產(chǎn)和生活產(chǎn)生嚴(yán)重影響[1]。據(jù)調(diào)查顯示，全球范圍內(nèi)有40%左右的湖泊和水庫遭受不同程度的富營養(yǎng)化；而我國，到20世紀(jì)90年代中后期，富營養(yǎng)化湖泊已占被調(diào)查湖泊的77%[2]。由此可見，我國已成為世界上湖泊富營養(yǎng)化范圍及程度最嚴(yán)重、面臨問題最嚴(yán)峻的國家之一。有關(guān)分析研究表明，氮和磷是限制水生植物生產(chǎn)量最主要的營養(yǎng)元素。水體中氮磷濃度過高，導(dǎo)致湖泊由大型水生植物為主的清潔型—草型穩(wěn)態(tài)退化為浮游植物為主的渾濁型—藻類穩(wěn)態(tài)，使得藻類水華頻發(fā)[3]

3、。因此，氮磷在湖泊中水體及沉積物中遷移釋放行為，對湖泊富營養(yǎng)化起著決定性的作用。伴隨著相關(guān)法律法規(guī)的出臺及截污工程等措施的實施，外源性污染物已經(jīng)相對有所控制[4]，因此對內(nèi)源氮磷遷移釋放行為及其影響因素的分析研究顯得格外重要。水體中氮磷含量的測定，是了解湖泊水質(zhì)情況的基本方法，故也有了許多對測定方法的研究。本文總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者在內(nèi)源氮磷遷移釋放行為和測定方法的研究，以期為湖泊富營養(yǎng)化機(jī)理及其控制技術(shù)等方面的研究提供借鑒。1沉積物—水界面氮磷遷移釋放研究各種來源的營養(yǎng)鹽進(jìn)入湖泊，經(jīng)過一系列物理、化學(xué)及生物化學(xué)作用，其中一部分或大部分逐漸沉積湖底，當(dāng)湖泊外

4、部環(huán)境條件發(fā)生變化，沉積物中的營養(yǎng)鹽又釋放出來進(jìn)入水體中，并延續(xù)湖泊的富營養(yǎng)化[5]。沉積物—水界面的氮磷遷移擴(kuò)散不僅受沉積物對營養(yǎng)鹽的吸附解吸的影響，還與各種理化參數(shù)有關(guān)。因此研究沉積物—水界面的氮磷遷移釋放行為，對預(yù)測水體富營養(yǎng)化以及治理都有著重要意義。1.1沉積物—水界面氮釋放行為及其影響因素沉積物—水界面的氮釋放行為研究集中在對NH4+—N、NO3——N、NO2——N等形態(tài)氮的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移通量的研究，氮擴(kuò)散通量即是指氮的輸入通量與輸出通量之間的差值。計算沉積物—水界面的氮擴(kuò)散通量，需要研究其主要界面的擴(kuò)散過程。宋金明[6]等指出，沉積物—水界面上

5、存在固體顆粒的沉積和水相間顆粒孔隙的侵入，這一平流過程與界面上下濃度梯度引起的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移過程是化學(xué)物質(zhì)通過沉積物—水界面質(zhì)量轉(zhuǎn)移的兩個主要過程。而這與Blackburn等認(rèn)為水體中氮磷含量的急劇增加是由間隙水與上覆水之間的交換引起的這一結(jié)果相似[7]。硝化和反硝化作用是沉積物—水界面氮遷移釋放的主要機(jī)制。沉積物中的有機(jī)氮礦化生成NO3—、NH4+等無機(jī)態(tài)氮擴(kuò)散進(jìn)入上覆水體，增加水體中氮含量；同時，上覆水體中的NO3—也可擴(kuò)散至沉積物厭氧層，在反硝化細(xì)菌的作用下，被還原為N2和N2O等氣體形態(tài)，并逸散至大氣層中，降低水體中的氮含量[8]。因此，目前的有些

6、研究針對沉積物—水界面的反硝化速率進(jìn)行。關(guān)于氮在沉積物—水界面上的遷移釋放影響的環(huán)境因素研究較多，主要因素有鹽度、pH、溫度和Eh、沉積物的物理化學(xué)特征（例如有機(jī)質(zhì)含量、沉積物粒度分布等）以及水力學(xué)條件等。目前對氮釋放通量的測定方法主要有柱狀芯樣模擬法、孔隙水?dāng)U散模擬法以及野外現(xiàn)場直接測定等三種常用方法[9]。1.2沉積物—水界面磷釋放行為及其影響因素沉積物磷釋放活化的過程有很多，主要有再懸浮、解吸、含磷沉淀的溶解、配位交換、礦化、磷從活細(xì)胞中的釋放和生物體分解等7個主要過程構(gòu)成。具體的擴(kuò)散傳輸則是從沉積物間隙水向上覆水體釋放，間隙水中磷與上覆水體中

7、磷的濃度梯度是磷釋放的主要動力，分子擴(kuò)散是磷釋放到水體的主要機(jī)制。大量研究表明，影響沉積物—水界面磷的遷移釋放行為的主要因素是pH、溫度、DO、Eh、有機(jī)質(zhì)、沉積物中微生物、光照等。而對于淺水湖泊，風(fēng)力導(dǎo)致的擾動則有著非常重要的作用。1.3存在問題和發(fā)展趨勢盡管目前對于沉積物—水界面的氮磷釋放問題進(jìn)行了大量的實驗室模擬，并建立了一些計算氮磷擴(kuò)散釋放通量的模型，但是少見考慮水體水力學(xué)條件，例如水體流速、湖泊地理地勢及地質(zhì)概況的釋放模型；對氮磷釋放的影響因素也做了大量研究，但多數(shù)都是單因素實驗，少見對多因素共同影響的實驗研究，而實際水體環(huán)境非常復(fù)雜，單因

8、素實驗并不能滿足預(yù)測內(nèi)源氮磷釋放狀況的要求，今后的應(yīng)加強(qiáng)這兩個方面的研究。2氮磷含量的測定方法氮、磷均是生物