淡水与海水环境下沉积物磷形态分布特征分析

摘要 模拟在不同深度淡水和海水环境下沉积物中各形态磷分布特征，试验结果表明，淡水、海水环境下pH值在沉积物中出现分层现象，pH值呈现垂直方向逐渐下降趋势，范围在6.02～7.30之间，在相同深度上，淡水比海水环境下的沉积物pH值要大；1 m淡水比2 m淡水环境下沉积物pH值要大，2～10 cm之间1 m海水比2 m海水环境下沉积物pH值要大，沉积物中各形态磷含量排序为HCl-P>BD-P>NaOH-P>Res-P>NH4Cl-P。

关键词 淡水；海水；沉积物；磷形态；分布特征

中图分类号 X832 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）03-0239-01

水质富营养化是现代工业化国家水污染的突出问题，也是发展中国家面临一个重要的环境问题[1]。造成水体富营养化的污染来源可分为外源和内源，研究表明，在外源输入逐步得到控制的情况下，沉积物对上覆水释放的氮、磷将成为湖泊水质恶化和富营养化的重要原因[2-3]。磷和氮，特别是磷控制着湖泊藻类的增殖，是藻类生长的主要限制因素，其含量直接影响湖泊富营养化的进程[1，4]。沉积物中的磷以多种化学形态存在，其释放性及生物可利用性有较大差异[5]。研究沉积物的主要性质和磷的不同赋存形态是探讨磷在沉积物―水界面迁移转化规律的基础，对控制富营养化问题具有重要意义[6]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验中受试海水取自中国近海，淡水和沉积物取自三峡库区香溪河支流回水区。模型采用2根高度为1 m和2根高度为2 m、直径为16 cm的有机玻璃管，管底封闭，玻璃管外壁贴1层黑色遮光膜。沉积物混合均匀后置于实验模型内，1 m淡水和1 m海水模型中沉积物厚度为12 cm，水深为70 cm，2 m淡水和2 m海水模型中沉积物厚度为20 cm，水深为160 cm。

1.2 试验方法

本次模拟实验过程中采用Orion便携式多参数仪测定水体pH值、Eh、DO等，通过每天早、晚各1次对模型内水体的pH值、Eh、DO等指标进行监测至指标保持稳后停止监测，监测于2012年4月15日开始，截止时间为2013年4月22日。监测结束后无扰动取出模型内沉积物并以2 cm厚分层，采用Christophoridis 和Fytianos[7]改进后的方法分步提取沉积物中磷形态的含量。

2 结果与分析

2.1 沉积物pH值垂直方向变化

pH值是湖泊水库水体水质的一个重要指标，影响着磷与沉积物之间的吸附和离子交换过程[8]。试验结果表明，1 m淡水环境下沉积物pH值相对较高，最大值为7.3，在表层0～2 cm，最小值为6.74，在8～10 cm；1 m海水环境下沉积物pH值在6.32～6.47，随深度增加变化幅度不是很明显；2 m淡水环境下沉积物pH值在6.60～6.86，随深度增加变化幅度减缓；2 m海水环境下沉积物pH值相对较小，最大值为6.61，最小值为6.02。

2.2 沉积物中磷形态沿垂向变化

沉积物中NH4Cl-P表示沉积物中的弱吸附态磷。试验结果表明，NH4Cl-P含量范围为0.49～1.92 mg/kg。在垂向上，1 m淡水和海水环境下NH4Cl-P含量总体上随深度增加逐渐增大，2 m淡水和海水环境下NH4Cl-P含量都呈现波形变化且变化趋势一致，在2～4、6～8、12～14 cm处分别出现峰值。

沉积物中BD-P表示氧化还原敏感性磷。试验结果表明，BD-P含量范围在18.5～27.5 mg/kg。在1 m淡水和1 m海水环境下BD-P含量总体上随深度增加先减小后增大，2 m淡水环境下BD-P含量在0～4 cm减小，4～10 cm增大，10～16 cm又逐渐减小，2 m海水与2 m淡水环境下BD-P含量变化趋势则刚好相反，但含量较1 m海水与1 m淡水环境下BD-P含量。

