湖泊現代化沉積物中磷的地球化學作用及環境效應

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摘 要：湖泊是地表水的主要存在形式之一。它不僅是人類生活用水的主要來源，更在自然環境、生態系統中起著重要的調節作用。在水污染日益嚴重的情形下，通過研究降低和防止湖泊污染，保持湖泊水質的健康至關重要。由此，本文結合某湖泊實例，在分析湖泊現代沉積物中磷的積累賦存情況后，通過實驗方法對湖泊現代沉積物磷的地球化學作用和環境效應進行研究。

關鍵詞：湖泊現代化沉積物；磷；地球化學作用；環境效應

前言：磷是湖泊沉積物中含有的主要化學元素之一。近兩年，受人類生產生活的強烈影響，湖泊沉積物大大增加，尤其是有機質含量。湖泊沉積物與水體的相互作用會造成沉積物中的某些污染物對水體再次產生污染，導致湖泊出現富營養化、進一步加重水體污染程度。而研究湖泊沉積物中磷的地球化學作用與環境效應，有利于人類對湖泊富營養化的預防和改善，減輕水體污染程度，意義重大。

1.湖泊現代沉積物中磷的積累賦存情況

湖泊沉積物包含表層沉積物和湖底沉積物兩部分，物質從流域中搬運至湖泊或是在湖泊水體中生成，并以礦物質和有機質的形式沉積在湖泊的表面和底部。即湖泊沉積物與流域侵蝕和污染物排放有著密切的相關性。從近幾年的研究發現，當前我國大多數湖泊污染嚴重，對于湖泊水庫而言人為干擾更是嚴重，通過各條流域進入不同湖泊的污染物、營養物大大增加，造成了湖泊沉積物含量的顯著上升[1]。當代人為化學的強烈干擾，造成了湖泊現代化沉積物作用形式的改變，磷在湖泊沉積物中參與著各種重要的自生作用，它的遷移再循環和營養功能，對湖泊沉積物產生了巨大影響，成為研究人員關注的重點對象之一。湖泊沉積物中磷的溶出與其自身化學沉淀相態密切相關。根據這一關系，利用礦物相化學提取技術對湖泊現代化沉積物中磷的垂直分布特征、不同儲存形式、遷移循環方式等進行研究非常重要。因為不同相態的磷能夠反映出湖泊沉積物中磷釋放物的可能物源。

2.湖泊現代化沉積物中磷的地球化學作用與環境效應

2.1湖泊現代化沉積物采樣

某地區一湖泊為當地居民生產生活水源之一，湖水面積為15.2km2左右，平均水深為12.6m，補給系數為12.4，湖泊形成時間約有幾十余年。自上世紀90年代起，該湖水質逐漸變差，水體污染日趨嚴重，多次出現過富營養化現象，雖然在當地環保局和政府等的治理下，湖泊水質污染得到了一定改善，但其使用功能、安全性仍然受到嚴重的影響[2]。為了有效預防該湖泊富營養化的再次發生，使用沉積物—水界面采樣器對湖泊現代化沉積物進行采樣。

采樣地點于湖泊中心處，定時定點采集不同季節的沉積物和界面水樣品柱。采集來的界面水樣品柱清澈，說明在采集過程中界面水并為受到擾動。將界面水按照1cm的間隔注入離心管中進行密封保存，用于實驗研究。將帶到實驗室的沉積物樣品使用高速離心機對沉積物間隙水進行提取，提取完成后對沉積物進行真空干燥處理。孔隙水中的溶解性磷采用鉬抗比色法進行測定，沉積物樣品中不同化學賦存形態的磷采用修正的化學連續提取法進行提取，Mn、Fe等微量元素采用原子吸收分光光度儀來予以測定[3]。

2.2沉積物磷向上覆水體擴散遷移與孔隙水擴散遷移

湖泊沉積物中的溶解性磷酸鹽在有利于沉淀物溶解條件存在的情況下，可能會釋放出磷，且通常釋放出的磷首先向沉積物間隙水中擴散，然后遷移至上覆水體中，成為湖泊富營養化的驅動因子。根據所得該湖泊沉積物樣品的溶解磷酸鹽化學剖面圖來看和計年研究結果來看，該湖泊現代化沉積物的沉積速率為0.28g·cm-2a-1，進而計算出湖泊沉積物中磷的擴散通量Fd和沉積物的平均孔隙度為92%。剖面圖顯示，沉積物間隙水中的溶解性磷酸鹽峰值出現在2cm深度層上，計算時，為簡化計算對其上沉積深度均按照這一深度進行[4]。假設磷主要以H2PO4形式存在，通過計算和圖形分析發現，該湖泊受沉積物間隙水磷擴散作用影響強烈，當沉積物中磷到達沉積物—水界面后，有23.6%左右的磷會被釋放重新回到水體中，再次參與湖泊的水、物質循環。

沉積物中磷向水體的釋放主要有三種形式：第一種為鐵氧化物的解析作用。湖泊現代化沉積物，尤其是表層沉積物中的絕大多數磷酸鹽，可能是以共價鍵的形式與非晶質絡合物相結合，而這些絡合物的成分受水合鐵氧化物影響，鐵氧化物中的磷穩定性不高，在環境發生變化導致氧化條件改變時，便很容易從氧化物中脫離出來，釋放到水體之中。第二種為有機質的擴化分解。有機質中的磷比較不穩定，當有機質擴化分解時，其中的磷就會被釋放出來，并以溶解性的磷酸鹽形式存在，其中一部分借由孔隙水向上覆水體中擴散，一部分則被沉積物礦物顆粒所吸附。第三種為沉積物擾動。當湖泊沉積物受到擾動時，處于分層氧化帶之下孔隙中的溶解性磷酸鹽可能會直接向上覆水體中遷移擴散。

總結：綜上，不同地區、不同湖泊現代化沉積物組分及各組分含量各有差異，磷向水體的釋放形式也不盡相同。所以在研究湖泊現代化沉積物中磷的地球化學作用和環境效應時，應結合具體湖泊具體分析。總之，研究湖泊沉積物磷的地球化學作用和環境效應是一項具有重要意義的工作。

參考文獻

[1]吳曉娜. 西湖沉積物中磷的形態及遷移轉化的沉積剖面研究[D].浙江大學，2012.

[2]張斌亮. 淺水湖泊沉積物—水界面磷的行為特征與環境風險評價[D].華東師范大學，2014.

[3]錢軼超. 淺水湖泊沉積物磷素遷移轉化特征與生物作用影響機制研究[D].浙江大學，2011.

[4]陳暉. 長江口潮灘沉積物基質結合態磷化氫的分布特征初探[D].華東師范大學，2010.