湖泊沉积物有机质积累对磷释放风险的影响的研究.pdfVIP

周 驰：湖泊沉积物有机质积累对磷释放风险的影响研究 湖泊沉积物有机质积累 对磷释放风险的影响研究 周 驰 （湖北省水利水电科学研究院） 【摘 要】：本研究通过对大型浅水湖泊安徽巢湖不同湖区不同营养状况沉积物的有机质和不同 形态磷含量的测定以及磷吸附行为的拟合分析，提出可用较为容易测定的参数——磷饱和度来估 算沉积物磷释放风险，并阐明有机质积累对磷饱和度和磷释放风险影响的复杂性，即有机质虽然 能同时带来磷营养，但能通过吸附机制将磷酸盐固定在沉积物颗粒中，抑制其向水体中释放，降 低磷释放风险。本研究将对富营养化湖泊的水生态环境修复、施工和管理起到一定的指导作用。 【关键词】：富营养化，有机质，磷释放风险，生态修复 1 引言 生态水利建设在构建和谐社会中的作用越来越大，在实现资源保护方面发挥着重要作用，也 是经济社会可持续发展的重要组成部分。要在现代化建设中提供重要的保障以实现人与自然的和 谐，就必须在水利工程中引入“生态水利”的概念，使水利工程在河湖综合治理中既要满足人类 对水的各种需求，包括防洪、供水、灌溉、发电、航运和旅游等，还要兼顾生态系统健康和可持 续性发展。河湖水生态水环境是生态水利中重要的一环，其面临的核心问题是愈来愈严重的富营 养化现象。在湖北现有湖泊中，富营养和超富营养的水体面积超过 80%，达到富营养水平的水库 面积也逐年上升。湖库富营养化的限制因子主要为氮和磷的营养盐，这点在国际上已得到普遍认 同，而一般情况下，水体中可利用的氮远比可利用的磷多，所以通常磷是最小限制因子，从而在 湖库生态治理中对磷营养盐的控制成为了重中之重。 作者简介：周驰，1984年2月出生，湖北省水利水电科学研究院，工程师，环境科学专业 地址：武汉市洪山区珞狮路286号 邮编：430070 电话：02787382731 Email：zhouc0222@126.com 周 驰：湖泊沉积物有机质积累对磷释放风险的影响研究 河床和湖床沉积物是河湖内源磷污染的载体，其影响不可忽视。在基本径流条件下，上覆水 体的“浸泡”作用会导致沉积物颗粒中所含的磷释放出来，而这些磷就是水体中能被藻类直接利 用的高浓度溶解性反应磷的主要来源。对于那些磷含量较低的河流来说，较低的上覆水溶解性反 应磷含量能潜在导致入湖河流或入河支流磷循环机制的变化，使得沉积物中所含的磷向水体中扩 散，沉积物表现为磷“源”(Jarvie et al., 2005)；相反，当上覆水中溶解性反应磷含量较高 时，沉积物能吸附水体中的磷，从而表现为磷“库”。因此，控制沉积物内源磷吸附和释放的关 键是磷吸附能力的强化，磷素的环境和生态效应以及对富营养化的贡献将取决于沉积物颗粒吸磷 或放磷的趋势。磷吸附能力较强的沉积物颗粒能将磷素持留，不易被藻类利用大量繁殖；而磷吸 附能力较差的沉积物容易将磷素以溶解性性反应磷的形式释放到水体中，增大局部地区水华爆发 风险。通常用来评价河湖沉积物是起到溶解性反应磷“源”还是“库”作用的重要指标是磷平衡 浓度值(EPC0)，其意为当沉积物既不吸附磷也不释放磷的临界状态下的磷浓度(Jarvie et al., 2005)。因此，如何得到意味着较低磷释放风险的较小 EPC0 值，是沉积物磷内源释放控制的关键 所在。 另外，有机质在沉积物中的累积是沉降、分解和转移共同作用的结果。理论上有机质主要通 过如下途径促进溶解性反应磷在间隙水的富集：一为酶促水解，即有机质可诱导微生物分泌胞外 碱性磷酸酶加速有机磷的水解释放；二为铁结合态磷还原解吸，即有机质分解提高了微生物活性 和沉积物需氧量，增加了水体厌氧的风险，而厌氧条件下沉积物铁结合态磷将还原解吸释放。换 句话说，有机质的富集能增大沉积物的磷释放风险。尽管大量的研究表明有机质的分解加速了沉 积物磷向水体的释放(Jin et al., 2006; Burger et al., 2007; Liu et al., 2009)，但关于 有机质对沉积物磷吸附行为影响的作用机制仍然存在争议。比如在一些水生植物覆盖丰富的水质 较好的湖区，其沉积物有机质含量也很高，但水体中可溶性反应磷的含量很低，这与传统的观念 相悖。因此，验证湖泊沉积物有机质积累对磷释放风险的影响非常有必要。 本研究对大型浅水湖泊