（模式识别与智能系统专业论文）东洞庭湖底泥中磷的释放特性及其原位控制技术试验研究.pdf

摘要 随着洞庭湖水源的外源污染得到有效控制，内源污染将成为影响其富营养化 的主导因素，研究湖泊沉积物水界面磷行为是揭示富营养化机理的重要一环，将 为东洞庭湖的治理与管理提供指导和理论依据。同时，湖泊底泥污染原位控制技 术的发展近年来得到了越来越多的重视，但由于对其相关技术及机理缺少系统性 的深入研究，至今未得到广泛的应用。 本文以东洞庭湖底泥为研究对象，依托水沙科学与水灾害防治湖南省重点实 验室“东洞庭湖水体污染物在水动力作用下的分布研究( 2 0 0 8 s s 0 6 ) ”和“东洞庭湖 沉积物污染特性及静态释放规律研究( 2 0 0 8 s s 0 5 ) 项目，通过实验室模拟试验，研 究了不同环境因素( 温度、p h 值和含水率) 下底泥磷在底泥间隙水界面释放的规 律、不同影响因子( 温度、p h 值、溶解氧和水动力) 对底泥一上覆水界面磷释放的影 响、以及底泥磷释放的原位控制技术( 曝气供氧、沸石覆盖和硝酸钙原位处理等) 在不同环境下的控制上覆水磷浓度效果。试验结果如下： ( 1 ) 底泥一间隙水界面磷释放特性试验结果表明：1 ) 酸性和碱性条件下有助于底 泥磷向间隙水释放，其释放强度顺序为：碱性( p h 9 ) 酸性( p h 5 ) 中性( p h 7 ) 。系 统p h 值升高可加速f e p 和有机磷的释放，p h 值降低有利于c a p 释放；2 ) 温度 越高，底泥磷释放越快。温度由5 升至2 5 时，间隙水磷浓度可增加2 倍。同 时温度升高底泥各形态磷迁移转化速率加快，尤其是底泥有机磷的释放最为显著； 3 ) 低含水率可使底泥磷释放速率减缓，但可提高间隙水磷浓度。含水率由7 0 降 低到5 0 时，间隙水磷浓度增加了1 3 6 倍，但释放速率降低了1 7 倍。 ( 2 ) 底泥上覆水界面磷释放规律试验结果表明：1 ) 水体的环境p h 值为7 时底泥 上覆水界面磷释放量最小，降低或升高p h 值均使磷的释放量增加。2 ) 水体的环 境温度越高对底泥上覆水界面磷的释放影响就越大。温度由5 升至2 5 时，上 覆水磷浓度增加了1 7 倍；3 ) 溶解氧对底泥上覆水界面磷的释放影响最为显著。 水体在厌氧环境下磷的释放量是好氧条件下的5 5 6 倍。4 ) 扰动对底泥上覆水界面 磷的释放影响仅是有限的短期效应，当表层底泥以及悬浮物受扰动向水体释放t p 达到一定程度后，可能进入一种释放“枯竭状态。 ( 3 ) 原位控制及其对底泥磷形态影响试验结果表明：1 ) 厌氧时，控制水中磷浓 度效果依次为：硝酸钙原位处理 沸石覆盖 未处理；好氧时：硝酸钙原位处理 沸石覆盖 曝气未处理；扰动时：硝酸钙原位处理 沸石覆盖 曝气 未处 理；2 ) 沸石覆盖和曝气供氧对底泥固磷效果较好，底泥总磷含量分别增加了2 0 5 和1 9 6 ，而硝酸钙原位处理使土壤磷向生物相转化，使内源磷具有较高的再释 放风险；3 ) 沸石覆盖和曝气供氧主要对表层底泥( 1 2 c m ) 各形态磷产生影响，而硝 酸钙原位处理对底层( 5 c m ) 底泥磷形态迁移转化都会产生影响。 关键词：东洞庭湖；底泥；磷；磷形态；磷释放；原位控制技术 a bs t r a c t t h ei n t e r n a lc o n t a m i n a t i o nw o u l dp l a yak e yr o l eo fe u t r o p h i c a t i o na f t e re x t e r n a l c o n t a m i n a t i o nl o a dr e d u c t i o n s t u d y i n go np h o s p h o r u sa c t i o n si ni n t e r f a c eo fs e d i m e n t w a t e ri st h ek e ye l e m e n t sw h i c hh e l p sf i n dt h em e c h a n i s mo fe u t r o p h i c a t i o n ，a n di t w i l lp r o v i d eg u i d a n c ea n dt h e o r e t i c a lb a s i sf o re a s td o n g t i n gl a k e s sg o v e r n a n c ea n d m a n a g e m e n t m e a n w h i l e ，t h ed e v e p m e n to fi n - s i t uc o n t r o lt e c h n o l o g yo fc o n t a m i n a t i o nr e l e a s ef r o ms e d i m e n t so fl a k eh a sm a d eag o o dp r o g r e s si nt h ep a s ty e a r s h o w e v e r , m o r es t u d i e sn e e