湖泊水-沉積物界面過程對營養(yǎng)物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的影響

1、973計劃課題 2004年度總結(jié)報告 項目名稱：湖泊富營養(yǎng)化過程與藍藻水華暴發(fā)機理研究課題名稱：湖泊水沉積物界面過程對營養(yǎng)物遷移轉(zhuǎn)化影響研究課題編號：2002CB412304課題負責人：金相燦 劉建彤課題依托單位：中國環(huán)境科學研究院 中國科學院水生生物研究所二零零四年十二月十五日本課題自2003年啟動以來，緊緊圍繞國家需求、課題任務(wù)書的任務(wù)要求和目前國際、國內(nèi)的研究進展，開展了大量的野外調(diào)查檢測、室內(nèi)分析和模擬試驗研究工作。下面從以下幾個方面，對整個第四課題在2004年度的研究工作做一概括性總結(jié)。一、年度計劃執(zhí)行情況1 年度計劃完成情況1.1課題擬完成的研究內(nèi)容和預期目標 根據(jù)課題任務(wù)書的要求

2、，本課題第二年度應完成下列研究內(nèi)容。1.1.1 掌握水體理化因素和生物因素對生源要素在水-沉積物界面形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響；1.1.2 研究富營養(yǎng)化條件下，水-沉積物界面微生態(tài)結(jié)構(gòu)的維持機理；1.1.3 確定污染湖區(qū)主要生源要素的形態(tài)與生物可利用性之間的關(guān)系；1.1.4 掌握跨介質(zhì)間營養(yǎng)物的動態(tài)賦存以及熱力學平衡與營養(yǎng)狀態(tài)的關(guān)系；1.1.5 在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表文章4篇，其中中國環(huán)境科學研究院和中科院水生生物研究所分別發(fā)表2篇。1.2 課題完成的研究內(nèi)容和目標淺水湖泊水-沉積物界面物質(zhì)交換過程及其水動力影響機制現(xiàn)場調(diào)查采樣，分析，完成冬、夏兩季樣品采集工作，進行實驗室內(nèi)外分析數(shù)據(jù)的初步整理。初步總結(jié)

3、完成沉積物-水界面氧化還原條件的控制機理研究。 湖泊營養(yǎng)物的微生態(tài)轉(zhuǎn)化及生化動力學針對長江中下游的五大淺水湖泊（滇池、洪澤湖、洞庭湖、巢湖和太湖）和兩個城市湖泊(武漢月湖和南京玄武湖) 進行現(xiàn)場調(diào)查采樣、分析，進行實驗室內(nèi)外分析數(shù)據(jù)的整理，總結(jié)長江中下游湖泊的基本理化特征和營養(yǎng)狀況；同時重點研究太湖不同富營養(yǎng)水平湖區(qū)，分春夏秋冬四季對太湖流域的梅梁湖黿頭渚、梅梁灣小丁灣、梅梁湖蠡園、貢湖、東太湖等湖區(qū)進行野外調(diào)查，分析上覆水、沉積物樣品中各種理化性質(zhì)。并從底棲動物、著生藻類和微生物三方面進行水沉積物界面的微生態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)查；開展實驗室內(nèi)的模擬研究，研究環(huán)境因子對湖泊水沉積物界面磷交換的影響。 湖

4、泊水沉積物界面地球化學過程對湖泊富營養(yǎng)化的影響水體理化因素對生源要素在水沉積物界面形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響；跨介質(zhì)間營養(yǎng)物的動態(tài)賦存以及熱力學平衡與營養(yǎng)狀態(tài)的關(guān)系；系統(tǒng)研究生源要素在淺水湖泊水沉積物界面的形態(tài)轉(zhuǎn)換機理；模擬研究確定不同形態(tài)P的存在形式對其生物有效性的影響。重污染湖區(qū)營養(yǎng)元素生物可利用性的限制因素和轉(zhuǎn)化作用模擬研究確定不同形態(tài)N、P的存在形式對其生物有效性的影響。確定污染湖區(qū)主要生源要素的形態(tài)與生物可利用性之間的關(guān)系。2、工作進展2.1淺水湖泊水-沉積物界面物質(zhì)交換過程及其水動力影響機制樣品采樣和工作量2002年10月, 2003年1月和2004年3月在太湖，巢湖和龍感湖完成了三次采樣，共

5、采集湖水樣品近100個，孔隙水樣品200多個，沉積物柱13個。采集了太湖周圍河水樣品36個，在太湖生態(tài)站還收集雨水樣品。主要完成的實驗有：N、P的形態(tài)分析，鐵錳形態(tài)分析, 溶解有機質(zhì)(TOC)及C、N的同位素分析。實驗方法根據(jù)各湖的水文特點和富營養(yǎng)化程度，分別在太湖、巢湖、龍感湖選取(T1、T2、T3、T4、T5、T6)、4(C1、C2、C3、C4)、2(L1、L2)代表性采樣點(圖1)，先后于2003年1月(枯水期)和2003年7月(豐水期)利用全球定位系統(tǒng)(GPS)分別對以上三湖表層和底層水樣進行采集，樣品滴加數(shù)滴氯化亞汞保存(4)。采集到的水樣一部分直接用于測定總磷(TP)，另一部分經(jīng)0

6、.45醋酸纖維濾膜過濾后測定可溶性反應磷(SRP)、溶解性總磷(TDP)等項目。SRP用鉬銻抗分光光度法測定，TP和TDP用過硫酸鉀消解法測定(GB 11893-89)。顆粒磷(PP)為TP和TDP的差值，溶解有機磷(DOP)為TDP和SRP的差值。利用高溫催化氧化方法分析了水中的溶解有機碳(DOC)的含量。沉積物樣品在室內(nèi)利用冷凍干燥儀干燥，干燥后的樣品利用瑪瑙研缽研細待用(粒徑<125m)。稱量1.0 g 干樣，根據(jù)SEDEX法對沉積物中不同形態(tài)的磷進行分類，連續(xù)提取并分析了沉積物中的弱吸附態(tài)磷、鐵結(jié)合態(tài)磷、自生磷灰石及殘留態(tài)磷的含量。另外，分別稱取兩份0.5 g干樣，對其中一份進行

7、灰化(灰化溫度：500；灰化時間：2小時)，然后利用酸提法(1M HCl，提取時間：16小時)分別對其中的總磷(灰化樣品，Ptot)和無機磷(未灰化樣品，Pin)進行提取和分析，最后由總磷和無機磷的差值獲得有機磷(Porg)的含量。所有樣品各形態(tài)磷含量的分析均采用比色法, 分析結(jié)果表示為干樣的磷含量(mg/g)。其它元素分析：稱取定量干樣，利用3 M HCl浸泡24小時除去無機碳，經(jīng)超純?nèi)ルx子水清洗去除鹽酸后冷凍干燥，最后利用元素分析儀分析沉積物有機碳的含量(w(Corg)/%)和有機碳氮的原子比(n(Corg)/n(Norg)，并通過計算得到有機碳磷的原子比(n(Corg)/n(Porg)。