沉积物中NaOH-P是可被碱性溶液溶解的无机磷。试验结果表明，NaOH-P含量范围在28～33 mg/kg。1、2 m淡水和2 m海水环境下沉积物中NaOH-P含量沿垂向上先减小后增大，且0～2 cm层含量最高，分别为22、33、29 mg/kg，且BD-P与NaOH-P含量相近。

沉积物中HCl-P表示的是钙结合态磷。试验结果表明，HCl-P含量范围为72～107 mg/kg。1 m淡水环境下HCl-P含量在垂向上先增加后减小，最小值出现在表层，为94 mg/kg，而1 m海水环境下HCl-P含量在2～10 cm变化趋势与之相反；2 m淡水环境下HCl-P含量变化与2 m淡水环境下NH4Cl-P含量变化一致，在0～2、6～8、14～16 cm处出现谷值，而2 m海水环境下HCl-P含量变化趋势与之刚好相反。

Res-P是指残渣态磷。试验结果表明Res-P含量范围为11～23 mg/kg。1、2 m淡水环境下Res-P含量在0～4 cm逐渐降低，之后逐渐增加；1 m海水环境下Res-P含量在0～8 cm呈上升趋势，8～10 cm降低，2 m海水环境下Res-P含量则总体出现下降的趋势。

沉积物中各形态磷含量排序为HCl-P>BD-P>NaOH-P>Res-P>NH4Cl-P。其中HCl-P含量占各形态磷累加和的百分含量在47%～67%，平均值为59.5%，含量最高；BD-P百分含量在11.4%～17.2%；NaOH-P百分含量在11.8%～21.5%；Res-P百分含量在7.4%～13.8%；NH4Cl-P在0.3%～1.2%，平均值为0.8%，含量最低。

3 结论与讨论

研究结果表明，淡水、海水环境下pH值在沉积物中分层较明显，pH值垂直方向呈现随沉积物深度增加逐渐下降趋势，淡水比海水环境下的沉积物pH值要高。淡水、海水环境下1 m淡水和1 m海水以及2 m淡水和2 m海水之间沉积物各磷形态含量沿着深度变化趋势相似，1 m淡水和2 m淡水之间各形态含量沿着深度变化趋势无明显相似性，1 m海水和2 m海水之间的则变化趋势相近。淡水、海水环境下沉积物中各形态磷含量占累加和百分含量排序为HCl-P>BD-P>NaOH-P>Res-P>NH4Cl-P。其中HCl-P含量在47%～67%，含量最高；BD-P百分含量在11.4%～17.2%；NaOH-P百分含量在11.8%～21.5%；Res-P百分含量在7.4%～13.8%；NH4Cl-P在0.3%～1.2%，含量最低。

4 参考文献

[1] 彭近新，陈慧君.水质富营养化与防治[M].北京：中国环境科学出版社，1988.

[2] 范成新，张路，王建军，等.湖泊底泥疏浚对内源释放影响的过程与机理[J].科学通报，2004，49（15）：1523-1528.

[3] 尹大强，覃秋荣，阎航.环境因子对五里湖沉积物磷释放的影响[J].湖泊科学，1994，6（3）：240-244.

[4] 刘静静.巢湖内源氮磷的形态，释放规律及控制研究[D].合肥：合肥工业大学，2006.

[5] WANG Guo-ping，LIU Jing-shuang，ZHAO Hai-yang，et al.Phosphorus sorption by freeze-thaw treated wetland soils derived from a winter-cold zone（Sanjiang Plain，Northeast China）[J].Geoderma，2007，138（1）：153-161.

[6] 金相灿，孟凡德，姜霞，等.太湖东北部沉积物理化特征及磷赋存形态研究[J].长江流域资源与环境，2006，15（3）：388-394.

[7] CHRISTOPHOROS C，KONSTANTINOS F.Conditions affecting the release of phosphorus from surface lake sediments[J].Journal of Environ-mental Quality，2006，35（4）：1181-1192.

[8] 赵兴青，杨柳燕，于振洋，等.太湖沉积物理化性质及营养盐的时空变化[J].湖泊科学，2007，19（6）：698-704.