dt ob ec o n d u c t e da b o u tt h es y s t e m a t i ci n v e s t i g a t i o no ft h e t e c h n o l o g ya n dr e l a t e dm e c h a n i s m sf o ri t sw i d e l yp r a c t i c a la p p l i c a t i o n t a k i n ge a s td o n g t i n gl a k es e d i m e n t sa st h er e s e a r c ho b j e c t ，t h ep a p e rs t u d i e dt h e d i s c i p l i n e so fp h o s p h o r u sr e l e a s ei ni n t e r f a c eo fs o i l w a t e ru n d e rt h ed i f f e r e n to f e n v i r o n m e n t a lf a c t o r si n c l u d i n gt e m p e r a t u r e ，p ha n dm o i s t u r ec o n t e n t ，a n dt h ee f f e c t s o fp h o s p h o r u sr e l e a s ei ni n t e r f a c eo fs e d i m e n t s w a t e ru n d e rt h ed i f f e r e n te n v i r o n - m e n t a lc o n d i t i o n si n c l u d i n gt e m p e r a t u r e ，p h ，d oa n dh y d r o d y n a m i c ，a n dt h ec o n t r o l e f f e c t so fi n s i t uc o n t r o lt e c h n o l o g yf o rp h o s p h o r u sr e l e a s ei ns e d i m e n t si n c l u d i n g a e r a t i o n ，z e o l i t ec a p p i n ga n dc a l c i u mn i t r a t ei n s i t ut r e a t m e n tu n d e rt h ed i f f e r e n t e n v i r o n m e n t si ns i m u l a t e dl a b o r a t o r yc o n d i t i o n s ，w h i c hs u p p o r t e db yt h ew a t e rs a n d s c i e n c ea n dt h ew a t e rd i s a s t e rp r e v e n ta n dc o n t r o l k e yl a b o r a t o r yo fh u n a n p r o v i n c e s t u d i e so nd i s t r i b u t i o no fw a t e rp o l l u t a n t su n d e re f f e c t i o no fh y d r o d y n a m i c i ne a s td o n g t i n gl a k e ( 2 0 0 8 s s 0 6 ) ”a n d “s t u d i e so nc h a r a c t e r i s t i c so fs e d i m e n t sa n di t s r e l e a s ed i s c i p 1 i n e si ne a s td o n g t i n gl a k e ( 2 0 0 8 s s 0 5 ) ”p r o g r a m s ，t h em a i nf i n d i n g a r ea sf o l l o w i n g ： f i r s t t h ep h o s p h o r u sr e l e a s ei ni n t e r f a c eo fs e d i m e n t p o r e w a t e rs h o w e d ：( 1 ) a c i d i c a n da l k a l i n ec o n d i t i o n sc o n d u c i v et ot h er e l e a s eo fp h o s p h o r u si ns e d i m e n t st ot h ep o r e w a t e r , a n dt h er e l e a s i n gi sf o l l o w e db ya l k a l i n e ( p h 9 ) a c i d i c ( p h 5 ) n e u t r