8、另外，利用超純稀HNO3酸化(3%，V/V)CDB溶液(鐵結(jié)合態(tài)磷提取劑)，并經(jīng)原子吸收儀測定其中的鐵含量(w(FeCDB)/(mg/g)，最后計算出CDB溶液鐵磷的原子比(n(FeCDB)/n(PCDB)。重要結(jié)論(1) 不論是枯水期還是豐水期，太湖水體磷的主要組成部分都為顆粒磷；巢湖和龍感湖，枯水期，磷的主要組成部分也為顆粒磷，而豐水期卻以溶解性總磷為主?？菟谌芙庥袡C磷較高，而豐水期可溶性反應磷含量卻較高。初步研究認為：豐水期藻類爆發(fā)不僅可能促進水體中其它形態(tài)的磷向可溶性反應磷的轉(zhuǎn)化，而且還可能導致沉積物中內(nèi)源磷向上覆水體的釋放。無論是枯水期還是豐水期，表層和底層水體所測項目的變化不大，

9、受水深變化的影響較小。淺水湖泊體系的水動力條件較強，水體混合比較均勻，所以水體的各種物化參數(shù)一般變化不大?？菟冢鞑蓸狱c除太湖T6點TP以TDP為主要組成部分以外(97%)，其余各點TP都是以PP為主(25-85%)。太湖從西北東南由藻型湖泊草型湖泊過渡，同時人為污染的程度也在逐漸減小，而T1-T6正好也是從西北東南分別分布。由T1-T6太湖水體中TP的含量都是逐漸降低，這與人類活動影響的程度和太湖營養(yǎng)類型的分布一致。T6點為典型草型湖泊，也是太湖重要的淡水水源區(qū)。大型水草有利于懸浮顆粒物的沉淀和吸附，在一定程度上減少了水體懸浮顆粒物的負荷，因此，也降低了水體中PP的含量。巢湖為典型藻型

10、湖泊，水體較淺，水動力較強，湖底表層沉積物的再懸浮作用顯著，所以PP的含量較高。龍感湖雖然是典型的草型湖泊，由于受氣候因素的影響，在采樣的過程中，湖面逐漸吹起了大風，風浪的攪動作用導致了湖底表層沉積物的再懸浮，因此，由L1-L2水體PP的含量顯著升高。豐水期，太湖各點TP都以PP(55-85%)為主，T1-T6的變化趨勢與枯水期一致，而巢湖和龍感湖以TDP(35-80%)為主。由于入湖徑流的侵蝕，太湖豐水期TP和PP的含量較枯水期高，T1-T3點豐水期DTP較高，而T4-T6枯水期和豐水期相差不大，枯水期略高一點，反映了豐水期侵蝕作用的影響。巢湖和龍感湖的情況與太湖恰恰相反，這可能是與當時的氣

11、候因素有關(guān)。2003年夏季，安徽普降大雨，入湖徑流流量增大，巢湖最大水位可達7.5 m。長時間的陰雨天氣能夠?qū)е麓罅课廴疚锉涣転V侵蝕，少量營養(yǎng)物質(zhì)可能也以溶解態(tài)的形式遷移入湖，致使巢湖TP以TDP為主。另外，夏季藻類的大量繁殖生長死亡，這些有機殘體的分解可使大量有機磷釋放出來，也可導致TP以TDP為主。龍感湖較高的TDP可能就是由水生植物的降解而造成的。值得注意的是各湖DOP和SRP的變化，枯水期DOP較豐水期高出許多，而豐水期SRP也較枯水期高出許多。各湖除太湖T1-T3點豐水期DTP較枯水期高，可能是由于污染所致以外，其余各點枯水期和豐水期相差不大，由此可以排除污染因素。那么，是什么原因?qū)?/p>

12、致枯水期和豐水期各湖DOP和SRP發(fā)生如此巨大的變化呢？據(jù)周易勇、謝麗強等在武漢東湖的研究證實，在藻類繁茂時，藻類不僅可以促進其它形態(tài)的磷向可溶性反應磷的轉(zhuǎn)化，而且還可促使沉積物中磷向水體的釋放。其一，藻類的新陳代謝作用可以釋放大量的堿性磷酸酶，堿性磷酸酶可促使其它形態(tài)的磷向可溶性反應磷的轉(zhuǎn)化。其二，藻類強烈的光合作用可導致水體的pH值升高，促使金屬化合物膠體沉淀，由此被膠體所吸附的磷便被釋放出來。其三，藻類旺盛的新陳代謝作用可吸收大量的氮，相比之下磷的吸收較少，也使磷的含量相對增加。太湖、巢湖、東湖等都為長江中下游的淺水湖泊，不同的只是東湖同時還是個城市湖泊，所以東湖發(fā)生的藻類促使沉積物中磷

13、釋放以及水體中磷轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，在其它類似的湖泊中也會發(fā)生。豐水期采樣時太湖和巢湖藻類繁茂，已經(jīng)出現(xiàn)了嚴重的“水華”現(xiàn)象，那么藻類的爆發(fā)可能是水體中SRP含量增高的主要原因。同時，夏季也是藻類生物量較大的季節(jié)，可以造成大量有機質(zhì)的積累，而有機質(zhì)降解可以促使有機磷的降解釋放。另外，大量有機質(zhì)的降解可以消耗大量氧氣，促使水體由好氧轉(zhuǎn)化為厭氧，降低氧化還原電位，導致鐵結(jié)合態(tài)磷(FeP)的還原釋放。在風平浪靜的條件下，太湖全湖水沉積物界面氧化還原電位值平均為189 mV，處于弱還原狀態(tài)，而表層沉積物迅速降為-200 mV，處于強還原狀態(tài)，這些條件都有利于FeP的還原釋放。另據(jù)本次水體溶解有機碳的分析，太湖

14、全湖溶解有機碳的含量較高，變化范圍為3.877.26 mg/l，平均為4.75 mg/l，說明水體有機質(zhì)發(fā)生著比較強烈的降解作用。FeP是太湖沉積物中磷形態(tài)的主要組成部分，夏季太湖有機質(zhì)大量的積累和降解，可能會引起FeP的還原釋放，從而可能對水體的營養(yǎng)狀態(tài)有著重要的影響。而且，夏季湖水溫度升高，生物作用旺盛，底棲生物的擾動作用、微生物的新陳代謝作用以及由此產(chǎn)生氣體(CH4、H2S、NH3等)的釋放作用等都可能對沉積物中磷的內(nèi)源釋放有一定的影響。(2) 磷在沉積物早期成巖作用研究表明, 湖泊內(nèi)源自生有機質(zhì)降解時有機磷的優(yōu)先釋放。無機磷，特別是鐵結(jié)合態(tài)磷，在氧化還原條件變化的情況下，能夠通過沉積物

15、水體界面被再次釋放到水體中去，這個過程可能對湖泊的水體質(zhì)量和營養(yǎng)狀況有一定的影響。太湖五里湖表層沉積物中總磷的含量較高，變化范圍為2.054.05 mg/g，平均約為2.80 mg/g?？偭缀蜔o機磷之間存在著較好的相關(guān)關(guān)系(R=0.97)，說明沉積物中總磷的含量主要由無機磷控制。總磷和無機磷的垂直空間上變化一致，由底部向上含量先降低后逐漸升高，在9cm處升至最高4.02 mg/g，向上逐漸降低，在頂部降至最低2.72 mg/g。有機磷的含量相對較低(1030%)，由底部向上逐漸升高，中部有波動，反映了有機質(zhì)降解程度逐漸減弱的趨勢。在淺水湖泊體系中，頂部010 cm沉積物中的磷能夠參加整個湖泊的

