武汉市南湖沉积物对铵态氮的吸附特征

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长江中下游浅水湖泊表层沉积物对氨氮的吸附特征

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农业环境科学学报２０，６）２４１２０７２（：２ — ２９４１
Ｊｕｎｌｆｒ— ｎｉｏｍｅｔｃｅｃｏｒａｏＥｖｒｎｎｉｎｅｏＡｇＳ
长江中下游浅水湖泊表层沉积物对氨氮的吸附特征
ｔｅｔｎｅｙａｃｅｕｌｒｍ；ｒｅｋｎｔｄｌｃｎｄｓｒｂｈｘｅｍｅｔａａａｄｔｅｆｔｇｒｓｌｙｔｅｐｒｂｌｉ — ｈｎａｔｄｄｔａｄｎｍｉｑｉｂｕＴｅｉｅｉｍｏｅｓａｅｃｅｔｅｅｐｒｎｔ．ｎｔｎｅｕｔｂａａｏｉｄｍｌｅｏｉｉｈｃｉｉｄｈｉｉｓｈｃｓｏｄｌｎｅｓｍｐｅＥｌｖｅｄｌｅｅｔｅｂｓ，ｈｔｆｈｉｔｄｒｄｌｓｔｅｗｒｔｉｎｍｏｅｄｔｉｌｏｉｈｍｏｅｒｅｔｔａｅＦｒｅａｈｗｈｏｔｓ０ｒｍｏｅｏ；ｗａｈｓｅＨｅｒｄｌａｅｌｅｃｂｅｎｍｏｅｎｗｌｄｓｒｅｔｙｃｉｈ
ＡｂｔａｔＡｄｏｐｉｎｋｎｔｓａｄｉｏｈｒｆｍｍｏｉｍｎｏｔｅ１ｅｉｎｓａｅｏｓａｌｗｌｋｓｎｔｅｍｉｄｅａｄｌｗｒｒａｈｓｆｓｒｃ：ｓｒｔｉｅｉｎｔｅｍｓｏｃｓｏａｎｕｏｔｓｄｍｅｔｔｋｎｆｍｈｏｅｄｌｎｅｃｅｈ３ｒｌａｉｈｏｅｏｔｅＹａｇｚｉｅｅｅｄｔｒｎｄａｄｔｅｅｅｔｆｈｓｃｎｈｍｉａｒｐｒｅｆｔｅｓｄｍｅｔｎｉｍｍｏｉｍｄｏｐｉｎｃａａ — ｈｈｔｅＲｖｒｒｅｅｍｉｅ。ｎｆｅｙｉａａｄｅｅｅｌｏｅｔｓｏｅｉｎｓｏａｗｈｏｐｌｐｉｈｓｔｎｕａｓｒｔｈｒｃｏ

武汉严东湖近代沉积物中总氮、总磷与生物硅沉积及营养演化的动态过程

武汉严东湖近代沉积物中总氮、总磷与生物硅沉积及营养演化的动态过程胡胜华;叶艳婷;郭伟洁;张婷;周巧红;徐栋;吴振斌【摘要】Select a medium-sized shallow lake in the suburb of Wuhan ——the Yandonghu Lake for the study. And test the content of two core sediments of the total nitrogen(TN), total phosphorus(TP), biogenicsilica(BSi) content in it. The results showed that: TN and BSi in the surface sediments of the Yandonghu Lake have risen in general, while the modem content of TP decreased. In modem times, the growth of diatoms consumed large amounts of silicon and phosphorus in the water body, which showed by the significant increase of the content of BSi and the increase of nutritional level of the Yandonghu Lake. Diatom growth and sedimentation affect to the deposition system and process of the Yandonghu Lake, which leading to the ratio and structural changes of nutrients and the silicon lake water restrictions appear.%选择武汉近郊一中型浅水湖泊--严东湖为研究对象,对其进行了2个柱状沉积物的总氮、总磷、生物硅含量测试.结果表明:严东湖表层沉积物中总氮、生物硅含量总体均有所上升,而总磷近代含量有所下降.近代以来,硅藻的生长消耗了水体大量的硅与磷,表现为生物硅含量的显著上升,严东湖的营养程度有所上升.硅藻的生长与沉积影响到湖泊的沉积系统与过程,使营养盐比例与结构发生了变化,导致严东湖水体出现硅限制.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2011(020)001【总页数】8页(P124-131)【关键词】严东湖;沉积物;总氮;总磷;生物硅;营养演化【作者】胡胜华;叶艳婷;郭伟洁;张婷;周巧红;徐栋;吴振斌【作者单位】中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院研究生院,北京,10049;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院研究生院,北京,10049;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院研究生院,北京,10049;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;中国科学院水生生物研究所//淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072【正文语种】中文【中图分类】X142严东湖水域总面积约8.66 km2，常年水深约3 m，年均水温约18.6 ℃，年均降水量1285 mm，为武汉洪山区花山镇的一中型浅水湖泊。