a l ( p h 7 ) e l e v a t e dp hc a na c c e l e r a t er e l e a s eo ff e pa n do r g a n i cp h o s p h o r u s ，a n dl o w e rp hi s c o n d u c i v et ot h er e l e a s eo fc a pi ns e d i m e n t s ( 2 ) t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r e ，t h e f a s t e rt h er e l e a s eo fs e d i m e n tp h o s p h o r u s w h e nt h et e m p e r a t u r er i s ef r o m5 ct o2 5 ，t h ep h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o n si np o r ew a t e rw i l li n c r e a s et w o f o l d ，a n dt h ef o r m s o f p h o s p h o r u si ns e d i m e n t st r a n s p o r ta n dt r a n s f e rf a s t e r , e s p e c i a l l yo r g a n i cp h o s p h o r u s r e l e a s e ( 3 ) l o w e rm o i s t u r ec o n t e n tc a nr e d u c es e d i m e n tp h o s p h o r u sr e l e a s er a t e s ，b u t i tc a ni n c r e a sp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o ni np o r ew a t e r t h ep h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o ni n p o r ew a t e rw i l li n c r e a s e1 3 6 一f o l dw h e nt h em o i s t u r ec o n t e n tf r o m7 0 t o5 0 ，b u tt h e i i i r e l e a s er a t ed e c r e a s e db yi 7t i m e s s e c o n d ，t h ep h o s p h o r u sr e l e a s ei ni n t e r f a c eo fs e d i m e n t o v e r l y i n gw a t e rs h o w e d ： ( 1 ) w h e nt h ep hv a l u eo fw a t e ri s7 ，t h ep h o s p h o r u sr e l e a s ei st h es m a l l e s t ，r e d u c i n go r i n c r e a s i n gp h v a l u e sw i l li n c r e a s ep h o s p h o r u sr e l e a s e ；( 2 ) t h eh i g h e ra m b i e n t t e m p e r a t u r eo fw a t e r ，t h eg r e a t e ri m p a c to nt h er e l e a s eo fp h o s p h o r u s t h ep h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o ni no v e r l y i n gw a t e rc a ni n c r e a s eb yi 7 - f o l dw h e nt h et e m p e r a t u r er i s e f r o m5 ct o2 5 ( 3 ) t h em o s ts i g n i f i c a n tf a c t o r so fp h o s p h o r u sr e l e a s ei ns e d i m e n t s i sd i s s o l v e do x y g e n u n d e ra n a e r o b i cc o n d i t i o n s ，t h ep h o s p h o r u sr e l e a s ei sa s5 5 6 t i m e sa si tu n d e ra e r o b i cc o n d i t i o n s ( 4 ) t h ee f f e c t so fp h o s p h o r u sr e l e a s ei