16、新陳代謝作用，這部分沉積物中的磷可以隨時間的變化而逐漸釋放，最終導致這部分沉積物中磷的含量逐漸降低。總磷和無機磷幾乎都是在9cm處為峰值，說明這部分沉積物中的磷可能已經(jīng)有了較大的釋放。太湖水體淺，風浪大，水動力強，沉積物的再懸浮作用顯著，可以促進有機質(zhì)的降解和懸浮顆粒物的水解，而在這些過程中必然伴隨著有機磷和無機磷的釋放。雖然如此，但是9cm以上沉積物中磷的總體含量還是比9cm以下的高些，說明了磷的積累以及輸入的增大。 I無機磷的形態(tài)與垂直分布根據(jù)SEDEX法對磷形態(tài)的分類，太湖五里湖湖區(qū)沉積物的無機磷主要由弱吸附態(tài)磷、鐵結(jié)合態(tài)磷、自生磷灰石及殘留態(tài)磷等組成。弱吸附態(tài)磷(Loosely sor

17、bed or exchangeable P，Pex)主要指被沉積物中的氧化物、氫氧化物以及粘土礦物顆粒表面等吸附的磷。物化條件如溫度、pH值、水動力條件及生物擾動作用等因素，都可導致這種形態(tài)的磷向上覆水體的擴散，從而對水體的營養(yǎng)狀況有著一定的影響。有機磷的降解釋放，鐵結(jié)合態(tài)磷的還原釋放等作用，都可導致弱吸附態(tài)磷含量的增高。剖面弱吸附態(tài)磷含量較低，由底部向上逐漸升高，至4cm處升至最高(0.14 mg/g)，隨后隨著剖面含水率的增大由于孔隙水的稀釋作用而減小。自生磷灰石(Authigenic or biogenic apatite P，Paut)主要指自生成因或生物成因的自生磷灰石，以及與自生碳

18、酸鈣共同沉淀的磷。一般被看作是永久性的磷匯，但在弱酸條件下可以產(chǎn)生一定的釋放。形成自生磷灰石必須具備很高的磷酸鹽濃度，促使磷灰石晶核形成和晶體沉淀，而有機磷的降解釋放和鐵結(jié)合態(tài)磷的還原釋放等都可促使自生磷灰石的形成。剖面自生磷灰石含量較高，變化趨勢和鐵結(jié)合態(tài)磷十分相似，說明鐵結(jié)合態(tài)磷的還原釋放可能對自生磷灰石的形成具有一定的影響。殘留態(tài)磷(Detrital apatite P，Pdet)主要指外源輸入的變質(zhì)巖或火成巖巖石中的磷灰石，以及與粘土礦物結(jié)合或存在與其它礦物相中且不溶于弱酸的磷，可以反映流域侵蝕速率的大小和侵蝕程度的強弱。剖面殘留態(tài)磷含量極低且比較穩(wěn)定，由底部至頂部變化不大，反映流域的

19、侵蝕變化相對較小。鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-bound-P，F(xiàn)e-P)主要指易與鐵的氧化物或氫氧化物結(jié)合的磷，在有氧環(huán)境下被認為是一種永久性的磷匯，而在厭氧環(huán)境中被看作是一種暫時性的磷匯。剖面鐵結(jié)合態(tài)磷含量較高，是無機磷的主要組成部分(7585%)，也是總磷的主要組成部分(5575%)。鐵結(jié)合態(tài)磷與總磷和無機磷之間具有較好的相關(guān)關(guān)系(R=0.97，0.99)，變化趨勢與總磷和無機磷的變化趨勢一致。CDB溶液提取的鐵主要為鐵的氧化物和氫氧化物，可能含少量鐵的硫化物和被黏土礦物顆粒所吸附的鐵。CDB溶液中鐵的含量較高，一般都在10 mg/g附近變化，最高可達16.3 mg/g，說明CDB溶液對鐵的氧化物和

20、氫氧化物提取效率較高。在頂部1-3 cm，向上擴散的Fe()可能被氧化為Fe()而固定下來，導致頂部沉積物鐵含量的升高，往下鐵含量逐漸趨于穩(wěn)定。鐵的氧化物和氫氧化物對磷酸鹽具有較強的吸附性，對于氧化層向上擴散的磷酸鹽來說，鐵是作為一種捕獲陷阱而存在的，可以吸附并固定遷移的磷酸鹽。與結(jié)晶態(tài)鐵相比，無定形態(tài)鐵具有更大的表面面積，所以對磷具有更大的吸附能力，這可反映在鐵磷原子比的變化上。所有CDB溶液鐵磷的原子比值都較小，介于2.0-5.3之間，說明被CDB溶液提取的鐵主要是以無定形態(tài)存在的，而不是以結(jié)晶態(tài)存在的，并且鐵的氧化物和氫氧化物與磷酸鹽之間的吸附可能已經(jīng)達到了平衡狀態(tài)。鐵結(jié)合態(tài)磷為太湖五里

21、湖表層沉積物中磷存在的主要形式，如果氧化還原條件發(fā)生變化，這部分磷可能由于鐵的還原溶解而被釋放到孔隙水中，并且能夠通過擴散作用等方式經(jīng)由沉積物水體界面再次被釋放到水體中去，這個過程可能對湖泊的營養(yǎng)狀況和水體質(zhì)量有著重要的影響。II有機磷的垂直變化有機碳、有機碳氮和碳磷原子比可以用來反映沉積物中有機質(zhì)的特征，有機質(zhì)降解程度的大小以及有機磷的地球化學行為。有機碳的含量變化較小，相對比較穩(wěn)定(2.8-4.0%)。頂部至12 cm有機碳含量總體比較穩(wěn)定，中間偶有波動，可能反映了有機質(zhì)的堆積過程；12-14 cm有機碳含量迅速降低，可能反映了有機質(zhì)的迅速降解過程；14 cm至底部有機碳含量趨于穩(wěn)定，可能

22、反映了沉積環(huán)境逐漸趨于穩(wěn)定的特點。除底部個別點可能受陸地外源輸入影響較大，或是藻類降解過程中含氮蛋白質(zhì)優(yōu)先釋放氮，致使有機C/N原子比值較高以外，整個剖面有機C/N原子比值介于8.8-10.6之間，并且變化較小，說明沉積物中的有機質(zhì)主要以湖泊內(nèi)源自生為主，受陸地外源輸入的影響較小，以及在早期成巖作用過程中沒有發(fā)生明顯的有機質(zhì)的選擇性降解。淡水湖泊生物有機微粒的C/P原子比值一般為100左右，而剖面有機C/P原子比值都大于100，介于135-320之間。由頂部至底部比值大小變化頻繁，但總體趨勢為比值逐漸增大，可能反映了早期成巖作用過程中有機質(zhì)降解程度的逐漸增大，以及在此過程中有機磷的優(yōu)先釋放。較