汤逊湖·南湖及墨水湖底泥沉积物中氮

汤逊湖㊃南湖及墨水湖底泥沉积物中氮磷的释放特征林子阳１，姜应和１∗，程润喜２，胡芳２，周欢２，陈铭楷１（１．武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉４３００７０；２．路德环境科技股份有限公司，湖北武汉４３００００）摘要㊀在夏季环境下以武汉汤逊湖㊁南湖和墨水湖的底泥沉积物为目标，采用蒸馏水作为上覆水进行静态释放试验，监测各试验柱上覆水中氮磷营养盐的变化趋势，计算ＴＮ㊁ＴＰ的累计释放量，分析湖泊底泥中氮磷营养盐的释放规律㊂结果表明，各湖泊底泥样本向上覆水中释放的氮主要以ＮＯ３－－Ｎ的形式存在；墨水湖底泥向上覆水中释放的氮最多，南湖底泥向上覆水中释放的磷最多㊂３个湖泊的底泥向上覆水释放的氮磷总量仅占底泥氮磷总量的极少部分，说明汤逊湖㊁南湖和墨水湖底泥均具有较大的氮磷释放潜力㊂关键词㊀氮磷；底泥沉积物；释放特征中图分类号㊀Ｘ５２４㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２３）０２－００６４－０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２３．０２．０１７㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＲｅｌｅａｓｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＮｉｔｒｏｇｅｎａｎｄＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｔｈｅＳｅｄｉｍｅｎｔｓｏｆＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ，ＳｏｕｔｈＬａｋｅａｎｄＭｏｓｈｕｉＬａｋｅＬＩＮＺｉ⁃ｙａｎｇ１，ＪＩＡＮＧＹｉｎｇ⁃ｈｅ１，ＣＨＥＮＧＲｕｎ⁃ｘｉ２ｅｔａｌ㊀（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ４３００７０；２．ＲｏａｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ４３００００）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓｕｍｍｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓｏｆＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ，ＳｏｕｔｈＬａｋｅａｎｄＭｏｓｈｕｉＬａｋｅｉｎＷｕｈａｎａｓｔｈｅｔａｒｇｅｔ，ｔｈｅｓｔａｔｉｃｒｅｌｅａｓｅｔｅｓｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｄｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒａｓｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｃｈａｎｇｅｔｒｅｎｄｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｎｕｔｒｉｅｎｔｓｉｎｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｏｆｅａｃｈｔｅｓｔｃｏｌｕｍｎ，ｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔｏｆＴＮａｎｄＴＰ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｒｕｌｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｎｕｔｒｉｅｎｔｓｉｎｔｈｅｌａｋｅｓｅｄｉｍｅｎｔ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｌｅａｓｅｄｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｆｒｏｍｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓａｍｐｌｅｓｏｆｅａｃｈｌａｋｅｍａｉｎｌｙｅｘｉｓｔｅｄｉｎｔｈｅｆｏｒｍｏｆＮＯ３－－Ｎ；ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆＭｏｓｈｕｉＬａｋｅｒｅｌｅａｓｅｄｔｈｅｍｏｓｔｎｉｔｒｏｇｅｎｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒ，ａｎｄｔｈｅｓｅｄｉ⁃ｍｅｎｔｏｆＳｏｕｔｈＬａｋｅｒｅｌｅａｓｅｄｔｈｅｍｏｓｔｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｌｅａｓｅｄｂｙｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｌａｋｅｓｆｒｏｍｔｈｅｕｐｐｅｒｗａｔｅｒｃｏｖｅｒａｃｃｏｕｎｔｓｆｏｒｏｎｌｙａｖｅｒｙｓｍａｌｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｏｆｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ，ＳｏｕｔｈＬａｋｅａｎｄＭｏｓｈｕｉＬａｋｅａｌｌｈａｄｇｒｅａｔｅｒｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｌｅａｓｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｓｅｄｉｍｅｎｔ；Ｒｅｌｅａｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ基金项目㊀路德环境科技股份有限公司科技攻关项目（ＬＤＨＪ２０２００１０２）㊂作者简介㊀林子阳（１９９６），男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向：水污染控制理论及应用㊂∗通信作者，教授，博士，博士生导师，从事水污染控制理论及应用研究㊂收稿日期㊀２０２２－０２－１７㊀㊀汤逊湖位于武汉市东南部，水域面积达４７．６２ｋｍ２，横跨江夏区㊁洪山区和东湖新技术开发区，是武汉最大的城中湖；南湖位于武昌南部，水域面积达７．６７ｋｍ２，是武汉市第三大的城中湖；墨水湖位于汉阳西南，水域面积达３．６４ｋｍ２，为浅水湖泊㊂随着湖泊周边城市发展，各类污染物排入湖中，造成水体污染㊂水中营养盐通过一系列理化作用，逐渐蓄积于湖泊底泥之中㊂其中，氮㊁磷等营养盐是湖泊底泥营养盐的主要组成部分，对水体环境影响极大㊂在外界环境的影响下，底泥中的氮磷元素部分被沉水植物吸收，重新参与物质循环；部分以闭蓄态或结合态的形式稳定存在，难以被释放；部分通过扩散作用重新进入上覆水中，造成二次污染［１］㊂这部分重新被释放的氮磷元素，也是湖泊水体治理水质难以根本好转的主因之一㊂底泥中氮磷的释放是一个物理㊁化学和生物综合作用的过程，其释放㊁累积和输送遵循一定的规律［２］㊂底泥中氮磷的释放受到如ＤＯ㊁温度㊁ｐＨ㊁上覆水污染物浓度等因素的影响［３］㊂笔者以汤逊湖㊁南湖和墨水湖为研究对象，采用实验室静态模拟法对底泥氮磷释放规律进行研究㊂１㊀材料与方法１．１㊀样品的采集㊀将带上覆水和底泥的柱样定义为Ａ类试验柱样，不带上覆水的底泥柱样定义为Ｂ类试验柱样㊂在汤逊湖（１１４ʎ２３ᶄＥ，３０ʎ２５ᶄＮ）㊁南湖（１１４ʎ２１ᶄＥ，３０ʎ３０ᶄＮ）和墨水湖（１１４ʎ１４ᶄＥ，３０ʎ３２ᶄＮ）各设一个取样点，每一取样点取１个Ａ类试验柱样和２个Ｂ类试验柱样㊂Ａ类试验柱样取样管长为２．５ｍ，上覆水采样深度不小于１．５ｍ，底泥采样深度不小于７０ｃｍ；Ｂ类试验柱样取样管长为１．５ｍ，底泥采样深度不小于１．０ｍ㊂取样点具体位置如图１所示㊂图１㊀采样点分布Ｆｉｇ．１㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓａｍｐｌｉｎｇｐｏｉｎｔｓ１．２㊀样品的处理㊀各试验柱样被带回试验室后，将Ａ类试验柱样的上覆水用虹吸管调整至相同深度（上覆水深度为１．５ｍ）㊂对上覆水进行测量所得各理化指标如表１所示㊂对Ｂ类试验柱样的表层（０５ｃｍ）底泥进行采样，吸除水分后置于阴凉处自然风干，研磨后过１００目筛，保存在聚乙烯袋中备用㊂测得底泥ＴＮ㊁ＴＰ含量如表２所示㊂㊀㊀㊀安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２３，５１（２）：６４－６７表１㊀各湖泊上覆水理化指标Ｔａｂｌｅ１㊀Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｉｎｅａｃｈｌａｋｅ湖泊名称ＬａｋｅｎａｍｅｐＨＤＯｍｇ／ＬＴＮｍｇ／ＬＴＰｍｇ／ＬＮＨ４＋－Ｎｍｇ／ＬＮＯ３－－Ｎｍｇ／Ｌ汤逊湖ＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ７．８５５．０１．７３０．２１２０．８９０．３７南湖ＳｏｕｔｈＬａｋｅ８．２８５．５１．６９０．２３１０．９００．６２墨水湖ＭｏｓｈｕｉＬａｋｅ７．６２４．８２．３２０．１９８１．３２０．６８表２㊀各湖泊底泥中ＴＮ、ＴＰ含量Ｔａｂｌｅ２㊀ＣｏｎｔｅｎｔｓｏｆＴＮａｎｄＴＰｉｎｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｎｅａｃｈｌａｋｅ单位：ｍｇ／ｋｇ湖泊名称ＬａｋｅｎａｍｅＴＮＴＰ汤逊湖ＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ２５７１４１２１２南湖ＳｏｕｔｈＬａｋｅ４７１５２５３５墨水湖ＭｏｓｈｕｉＬａｋｅ４０４５２１１２１．３㊀底泥释放营养盐试验方法㊀将从３个湖泊各取的１个Ａ类试验柱样分别命名为汤逊湖㊁南湖和墨水湖试验柱㊂该试验采样时间为夏季，试验期间水温维持在（３０ʃ１）ħ㊂将试验柱中原上覆水替换为蒸馏水㊂监测上覆水中ＤＯ㊁ＴＮ㊁ＮＨ４＋－Ｎ㊁ＮＯ３－－Ｎ和ＴＰ的变化，前期每隔２４ｈ取样并检测，后期取样并检测的时间间隔为４８ｈ，每次采集水样后分别用蒸馏水补足㊂㊀㊀累计释放量γ（ｍｇ）用以下公式计算［４］：γｎ＝Ｖ（Ｃｎ－Ｃ０）＋ｎ－１ｊ＝１［Ｖｉ（Ｃｊ－Ｃａ）］（１）式中，Ｖ为试验柱中上覆水总体积（Ｌ）；ｎ为采样次数，ｎȡ２，当ｎ＝１，仅取式右两项中的第一项；Ｖｊ为每次采集水样的体积（Ｌ）；Ｃｎ为第ｎ次采样时测出的营养盐浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃｊ为第ｊ次采样时测出的营养盐浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃａ为每次取样后补充水样中营养盐浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃ０为各类上覆水中营养盐的初始浓度（ｍｇ／Ｌ）㊂１．４㊀水质检测方法㊀上覆水中ＤＯ采用ＪＰＢ－６０７Ａ溶解氧仪测定㊂ＴＮ㊁ＮＨ４＋－Ｎ㊁ＮＯ３－－Ｎ和ＴＰ采用‘水和废水监测分析方法（第四版）“提供的方法测定：ＴＮ采用过硫酸钾氧化，紫外分光光度法测定；ＴＰ采用钼酸铵分光光度法测定；ＮＨ４＋－Ｎ采用纳氏试剂比色法测定；ＮＯ３－－Ｎ采用紫外分光光度法测定㊂２㊀结果与分析２．１㊀上覆水中各指标的变化㊀不同湖泊底泥条件下，上覆水中各指标的变化趋势如图２所示㊂由图２可知，３个试验柱中水样各指标的变化趋势基本一致㊂ＤＯ含量在１０ｄ前持续下降，可能是好氧微生物的持续活动导致的［５］；１６ｄ后ＤＯ略有回升，此时其他营养盐浓度基本处于平衡阶段，水体环图２㊀各试验柱上覆水各指标随时间变化曲线Ｆｉｇ．２㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｏｎｅａｃｈｔｅｓｔｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｔｉｍｅ境相对稳定，说明存在一定程度的大气复氧㊂ＴＮ㊁ＮＯ３－－Ｎ和ＴＰ均呈持续上升趋势，墨水湖试验柱的上覆水中ＴＮ浓度最高，汤逊湖试验柱次之，南湖试验柱最低；ＮＯ３－－Ｎ浓度排序与ＴＮ一致；南湖试验柱的上覆水中ＴＰ浓度最高，汤逊湖试验柱次之，墨水湖试验柱最低㊂由表１可知，对于原上覆水而言，ＴＮ浓度表现为墨水湖＞汤逊湖＞南湖，与试验结果相符，且各试验柱中上覆水ＴＮ的最终浓度均小于各湖泊实测结果㊂这可能是因为在自然湖泊的上覆水环境内存在大量生物活动，以汤逊湖为例，现仍有相当规模的渔业养殖［６］㊂它们的代谢活动所产生的氮元素部分悬浮在上覆水中，进一步提高了ＴＮ的含量㊂ＴＰ浓度表现为南湖＞汤逊湖＞墨水湖，主要以溶解性磷酸盐（ＳＲＰ）的形式存在［７］，也与试验结果相符，但各试验柱中上覆水ＴＰ的最终浓度均大于各湖泊实测结果㊂该试验在夏季进行，气温较高，史静等［８］研究表５６５１卷２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀林子阳等㊀汤逊湖·南湖及墨水湖底泥沉积物中氮磷的释放特征明，温度对氮磷元素释放的影响类似，但对磷的影响更显著㊂且当温度升高到一定程度后，由于生物活性不再提高，氮的释放不再明显增强，而磷由于氧化还原电位的降低和含磷沉积物溶解加快等原因，释放更为明显［９］㊂而自然水体中存在藻类及沉水植物对溶解性磷酸盐的吸收，降低了环境中磷的浓度，所以各湖泊ＴＰ的实测数据会低于试验条件下释放的ＴＰ㊂ＮＨ４＋－Ｎ表现出先上升后下降的趋势，这可能与底泥中有机氮转化为氨氮和硝化反应有关㊂２．