ns e d i m e n t s f o rh y d r o d y n a m i ci so n l yal i m i t e ds h o r t - t e r ma c t i o n ，t h ep h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o ni n w a t e ri sn o ti n c r e a s ea f t e rt h ep h o s p h o r u si ns u r f a c es e d i m e n ta n ds u s p e n d e ds o l i d s r e l e a s ei n t ow a t e rt oac e r t a i ne x t e n t t h i r d ，t h ei n s i t uc o n t r o la n di t si m p a c to np h o s p h o r u sf o r m si ns e d i m e n t ss h o w e d ： ( 1 ) u n d e ra n a e r o b i cc o n d i t i o n ，t h ec o n t r o le f f e c t so fp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o ni nw a t e r w a sf o l l o w e db yc a l c i u mn i t r a t ei n - s i t ut r e a t m e n t z e o l i t ec a p p i n g u n t r e a t e d ；a n d u n d e ra e r o b i cc o n d i t i o n ，c a l c i u mn i t r a t ei n s i t ut r e a t m e n t z e o l i t ec a p p i n g a e r a t i o n u n t r e a t e d ；a n du n d e rh y d r o d y n a m i cc o n d i t i o n ，c a l c i u mn i t r a t ei n - s i t ut r e a t m e n t z e o l i t ec o v e r a g e z e o l i t e c a p p i n g a e r a t i o n u n t r e a t e d ； ( 2 ) z e o l i t e c a p p i n g a n d a e r a t i o nc a ni m p r o v et h ea b i l i t yo fs e d i m e n ti nf i x i n gp h o s p h o r u s t h et o t a lc o n t e n to f s e d i m e n tp h o s p h o r u si n c r e a s e db y2 0 5 a n d19 6 h o w e v e r t h ec a l c i u mn i t r a t e i n s i t ut r e a t m e n tc a nm a k ep h o s p h o r u si n v e r s ei n t ob i o l o g i c a lf o r m s ，a n di ti n c r e a s e t h er i s ko fi n t e r n a lpr e l e a s e ( 3 ) t h ei n f l u e n c eo fz e o l i t ec a p p i n ga n da e r a t i o nf o r p h o s p h o r u sf o r m si ns e d i m e n t si sm a i ne f f e c ts u r f a c es e d i m e n t ( 1 2 c m ) ，a n dc a l c i u m n i t r a t ei n s i t ut r e a t m e n tm a yb eh a v ea ni m p a c to nm i g r a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o no f p h o s p h o r u sf o r m si nb o t t o m ( 5c m ) s e d i m e n t k e yw o r d s ：e a s td o n g t i n gl a k e ；s e d i m e n t ；p h o s p h o r u s ；p h o s p h o r u s f o r m s ； p h o s p h o r u sr e l e a s e ；i n s i t uc o n t r o lt e c h n o l o g y i v 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 辊邈 日期：缈年，月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时 授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到中国学位论文全文数据库，并 通过网络向社会公众提供信息服务。