23、高的有機C/P原子比顯示了較高的湖泊初級生產(chǎn)力，同時也反映了人為營養(yǎng)物質(zhì)輸入的增加。另外，頂部沉積物的有機C/P原子比值也較大，可能反映了有機質(zhì)由水體向沉積物沉降的過程中已經(jīng)由部分有機質(zhì)發(fā)生降解，并且在此過程中也伴隨著有機磷的釋放。有機碳與總磷和無機磷具有顯著的正相關(guān)關(guān)系(R=0.88，0.84)，說明有機質(zhì)可能對總磷和無機磷起到了一定的控制作用。同時，有機碳與有機磷也存在著較好的正相關(guān)關(guān)系(R=0.62)，說明有機質(zhì)可能是有機磷的主要來源。在總磷軸上存在較大的正截距 (1.8 mg/g)，說明沉積物中存在一定數(shù)量不明來源的無機磷，這可能也意味著人為營養(yǎng)物質(zhì)的輸入。另外，還可以發(fā)現(xiàn)無機磷和有機

24、磷與有機碳的關(guān)系圖上，有機碳軸上分別具有一段較小的正截距，即沉積物中沒有無機磷和有機磷時，還可發(fā)現(xiàn)少量有機碳存在(分別為1.2%，1.6%)，說明有機質(zhì)降解時有機磷的優(yōu)先釋放，并且這種釋放主要是以無機磷形態(tài)進行的。同時也說明利用酸提法提取無機磷時，部分有機磷確實由于水解而被提取。另外，沉積物中的一些細菌在有氧條件下可以吸收過多的磷，這些磷以有機聚磷酸鹽形態(tài)被儲存起來。在厭氧條件下，細菌可以以這些有機磷為能量進行新陳代謝作用。這樣，這些有機磷便以無機磷形態(tài)再次被釋放出來，這個過程可能促進了沉積物中不同形態(tài)磷之間的遷移和轉(zhuǎn)化。2. 2湖泊營養(yǎng)物的微生態(tài)轉(zhuǎn)換過程及生化動力學（中國環(huán)科院）長江中下游淺

25、水湖泊理化特征研究研究目的長江中下游地區(qū)是我國湖泊最為集中、人類活動與湖泊關(guān)系最為密切的地區(qū)，我國的5 大淡水湖有4個分布于此，1 km2 以上的湖泊有651個。目前長江中下游地區(qū)湖泊面臨的最主要的問題之一是富營養(yǎng)化和藍藻水華暴發(fā)。 長江中下游地區(qū)的湖泊主要為淺水湖泊。與深水湖泊相比，淺水湖泊單位水體具有更大的沉積物-水接觸面積比例，具有更高的透光層深度/水深比例，更強烈和頻繁的水土界面物質(zhì)交換，更復雜的生態(tài)類型，眾多研究表明，在外源逐步得到控制的情況下，沉積物作為內(nèi)源對上覆水體釋放氮和磷的作用會漸顯重要，成為維持上覆水營養(yǎng)狀態(tài)的重要來源。沉積物的理化性質(zhì)既是人類活動對湖泊影響的歷史記錄指標，

26、也是研究氮、磷水沉積物界面與間隙水的遷移轉(zhuǎn)化以及磷的賦存形態(tài)等的基礎(chǔ)信息，因此加強湖泊沉積物理化性質(zhì)的研究對把握湖泊水污染發(fā)生機制，控制湖泊富營養(yǎng)化具有重要意義。 研究內(nèi)容對長江中下游的洞庭湖、鄱陽湖、巢湖和太湖四個重要的淺水湖泊和兩個城市湖泊，南京的玄武湖和武漢的月湖為研究對象，詳細分析了各湖泊沉積物的理化性質(zhì)，并討論了湖泊沉積物理化性質(zhì)與所處地區(qū)土壤的關(guān)系及其流域特點。同時分析了理化性質(zhì)與磷形態(tài)之間的關(guān)系。研究方法2004年3月在洞庭湖、鄱陽湖、巢湖、太湖、玄武湖和月湖進行了采樣。用彼得森采泥器采集表層10cm的沉積物樣品。從每個樣點采集后裝入封口塑料袋中，放入裝有冰袋的保溫箱暫存。樣品運

27、回實驗室后，放入FD-1冷凍干燥機中真空干燥，用木棒分散、過篩(60目和100目兩種)，保存在磨口玻璃瓶中備用。為了保證采樣點的準確性，所有采樣點均使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）進行采集定位，同時結(jié)合1：50000地形圖進行校正。沉積物有機質(zhì)總量的測定采用經(jīng)典的重鉻酸鉀法；陽離子代換量采用EDTA銨鹽快速法；顆粒組成的測定方法參照金相燦等湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范；粘土礦物組成采用X射線衍射法，測試參照標準為：SY/T 5163-1995；沉積物化學組成的測定采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICPAES PS950），依據(jù)地礦部：DZG 20.0190方法；沉積物中總磷的測定采用歐盟推薦的SMT方法

28、。重要結(jié)論 (1) 研究區(qū)內(nèi)長江中下游湖泊沉積物的理化特征為：總磷含量為307.431454.39mg/kg，陽離子交換量為8.6125.28 meq/100g土，有機質(zhì)總量為0.25%7.38%，其組分以胡敏素為主；沉積物的顆粒組成以粉砂級和粘粒級為主，占到6498%，粉砂級占到5070%；粘土礦物以伊利石/蒙脫石混層為主，其次是伊利石、綠泥石和高嶺石；沉積物中主要的氧化物為SiO2、Al2O3和TFe2O3，變化較大的成分為SiO2、Al2O3和TFe2O3，MnO和CaO變化不大，TiO2基本沒有變化。(2) 在長江中下游地區(qū)不同湖泊中沉積物的理化性質(zhì)存在較大差異，且與污染程度密切相關(guān)。

29、按污染程度由高到低，從月湖、玄武湖、太湖、洞庭湖、鄱陽湖到巢湖，沉積物中的總磷、陽離子交換量、有機質(zhì)總量、Al2O3和TFe2O3含量都呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，沉積物的顆粒組成則由細變粗。(3) 沉積物中細顆粒越多，有機質(zhì)含量越高，陽離子交換量越大，鐵鋁氧化物含量越高的湖泊，其總磷含量也就越高，湖泊污染越重。2.2.2 太湖東北部沉積物理化特征及其與磷形態(tài)關(guān)系研究研究目的太湖是我國第三大淡水湖，流域人口密集、經(jīng)濟發(fā)達，人類活動對于太湖的干擾較為嚴重，其中富營養(yǎng)化問題尤為突出。為了保護與治理太湖的生態(tài)環(huán)境，已開展了大量的研究。但從研究內(nèi)容看，多集中于水體中的營養(yǎng)元素對水體富營養(yǎng)化的影響，對沉積物理

30、化性質(zhì)與富營養(yǎng)化之間關(guān)系的研究相對較少。眾多研究表明，在外源逐步得到控制的情況下，沉積物作為內(nèi)源對上覆水體釋放氮和磷的作用會漸顯重要，成為維持上覆水營養(yǎng)狀態(tài)的重要來源。沉積物的理化性質(zhì)既是人類活動對湖泊影響的歷史記錄指標，也是研究氮、磷水沉積物界面與間隙水的遷移轉(zhuǎn)化以及磷的賦存形態(tài)等的基礎(chǔ)信息，因此加強這方面的研究對把握湖泊水污染發(fā)生機制，控制湖泊富營養(yǎng)化具有重要意義。研究內(nèi)容針對太湖東北部五里湖、梅梁灣、西山和貢湖四個湖區(qū)的沉積物進行了以理化性質(zhì)分析為主的研究，同時與不同形態(tài)磷含量、分布結(jié)果相聯(lián)系來分析沉積物理化性質(zhì)與富營養(yǎng)化之間的關(guān)系。研究方法2004年3月在太湖的梅梁灣、五里湖、西山和貢