２㊀上覆水中氮类营养盐变化㊀不同湖泊底泥条件下，上覆水中各类含氮营养盐变化如图３所示㊂由图３可知，各试验柱中ＴＮ绝大部分由ＮＯ３－－Ｎ组成㊂说明氮元素主要以无机氮的形式向上覆水中释放，难以以有机氮的形式释放㊂在试验初期，各试验柱均出现ＮＨ４＋－Ｎ浓度迅速上升的趋势，这可能是由于在向试验柱内注入蒸馏水的过程中，对底泥造成了一定扰动，且试验初期水体中溶解氧充足㊂这可能是因为底泥中存在好氧微生物将有机氮转化为氨氮［１０］㊂在前１０ｄ，水体中溶解氧持续下降，ＮＨ４＋－Ｎ也持续下降，ＮＯ３－－Ｎ则持续上升，说明水体中存在硝化反应将ＮＨ４＋－Ｎ转化为ＮＯ３－－Ｎ㊂但也可以看出，ＮＯ３－－Ｎ增长的量大于ＮＨ４＋－Ｎ减少的量，说明底泥仍在向上覆水中释放ＮＯ３－－Ｎ或释放ＮＨ４＋－Ｎ并转化为ＮＯ３－－Ｎ㊂陶玉炎等［１１］研究表明，溶解氧缺乏的条件下，沉积物氮主要以ＮＨ４＋－Ｎ形式释放，溶解氧充足条件下，沉积物氮主要以ＮＯ３－－Ｎ形式释放㊂王圣瑞等［１２］研究表明，底泥中可释放的氮主要以ＮＯ３－－Ｎ的形式存在；且由于土壤带负电荷，铵根带正电荷，易被土壤吸附难以释放，而硝酸根带负电荷，更容易释放㊂图３㊀各试验柱上覆水含氮营养盐随时间变化曲线Ｆｉｇ．３㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｎｕｔｒｉｅｎｔｓａｌｔｓｉｎｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｏｆｅａｃｈｔｅｓｔｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｔｉｍｅ２．３㊀上覆水中ＴＮ㊁ＴＰ累计释放量的变化㊀从各试验柱上覆水中ＴＮ和ＴＰ累计释放量的变化趋势（图４）可以看出，不同湖泊底泥氮磷的累计释放量变化趋势基本相同㊂由于释放强度受上覆水与底泥间的浓度差影响，根据Ｆｉｃｋ第一扩散定律［１３］，在静态释放条件下，由于底泥－水界面浓度梯度的影响，底泥ＴＮ和ＴＰ的释放速率在初期最大，随时间的延续，释放速率逐渐降低［１４］，则累计释放量的增长也由陡变缓；最终，随着浓度差的不断缩小，扩散作用不断减弱，上覆水与底泥间逐渐达到某个平衡点，累计释放量不再明显增长，呈现出动态平衡状态㊂试验结束时墨水湖ＴＮ的累计释放量最大，说明墨水湖可能具有更大的氮释放能力；南湖ＴＰ的累计释放量最大，说明南湖可能具有更大的磷释放能力㊂图４㊀各试验柱上覆水ＴＮ（ａ）和ＴＰ（ｂ）累计释放量随时间变化曲线Ｆｉｇ．４㊀ＶａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔｏｆＴＮ（ａ）ａｎｄＴＰ（ｂ）ｉｎｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｏｆｅａｃｈｔｅｓｔｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｔｉｍｅ２．４㊀底泥沉积物氮磷存在形态对释放的影响㊀底泥中的氮磷元素并不都具有向上覆水中释放的潜力㊂不同湖泊表层底泥ＴＮ中可转化态氮（ＴＡＮ㊁ＴＴＮ）及ＴＰ中易转化态磷占比区别均较大㊂王圣瑞等［１２］对太湖等长江中下游湖泊的表层底泥测量发现，ＴＮ中可交换氮（ＥＮ）占比为６．２９％１９．２４％；对太湖和武汉月湖表层底泥的研究发现，ＴＮ中ＴＡＮ的占比随粒径的降低而升高［１５］，其中最容易释放的ＩＥＦ－Ｎ是可转化态无机氮的主体，占总可转化态氮的７．３７％２２．２５％㊂赵宝刚等［１６］研究发现骆马湖等４个湖泊表层底泥ＴＮ中ＴＡＮ占比均值为５０．９３％７３．１０％，ＩＥＦ－Ｎ占ＴＴＮ的６．７４％６６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２３年８．８２％㊂叶华香等［１７］对南山湖表层底泥测量发现，潜在可移动形态磷占ＴＰ的５４．０６％㊂马金玉等［１８］研究表明，最易释放的ＥＸ－Ｐ占华阳河湖群表层底泥ＴＰ的０．４％４．９％㊂周帆琦等［１９］测得武汉南湖与东湖表层底泥ＴＰ中ＥＸ－Ｐ占比为３％１１％㊂上述试验均表明，不同湖泊的表层底泥具有各自的形态分布特征，ＴＮ㊁ＴＰ中具有释放潜力的部分占比也因湖泊环境和外源输入的不同而有差异㊂此次试验测得３个湖泊表层（０５ｃｍ）底泥的干重约为１６６ｇ，根据表２的各湖泊底泥ＴＮ㊁ＴＰ含量计算得出的各湖泊累计释放量占表层底泥内氮磷含量的比值如表３所示㊂从表３可以看出，该试验中各湖泊底泥氮磷累计释放量仅占表层底泥氮磷含量的极少部分，显然低于潜在可释放的氮磷总量㊂大量可释放的氮磷留存在底泥中，形成内源污染，使得湖泊水质情况难以好转，持续呈现富营养化㊂通过２０１６２０２０年武汉水务局发布的武汉市水资源公报［２０－２４］可知，汤逊湖水质条件为Ⅴ类，中度富营养化，水质变化稳定；南湖水质条件仍为劣Ⅴ类，中度富营养化；墨水湖水质条件由劣Ⅴ类转为Ⅴ类，中度富营养化，水质有所好转㊂这说明底泥中大量富集的氮磷营养盐对湖泊环境的治理仍形成较大阻碍㊂表３㊀各湖泊累计释放量占比Ｔａｂｌｅ３㊀Ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｌｅａｓｅｏｆｅａｃｈｌａｋｅ湖泊名称ＬａｋｅｎａｍｅＴＮ底泥ＴＮ量ＴＮａｍｏｕｎｔｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｍｇ释放ＴＮ量ＲｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔｏｆＴＮʊｍｇ释放量占比Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｒｅｌｅａｓｅｄａｍｏｕｎｔʊ％ＴＰ底泥ＴＰ量ＴＰａｍｏｕｎｔｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｍｇ释放ＴＰ量ＲｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔｏｆＴＰʊｍｇ释放量占比Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｒｅｌｅａｓｅｄａｍｏｕｎｔʊ％汤逊湖ＴａｎｇｘｕｎＬａｋｅ４２６８６．４３０．１５２０１４．５７２．２７南湖ＳｏｕｔｈＬａｋｅ７８４５．５５０．７１４２１５．０３１．１９墨水湖ＭｏｓｈｕｉＬａｋｅ６７１７．９３１．１８３５１２．０６０．５９３㊀结论（１）夏季环境下各湖泊底泥样本向上覆水中释放的氮主要以ＮＯ３－－Ｎ的形式存在，墨水湖底泥向上覆水中释放的氮最多，有较强的释放能力；南湖底泥向上覆水中释放的磷最多，有较强的释放能力㊂在未来的治理计划中可针对各湖泊不同的释放特点进行针对性治理㊂（２）各湖泊底泥具备释放潜力的氮磷元素占比具有不同特征，最终呈现出的释放总量不一定由不同湖泊底泥间的氮磷总量简单决定㊂此次试验中向上覆水释放的氮磷含量仅占底泥氮磷总量的极少部分，说明汤逊湖㊁南湖和墨水湖底泥均具有较大的氮磷释放潜力，这也是导致各湖泊富营养化的主因之一㊂参考文献［１］ＷＵＺ，ＬＩＵＹ，ＬＩＡＮＧＺＹ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒｎａｌｃｙｃｌｉｎｇ，ｎｏｔｅｘｔｅｒｎａｌｌｏａｄｉｎｇ，ｄｅ⁃ｃｉｄｅｓｔｈｅｎｕｔｒｉｅｎｔｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｉｎｅｕｔｒｏｐｈｉｃｌａｋｅ：Ａｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｅｍ⁃ｐｏｒａｌＢａｙｅｓｉａｎｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｉｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１７，１１６：２３１－２４０．［２］陈平，倪龙琦．河湖底泥中氮磷迁移转化的研究进展［Ｊ］．徐州工程学院学报（自然科学版），２０２０，３５（２）：６０－６６．［３］张茜，冯民权，郝晓燕．上覆水环境条件对底泥氮磷释放的影响研究［Ｊ］．环境污染与防治，２０２０，４２（１）：７－１１．［４］金相灿，屠清瑛．湖泊富营养化调查规范［Ｍ］．２版．北京：中国环境科学出版社，１９９０：２１９．［５］黄炜惠．中国水环境溶解氧基准与标准初步研究［Ｄ］．北京：中国环境科学研究院，２０２１．［６］杜明普，王红丽，刘康福，等．生态渔业养殖模式下汤逊湖鱼产力估算及对内源污染的影响［Ｊ］．环境工程技术学报，２０２１，１１（２）：２７８－２８２．［７］ＹＵＰＰ，ＷＡＮＧＪＦ，ＣＨＥＮＪＧ，ｅｔａｌ．Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅ⁃ｌｅａｓｅｆｒｏｍｓｅｄｉｍｅｎｔｓｕｓｉｎｇｏｘｙｇｅｎｎａｎｏ⁃ｂｕｂｂｌｅ⁃ｍｏｄｉｆｉｅｄｍｉｎｅｒａｌｓ［Ｊ］．Ｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，６６３：６５４－６６１．［８］史静，于秀芳，夏运生，等．影响富营养化湖泊底泥氮㊁磷释放的因素［Ｊ］．水土保持通报，２０１６，３６（３）：２４１－２４４．［９］周成，杨国录，陆晶，等．河湖底泥污染物释放影响因素及底泥处理的研究进展［Ｊ］．环境工程，２０１６，３４（５）：１１３－１１７，９４．［１０］王红，阮爱东，徐洁．太湖氨化功能菌群的分布及其有机氮降解条件［Ｊ］．河南科学，２０１９，３７（３）：４３９－４４６．［１１］陶玉炎，耿金菊，王荣俊，等．环境条件变化对河流沉积物三氮释放的影响［Ｊ］．环境科学与技术，２０１３，３６（Ｓ１）：４１－４４，７８．［１２］王圣瑞，焦立新，金相灿，等．长江中下游浅水湖泊沉积物总氮㊁可交换态氮与固定态铵的赋存特征［Ｊ］．环境科学学报，２００８，２８（１）：３７－４３．［１３］贾艳乐，贾飞虎，马慧杰，等．白洋淀上覆水氮磷浓度对沉积物氮磷释放的影响［Ｊ］．中国环境管理干部学院学报，２０１９，２９（３）：８９－９３．［１４］韩宁，郝卓，徐亚娟，等．江西香溪流域干湿季交替下底泥氮释放机制及其对流域氮输出的贡献［Ｊ］．环境科学，２０１６，３７（２）：５３４－５４１．［１５］王圣瑞，金相灿，焦立新．不同污染程度湖泊沉积物中不同粒级可转化态氮分布［Ｊ］．环境科学研究，２００７，２０（３）：５２－５７．［１６］赵宝刚，张夏彬，昝逢宇，等．不同湖泊表层沉积物氮形态的分布特征与影响因素［Ｊ］．中国环境科学，２０２１，４１（２）：８３７－８４７．［１７］叶华香，臧淑英，尉文佳，等．南山湖沉积物磷形态时空分布特征［Ｊ］．环境工程，２０１９，３７（５）：１０５－１１０，１１６．［１８］马金玉，罗千里，王文才，等．华阳河湖群表层沉积物磷形态及生物有效性［Ｊ］．长江流域资源与环境，２０２１，３０（１２）：２９６２－２９７１．［１９］周帆琦，沙茜，张维昊，等．武汉东湖和南湖沉积物中磷形态分布特征与相关分析［Ｊ］．湖泊科学，２０１４，２６（３）：４０１－４０９．［２０］黄天荣，易相军．２０１６年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０１６．［２１］徐照彪，易相军．２０１７年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０１７．［２２］徐照彪，王沫．２０１８年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０１８．［２３］徐照彪，王沫．２０１９年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０１９．［２４］徐照彪，王沫．２０２０年武汉市水资源公报［Ｒ］．武汉：武汉市水务局，２０２０．７６５１卷２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀林子阳等㊀汤逊湖·南湖及墨水湖底泥沉积物中氮磷的释放特征。

