影响氮在沉积物―水界面扩散的因素

摘要：沉积物-水界面是水生态系统中最重要的界面之一，对水生态系统中物质的循环、转移、贮存有重要的作用。氮是湖泊生物最基础的营养物质，其生物地球化学循环对湖泊生态系具有至关重要的作用。随着各级政府对控源减排治理力度的加大，沉积物中的氮通过沉积物-水界面的释放对湖泊富营养化的形成起到不可忽视的作用。

关键字：沉积物-水界面，氮，影响因素

中图分类号：C35 文献标识码： A

沉积物-水界面是介于水相和沉积相之间的环境边界，是天然水体在物理、化学和生物特征等方面差异性最显著和进行物质输送与交换的重要边界之一。湖泊水体中接纳过量的氮营养盐会使藻类异常增殖，导致富营养化水体中的氮增加的原因主要来自入湖河流的输入、大气沉降和湖泊沉积物的释放等。

1.温度

温度的变化，直接或间接地影响着沉积物中有机物的矿化速率、硝化、反硝

化速率以及吸附-解吸过程，从而影响了沉积物-水界面营养盐的交换行为。温度升高时，沉积物的吸附能力下降，固体颗粒表面的离子容易解析进入孔隙水和上覆水中。伴随着温度地升高，物质的溶解度增加，物质的扩散速率也会增加，因此，温度升高时，沉积物-水界面营养盐的交换速率一般也会随之增加[1]。

2.ph值

pH作为影响沉积物-水界面氧化还原环境和化学平衡的重要因素，对改变营养物质生物地球化学过程是十分显著的。因此，改变pH有利于某些矿物的溶解和某些组分的转化。

氧化还原电位随着水体含氧量的增加而呈对数增加，随pH值的增大而呈线性减小，温度影响水的溶解氧含量，含氧量随着温度的升高而降低。较高的氧化还原电位有利于沉积物中NH4+H的硝化作用，令沉积物中含量增加，使其沉积物与水体间浓度梯度加大，利于NO3-N向水体扩散；而较低的氧化还原电位抑制NH4+H的硝化作用，还会促进NO3-N的氨化作用，从而抑制NO3-N向水体扩散，促进NH4+H向水体扩散。

pH值是水环境的重要指标，它对水环境的各种物理化学反应都有重要影响，在内源氮的释放过程中也是如此。一般认为[2]，pH值在两个方面影响内源氮的释放：其一，pH值影响氮的吸附反应；其二，pH值影响化学反应。氮受pH值的影响较复杂，各研究者说法不一。

3.盐度

盐度是在沉积物-水界面上交换发生变化的直接因素，并不是盐度增加引起的 NH4+离子配位体的增加，而主要是因为当盐度发生变化时，会影响到微生物自身的生理活性，从而间接的控制了营养盐在界面的交换行为，并且仅在中盐度条件下盐度增加的最初1-2 h内，才可以明显观察到这种界面扩散行为的变化[3]。

4.生物扰动

通过底栖生物的扰动作用，可以加快沉积物中一些粘土矿物的溶解，增强溶质迁移作用，使得孔隙水中某些营养物质的浓度增加，进一步增加了营养盐在沉积物-水界面上的交换速率，促使那些沉降到底泥的营养物质能够回到水体中，被重新利用。因此作为沉积物-水界面一个重要的环境因子，底栖动物长时间以来都是国内外学者研究的重心和热点[4]。

5.藻类的生长与光照

研究表明，藻类对内源氮释放的影响和温度、光照有关。由于藻类生长最适宜的温度是25°C左右[5]，在此温度下，藻类生长对内源氮释放的影响最大；温度过低或过高时，都抑制藻类的生长，对内源氮释放的影响不大。光照对内源性氮释放的影响主要通过加快藻类生长而产生的间接作用。

6.上覆水的水质

上覆水水质变化多端，是影响底泥内源氮释放的重要因素之一。上覆水的水质好坏直接影响沉积物-水界面氮平衡，从而决定沉积物内源氮是否释放。从理论上讲，当上覆水氮浓度低于平衡状态时，底泥向上覆水中释放氮；当上覆水氮浓度高于平衡状态时，底泥反而从上覆水中吸收氮[6]。

参考文献

[1] 朱梦圆， 朱广伟， 王永平. 太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮， 磷释放的影响 [J]. 环境科学， 2011， 32（2）： 409-415

[2]朱广伟，秦伯强，张路，等.太湖底泥悬浮中营养盐释放的波浪水槽实验[J].湖泊科学，2005，17（l）：61-68

[3]范成新，张路，包先明，等.太湖沉积物-水界面生源要素迁移机制及其定量化-磷释放的热力学机制及源-汇转换[J].湖泊科学，2006，18（3）：207-217

[4] 刘碧波， 丰民义， 刘剑彤. 东湖典型区域间隙水中营养盐的时空分布[J]. 长江流域资源与环境， 2012， 21（8）： 979-986

[5] 张路，范成新，王建军等.太湖水土界面氮磷交换通量的时空差异[J].环境科学，2006，27（8）：1537-1543

[6] 胡开明， 逄勇， 王华. 太湖湖体总氮平衡及水质可控目标. 水科学进展. 2012：555-62