31、湖四個湖區(qū)的八個點進行了采樣。沉積物樣品的采集和處理，以及沉積物理化性質(zhì)分析同。重要結(jié)論(1) 研究區(qū)內(nèi)太湖沉積物的理化特征為：總磷含量為307.431454.39mg/kg，陽離子交換量為15.1822.68 meq/100g土，有機質(zhì)總量為1.66%3.45%，其組分以胡敏素為主；沉積物的顆粒組成以粉砂級和粘粒級為主，占到54.3976.83%；粘土礦物以伊利石/蒙脫石混層為主，其次是伊利石、綠泥石和高嶺石；沉積物中主要的氧化物為SiO2、Al2O3和Fe2O3，變化較大的成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3，MnO和CaO變化不大，TiO2基本沒有變化。(2) 在太湖不同湖區(qū)中沉積物的

32、理化性質(zhì)存在較大差異，隨著沉積物中總磷含量的降低，沉積物中的陽離子交換量、有機質(zhì)總量、Al2O3和Fe2O3含量都呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，而沉積物的顆粒組成則由細變粗。(3) 磷的形態(tài)以無機磷為主；在污染沉積物中Fe/Al-P的含量和所占百分比都明顯升高，有機磷的含量升高但所占百分比降低，Ca-P變化不大；在相對清潔的沉積物中Ca-P與有機磷所占比例相對高（實際上Ca-P變化也不大），F(xiàn)e/Al-P比例較低；沉積物中污染增加主要造成Fe/Al-P升高。沉積物的理化特征與磷的賦存形態(tài)之間關(guān)系密切，CEC、OM、TP、Fe/Al-P和IP之間都呈較好的正相關(guān)關(guān)系。沉積物中細顆粒越多，有機質(zhì)含量越高，

33、陽離子交換量越大，鐵鋁氧化物含量越高的湖泊，其總磷含量也就越高，湖泊污染越重。2.2.3 典型淺水湖泊水-沉積物界面的微生態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)查研究目的 泥水界面的生物群落對營養(yǎng)物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化起重要的作用，同時又受到水體營養(yǎng)水平和底泥理化性質(zhì)的影響。本項研究希望通過對水-沉積物界面微生態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)查，找到表征湖泊富營養(yǎng)化的生物指標；同時探討水-沉積物界面不同營養(yǎng)水平下微生態(tài)結(jié)構(gòu)的差異性。研究內(nèi)容本研究內(nèi)容的重點放在太湖流域。依據(jù)太湖不同的富營養(yǎng)化程度，采集太湖柱狀沉積物樣和表層沉積物樣，分析太湖沉積物中吸附態(tài)磷化氫的時空變化及垂直分布特征；測定表層沉積物中代表性微生物的時空變化特點；探討磷化氫與微生物的相

34、關(guān)關(guān)系；同時分析太湖中不同富營養(yǎng)化區(qū)域中固著藻類的分布情況，通過研究固著藻類的分布情況，考察太湖中固著藻類的種群分布與富營養(yǎng)化程度之間的關(guān)系。研究方法界面微生態(tài)調(diào)查主要針對微生物、固著藻類和底棲生物進行分類鑒別。太湖沉積物中痕量磷化氫的監(jiān)測及自然界磷化氫生成機理的探索。采用柱前兩次低溫冷阱富集及硫酸消解法測定了沉積物中的痕量磷化氫，解決了痕量磷化氫定量困難的問題。探討了磷化氫與微生物之間的相關(guān)關(guān)系，探討了磷化氫生成的機制。重要結(jié)論總體來看，水沉積物界面生物的種類和數(shù)量與季節(jié)和環(huán)境因子的關(guān)系很大；同時富營養(yǎng)化程度越高的湖泊，沉積物樣品中微生物的數(shù)量越多，寡毛類生物（如耐污種顫蚓）越多，而大型底棲

35、動物和底棲藻類越少。調(diào)查了太湖沉積物中3、6、9月份中磷化氫和代表性微生物（好氧菌、厭氧菌、放線菌、有機磷細菌、無機磷細菌、硝化細菌、反硝化細菌、亞硝化細菌）的分布狀況。測定了太湖柱狀沉積物中的磷化氫，結(jié)果表明磷化氫在太湖柱狀沉積物中普遍存在，其含量隨沉積物取樣深度和點位的不同而變化。分析了表層沉積物中的代表性微生物，發(fā)現(xiàn)微生物在不同點位的分布差異較大，微生物的數(shù)量和分布與沉積物污染程度、營養(yǎng)鹽狀況有關(guān)。沉積物中磷化氫與微生物的相關(guān)性分析表明磷化氫與磷細菌及厭氧微生物之間呈較好的線性相關(guān)性，為進一步探討磷化氫的生成機制提供了較好的前提。光照對界面生物結(jié)構(gòu)和磷釋放以及底泥中磷的形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響研究

36、目的藍藻水華暴發(fā)有明顯的季節(jié)性，環(huán)境因子（如光照、溫度、風浪擾動等）對該過程影響很大。本研究的目的就是要研究溫度和光照條件對水沉積物界面P釋放的影響，對界面微生物、固著藻類和水體中著生藻類結(jié)構(gòu)、數(shù)量的影響，對界面氧化還原電位的影響，對水體中溶解氧和pH的影響等。研究內(nèi)容本實驗設(shè)計光照強度分別為0、2800、3800、4800、5800lux，溫度分別為250C和280C。本研究的實驗用泥采自梅梁湖。實驗開始時，對實驗用泥的理化性質(zhì)、有機質(zhì)組成、金屬氧化物的含量以及底泥的表層結(jié)構(gòu)(掃描電鏡)進行了分析，同時還對底泥中總磷及各形態(tài)磷的含量進行分析；實驗用水采用去離子水。實驗過程中每天檢測上覆水體中

37、溶解性總磷的含量，同時測量上覆水體中Eh和pH。實驗結(jié)束后，對底泥中總磷和各形態(tài)磷以及水體中Do含量進行了測定；對上覆水體、沉積物表面的著生藻類進行計數(shù)，對沉積物表面的細菌進行計數(shù)，同時對著生藻類和細菌進行盡可能的鑒別分類。實驗進行27天，直至水體中溶解性總磷的含量達到平衡為止。重要結(jié)論(1) 在淺水湖泊中，沉積物釋放量的變化趨勢與光照強度呈負相關(guān)，而與底棲藻類的生長量呈正相關(guān)?？紤]到底棲藻類對沉積物中磷具有吸收同化的作用，認為底棲藻類成為了阻擋磷從沉積物向上覆水釋放的一個生物“屏障”，光照強度通過底棲藻類的生物作用，間接地限制了沉積物中的磷向上覆水中釋放，這是本研究提出的一個對淺水湖泊磷釋放