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：如豁 日期：妙年r 月弦日 导师签名郴，山禾艮日期：潴年 岁月如日 第一章绪论 1 1 问题的提出与研究意义 我国的湖泊资源丰富，约有2 万多个湖泊，占世界天然湖泊资源的1 ，1 0 ，其 中大于l k m 2 的天然湖泊共2 3 0 0 余个1 。洞庭湖( 2 9 0 2 0 0 ”n ，1 1 2 0 5 5 0 ”e ) 是我国第 二大淡永湖，位于长江中下游荆江南岸，流域面积达到2 5 9 4 3 0o k r a 2 约为长江流 域面积的1 2 ，年平均径流量为1 9 2 4 亿m 3 ，湖面面积变化很大，枯水期仅有 2 7 4 0 k m 2 ，而丰水期则可能扩大到1 2 0 0 0 k m 2 ，湖水平均深度67 1 1 1 ，最大水深 3 0 8 m 口】。地处我国东部季风湿润区域，属亚热带季风湿润气候，年平均降水量为 1 2 0 0 1 4 0 0m m 。它是典型性的过水性吞吐型湖泊p i ，江湖天然沟通，湖泊换水周 期短( 1 4 1 7 d ) ，湖水更新、交换十分频繁，北面有松滋河、虎渡河、藕池河及华容 河构成“四口”( 松滋口、太平口、藕池口及调弦口，其中调弦口己于1 9 5 8 年建 闸控制未再分流，本文称为“四口”1 水系，西、南面有湘、资、沅、澧“四水” 水系。按地理位置可将洞庭湖分为西、南和东三个湖区，赤山岛的西北面为西洞 庭湖，东南面为南洞庭湖、磊石山以北为东洞庭湖。 东洞庭湖位于岳阳墨山铺、注滋口、大通湖与磊石山之间湖盆面积1 2 8 89 k m 2 。1 9 5 8 年调弦口堵塞后，西有藕池河东支来水于注滋口注入，南受西、南洞 庭湖的转泄及湘水的汇入，东有泪罗江、新墙河径流来汇使东洞庭湖形成了三 口、四水的总汇合场所，再由岳阳向东北流入长江，见图1l 。 目l l 洞庭湖示意图 由于洞庭湖接纳湘、资、沅、擅四水和长江三口洪水及洪水挟带的大量泥沙 绝大部分泥沙淤积于洞庭湖区的河道湖泊中，淤塞河道湖泊、降低河道泄洪能力， 抬高洪水位，加重湖区的防洪负担。据报道【4 j ，洞庭湖全湖平均淤积厚度0 5 5 m ； 其中，东洞庭湖0 6 7 m ，南洞庭湖0 4 9 m ，西洞庭湖0 3 6 m ；最大淤积厚度出现在 藕池河东支入东洞庭湖口两侧的新洲、舵杆洲，达8 - 9 m ；此外，东洞庭湖入口的 柴下洲、上飘尾，以及下飘尾洲至君山一带淤积也较厚。长期以来，流域内大量 天然或人工合成有机物、重金属、氮和磷等污染物不断汇入湖区，这些污染物不 断沉积聚集在湖底沉积物中。在外源污染基本被切断或正在逐步被切断的前提下， 由湖底沉积物引起的内源污染将成为湖区的主要污染源。条件具备时，湖底沉积 物将向水体大量释放污染物，不但会破坏水体的正常功能，严重时甚至威胁流域 供水水质安全。研究表明【5 1 ，在瑞典，夏季河道中几乎9 9 的营养物质来自底泥。 即使外源性营养物得到控制，底泥中周期性营养物质的快速回流也将持续水体几 十年的富营养化。 据报道【6 】，洞庭湖虽未发生藻类等引起的“水华 现象。但洞庭湖多数水域已 经受到总氮、总磷等的污染，且其浓度值已相当高，富营养化程度已达中一富营 养级，其中工业污染源的排放量主要集中在东洞庭湖，日排污量为1 2 6 3 5 9 7 m 3 ， 占日排污总量的8 5 5 5 。申锐莉，张建新等【7 】人对洞庭湖水质评价( 2 0 0 2 2 0 0 4 ) 得 出：( 1 ) 枯水期，东洞庭湖为类，南洞庭湖和西洞庭湖为劣v 类。采用面积加权 法，全湖的总体污染程度为v 类；( 2 ) 平水期，东洞庭湖为v 类水质，南洞庭湖为 v 类水质，西洞庭湖为劣v 类水质。全湖的总体污染程度为劣v 类水质；( 3 ) 丰水 期，东洞庭湖为类水质，南洞庭湖为类水质，西洞庭湖为类水质。全湖的 总体污染程度为类水质。其中主要污染物是t p 、t n 和大肠杆菌群；另外，硫 化物在某次检测中超标数高达1 1 4 9 倍。 目前，东洞庭湖部分水域出现绿藻，表现出区域富营养化。东洞庭湖水质t p 和t n 含量及水质评价类型见表1 1 。 表1 12 0 0 3 2 0 0 8 年东洞庭湖t p 、t n 浓度及水质评价 可见，沉积物内源污染的日益加剧，成为洞庭湖水环境修复突出问题之一。 目前对洞庭湖水体污染及水环境修复研究主要集中在水质污染及控制方面，沉积 物污染研究较少。已有的沉积物污染研究也主要针对重金属类，对沉积物中其他 污染物污染特性的研究较少，洞庭湖沉积物营养盐的释放研究工作目前还鲜有报 导。 