武汉市南湖沉积物对铵态氮的吸附特征

１９９４）Ｌ４］，而高浓度的氮会导致水生环境的富营养
化（Ｆｉｓｈｅｒｅｔａ１．，１９８８）［引。Ｈｉｌｄａ等（２００３）［研究表明在厌氧条件下沉积物释放的氮相当于把
４１．７的总氮放进湖里。在富氧条件下．沉积物库中的有机氮化物经矿化作用，生成铵根离子、硝
酸根离子等无机离子扩散进入上覆水体中，提高
水体氮浓度和营养水平；而上覆水中的铵根离子、硝酸根离子等也能反向扩散进入沉积物中，即发生沉积物对无机氮的吸附（吴丰昌，１９９６）［７］。因此，底泥中氮的释放与吸附影响着水体水质，对水体的富营养化进程产生重要影响。
张星星（福安市海洋与渔业局，福建福安，３５５０００）
摘要：采用两种不同总氮含量的沉积物为材料，研究了南湖沉积物对铵态氮的吸附特征，结果表明：（１）沉积物吸附铵态氮的动力学过程有快吸附和慢吸附两个过程，并且会缓慢达到动态平衡，吸附量也会缓慢趋于
沉积物对铵态氮的吸附是氮素生物地球化学
循环的关键过程之一，在氮素循环过程中起着非常重要的作用（刘敏等，２００５）［８］，同时沉积物对铵态氮的吸附过程相当复杂，受到很多内部和外部

洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征

第 35 卷　第 1 期环　境　科　学　研　究Vol.35，No.1 2022 年 1 月Research of Environmental Sciences Jan.，2022洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征刘　昔1，邓兆林3，张　露2，谢婷婷1，王学雷2，杨　超2，厉恩华2，王　智2*1. 生态环境部长江流域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心, 湖北武汉　4300102. 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 环境与灾害监测评估湖北省重点实验室, 湖北武汉　4300613. 荆州市洪湖湿地自然保护区管理局, 湖北荆州　433200摘要：为研究洪湖沉积物污染特征及内源营养盐释放规律，在不同季节对洪湖13个沉积物采样点进行调查，并利用柱状沉积物采样器原位采集沉积物开展静态模拟释放试验. 结果表明：①洪湖沉积物有机质、总氮和总磷含量的平均值分别为19%、4 407.4 mg/kg 和1 421.0 mg/kg，内源污染严重；②洪湖沉积物污染可能是水体中氮磷营养盐的重要来源之一，在5 d的静态释放模拟试验中，夏季上覆水中总氮和总磷平均浓度分别升高1.467和0.042 mg/L，冬季分别升高0.224和0.036 mg/L；③洪湖沉积物中氮磷的释放表现出显著的时空差异，夏季洪湖沉积物总氮、总磷的平均释放速率分别为133.9和4.0 mg/(m2·d)，冬季分别为32.1和3.4 mg/(m2·d)；④根据试验结果估算，洪湖沉积物氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a，磷的释放潜力为350~400 t/a. 研究显示，在控制流域外源污染输入和减少湖区面源污染的同时，应从根本上改善洪湖水质并重塑洪湖湿地生态系统结构与功能，在科学指导下采取远近结合的方式分区域在洪湖开展受污染沉积物的修复工作.关键词：洪湖；沉积物；内源污染；氮磷释放中图分类号：X52文章编号：1001-6929（2022）01-0080-09文献标志码：A DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.22Sediment Endogenous Pollution and Release Characteristics of Honghu LakeLIU Xi1，DENG Zhaolin3，ZHANG Lu2，XIE Tingting1，WANG Xuelei2，YANG Chao2，LI Enhua2，WANG Zhi2*1. Ecological Environment Monitoring and Scientific Research Center, Yangtze River Basin Ecological Environment Supervision and Administration Bureau, Ministry of Ecological Environment, Wuhan 430010, China2. Key Laboratory for Environment and Disaster Monitoring and Evaluation of Hubei, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430061, China3. Honghu Wetland Natural Reserve Administration, Jingzhou 433200, ChinaAbstract：In order to investigate the sediment pollution characteristics and nutrient release from the sediments in Honghu Lake, 13 sediment samples were investigated in different seasons, and static simulation experiments were carried out using in-situ column sediment samplers. The results showed that the average contents of organic matter, total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) in Honghu sediments were 19%, 4,407.4 mg/kg and 1,421.0 mg/kg, respectively, indicating that the endogenous pollution of Honghu Lake could not be ignored. In the 5-day static release simulation experiment, the average concentrations of TN and TP in the overlying water increased by 1.467 and 0.042 mg/L in summer, and 0.224 and 0.036 mg/L in winter. The average release rates of TN and TP from sediments were 133.9 and 4.0 mg/(m2·d) in summer, and 32.1 and 3.4 mg/(m2·d) in winter, respectively. According to the experimental results, the N release potential from sediments in Honghu Lake was calculated to be 3,500-14,000 t/a, and P release potential was 350-400 t/a. Therefore, while controlling the input of external pollution and reducing the non-point source pollution, the sediments in the highly polluted area should be restored under scientific guidance.Keywords：Honghu Lake；sediment；endogenous pollution；nitrogen and phosphorus release收稿日期：2021-06-29 修订日期：2021-09-17作者简介：刘昔（1994-），男，湖北洪湖人，liuxi162@.*责任作者，王智（1983-），男，湖北罗田人，研究员，博士，博导，主要从事湿地生态与环境效应研究，zwang@基金项目：国家自然科学基金项目（No.41601545，41671512）；中国科学院青年促进会项目（No.2018369）Supported by National Natural Science Foundation of China (No.41601545，41671512)；Youth Innovation Promotion Association, Chinese Academy of Sciences (No.2018369)沉积物作为湖泊生态系统的重要组成部分，是湖泊氮磷营养元素的重要储存载体，也是水生动植物物质交换和能量循环的重要媒介[1]. 沉积物中污染物的来源、分布和赋存等受到自然和人类活动的重要影响，如水文水动力过程、外源污染负荷输入、湿地水环境演化等[2]. 随着湖泊外源污染物输入的增加及富营养化进程的加剧，沉积物中营养物质不断累积，可能发展为湖泊内源污染的主导因子[3-4]. 当外界条件发生改变时，湖泊沉积物中氮磷营养元素可以通过扩散、对流、再悬浮等过程释放到上覆水体，从而引发湖泊污染[5-6]. 有研究[7]表明，在外源污染负荷受到严格控制的情况下，湖泊沉积物中的氮磷向其上覆水体的释放可能成为湖泊水质恶化和富营养化的重要原因. 随着流域外源营养盐污染负荷的控制，沉积物内源磷负荷对湖泊富营养化的贡献程度呈增大趋势[8]. 因此，准确估算湖泊沉积物氮磷释放强度并揭示其时空分布规律对湖泊富营养化控制和生态修复具有重要的指导意义.沉积物和上覆水的营养盐交换是判断湖泊沉积物具有“汇”或“源”作用的重要标志，研究富营养化湖泊内源污染特征对于全面开展风险评价工作至关重要[9]. 目前，常用的湖泊内源污染定量估算方法主要有质量衡算法、孔隙水扩散模型和柱状芯样模拟法3种[10]. 其中，质量衡算法可以粗略地对封闭湖泊内源污染负荷进行估算，但在计算外源输入复杂的湖泊时误差较大[11]；孔隙水扩散模型法需要的参数较多且研究过程复杂，在实际中很难得到应用[12]；而柱状芯样模拟法通过原位获取湖泊沉积物，很大程度上模拟了湖泊沉积物营养盐的原位释放规律，其应用最为广泛[13-14]. 王斌等[15]通过现场监测和室内模拟相结合的方式研究茜坑水库沉积物内源污染对水质的影响，结果表明，氨氮的平均释放速率为7.36 mg/(m2·d)，总磷的平均释放速率为2.20 mg/(m2·d)；张茜等[16]通过室内沉积物-上覆水释放模拟试验对漳泽水库沉积物中氮磷释放规律进行研究，发现水温和溶解氧浓度对氮磷释放具有显著影响；裴佳瑶等[17]在雁鸣湖关于沉积物内源营养盐释放的研究结果表明，氮磷释放速率随着温度的升高而增加，但随溶解氧浓度的增加而减小.km2洪湖是湖北省第一大淡水湖泊，面积约350 ，是江汉平原四湖流域主要的调蓄型湖泊，也是长江中下游流域典型的浅水湖泊，具有防洪调蓄、净化水质、调节气候、维持生物多样性等生态功能[18]. 2016年，洪湖遭受特大洪水，导致水生植物大面积死亡及周边冲击性污染负荷汇入湖内，加之上游污染物的持续输入，水质显著下降，其生态系统结构与功能受到威胁.目前，洪湖围网养殖拆除工作已经全部完成，基本上恢复了围网养殖前的景观格局，但长期、大面积的围网养殖可能导致洪湖沉积物受到不同程度的污染[19-20].近年来洪湖水质波动明显，关于洪湖沉积物内源污染负荷的系统研究鲜有报道. 该研究通过柱状芯样法，考虑到温度对沉积物氮磷释放的影响，选取不同季节的洪湖沉积物进行模拟试验，探讨洪湖沉积物氮磷释放的时空差异、影响因素及与水体中氮磷含量的相关关系. 基于洪湖沉积物氮磷释放的区域性特征，该研究可为洪湖湿地开展沉积物修复治理提供理论依据和数据支撑.1 材料与方法1.1研究区概况与样品采集洪湖位于湖北省中南部的江汉平原四湖流域下游，地理坐标为113°12′E~113°26′E、29°49′N~29°58′N，水域范围东西长约23.4 km，南北宽约20.8 km，岸线总长度约104.5 km[21]. 分别于2020年7月2日（夏季）和2020年12月24日（冬季）在洪湖不同采样区域原位采集13根柱状沉积物样，沉积物厚度不少于25 cm 且两次采样点位置完全相同（见图1）. 采样完成后，保留柱状管内上覆水，密封遮光垂直放置带回实验室. 同时，为研究洪湖沉积物污染特征，于2020年7月采样时另采集了一份沉积物样品用于理化指标的测定.野外调查时用PSC-1/40彼得森采泥器（面积1/40 m2，丹麦KC-Denmark公司）采集表层沉积物样品（深度约25 cm），每个采样点重复采集样品3次，然后取混合样装入密封袋带回实验室. 沉积物样品在实验室避光通风处风干、磨碎、过孔径0.15 mm筛，用于沉积物样品分析.1.2试验设计与样品分析在实验室内将各柱状管内的上覆水用虹吸法抽到同一容器中，然后向容器中加入同期取得的洪湖水样，得到约20 L洪湖全湖水体混合样，经过滤后得到试验原水样，即刻取原水样保存并作为初始模拟状态. 最后，将试验原水用虹吸法沿内壁小心滴注到各柱状管，蔽光存放，开始沉积物氮磷的静态释放模拟试验，试验装置示意见图2. 柱状管内壁直径为5.6 cm，初始状态下每根柱状管内加入试验原水样1 L，每次试验取用水样体积为50 mL，并在取样结束后向柱状管内补充等体积的原混合水样. 为减少取样过程对沉积物的扰动，采用移液管取表层沉积物上25 cm第 1 期刘　昔等：洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征81处上覆水并在取样结束后沿内壁缓慢补充上覆水. 洪湖沉积物营养盐的静态释放试验共计取样4次，分别于注入原水样后24、48、72和120 h 进行取样，测试指标包括总氮和总磷. 