38、動力學和富營養(yǎng)化的新認識。(2) 通過光照強度對上覆水中pH值變化的研究，pH值變化總的規(guī)律是水體偏堿性，升高趨勢順序為：高光強組>低光強組>無光組。(3) 沉積物總磷和磷形態(tài)變化的結(jié)果表明，在淺水湖泊沉積物磷釋放的過程中，無機態(tài)磷通過藻類同化作用轉(zhuǎn)化為有機態(tài)磷的過程要大大強于有機態(tài)的磷通過物理化學和微生物作用轉(zhuǎn)化為無機態(tài)磷的過程。旺盛的生物作用相對更有利于鈣結(jié)合態(tài)磷的釋放，而鐵鋁等結(jié)合態(tài)的磷酸根離子的釋放能力則相對較弱。 光照對水-沉積物界面吸磷過程和上覆水質(zhì)的影響研究目的湖泊沉積物是湖泊營養(yǎng)的內(nèi)負荷，我國絕大多數(shù)湖泊屬于磷限制。外源營養(yǎng)物的不斷輸入是導致沉積物中磷大量累積的主要

39、原因，而在外來營養(yǎng)源得到控制后,沉積物中磷的釋放又成為湖泊水體中磷的重要來源之一，對水體的營養(yǎng)水平有著不容忽視的影響。因此，研究磷在水-沉積物界面吸收和釋放，以及影響該過程的生物和環(huán)境因素非常重要。溶解氧含量是影響磷在水-沉積物界面交換過程的重要因素。目前研究很多，特別是對含磷廢水去除工藝的研究中。但將上覆水體中溶解氧含量與光照強度兩者結(jié)合起來，研究有光和黑暗條件下，富氧和缺氧環(huán)境對磷在該界面的吸收過程的影響則很少。我國長江中下游地區(qū)主要以淺水湖泊為主，夏季是水華暴發(fā)的多發(fā)季節(jié)，光照強度強，即使沉積物表層在水華暴發(fā)期間處于厭氧狀態(tài)，光照仍然可能穿過水體到達沉積物表層。因此針對我國淺水湖泊的特征

40、，通過室內(nèi)模擬試驗，研究富氧和缺氧環(huán)境對有光和黑暗條件下,上覆水質(zhì)的變化和沉積物對磷吸收的影響是本篇文章的重點。研究內(nèi)容通過室內(nèi)模擬試驗，研究富氧和缺氧環(huán)境對有光和黑暗條件下,上覆水質(zhì)的變化和沉積物對磷吸收的影響。研究方法將經(jīng)預處理的實驗用上覆水沿壁緩慢加入到采集的柱狀沉積物中，以避免表層沉積物的再懸浮，加入的水柱高度為30cm，并標記刻度。放入充氣管于上層水中，有六組實驗泥柱通入純度為99%的氮氣，維持試驗系統(tǒng)的缺氧狀態(tài)，其中三根置于一定的光照強度下，另外三組置于黑暗培養(yǎng)；另外六組實驗泥柱通入空氣，維持系統(tǒng)的好氧狀態(tài)，也分為有光和無光兩組實驗設(shè)置。通空氣組實驗裝置除采樣外一直開動充氣泵，通氮

41、氣組每天早、午、晚各通氣一次，通氣時間為1小時。同時取原水樣分析起始DO、TP、溶解性總磷(DTP)、溶解性無機磷(DIP)和總氮(TN)。此后每天定時采集上覆水30ml用于測量上覆水TP和DIP變化，用人工配制的高濃度磷酸鹽湖水補充至水面刻度。每兩天測量上覆水體pH和DO含量。實驗溫度維持在25±3，有光組的光強為2400-2600lux，光暗比為12:12。實驗結(jié)束后，將各處理組中的沉積物按每2cm分層，并參照湖泊富營養(yǎng)化規(guī)范進行預處理，用SMT方法分析各層沉積物中總磷及各種磷形態(tài)的含量。重要結(jié)論(1) 實驗用沉積物中的磷形態(tài)以Ca-P為主，占總磷量的58.27%，F(xiàn)e/Al-P

42、和OP則分別占總量的20.71%和21.02%；(2) 當人為持續(xù)不斷地加入高濃度的溶解性無機磷酸鹽時，不論是富氧、缺氧，還是有光、無光，上覆水體中的磷酸鹽都能夠被沉積物吸收，但吸收量和吸收速度各不相同；(3) 光照對缺氧環(huán)境的上覆水體中pH和DO含量有影響，光照使上覆水體中的pH升高，同時還能夠使缺氧實驗系統(tǒng)內(nèi)的DO含量增加；光照對上覆水體中溶解性磷酸鹽的含量變化影響顯著。當人為不斷地加入高濃度的DIP時，無論富氧還是缺氧實驗系統(tǒng)在有光環(huán)境下都可以使上覆水中的DIP含量維持相對較低的水平。(4) 光照對沉積物吸收上覆水中DIP的影響受缺氧和富氧環(huán)境的限制。在富氧環(huán)境下，有光條件下沉積物中TP

43、的增加量低于無光條件，其中光照對Fe/Al-P和OP的增加量影響不大，對Ca-P的增加量影響較大；缺氧環(huán)境下，有光條件明顯增加了沉積物中TP含量，在各形態(tài)磷的增加量來看，光照對Ca-P增加量的影響最為顯著，其次是Fe/Al-P，有光條件下沉積物中OP含量明顯下降。 好氧和缺氧條件對有光條件下水-沉積物界面釋磷過程的影響研究目的以往眾多研究表明，溶解氧條件對水土界面營養(yǎng)物質(zhì)交換的影響是非常重要的，所得的結(jié)論也存在一定差異。以前的研究認為，水土界面的溶解氧條件可決定界面磷交換的方向。好氧條件下沉積物處于氧化狀態(tài)，三價鐵離子與磷結(jié)合，形成易沉積得磷酸鐵，界面的磷釋放受到抑制；而厭氧條件下不溶性的Fe

44、(OH)3還原為可溶的二價鐵離子，使鐵結(jié)合態(tài)磷大量釋放進入水體。近年來研究認為除厭氧條件釋放磷外，好氧條件也可以少量的釋放磷。總得來說，溶解氧濃度通過改變界面氧化還原狀態(tài)對鐵離子價位變化產(chǎn)生決定性的影響，并進一步影響潛在可釋放的鐵結(jié)合態(tài)磷的界面交換作用。太湖平均水深1.9m，最大水深2.6m，屬于典型的大型淺水湖泊。風浪擾動作用強烈，復氧程度高，不僅表層甚至水體底部溶解氧含量也常年處于充足狀態(tài)。近20年來，太湖沿湖地區(qū)工農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展，太湖接納的廢、污水量逐年增加，營養(yǎng)嚴寒量逐年上升，富營養(yǎng)化現(xiàn)象日益嚴重，甚至時有發(fā)生大面積的“水華”暴發(fā)。據(jù)2000年統(tǒng)計結(jié)果，太湖有85%的水域為富營養(yǎng)水平。梅