2 为此，探明洞庭湖区沉积污染物的分布特征，研究沉积物中营养盐在多界面 间迁移转化规律，正确评价沉积污染物污染现状，对于东洞庭湖水环境修复工程 的顺利实施具有重要的意义。 。 1 2 国内外研究动态 1 2 1 沉积物中磷的释放研究 人们对于沉积物中磷的释放早在2 0 世纪4 0 年代就己经开始【s 】。随着水体内源 污染的深入研究和水环境修复工作的不断开展，目前对水体沉积物污染已有了比 较全面的认识。沉积物污染主要可由以下三条途径产生：首先通过在一定条件下 的形态变化、界面特性改变与释放等途径严重影响上覆水体的水质【9 1 ；其次底泥 中生存着大量的生物，这些生物的生命活动能够改变沉积物水界面的微环境特 征，在一定条件下，使部分污染物释放f lo 】；最后潮流及波浪等水动力扰动及沉积 物疏浚等人为扰动同样会导致沉积污染物的大量释放【i 。 为实现湖泊内源磷污染的有效控制，国内外对湖泊沉积物中磷的特性开展了 大量的研究工作，取得了丰富的研究成果。研究工作主要包括以下几个方面：沉 积物磷来源的调查分析【1 2 】；沉积物中磷的空间分布及季节性变化规律【1 3 】；底泥中 磷的不同赋存形态及剖面分布【1 4 】；环境因子对磷释放的影响【1 5 1 ；沉积物间隙水中 磷的时空分布规律以及各形态磷的连续分级提取方法等【1 6 17 1 。 沉积物静态释放过程研究在国外起步较早，七十年代就展开相关体系的理论 研究。a n u l i i k a n e n 研究表明【l8 j ：无论好氧与厌氧，磷的释放都随温度升高而 增长，温度升高l 3 ，将使底泥中t p 的释放量增加9 0 0 , 5 7 ，升高温度将提 高底泥中微生物和生物体活动能力，微生物的活动使沉积物中的有机态磷转化为 无机态磷酸盐而得以释放。l h k i m 等【l9 】研究底泥磷形态对释放的影响，结果表 明闭蓄磷溶解度极小，含量较小，这部分磷被认为是生物不能利用的；有机磷含 量取决于沉积物中有机物的数量，容易被微生物分解成无机磷释放水体；铁磷、 铝磷在p h 值高时易溶出；钙磷在酸性条件下更容易释放，但一般状况下，钙磷和 闭蓄态磷都很难释出。c l a v e r o 研究了p a l m o n e s 河口沙蚕对溶解性磷酸盐在沉积 物水界面传输的影响【2 0 1 。结果表明体系在厌氧的条件下，大量的磷会从沉积物中 释放出来。e g o m e z 等【2 l 】考察了p h 值和溶解氧对m e j e a n 泻湖底泥磷释放的影响， 结果表明p h 近中性时释磷量最低，p h 偏酸、偏碱均利于磷释放，p h 升高，o h 。 与吸附在沉积物水界面铁、铝氧化物表面的磷发生配位体交换，磷被解吸下来而 使释磷量增加，p h 降低，促进钙磷的溶解；溶解氧降低，促进f e 3 + 向f e 2 + 转化， 释放出铁结合态磷。 国内上世纪九十年代才对沉积物水界面静态过程进行研究。尹大强和范成新 等分别研究了溶解氧、p h 、温度和沉积物中微生物对太湖五里湖和涌湖沉积物磷 释放的影响【1 5 , 2 2 】，结果表明：溶解氧降低、p h 和温度升高，微生物作用有利于沉 积物中磷向水体释放。隋少峰等【2 3 】对东湖内源磷释放规律研究，结果表明：在1 0 、2 0 、3 0 水温条件下，其他条件保持不变( p h = 7 4 ，溶解氧保持8 o m g l ) ， 随着温度升高，底泥释磷量逐渐增加。3 0 条件下上覆水中t d p 浓度是1 0 的2 倍。金相灿等【2 4 】考察了太湖磷形态构成及p h 值对磷释放的影响，结果表明p h 值 影响底泥各形态磷的构成，加速底泥磷释放与固定的速率。 目前，动态研究成为研究磷释放的热点。扩散作用导致磷酸盐从高浓度方向 向低浓度方向迁移，扰动会加速这种扩散作用，使底质问隙水中污染物快速扩散 到上覆水【2 5 1 。一方面，扰动使表层沉积物再悬浮，增大了沉积物颗粒的反应面并 促进沉积物中磷的释放，另一方面，加速了沉积物间隙水中磷的扩散，这一效应 直至释放与沉积吸附达到一种动态平衡【2 6 1 。s o n d e r g a a r d 2 7 】在室内比较了阿瑞塞湖 表层沉积物受扰动前后可溶性活性磷的释放，发现扰动可增加2 0 3 0 倍的磷释放 量：r o b a r t s 跟踪观测日本琵琶湖在强台风作用下水体磷含量变化，发现台风过后 水体可溶性活性磷含量提高了2 5 倍【2 8 1 。在国内也有类似的动态磷释放研究，张 路【2 9 】利用恒温震荡器构筑的模拟扰动环境，研究了太湖沉积物的磷释放和吸附行 为。朱广伟f 3 0 】在一次大风浪后对梅梁湾一浅水区的调查研究认为：尽管大风浪过 程引起沉积物大量悬浮，水体悬浮物颗粒态营养盐显著提高，但是由于悬浮过程 营养盐释放与沉降机制作用十分复杂，活性营养盐的浓度未必能够提高。李涛【3 1 1 在模拟扰动条件下太湖沉积物悬浮特征及其对磷酸盐的吸附研究，结果表明：模 拟扰动使悬浮颗粒的粒度、形态、结构发生着变化，而这种形态学变化将影响它 对磷酸盐的吸附行为。李大鹏等【3 2 】考察了底泥再悬浮对磷释放及磷形态影响，结 果表明底泥再悬浮可增加水体磷浓度，同时改变了底泥磷形态，使铁结合磷和有 机磷向钙结合磷转化。 