第一次模拟试验时间段为2020年7月3−8日，该时间段内的平均温度为32.3 ℃；第二次模拟试验时间为2020年12月25−30日，该时间段内的平均温度为4.9 ℃.图 2 模拟试验装置示意Fig.2 Schematic diagram ofsimulation experiment为探究沉积物中氮磷的释放速率与水体及沉积物中氮磷含量的相关性，于2020年7月采样时使用EXO2水质仪(YSI, USA)对采样点的水温、pH 、电导率、叶绿素a 、溶解氧等指标进行即时测定，同时对该次采样各柱状管内上覆水中氮磷浓度进行测定.沉积物有机质含量用烧失重法测定；总氮浓度采用HJ 636−2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》测定；总磷浓度采用GB/T 11893−1989《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》测定.1.3 沉积物中氮磷的释放速率温度是影响沉积物中氮磷释放的重要因素[22]，因此分别选择高温的夏季和寒冷的冬季进行模拟试验.沉积物中氮磷释放速率的计算方法[23-24]如下：式中：M 为释放速率，mg/(m 2·d)；V 为上覆水体积，L ；C n 、C 0、C i−1分别为第n 次、初始状态下和第i−1次采样时监测指标的浓度，mg/L ；V i−1为第i−1次的取样体积，L ；S 为柱状管中沉积物和上覆水的接触面积，m 2；t 为释放时间，d. 考虑到氨氮和硝氮之间的相互转化及不同价态磷之间的相互转化，计算时采用的是总氮和总磷的含量.1.4数据处理与分析方法采用反距离加权法进行空间插值，探讨氮磷含量及沉积物氮磷释放的时空分布差异；采用Spearman 相关分析和线性回归分析，探讨沉积物氮磷释放影响因素[25]. 数据采用SPSS 19.0、ArcGIS 10.4、R 语言和Origin 8.0等软件进行数据处理和制图.2 结果与讨论2.1 洪湖沉积物污染分布特征在过去20余年，洪湖受到长期、高强度的围网养殖人类活动影响，沉积物污染问题不容忽视[26]. 洪湖沉积物中有机质、总氮和总磷的污染特征如图3所示. 洪湖沉积物中有机质含量平均值为19%，变化范围在11%~26%之间，表明洪湖沉积物中营养物质图 1 洪湖的地理区位及采样点的分布情况Fig.1 Study area and distribution of sampling sites in Honghu Lake82环　境　科　学　研　究第 35 卷丰富，肥力较高. 有机质作为营养物质的载体，是沉积物中的一种自然胶体，也是评判沉积物中有机污染程度的一个重要指标[27]. 洪湖沉积物中总氮含量在3 329.9~6 045.6 mg/kg 之间，平均值为4 407.4 mg/kg ，其中，S09采样点（西南部）和S12采样点（东北部）较高；总磷含量在896.9~2 950.5 mg/kg 之间，平均值为1 421.0 mg/kg ，总磷含量最高的是S01采样点（蓝田河口冲积扇尾屿），其次为S02采样点（汉沙河口）.图 3 洪湖积物中有机质、总氮和总磷的污染特征Fig.3 Pollution characteristics of organic matter, total nitrogen and total phosphorus in surfacesediments of Honghu Lake我国9个典型湖泊中有机质、总氮和总磷的污染情况[28]如表1所示. 与国内其他湖泊相比较，洪湖沉积物中有机质和氮磷含量均处于较高的水平，洪湖有机质含量在报道的9个湖泊中是最高的，与杞麓湖（19%）持平；总氮含量仅次于杞麓湖（5 825.6 mg/kg ）和泸沽湖（4 772.6 mg/kg ），在报道的9个湖泊中排名第三位；总磷含量仅次于泸沽湖（1 576.8 mg/kg ）和五大连池（1 580.8 mg/kg ），在报道的9个湖泊中排名第三位. 因此，洪湖沉积物中有机质和氮磷含量在国内湖泊中处于较高水平，这可能与洪湖长期的围网养殖历程有关[29].虽然洪湖围网养殖已于2016年底全部拆除完成，但通过对洪湖沉积物物理化学的分析发现，围网养殖活动对洪湖生态系统造成的影响是长期的，很大一部分营养元素沉降到了湖泊底泥中. 伴随着风浪对湖泊的扰动，沉积物中的氮磷会重新释放到湖泊水体中，同时部分有机质成分也会经过矿化作用释放出大量氮磷元素，并消耗水体中的溶解氧[30]. 在以往对洪湖的研究中，学者们常将重点放在洪湖水质的变化及外源污染的防治上，而忽略了沉积物中氮磷的释放对湖泊水质造成的影响[31].2.2 沉积物中氮磷的释放特征洪湖沉积物氮磷的静态释放模拟试验分别于2020年7月（夏季）和2020年12月（冬季）进行，每次试验共计5 d ，取样4次. 在2020年7月，初始状态下试验原水中总氮浓度为2.816 mg/L ，总磷浓度为第 1 期刘　昔等：洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征830.018 mg/L ；在2020年12月，初始状态下试验原水中总氮浓度为2.189 mg/L ，总磷浓度为0.022 mg/L ，试验周期内柱状管内上覆水中氮磷浓度变化如图4所示. 在5 d 的模拟试验时间内，夏季试验柱状管内上覆水中总氮平均浓度升高1.467 mg/L ，总磷平均浓度升高0.042 mg/L ；冬季试验柱状管内上覆水中总氮平均浓度升高0.224 mg/L ，总磷平均浓度升高0.036mg/L. 由此推测： ①夏季氮磷的释放潜力显著高于冬季（浓度变化大），温度变化可能是影响沉积物氮磷释放的重要因素；②沉积物中氮磷的释放导致上覆水中氮磷浓度增加，沉积物污染可能是洪湖水环境中氮磷的重要来源之一.2.3 沉积物中氮磷的释放速率洪湖沉积物中氮磷的释放速率及其空间分布情况如图5所示，2020年7月（夏季）洪湖沉积物中总氮的平均释放速率为133.9 mg/(m 2·d)，变化范围在98.0~159.0 mg/(m 2·d)之间，所有水域的沉积物均为氮元素污染的源，其中最大值出现在小港水域；而2020年12月（冬季）洪湖沉积物中总氮的平均释放速率为32.1 mg/(m 2·d)，变化范围在−31.5~116.3 mg/(m 2·d)之间，部分水域沉积物成为了总氮的汇，值得关注的是，小港水域（夏季最大的源）在冬季成为了洪湖氮元素最大的汇；2020年7月（夏季）洪湖沉积物中总磷的表 1 中国9个典型湖泊沉积物污染特征Table 1 Characteristics of sediment pollution innine Chinese typical lakes湖泊有机质含量/%总氮含量/（mg/kg ）总磷含量/（mg/kg ）洪湖19 4 407.4 1 421.0巢湖7 2 045.9 1 071.8青海湖7 2 269.1519.8杞麓湖19 5 825.6849.7程海7 2 290.8631.3泸沽湖16 4 772.6 1 576.8乌梁素海5 2 194.7712.1呼伦湖8 1 176.5742.4镜泊湖10 2 850.1 1 171.7五大连池173 287.21 580.8注：除洪湖外，其余湖泊数据来自文献[28].注：图中彩色圆点表示实测值.图 4 模拟试验柱状管内上覆水中氮磷浓度随时间的变化情况Fig.4 Temporal variation of nitrogen and phosphorus content in overlying water in simulated experimental device84环　境　科　学　研　究第 35 卷平均释放速率为4.0 mg/(m 2·d)，蓝田水域沉积物中总磷的释放速率远大于其他水域；2020年12月（冬季）洪湖沉积物中总磷的平均释放速率为3.4 mg/(m 2·d)，全湖水域沉积物均为磷元素污染的源.总体来看，洪湖沉积物中氮磷的释放速率在夏季高于冬季，说明高温促进了沉积物中氮磷的释放. 首先，温度升高会直接或间接地影响微生物活性，如生物反硝化作用会促进沉积物中氮的释放；其次，温度升高会促进沉积物的有机矿化作用，导致沉积物-水界面的氧化还原电位降低，呈现出还原状态，进而使部分与金属离子结合的磷酸根离子释放；最后，矿化过程产生大量二氧化碳，导致钙结合态磷的释放也相应加快[32]. 以2020年7月洪湖沉积物中氮磷释放速率为例，与同期滇池和太湖沉积物氮磷释放对比发现，洪湖沉积物中总氮的释放速率低于滇池〔平均值为163.1 mg/(m 2·d)，最大值为190.9 mg/(m 2·d)〕[7]，但高于东太湖〔平均值为42.2 mg/(m 2·d)，最大值为60.6mg/(m 2·d)〕[12,33]；同样地，洪湖沉积物中总磷的释放速图 5 洪湖沉积物中氮磷释放速率的季节性变化与空间分布特征Fig.5 Seasonal variation and spatial distribution of nitrogen and phosphorus release rate of Honghu Lake第 1 期刘　昔等：洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征85率低于滇池，但与东太湖持平，滇池和东太湖中总磷的平均释放速率分别为4.9和3.4 mg/(m 2·d). 按照该试验结果的理想状态进行估算，洪湖底泥中总磷的释放潜力为350~400 t/a ，总氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a ，与外源营养盐的输入总量相当甚至略高，洪湖沉积物污染可能是导致洪湖水质持续恶化的重要原因之一[34].因此，在对洪湖生态环境进行综合治理时，应当统筹协调流域上中下游污染防治，控制点源污染和面源污染，切实改善流域内洪湖的主要入湖河流水质（四湖总干渠）；同时应当加强洪湖湖区的管理与生态恢复，减少洪湖周边污染物向湖区的排放，在科学指导下修复污染严重的沉积物并逐步恢复水生植被群落，提升洪湖生态系统结构完整性与功能性[35].2.4 沉积物中氮磷释放加速率与水环境因子的相关性分析采用线性回归分析探究洪湖沉积物中氮磷的释放速率与水体、沉积物中氮磷含量的空间相关性，由图6可见，洪湖沉积物中氮磷释放速率与水体中氮磷含量的空间一致性不显著（P >0.05），相关系数较低，可能原因是洪湖属于浅水型湖泊，受风浪影响较大，水动力过程复杂，导致水体中氮磷发生迁移转化；沉积物中氮磷的释放速率与沉积物中氮磷含量呈显著相关（P <0.05），说明受污染的沉积物具有较强的氮磷释放潜力，是湖泊水体氮磷的主要内源污染来源.图 6 洪湖沉积物中氮磷释放速率与水体、沉积物中氮磷含量的空间相关性分析Fig.6 Spatial correlation analysis of nutrient release rate and its content in water or sediment of Honghu Lake自2016年底洪湖围网完全拆除后，近年来洪湖水质没有得到根本性改善[34]，一方面是2016年大洪水对洪湖生态系统造成了毁灭性破坏，另一方面是洪湖在长期的围网养殖过程中，不仅破坏了养殖区的水生植物，同时过量营养元素的投放导致了湖泊富营养化和底泥恶化，20余年来过度的围网养殖给洪湖生态系统带来的影响是深远的，彻底恢复洪湖生态环境还需要较长的时间和过程.3 结论与展望a ）洪湖沉积物受污染情况严重，与国内其他湖泊相比处于较高的污染水平. 洪湖沉积物中有机质含量平均值为19%，在相比较的9个湖泊中排名第一位；总氮和总磷含量平均值分别为4 407.4和1 421.0 mg/kg ，在相比较的9个湖泊中均排名第三位.b ）沉积物内源污染导致洪湖上覆水中氮磷浓度升高. 在5 d 的沉积物氮磷释放模拟试验中，夏季上覆水中总氮平均浓度升高1.467 mg/L ，总磷平均浓度升高0.042 mg/L ；冬季上覆水中总氮平均浓度升高0.224 mg/L ，总磷平均浓度升高0.036 mg/L.c ）受长期的围网养殖影响，内源污染控制是洪湖湿地水环境综合治理与生态系统修复的重要内容. 按照该研究模拟试验结果的理想状态估算，洪湖沉积物中总氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a ，总磷的释放潜力为350~400 t/a ，解决内源污染问题迫在眉睫.86环　境　科　学　研　究第 35 卷d ）该研究通过室内原位模拟试验揭示了洪湖沉积物中氮磷释放的时空分布特征，但是未对区域水文过程和生物因素影响进行研究. 在进一步的研究中应深入探讨水文过程和不同生物扰动对沉积物氮磷释放的作用机理与机制.参考文献(References )：杨洋，刘其根，胡忠军，等. 太湖流域沉积物碳氮磷分布与污染评价[J ]. 环境科学学报，2014，34(12)：3057-3064.YANG Y ，LIU Q G ，HU Z J ，et al. 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典型内陆湖泊沉积物氮、磷和重金属分布特征及生态风险评价——以武汉市武湖为例