45、梁灣湖區(qū)位于太湖北部沿岸區(qū)，是太湖著名的風景名勝區(qū)，周邊人類活動劇烈，工農(nóng)業(yè)、航運、漁業(yè)、旅游等行業(yè)交叉，因此帶入湖水大量污染物，近十年來水質(zhì)基本保持在劣V類水平，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴重，夏季幾乎全湖都能看到有水華現(xiàn)象發(fā)生。在水化暴發(fā)時，大量藻類聚集于一個水域內(nèi)，進行劇烈的呼吸作用，水體會迅速變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)。因此，研究溶解氧條件對太湖沉積物-水界面磷交換的影響可以進一步揭示太湖內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)釋放機理。研究內(nèi)容通常的溶解氧研究避光條件下完成，但是在實際情況中，水華通常發(fā)生在光照條件較好的日間，更由于太湖水淺，光照條件對底層水土界面也存在一定影響。為了更接近自然的水土界面釋放環(huán)境，本文通過室內(nèi)模擬實驗，

46、以太湖沉積物原狀泥柱和湖水為研究對象，研究了在光照下，不同溶解氧條件對沉積物-水界面磷交換量的變化及差異的影響。研究方法研究方法同。重要結(jié)論磷能夠在缺氧環(huán)境下從沉積物釋放到上覆水體，但在好氧環(huán)境很難釋放。沉積物中有機質(zhì)的分解可以釋放CO2，并且通過試驗結(jié)束后沉積物的分層理化性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，不論好氧還是缺氧，沉積物中的有機質(zhì)含量都有不同程度的降低。因此，在有光條件下，一些藻類能夠適應缺氧環(huán)境，并利用沉積物中釋放的可溶性磷和CO2進行光合作用，而好氧狀態(tài)由于上覆水中可利用的溶解性磷的含量很少，導致藻類數(shù)量很少。根據(jù)實驗結(jié)束后對上覆水體和沉積物表層沉積物樣品進行電鏡監(jiān)測，缺氧環(huán)境中藻類的數(shù)量遠高于好氧

47、環(huán)境。因此缺氧環(huán)境中可溶性磷的含量較好氧環(huán)境少，但總磷含量較好氧環(huán)境多。由于藻類的光合作用，導致缺氧狀態(tài)下上覆水體的pH值和DO含量在實驗開始20天后略有增加。同時由于沉積物中有機物的分解導致沉積物pH值的降低，促進了Ca-P 和Fe-P 向沉積物表層的流動，當沉積物表層處于富氧狀態(tài)時，F(xiàn)e-P富集在表層，引起沉積物表層Fe-P含量的增加；當沉積物表層處于缺氧狀態(tài)時Ca-P 和Fe-P 可以穿過沉積物-水界面進入上覆水體。因此當水體處于缺氧狀態(tài)時，光照將進一步促進湖泊上覆水體水華的暴發(fā)。 溶解氧含量對有光條件下水-沉積物界面磷交換過程的影響研究目的眾多研究表明，磷是導致水體浮游藻類異常增殖并造

48、成湖泊水體富營養(yǎng)化的重要控制因子。在富營養(yǎng)化的進程中，外源磷會不斷沉積在沉積物中，此時沉積物作為磷的“匯”，水-沉積物界面主要發(fā)生磷的吸附過程；在一定條件下沉積物中的磷又會釋放到上覆水中，沉積物便成為磷的“源”，這時水-沉積物界面主要發(fā)生磷的釋放過程，甚至導致水華現(xiàn)象的發(fā)生。磷在水-沉積物界面交換規(guī)律對于揭示其對富營養(yǎng)化和藍藻水華暴發(fā)的影響非常重要，可以為湖泊內(nèi)源污染治理提供科學依據(jù)。環(huán)境因子的變化，對湖泊尤其是淺水湖泊水-沉積物界面磷交換具有重要的影響作用，水體中的溶解氧濃度是環(huán)境因子中比較易發(fā)生變化的一個。以往研究表明，溶解氧濃度通過改變界面氧化還原狀態(tài)對鐵離子價位變化產(chǎn)生決定性的影響，并

49、進一步影響潛在可釋放的鐵結(jié)合態(tài)磷的界面交換作用。本文通過室內(nèi)模擬實驗，以太湖沉積物原狀泥柱和湖水為研究對象，研究溶氧條件對水-沉積物界面磷交換及沉積物中總磷和磷形態(tài)變化規(guī)律的影響。研究內(nèi)容有光條件下, 溶解氧含量對水-沉積物界面磷釋放和磷吸附過程的影響，分別采用重度和輕度兩種營養(yǎng)水平的原狀柱狀沉積物，每組過程又分為好氧環(huán)境和厭氧環(huán)境兩種情況進行模擬實驗。重要結(jié)論(1) 本實驗沉積物樣品各形態(tài)磷含量結(jié)果顯示，在TP含量小于500mg kg-1的健康沉積物中，Ca-P為主，潛在可釋放的Fe-P較少；在TP含量達到1500mg kg-1的富營養(yǎng)化沉積物中，磷主要以潛在可釋放的Fe-P為主，而Ca-P

50、只占很少的部分。(2) 好氧環(huán)境下界面磷交換過程發(fā)生迅速，總的來說偏向于發(fā)生吸附過程；而厭氧環(huán)境下則交換過程緩慢，偏向于發(fā)生釋放過程。好氧環(huán)境下達到磷交換反應平衡的時間大大快于厭氧環(huán)境。(3) 釋放實驗中水-沉積物界面磷表現(xiàn)為由固相向液相轉(zhuǎn)化的趨勢，這種趨勢好氧環(huán)境要強于厭氧環(huán)境；吸附實驗中，水-沉積物界面磷表現(xiàn)為由液相向固相轉(zhuǎn)化的趨勢，這種轉(zhuǎn)化趨勢在好氧環(huán)境下要高于厭氧環(huán)境。(4) 釋放實驗中沉積物中Fe-P含量的變化情況表現(xiàn)為好氧條件下減少，厭氧條件下，略有增加；吸附實驗中，好氧組與厭氧組的Fe-P含量都大量增加，這種趨勢好氧條件比厭氧條件更強烈。釋放實驗中Ca-P含量少量減少且減少量基本

51、相同，溶氧條件對沉積物中Ca-P含量變化沒有顯著影響；吸附實驗中，Ca-P含量有所增加且增加量基本相同，說明溶氧環(huán)境對Ca-P含量的變化沒有顯著影響。釋放實驗中，不同溶氧條件下OP都有所減少，且好氧環(huán)境要大大高于厭氧環(huán)境；吸附實驗中，好氧組沉積物中OP含量略有增加，而厭氧環(huán)境下OP含量有所減少。(5) 釋放實驗中兩種溶氧環(huán)境下磷形態(tài)在組分上變化幅度只有1%左右，說明溶氧濃度對沉積物中各類形態(tài)磷的組分變化影響并不十分顯著。吸附實驗中，好氧環(huán)境下健康湖泊沉積物中磷形態(tài)組分變化只是在Fe-P和OP之間發(fā)生，潛在可釋放磷源在組分上沒有明顯變化；厭氧環(huán)境下健康湖泊沉積物中磷形態(tài)組分變化主要表現(xiàn)為OP組分