1 2 2 沉积物中磷形态研究 研究沉积物磷的形态转化及迁移过程，需要确定磷赋存形态。磷形态分级分 离是揭示沉积物磷形态及其迁移规律的一个重要手段。沉积物总磷包括无机磷和 有机磷两大部分。有机磷是有机质的重要组成部分，包括水生生物( 如藻类等) 死亡 后的遗体、未及矿化降解的有机污染物等。因有机磷的结构组成，化学形态和性 质尚处于研究之中，一般简单地将其分为酸溶性有机磷和剩余有机磷。有机磷不 易直接被藻类等水生植物吸收，只能在其它生物，尤其是微生物的作用下，矿化 分解为活性可溶性磷，由固相转移到液相中去，引起水体富营养化水平增加【”】。 底泥磷的提取方法不同，无机磷形态也不一致。1 9 5 7 年，c h a n g 和j a c k s o n 具有创造性地提出了土壤中无机磷形态的分级方法( c j 法) 【3 4 1 ，将土壤无机磷部分 4 构成了一个十分完整的体系。土壤磷分为不稳性或松结合态磷( 1 a b i l e p ) 、铝结合 态磷( a 1 一p ) 、铁结合态磷( f e p ) 、钙结合态磷( c a p ) 、可还原水溶态磷( r s p ) 、闭蓄 态磷( o e p ) 及有机磷( o r - p ) 。后来，w i l l i a m s 等【”】人对c j 法进行改进( w 法) ，采 用c d b ( n a 3 c i t n a 2 s 2 0 4 n a h c 0 3 ) 在碱性条件下提取土壤中铁结合态磷( f e p ) ，克 服了c j 法中所提取的f e p 被c a f 2 重吸附于沉积物的缺点。该法将土壤磷分为 c b d p ( 非磷灰岩磷) 、n a o h p ( 铁铝结合态磷) 、h c i p ( 磷灰岩磷) 。19 8 0 年，h i e l t j e s 和l i j k l e m a 3 6 】提出以n h 4 c 1 作为第一步提取剂( h l 法) ，以除去碳酸钙对磷的重 吸作用，同时克服w 法中c d b 溶解部分钙磷，但n h 4 c l 会溶解少量的f e p 和 a 1 p 。该法将土壤磷分为n h 4 c 1 p ( 不稳定性磷) 、n a o h p ( 铁铝结合态磷) 、h c i p ( 钙 结合态磷) 。1 9 8 4 年，p s e n n e r 等【罗7 1 人提出以h 2 0 - 一d b ( 连二亚硫酸钠一碳酸氢钠) 一n a o h h c l 一n a 0 h 顺序提取沉积物中各形态磷( p 法) 。将土壤磷分为h 2 0 p ( 弱 吸附性磷) 、b d p ( 可还原水溶性磷) 、n a o h p ( 金属离子结合态磷) 、h c l p ( 钙结合 态磷) 、n a o h p ( 惰性磷) 。1 0 年后，h u p f e r 等【3 8 】人在p 法基础上略加修改，用n h 4 c l 代替h 2 0 提取出弱吸附态磷，用于湖泊沉积物的磷分离。 r u t t e n b u r g 3 9 1 9 9 2 年提出了针对海洋沉积物磷形态的连续提取方法( s e d e x 法) ，首次区分了原生碎屑磷和自生钙结合磷。但是s e d e x 法仅仅侧重碎屑磷和 自生磷的分离，对其他形态的磷未能进一步分离。该方法的第二步用c d b 提取的 p 实际上是铝结合磷、铁结合磷和闭蓄态磷的总和，如果仅认为是铁结合磷则未免 过于偏颇【4 0 1 。该法将土壤磷分为m g c l 2 p ( 可交换性磷) 、c d b p ( 碳酸氟磷灰岩磷) 、 n a a c n a h c 0 3 p ( 钙磷) 、h c i p ( 氟磷灰岩磷) 、5 5 0 灰化后h c i p ( 有机磷) 。针对 s e d e x 法提取中的缺陷，李悦等【4 0 】人对其进行了改进，改进之后将土壤磷分为 m g c l 2 p ( 可交换性磷) 、n h 4 f p ( 铝结合态磷) 、n a o h n a 2 c 0 3 p ( 铁结合态磷) 、c d b p ( 闭蓄态磷) 、n a a c h a c p ( 自生磷灰石碳酸钙结合磷) 、h c l p ( 碎屑磷灰石及其他无 机磷) 、5 5 0 灰化后h c i p ( 有机磷) 。他将土壤学中通用的铝结合磷、铁结合磷和 闭蓄态磷的分级技术引入该方法，使其提取结果具有更清晰的环境地球化学意义。 然而关于改进后方法的应用情况报道很少，而且该方法是针对海洋沉积物设计， 在淡水水体沉积物中的应用情况如何研究报道较少。2 0 0 3 年朱广伟等【4 l 】在李悦的 基础上进行了改进，提出了g s d 1 2 连续提取方法，使提取步骤得以简化。 为避免强酸和强碱在提取过程中破坏土壤结合态磷以及有机磷，l9 9 0 年， g o l t e r m a n 等【4 2 】首次将螫合剂用于底泥磷形态提取( g 。法) ，采用c a n t a ( 氨基三乙 酸) 和n a 2 e d t a 分别提取f e p 和c a p 。有效地避免了有机磷的水解和碱提时的 重吸附现象，但由于c a n t a 提取f e p 时间较长，同时它是提取的第一道工序， 对后续提取的磷含量影响较大。