典型内陆湖泊沉积物氮、磷和重金属分布特征及生态风险评价——以武汉市武湖为例何军;李福林;陶良;张傲;赵永波【期刊名称】《中国地质调查》【年(卷),期】2022(9)2【摘要】城市内陆型湖泊湿地对城市生态系统具有重要的作用。

以武汉市武湖为例,采用数理统计、营养盐指数、地累积指数和潜在生态风险指数等方法,对武湖表层沉积物中的氮、磷、有机质和重金属的平面分布特征、影响因素、富集污染程度、生态风险进行评价。

结果表明武湖西北部表层沉积物中总氮、总磷和有机质的含量明显高于东南部,武湖周边地表径流和农田是营养元素的主要来源,旱地较水田有利于沉积物中总磷的富集;武湖沉积物中有机质为内源水生植物和外源陆生植物的混合来源,与总氮具显著正相关关系;沉积物中重金属含量总体较低,局部呈现高镉,平面上总体北部高于南部;沉积物中重金属富集程度和潜在风险较低,局部地区镉和铅为轻微富集,镉和汞具中等潜在风险;沉积物的潜在生态风险为低至中等,潜在生态风险与沉积物中镉的分布高度一致。

【总页数】9页(P110-118)【作者】何军;李福林;陶良;张傲;赵永波【作者单位】中国地质调查局武汉地质调查中心;武汉市测绘研究院【正文语种】中文【中图分类】P595;X171【相关文献】1.洞庭湖典型水域表层沉积物中重金属空间分布特征及其潜在生态风险评价2.东北典型湖泊沉积物氮磷和重金属分布特征及其污染评价研究3.洞庭湖区典型内湖表层沉积物中氮、磷和重金属空间分布与污染风险评价4.武汉市东西湖区主要湖泊表层沉积物重金属污染特征与生态风险评价5.武汉市渣子湖沉积物中重金属、氮、磷和有机质的分布特征及污染评价因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

长江口潮滩表层沉积物对NH_4^+-N的吸附特征

长江口潮滩表层沉积物对NH_4^+-N的吸附特征刘敏;侯立军;许世远;蒋海燕;欧冬妮;余婕;汪青【期刊名称】《海洋学报》【年(卷),期】2005(27)5【摘要】沉积物对NH4+-N的吸附是氮素生物地球化学循环的关键过程之一,它在河口潮滩生态系统内氮素循环过程中起着非常重要的作用.以长江口滨岸潮滩为研究区域,运用实验模拟的方法,研究了沉积物对NH4+-N的吸附特征,结果表明,在长江口潮滩上覆水和孔隙水中NH4+-N含量的变化范围内,沉积物对NH4+-N的吸附呈线性变化;研究区域内沉积物对NH4+-N的吸附系数为3.81~9.00,且与沉积物中有机碳(TOC)含量有良好的相关关系,它揭示了有机质控制着长江口潮滩沉积物中NH4+-N的吸附行为.实验模拟与实测结果对比发现,在潮滩自然环境条件下,研究区域内沉积物对NH4+-N的吸附处在非热力学平衡状态过程中.盐度是影响NH4+-N吸附过程的重要环境因子,且导数方程关系式在低盐度范围内,盐度的微小变化对NH4+-N的吸附有显著的影响.【总页数】7页(P60-66)【关键词】氨氮;吸附;沉积物;潮滩;长江口【作者】刘敏;侯立军;许世远;蒋海燕;欧冬妮;余婕;汪青【作者单位】华东师范大学地理系地理信息科学教育部重点实验室;华东师范大学河口海岸国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P734.2【相关文献】1.长江口潮滩表层沉积物中多环芳烃分布特征 [J], 刘敏;侯立军;邹惠仙;杨毅;陆隽鹤;王晓蓉2.长江口现代潮滩表层沉积物磁性特征和自生铁硫化物的分布 [J], 高晓琴;王张华;李琳;吴绪旭3.长江口潮滩表层沉积物对NH4+-N的吸附特征 [J], 刘敏;侯立军;许世远;蒋海燕;欧冬妮;余婕;汪青因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

湖泊底泥对氮磷的吸附试验研究

［收稿日期］２０１５— ０８— ４０［作者简介］夏婷婷（１９８８一），女，黑龙江克山人，吉林建筑大学城建学院助教，硕士，从事环境监测、环境影响评价、污染防治
研究。
・
５４・
图１氨氮吸附动力学曲线
孔滤膜，采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮含量。在相同条件下做２个平行实验。另取相同数量、相同规格
的离心管，加入３０ｍＬ的去离子水，其他步骤同上。
１．１．２吸附时间对氨氮吸附含量的影响
底泥对氨氮的吸附动力学曲线如图１所示。从图１可以看出，随着吸附时间的变化，底泥对氨氮的吸附
溶液中氨氮含量，底泥又开始释放氨氮，吸附量再次下降，当底泥氨氮含量再一次低于溶液中氨氮含量时，底
泥又开始进行吸附过程，随着时间的延长，曲线变化趋于平缓。在实验时间内，底泥虽没有达到吸附平衡，但
湖泊底泥对氮磷的吸附试验研究
夏婷婷
（吉林建筑大学城建学院，吉林长春１３０１１１）
［摘要］本文以长春市景观水体一一南湖为研究对象，对南湖底泥在不同吸附时、不同初始氮磷
浓度下对氮磷的吸附动力学、吸附热力学进行研究，为预防和治理北方水体富营养化提供理论依据。研究结果表明：底泥在震荡１２ｈ时对氨氮吸附量达最大值，在５５ｈ时对磷的吸附含量达最大值；当初始氨氮浓度为１７．９ｍｇ・Ｌ时，荷花池底泥氨氮最大吸附量为４３７．５４ａｒｇ・ｋｇ～；当初始氨氮浓度为１８．４５ｒｎｇ・Ｌ时，南湖大桥底泥氮最大吸附量为５２０．８９ｍｇ・ｋｇ～；当初始磷浓度为４ｍｇ・Ｉ．时，荷花

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武汉市南湖沉积物对铵态氮的吸附特征作者：张星星来源：《河北渔业》 2013年第10期作者简介：张星星(1985- )，女，福建宁德人，助理工程师，邮箱zhangxingxing04@DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2013.10.004张星星(福安市海洋与渔业局，福建福安，355000)摘要：采用两种不同总氮含量的沉积物为材料，研究了南湖沉积物对铵态氮的吸附特征，结果表明:（1）沉积物吸附铵态氮的动力学过程有快吸附和慢吸附两个过程，并且会缓慢达到动态平衡，吸附量也会缓慢趋于某一固定值。

（2）高浓度下，铵态氮吸附等温线的特征为：随着平衡浓度的增大，单位质量沉积物对铵态氮的吸附量快速增加。

两种沉积物样品对铵态氮的最大吸附率分别为60.73%和63.19%。

（3）低浓度下，铵态氮吸附等温线都明显表现出有负吸附现象，两种沉积物样品的铵态氮的吸附/解吸平衡质量浓度分别达到了11.8 mg/L和1.69mg/L。

关键词：南湖；沉积物；铵态氮；吸附；平衡浓度前言水体富营养化是一个严重的环境问题，据统计，处于因氮、磷污染而导致富营养化的湖泊占统计湖泊的56%，主要是当底泥中氮和磷向水体释放达到某个营养水平时造成的。

在外源营养负荷得到有效控制的情况下，水中沉积物的异养过程也会向水中释放铵态氮。

铵态氮是底泥沉积物中无机氮的主要存在形态（刘敏等，2001）[1]，同时张斌亮等（2002）[2]和高效江等（2002）[3]分别在他们相关的研究中得出过这一结论。

氮是水生生态系统新陈代谢中两个最重要的元素之一。

低浓度的氮会限制水中的最初生产力（Valsaraj and Rao，1994）[4]，而高浓度的氮会导致水生环境的富营养化（Fisher et al.，1988）[5]。

Hilda等（2003）[6]研究表明在厌氧条件下沉积物释放的氮相当于把41.7%的总氮放进湖里。

在富氧条件下，沉积物库中的有机氮化物经矿化作用，生成铵根离子、硝酸根离子等无机离子扩散进入上覆水体中，提高水体氮浓度和营养水平；而上覆水中的铵根离子、硝酸根离子等也能反向扩散进入沉积物中，即发生沉积物对无机氮的吸附（吴丰昌，1996）[7]。

因此，底泥中氮的释放与吸附影响着水体水质，对水体的富营养化进程产生重要影响。

沉积物对铵态氮的吸附是氮素生物地球化学循环的关键过程之一，在氮素循环过程中起着非常重要的作用（刘敏等，2005）[8]，同时沉积物对铵态氮的吸附过程相当复杂，受到很多内部和外部因子的影响。

