氧化還原環(huán)境制約湖泊沉積物內(nèi)源磷釋放過(guò)程的研究.pdf

1、湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化是當(dāng)前湖泊面臨的最主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，而磷是大多數(shù)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵控制因子。當(dāng)外源輸入逐步得到有效控制之后，沉積物內(nèi)源釋放就成為了湖泊水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要來(lái)源。沉積物內(nèi)源磷的釋放受多種環(huán)境因子影響，包括 pH、溫度、溶解氧、擾動(dòng)等等。在我國(guó)云貴高原的亞深水型湖泊，獨(dú)特的地理氣候條件和湖泊自然環(huán)境導(dǎo)致沉積物 pH、溫度等變化不大，溶解氧變化是影響沉積物磷釋放的主要因素。因此，深入了解氧化還原環(huán)境對(duì)沉積物內(nèi)源磷釋放的影響對(duì)

2、揭示沉積物內(nèi)源磷釋放機(jī)制具有重要意義，并可為湖泊富營(yíng)養(yǎng)化防治提供科學(xué)指導(dǎo)。
　　選取貴州紅楓湖為研究對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬了自然(對(duì)照組）、好氧（充O2組)和厭氧(充N2組)條件下沉積物內(nèi)源磷的釋放過(guò)程，并聯(lián)合應(yīng)用微電極和沉積物磷形態(tài)分析技術(shù)對(duì)沉積物-水界面開展了微尺度觀測(cè)與研究，取得了如下主要成果和認(rèn)識(shí)：
　　1、不同氧化還原環(huán)境造就了沉積物-水界面的較大差異。在實(shí)驗(yàn)室厭氧狀態(tài)下，沉積物-水界面的溶解氧含量降低，只有70

3、.0μmol/L，溶解氧的滲透深度僅0.9mm左右，而硫化氫含量最高能達(dá)到47.3μmol/L；好氧狀態(tài)下，沉積物-水界面的溶解氧含量約為280.0μmol/L，滲透深度為4.2mm，硫化氫的含量最高僅為9.0μmol/L。通過(guò)對(duì)典型區(qū)域大壩（深水）、后五（淺水)沉積物柱芯的原位觀測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)天然條件下沉積物中的溶解氧、硫化氫受季節(jié)和地點(diǎn)的影響很大：大壩冬、夏兩季沉積物-水界面處的溶解氧分別為186.4μmol/L、28.4μmol/L

4、，后五冬、夏兩季的溶解氧則均為200.0μmol/L左右；硫化氫產(chǎn)生的量同樣存在較大差別，大壩處冬、夏兩季峰值分別為11.0μmol/L、135.0μmol/L，而后五處則均低于10.0μmol/L左右，但夏季峰值要高于冬季。
　　2、在實(shí)驗(yàn)室模擬情況下，對(duì)照組沉積物總磷平均含量為1474.0mg/kg，而充N2組沉積物總磷平均含量為1039.9mg/kg，充 O2組沉積物總磷平均含量為1483.7mg/kg，充N2組相比對(duì)照組總

5、磷平均含量顯著降低，主要原因是NaOH-P和rest-P含量降低所致。通過(guò)對(duì)紅楓湖兩個(gè)湖區(qū)冬、夏兩個(gè)季節(jié)進(jìn)行沉積物柱芯采樣研究發(fā)現(xiàn)，夏季沉積物內(nèi)源磷較冬季更加易于釋放，紅楓湖底泥可釋放的磷含量較高，存在較大的磷釋放風(fēng)險(xiǎn)。
　　3、厭氧條件下沉積物孔隙水中磷酸鹽濃度明顯高于好氧條件下沉積物孔隙水磷酸鹽濃度，說(shuō)明厭氧條件顯著促進(jìn)了紅楓湖沉積物磷釋放。厭氧條件下沉積物內(nèi)部溶解氧濃度下降、硫還原活動(dòng)增強(qiáng)可能是導(dǎo)致NaOH-P釋放的主要原因

6、。O2濃度的降低加速了沉積物還原作用并產(chǎn)生大量H2S，進(jìn)而與二價(jià)鐵離子形成硫化亞鐵沉淀，最終導(dǎo)致NaOH-P（Fe-P）釋放到孔隙水中。好氧向厭氧條件的轉(zhuǎn)換可通過(guò)改變沉積物內(nèi)部pH值分布和微生物活動(dòng)促使rest-P釋放，厭氧條件下，厭氧微生物不僅可以消耗硫酸根產(chǎn)生 H2S，導(dǎo)致 pH值降低，還可消耗有機(jī)質(zhì),將有機(jī)磷轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)機(jī)磷。
　　4、大壩、后五湖區(qū)沉積物磷形態(tài)研究結(jié)果表明，無(wú)論大壩還是后五，冬季還是夏季，NaOH-P所占的比例

7、均為最高，其次為 rest-P，NH4Cl-P最少。不同形態(tài)的磷所受氧化還原環(huán)境的影響不同，NH4Cl-P與HCl-P受溶解氧影響較小；BD-P、NaOH-P、rest-P受溶解氧影響較大。不同氧化還原環(huán)境對(duì)沉積物磷釋放的影響可能主要是通過(guò)影響B(tài)D-P、NaOH-P、rest-P的遷移轉(zhuǎn)化和釋放來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　上述研究結(jié)果表明，沉積物-水界面氧化還原環(huán)境可影響沉積物氧滲透深度、pH值分布、微生物活動(dòng)、硫循環(huán)以及有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程，進(jìn)而控