1 9 9 6 年g o l t e r m a n 【l7 】结合s e d e x 法和h l 法又 提出以c a e d a t 替换c a n a t 提取f e p ，以n a 2 e d a t 提取c a p 的e d a t 法( g 法) ，较好地避免了因提取时间长而影响各形态磷含量。将土壤磷分为c a e d t a s 磷( 铁磷) 、n a 2 e d a t 磷( 钙磷) 、h 2 s 0 4 p ( 酸溶性有机磷) 、n a o h p ( 碱溶性有机磷) 。 由于不同的分级分离方法得到的磷形态不一致，因此各个湖泊沉积物的磷形态 可比性不够强。1 9 9 6 年开始，欧洲标准测试测量组织发起了旨在提出标准磷形态 的提取方法的联合项目，对w 法、h l 法、g 法和s e d e x 法四种广为接受方法 进行比较分析，在改进的w 法的基础上，最终形成了淡水沉积物磷形态连续提取 的s m t 协议( 即s m t 法) 。它将沉积物中磷分为n a o h p ( 包括f e 、m n 、a i 氧化物 和水化物结合的磷) 、h c i p ( 钙结合的磷) 、有机磷、无机磷以及由浓h c i 提取的 磷( 即总磷) 一引。 目前，对湖泊、河流及海洋沉积物的磷形态研究成为研究热点。j f p e n g 等m 】 采用p 法考察了p h 值和e h 对生态塘底泥磷形态的影响，发现中性条件下f e a 1 p 比较稳定，碱性条件时钙结合磷比较稳定；e h 对铁结合态磷的稳定性影响较大。 a n s h u m a l i 等【4 5 】采用s e d e x 法考察了印度p a n d o h 湖底泥磷形态的季节变化规律， 表明由于离子浓度作用，使得季节变化对湖泊水体p h 值有较大影响。在冬季，各 形态磷都表现为固定；在夏季，由于水体p h 值降低使底泥钙磷有所释放，同时温 度升高使得有机磷释放较为显著；在雨季，铁磷极不稳定，大量释放出来，其释 放量与水体总磷有高的相关性，而自生磷灰石和碎屑磷灰石释放量较低。s j s u n 等【4 6 】采用p 法研究了h a i h e 河底泥磷形态特征及释放规律，结果表明n h 4 p 和 b d p 极不稳定，很容易释放，增加上覆水体磷含量。王春雨等【l6 】采用李悦法评价 了红枫湖和百花湖沉积物中磷的存在形态。金相灿等【2 4 】采用s m t 法研究了p h 值 对太湖底泥磷释放的影响，发现酸性和碱性条件下有助于底泥磷的释放；碱性条 件下，促进n a o h p 释放，酸性条件下促进h c i p 释放。黄清辉等【4 7 】采用g 法考 察了太湖、巢湖和龙感湖沉积物中磷的形态与湖泊富营养化关系，结果表明酸可 提取有机磷的迁移转化可能是湖泊富营养化的一个重要过程。如果沉积物中酸可 提取有机磷形态的分布可以作为湖泊富营养化状况的一种标志，则e d t a 法可能 具有很广阔的应用前景。 1 2 3 底泥原位控制技术研究 近年来，随着我国底泥污染问题的日益凸出，我国的研究工作者对底泥污染 的控制亦做了一定的研究工作【4 8 1 。总的来说，底泥的污染控制技术主要分为两大 类：底泥污染易位控制技术和底泥污染原位控制技术1 4 9 5 0 】。 底泥污染易位控制技术主要包括底泥疏竣以及疏竣底泥的处理和处置。底泥 污染易位控制技术拥有丰富的工程实践经验，是目l f 应用最广泛的底泥污染控制 技术。 目前，关于湖泊疏浚的研究多是针对疏浚对生态系统、底栖生物及水体水质 等的影响【5 。对于疏浚能否改善水体水质，消除湖泊富营养化还存在争议，如对 6 滇池草海 5 2 】、长春南湖【5 3 1 、瑞典t r u m m e n 湖【5 4 】等的研究表明，疏浚在一定程度 上能够改善其水体水质；但对南京的玄武湖、日本的s u w a 湖【5 ，荷兰的z i e r i k z e e 湾【5 】的研究却显示疏浚对改善其水体的富营养化状况效果不明显。 底泥污染原位控制技术主要包括底泥覆盖、底泥原位处理、化学钝化以及人 工爆气等 5 , 5 4 】。底泥覆盖是指于污染底泥上部覆盖一层或多层覆盖层使底泥与上覆 水隔开和阻止底泥污染物向上覆水释放的一种底泥污染控制技术。化学钝化技术 主要通过投加化学试剂( 铝盐、铁盐和石灰等) ，固定水体和底泥中的营养盐( 主要 是磷) ，并使底泥表面上部形成覆盖层，阻止底泥向水体释放营养盐。底泥原位处 理技术指的是原地利用物理化学或生物方法减少受污染底泥的容积，减少污染物 量或降低污染物的溶解度、毒性或迁移性，并减少污染物释放的受污染底泥整治 技术。 1 2 3 1 利用供氧技术控制底泥污染物的释放研究 目前采用最为普遍的供氧方式是人工曝气充氧。人工曝气按是否会破坏水体 分层，可以分为破坏分层和深水曝气两类，后者只对底层水进行曝气，可以减少 水体混合引起的不利影响【”】。 美国s a n t ac r u z 港在2 0 世纪7 0 年代至8 0 年代初期，水污染较为严重， 经历了4 次大范围的鱼类死亡事件。后来采用曝气装置对水体进行曝气，大大降 低水中h 2 s 浓度，与曝气前相比水中含量减低了l 2 1 3 【5 5 1 。p r e p a see 等【5 6 1 研究 了a m i s k 湖深层