52、減少，較穩(wěn)定的Ca-P組分增加，潛在可釋放的磷源（Fe-P+OP）組分減少。2.3 湖泊水沉積物界面地球化學過程對湖泊富營養(yǎng)化的影響 粒徑對湖泊沉積物磷形態(tài)和磷酸鹽吸附影響研究研究目的粒徑組成是沉積物非常重要的特征之一，不同粒徑的沉積物顆粒具有不同的比表面積和重量，因而具有不同的特征，對磷營養(yǎng)鹽在固液界面上交換的影響也存在差異。一般來講，吸附顆粒中粘粒含量高，表面積大，則表面能強，對磷的吸附量就越大。然而針對不同粒徑湖泊沉積物吸附磷的研究并不多見。因此就不同粒徑的湖泊沉積物中磷的賦存形態(tài)進行研究，對認識磷在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)機理具有非常重要的理論和現(xiàn)實意義。另外通過對不同污染程度的兩個湖泊沉

53、積物不同粒徑部分各形態(tài)磷的含量及其所占比例的分析，來揭示湖泊沉積物粒徑組成與其磷賦存形態(tài)間關(guān)系，為探明湖泊沉積物水界面磷的循環(huán)機理提供科學依據(jù)。本文試圖通過實驗模擬的方法研究不同粒徑湖泊沉積物對磷的吸附，探討湖泊沉積物粒徑組成對其吸附磷的影響。研究內(nèi)容(1) 粒徑對湖泊沉積物磷形態(tài)影響研究;(2) 粒徑對湖泊沉積物磷酸鹽吸附影響研究;重要結(jié)論（1）五里湖與貢湖沉積物不同粒徑部分磷含量的差異主要在I-P， O-P含量相差不大；各形態(tài)磷含量均為五里湖大于貢湖；（2）五里湖沉積TN、TP、有機質(zhì)以及各形態(tài)磷的85以上是分布在細顆粒中，而貢湖沉積物，僅有5060左右分布在細顆粒中，而分布在粗砂粒中的比

54、例均最低。（3）不同粒級五里湖和貢湖沉積物對磷的吸附動力學曲線和吸附等溫線曲線，具有相似的變化趨勢；（4）每一粒級的吸附量、吸附速率和吸附效率均為貢湖沉積物高于五里湖沉積物；各粒級的變化趨勢均為粘粒級>細砂粒級>粗紗粒級>粉砂粒級；（5）各粒級中粉砂粒級SiO2含量最高可能是其對磷的吸附量、吸附速率和吸附效率在各粒級中最低的原因。 DOM對沉積物吸附磷影響研究研究目的長期以來，科學家一直非常重視磷在湖泊水沉積物界面吸附行為的研究，但是，磷的吸附/解析機理并沒有被徹底被認識。80年代以后，國外關(guān)于DOM的報道急劇增加，但我國仍然很少開展這方面的研究，特別是關(guān)于沉積物中DOM對其

55、吸附磷影響的研究報道更少。因此，研究沉積物中DOM對其吸附磷的影響具有重要的意義。擬以湖泊沉積物為研究對象，探討DOM對其吸附磷酸鹽的影響。重要結(jié)論（1）DOM沒有改變沉積物吸附磷的等溫線和動力學曲線的基本趨勢；（2）DOM促進了沉積物對磷的吸附，提高了沉積物吸附磷的效率；（3）DOM總體上提高了沉積物吸附磷的速率，特別是提高了0-0.5小時內(nèi)的吸附速率；（4）嚴重污染的五里湖，DOM對其吸附磷的影響大于中營養(yǎng)水平的東太湖。長江中下游淺水湖泊沉積物對磷的吸附特征研究研究目的長江中下游地區(qū)是目前我國淺水湖泊最集中的區(qū)域。伴隨著近20年來的經(jīng)濟發(fā)展，湖泊水環(huán)境日趨惡化，不少湖泊富營養(yǎng)化形勢嚴峻，水

56、質(zhì)性缺水在很多地區(qū)已經(jīng)嚴重制約了地方經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為我國突出的湖泊富營養(yǎng)化災變區(qū)域。近年來，雖然針對沉積物對磷的吸附，國內(nèi)外已有一些研究，但關(guān)于沉積物對磷的吸附特征以及與其組成之間關(guān)系的報道并不多見?；诖耍芯苛碎L江中下游淺水湖泊沉積物對磷的吸附特征，并分析了與其組成間關(guān)系。重要結(jié)論（1）長江中下游淺水湖泊表層沉積物對磷的吸附動力學實驗結(jié)果揭示，沉積物對磷的吸附主要在前10小時內(nèi)完成，并逐漸達到吸附平衡。不同取樣時間段沉積物對磷的吸附速率結(jié)果顯示，沉積物對磷的吸附主要發(fā)生在0.5h內(nèi)。（2）等溫吸附實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，長江中下游淺水湖泊表層沉積物的本底吸附態(tài)磷與其有機質(zhì)、CEC、總磷、無

57、機磷、有機磷、Fe/Al-磷和總氮的有顯著的正相關(guān)關(guān)系；對磷的最大吸附量與其CEC和無機磷、有機質(zhì)和總磷呈負相關(guān)關(guān)系；而總最大吸附量與其有機質(zhì)、CEC、總磷、無機磷、有機磷、Fe/Al-磷和總氮含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。總的趨勢為污染程度越高，沉積物的本底吸附態(tài)磷和總最大吸附磷量也越高，而最大吸附磷量越低。（3）就目前我國長江中下游淺水湖泊的水質(zhì)而言，其沉積物存在解析。沉積物對磷的吸附-解析平衡濃度與沉積物有機質(zhì)，CEC，總氮，總磷以及各形態(tài)磷含量均有顯著的正相關(guān)關(guān)系。在本研究條件下，即使是污染較為嚴重的湖泊，也具有向上覆水體釋磷的趨勢。 湖泊沉積物對磷酸鹽的吸附研究研究目的研究沉積物對磷酸鹽的

58、吸附，對富營養(yǎng)化水體的水質(zhì)控制具有重要意義。國內(nèi)外對這方面已做過不少研究，一些研究者的研究指出磷天然顆粒物吸附體系中同時存在著吸附和解析現(xiàn)象，而國內(nèi)外針對湖泊沉積物吸附磷酸鹽的研究中類似的報道并不多見。湖泊沉積物對磷酸鹽的吸附是否存在解析顯現(xiàn)？如果存在，則一定存在吸附解析平衡濃度，那么吸附解析平衡濃度與沉積物的那一項指標有關(guān)？這一問題的解決對于認識沉積物水界面磷的交換機理具有非常重要的意義。針對以上提出的問題，取自然條件下的湖泊沉積物，回實驗室利用蒸餾水配制的磷酸鹽溶液進行磷酸鹽吸附模擬研究。試圖進一步揭示沉積物水界面的磷交換機理，為富營養(yǎng)化湖泊治理提供理論依據(jù)。重要結(jié)論（1）湖泊沉積物在對磷酸鹽的吸附過程中存在解析現(xiàn)象，吸附研究中初始磷濃度較高是解析現(xiàn)象被掩蓋的原因。（2）在低濃度條件下，湖泊沉積物對磷酸鹽的吸附等溫線符合Linear模型，而高濃度條件下，吸附等溫線存在不確定性，針對不同的沉積物不同等溫線模型有不同的擬合效果。（3）嚴重污染的湖泊，沉積物也有向上覆水釋放磷酸鹽的趨勢。（4）沉積物對磷酸鹽的吸附-解析平