以往的研究结果表明，当水体中铵态氮含量较低时，沉积物对铵态氮的吸附呈线性变化（Rosenfeld，1979）[9]；沉积物组分对铵态氮的吸附行为有重要影响，在富含有机质的沉积物中，有机质特别是有机-无机复合体控制着沉积物对铵态氮的吸附，相反在有机质含量较少的沉积物中，黏土矿物似乎影响着铵态氮的吸附行为（Boatman and Murra，1984）[10]。

研究表明，钙离子对铵态氮的吸附有很强的抑制作用（孙红文等，2004）[11]，铵态氮的解吸在pH值为2~8时随pH值降低而增大，在pH值8~10时随pH值升高而增加（丘耀文等，2000）[12]。

虽然沉积物中有机物质的分解在厌氧条件下比在有氧条件下慢，但是像铵态氮这样的无机氮的释放量却很大，主要因为在厌氧条件下的有机体系对氮的需求很低（Esteves et al.，2001）[13]。

此外，大量的研究也表明随着盐度的增加，沉积物对铵态氮的吸附量的变化率逐渐减小，且在低盐度范围内盐度的微小变化对铵态氮吸附量变化有较大影响（刘敏等，2005）[8]。

另外，湖泊底部氧化还原状况的改变、动物和风浪的扰动、湖水垂直分层产生的对流运动都影响着底泥中氮的释放与扩散。

这么多因子影响沉积物对铵态氮的吸附过程，就要加强吸附过程中较为细致的研究，以掌握两者之间的关系来控制水体的富营养化。

沉积物能够吸附水体中铵态氮的同时，也向水体中释放着铵态氮，双向改变这溶液中氮浓度。

这是因为沉积物本身就含有一定浓度的氮，这是长年累月吸附水体中氮的结果。

所以沉积物到底是吸收还是释放氮，就要取决于沉积物自身对氮的解析量和水体中被吸附的铵态氮量的大小，越是污染严重的水体，沉积物本身的含氮量就越高，对氮的解析量也就越大。

反过来对水体的自净能力也就相应下降了。

南湖是武汉市较大型湖泊之一，平均水深1.6 m，湖底高程18 m，东西长约5.4 km，南北宽约1.5 km，主体湖区总面积为5.5 km2。

南湖周边地区人口稠密，经济比较发达。

进入80年代以来，随着工农业的不断发展和人口剧增，南湖水质逐步恶化，夏季高温时还具有腐臭味。

2004年，南湖被评定为Ⅴ类水质（严平川等，2004）[14]。

王银东等（2005）[15]利用大型底栖动物Shannon-Wiener多样性指数（H）和Margalef（d）多样性指数对南湖的水质评价是重度污染。

本文采用室内模拟的方法，以两种不同总氮含量的沉积物为材料，分别设计高浓度和低浓度铵态氮状态下南湖沉积物对铵态氮的吸附特征，以掌握南湖沉积物氮负荷状况，为减轻南湖污染，控制水体的富营养化进程提供科学依据。

1材料与方法1.1主要实验仪器设备有机玻璃柱状采泥器、离心机、恒温振荡器、HACH DR/4000U型分光光度计、锥形瓶、电子天平、比色管、移液管、离心管、容量瓶等。

1.2主要实验试剂（均为分析纯）酒石酸钾钠、奈氏试剂、氯化铵等。

1.3样品的采集和处理采用柱状采泥器采集沉积物柱状样，置于封口塑料袋中，带回实验室，使用真空冷冻干燥机干燥，碾碎、100目筛绢过筛（含量均以干重计算）后，部分用于测定沉积物的总氮（中国科学院南京土壤研究所，1978）[16]，部分用于进行氮吸附实验。

1.4实验方法1.4.1吸附动力学实验在300mL锥形瓶中，加入1g沉积物和250mL的氯化铵溶液（25mg/L），将锥形瓶放入恒温振荡器中于（25±1）℃下，恒温振荡，每隔一定时间段（0.5，1，1.5，2，4，7，11，23，29，35，50h）取出锥形瓶进行水样采集，每次取水样20mL，水样在离心机上以3000r/min的速度离心15min后，取上清液用纳氏试剂光度法测定铵态氮（国家环境保护总局，2002）[17]。

根据吸附前后的浓度差计算氮吸附量。

该实验在相同的条件下作3个平行，相对误差＜5%。

1.4.2吸附等温线实验取一系列100mL离心管，洗净，加入0.5g沉积物样品和50mL不同质量浓度的氯化铵溶液，初始铵态氮质量浓度分别为（0、5、10、25、50、75、100、150、200mg/L）的氯化铵溶液。

使用如此高的氮质量浓度一方面可以使沉积物对氮的吸附尽快达到饱和，另一方面使沉积物对氮的吸附曲线更为完整。

另一个是低质量浓度条件，取一系列100mL离心管，洗净，加入0.5g沉积物样品和50mL不同质量浓度的氯化铵溶液，初始铵态氮质量浓度分别为（0、0.5、1、2、3、5、10、15、25mg/L）的氯化铵溶液。

离心管加塞后在T＝（25±1）℃下，恒温振荡器上振荡24h，至吸附平衡，在离心机上以3000r/min的速度离心15min后，采用标准方法，取上清液测定铵态氮质量浓度（平衡质量浓度）。

根据起始质量浓度与平衡质量浓度之差，扣除空白，计算沉积物吸附铵态氮的量，并利用回归法计算吸附/解吸平衡质量浓度（吸附量为0时的铵态氮平衡质量浓度）。

用2种不同的沉积物作等温吸附平衡实验。

每系列浓度做2个平行样，相对标准偏差＜5%。

1.4.3沉积物对铵态氮的吸附百分率沉积物对铵态氮吸附量与原溶液中铵态氮含量的比值为沉积物对氮的吸附百分率。

1.4.4铵态氮的吸附-解吸平衡浓度两种沉积物样品，使用上述方法，可通过回归方程式计算沉积物中铵态氮的吸附-解析平衡浓度。

1.4.5数据统计与处理方法所得数据使用Excel软件进行分析处理。

2结果2.1实验用沉积物的TN含量使用沉积物样品1和样品2作为吸附实验材料，分别代表高氮含量（4.785 3 mg/g（干重））和低氮含量（2.328 5 mg/g（干重））的沉积物。

2.2沉积物吸附铵态氮动力学南湖沉积物吸附动力学实验结果见图1。

从图1中可以看出，在开始的2 h内沉积物的吸附量变化较大，10 h后，吸附速度减慢，然后逐渐趋于平衡。

实验数据变化的总趋势符合王娟等（2007）[18]的研究成果。

同时也和前人（Shen et al.，1997；Mackin and Aller，1984）[19-20]的研究结果相符。

2.3沉积物对铵态氮的吸附等温线2.3.1沉积物对高浓度铵态氮的吸附等温线南湖沉积物样品1对高浓度铵态氮的吸附等温线结果见图2。

从图2中可以看出，随着平衡氮浓度的升高，沉积物对铵态氮的吸附量增加，并且吸附量也越来越大，这与以往的研究结果（Rosenfeld，1979；Rysgass et al.，1999）[9，21]一致。

其中最高初始氮浓度（200 mg/L）溶液的平衡浓度为78.53 mg/L，沉积物对铵态氮的吸附量达到了12 148 mg/kg。

南湖沉积物样品2对高浓度铵态氮的吸附等温线结果见图3。

从图3中可以看出，随着平衡氮浓度的升高，沉积物对铵态氮的吸附量增加。

相对沉积物样品1来说，沉积物样品2在每一个浓度梯度下的吸附量都要比沉积物1大，其中最高初始氮浓度（200 mg/L）溶液的平衡浓度为73.63 mg/L，最大的吸附量达到12 636 mg/kg。

说明了污染程度较轻的沉积物样品2对水体污染的净化能力较强。

2.3.2沉积物对低浓度铵态氮的吸附等温线南湖沉积物样品1对低浓度铵态氮的吸附等温线结果见图4。

从图4中可以看出，前7个点都表示出沉积物有负吸附，沉积物不但没有吸收氮反而释放出氮，使溶液中的氮浓度增加，这与王娟等（2007）[18]关于铵态氮的解吸的研究相符。

只有最后两个氮浓度溶液中，沉积物对铵态氮才有吸附。

说明在溶液中的铵态氮浓度达到平衡质量浓度之前，沉积物一直在释放其表面的铵态氮，直到溶液中的铵态氮浓度达到平衡质量浓度时沉积物才开始吸附一定量的铵态氮。

与前人（王圣瑞等，2005；Jin and Wang，2005；Huang et al.，2004）[22-24]的研究相符。

南湖沉积物样品2对低浓度铵态氮的吸附等温线结果见图5。

从图5中可以看出，前3个点都表示出沉积物有负吸附。

相对样品1的负吸附现象不够明显。

2.4沉积物对铵态氮的吸附百分率初始浓度相同，沉积物样品不同时，沉积物对铵态氮的吸附百分率曲线见图6。

从图6中可以看出，在上覆水初始浓度小于100 mg/L时，初始浓度越大，沉积物对铵态氮的吸附率就越高；而当初始浓度大于100 mg/L时，吸附率随初始浓度变化的幅度减小，且趋于平缓，且样品2在每一个初始浓度梯度下的吸附率都比样品1的大。