湖泊内源性氮磷释放

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1、湖泊内源氮磷迁移释放姓名（XXXX单位，籍贯邮编）摘要湖泊的内源氮磷污染已成为湖泊富营养化治理的一大难题。本文总结了沉积物—水界面氮磷迁移释放行为，提出了目前研究存在的问题，并对未来发展趋势和研究方向进行了展望，以期为湖泊内源氮磷污染机理分析和湖泊富营养化治理控制技术提供参考。关键词富营养化内源氮磷迁移释放前言大量湖泊的水体富营养化已经成为全世界面临的一个重大环境问题。富营养化一词原用于描述植物营养物浓度增加对水生态系统的生物学效应，但富营养化很难严格定义，因为任何一个水体的营养性质描述常常是相对于以前的情况，而且每个水体对营养盐相应存在差异。湖泊富

2、营养化的特征性表现即藻类水华现象。藻类水华暴发会导致水体缺氧、鱼类死亡、产生异味及藻毒素释放等，给湖区人民的正常生产和生活产生严重影响[1]。据调查显示，全球范围内有40%左右的湖泊和水库遭受不同程度的富营养化；而我国，到20世纪90年代中后期，富营养化湖泊已占被调查湖泊的77%[2]。由此可见，我国已成为世界上湖泊富营养化范围及程度最严重、面临问题最严峻的国家之一。有关分析研究表明，氮和磷是限制水生植物生产量最主要的营养元素。水体中氮磷浓度过高，导致湖泊由大型水生植物为主的清洁型—草型稳态退化为浮游植物为主的浑浊型—藻类稳态，使得藻类水华频发[3]

3、。因此，氮磷在湖泊中水体及沉积物中迁移释放行为，对湖泊富营养化起着决定性的作用。伴随着相关法律法规的出台及截污工程等措施的实施，外源性污染物已经相对有所控制[4]，因此对内源氮磷迁移释放行为及其影响因素的分析研究显得格外重要。水体中氮磷含量的测定，是了解湖泊水质情况的基本方法，故也有了许多对测定方法的研究。本文总结国内外学者在内源氮磷迁移释放行为和测定方法的研究，以期为湖泊富营养化机理及其控制技术等方面的研究提供借鉴。1沉积物—水界面氮磷迁移释放研究各种来源的营养盐进入湖泊，经过一系列物理、化学及生物化学作用，其中一部分或大部分逐渐沉积湖底，当湖泊外

4、部环境条件发生变化，沉积物中的营养盐又释放出来进入水体中，并延续湖泊的富营养化[5]。沉积物—水界面的氮磷迁移扩散不仅受沉积物对营养盐的吸附解吸的影响，还与各种理化参数有关。因此研究沉积物—水界面的氮磷迁移释放行为，对预测水体富营养化以及治理都有着重要意义。1.1沉积物—水界面氮释放行为及其影响因素沉积物—水界面的氮释放行为研究集中在对NH4+—N、NO3——N、NO2——N等形态氮的扩散转移通量的研究，氮扩散通量即是指氮的输入通量与输出通量之间的差值。计算沉积物—水界面的氮扩散通量，需要研究其主要界面的扩散过程。宋金明[6]等指出，沉积物—水界面上

5、存在固体颗粒的沉积和水相间颗粒孔隙的侵入，这一平流过程与界面上下浓度梯度引起的扩散转移过程是化学物质通过沉积物—水界面质量转移的两个主要过程。而这与Blackburn等认为水体中氮磷含量的急剧增加是由间隙水与上覆水之间的交换引起的这一结果相似[7]。硝化和反硝化作用是沉积物—水界面氮迁移释放的主要机制。沉积物中的有机氮矿化生成NO3—、NH4+等无机态氮扩散进入上覆水体，增加水体中氮含量；同时，上覆水体中的NO3—也可扩散至沉积物厌氧层，在反硝化细菌的作用下，被还原为N2和N2O等气体形态，并逸散至大气层中，降低水体中的氮含量[8]。因此，目前的有些

6、研究针对沉积物—水界面的反硝化速率进行。关于氮在沉积物—水界面上的迁移释放影响的环境因素研究较多，主要因素有盐度、pH、温度和Eh、沉积物的物理化学特征（例如有机质含量、沉积物粒度分布等）以及水力学条件等。目前对氮释放通量的测定方法主要有柱状芯样模拟法、孔隙水扩散模拟法以及野外现场直接测定等三种常用方法[9]。1.2沉积物—水界面磷释放行为及其影响因素沉积物磷释放活化的过程有很多，主要有再悬浮、解吸、含磷沉淀的溶解、配位交换、矿化、磷从活细胞中的释放和生物体分解等7个主要过程构成。具体的扩散传输则是从沉积物间隙水向上覆水体释放，间隙水中磷与上覆水体中

7、磷的浓度梯度是磷释放的主要动力，分子扩散是磷释放到水体的主要机制。大量研究表明，影响沉积物—水界面磷的迁移释放行为的主要因素是pH、温度、DO、Eh、有机质、沉积物中微生物、光照等。而对于浅水湖泊，风力导致的扰动则有着非常重要的作用。1.3存在问题和发展趋势尽管目前对于沉积物—水界面的氮磷释放问题进行了大量的实验室模拟，并建立了一些计算氮磷扩散释放通量的模型，但是少见考虑水体水力学条件，例如水体流速、湖泊地理地势及地质概况的释放模型；对氮磷释放的影响因素也做了大量研究，但多数都是单因素实验，少见对多因素共同影响的实验研究，而实际水体环境非常复杂，单因

8、素实验并不能满足预测内源氮磷释放状况的要求，今后的应加强这两个方面的研究。2氮磷含量的测定方法氮、磷均是生物