湖泊表层沉积物可溶性有机氮含量及分布特性
滇池典型湖湾沉积物氮磷化学特性及疏浚层推算-环境科学
滇池典型湖湾沉积物氮磷化学特性及疏浚层推算吴永红 胡俊 金向东 柯鹏振 陈晓国 刘剑彤 31中国科学院水生生物研究所 武汉 1武汉理工大学资源环境学院 武汉 1中国科学院研究生院 北京摘要 以滇池围湖试验区海东湾和马村湾的沉积物为研究对象 对沉积物柱状样按每 分层 测试有机质!总磷及赋存形态磷 包括不稳定性磷!铁铝结合态磷!钙结合态磷!残渣磷 !总氮!亚硝酸盐氮!硝酸盐氮和氨氮等指标 结果表明 近些年来 湾遭受的氮!磷内源负荷比以前大 铁铝结合态磷在磷的各形态中含量最高 氨氮所占总氮的比例较其它湖泊偏低 也发现海东湾和马村湾这 个湖湾在 ∗ 层总磷!总氮呈现污染减轻的趋势 同时在 ∗ 的深度上 总磷!总氮指标再次出现转折 考虑可行性和经济制约 ∗ 处可作为疏浚层厚度 关键词 垂向分布 沉积物 马村湾 海东湾 疏浚中图分类号 ÷ 文献标识码 文章编号 2 2 2收稿日期 2 2 修订日期 2 2 基金项目 中国科学院知识创新工程重大项目 ≤÷ 2≥•2国家重点基础研究发展规划 项目 ≤中国科学院水生生物研究所创新课题作者简介 吴永红 ∗ 男 江西吉安人 硕士研究生 主要从事富营养化控制技术与机理研究 3通讯联系人ΧηεµιχαλΧηαραχτεριστιχσοφΝιτρογενανδΠηοσπηορυσιντηεΣεδιµεντσοφτηεΤψπιχαλΒαψσιν∆ιανχηιΛακεανδΧαλχυλατιονοφΤηειρ∆ρεδγινγΛαψερσ• ≠ 2 ∏ ÷ 2 ∞° 2 ≤ ∞ ÷ 2 ∏ 21 ∏ ≤ ≥ •∏ ≤ 1≤ ∏ ∞ √ •∏ √ × •∏ ≤ 1 ∏ ≥ ≤ ≥ ≤Αβστραχτ:× ∏ ⁄ . ¬ ∏ × ∏ ∏ √ ∏ ∏ ∏ ∏ ƒ 2° ≤ 2° ∏ 2° ∏ × ∏ ∏ ∏ × ƒ 2° °2 ∏ × ∏ ∏ √ ∏ ≥ 2 ∗ Κεψωορδσ:√ ∏ ∏沉积物中的 和°在泥2水界面由于浓度差而释放进入水中 成为湖泊营养盐的内源负荷 并延续湖泊的富营养化≈ 当前相当多的研究采用化学治理技术包括用/捆绑0试剂来共沉淀!絮凝!固定!钝化 使内源负荷 停留 在沉积物中≈ ∗ 也有采用物理治理技术包括改变泥2水界面氧化还原电位!掩蔽等技术来削减内源营养的释放≈还有采用生态重建!微生物修复!生物操纵等措施来阻碍氮磷进入水体≈ ∗ 环保疏浚是近 来新兴的行业 是以清除及处理水体中污染沉积物为主要任务的环境工程和疏浚工程相互交叉的边缘工程技术≈本文重点调查了滇池海东湾和马村湾沉积物中氮磷含量 并初步推断出实验点位小区域的疏浚层厚度1 样品采集和分析方法111 调查区域/滇池蓝藻水华污染控制技术研究0试验区位于滇池东北部 滇池污染最严重区域之一 由马村湾和海东湾 部分组成 年起试验区开展控制蓝藻水华污染工程性示范研究 通过 的努力 严重暴发的蓝藻水华得到了有效控制 研究确定的 号和 号样点分别位于马村湾和海东湾湖心112 采样与测定采样时间为 2 利用内径为 1 的柱状采泥器采集 自表层向下按每柱 现场分割成 个样冷冻保存 经自然风干后 研磨后过 目筛 待测定 总磷 ×° 参照文献≈ 测定 沉积物中第 卷第 期 年 月环 境 科 学∞ ∂ ∞ × ≥≤ ∞ ≤∞∂∏磷的形态 根据/ 2 和°法0分为不稳定性磷 22°铁!铝磷 ƒ ! 2° 钙磷 ≤ 2° 和残渣磷 ∏ 2° 每步提取完成后 提取液于离心 然后经过 1 的滤膜过滤 滤液直接用钼蓝比色法分析 残渣磷 ∏ 2° 即为总磷与以上 种磷之差≈ 总氮及无机氮参照文献≈ 测定2 结果与讨论211 ×°图 中 号沉积柱×°含量明显高于 号沉积柱 这与汇入马村湾的几条河流常年污染严重 河流输入的悬浮粒物在这一区域大量沉积有关 据调查 马村湾沿岸多为韭菜!花卉种植区 年均耗化肥 1 左右 造成大量未经利用的磷肥成为面源污染 并且该区还有 条入污河流)))宝象河!五甲河!新河和新开河及 余条排水沟通向湖滩地 由 号和 号沉积柱垂向×°的分布规律趋势图 图 可以看出 在其各自历史沉积中虽然垂直方向上×°的分布并非完全的有规律 但在 ∗处 站位都出现了磷含量的极小值 从表层开始×°含量随着深度的增加而降低 在 附近呈现明显的低谷 根据于银亭和孟伟等≈ 计算的沉积速率 排除近十几年治污的人为影响 可知 相当于沉积了 说明近 来马村湾和海东湾沉积物中×°曾大幅度增加过 与齐素华和卢云涛调查研究的结论完全一致≈图1 12号和8号采样点总磷分布ƒ⁄ ∏ ×° 1 1212 各磷赋存形态的垂向分布21211 2°2°的含量是相当低的仅占很小一部分 号沉积柱含量在 1 Λ∗ 1 Λ 干重 之间 平均含量占×°含量的 1 号沉积柱2°含量在 1 Λ ∗ 1 Λ 干重 之间 平均含量占 号沉积柱×°平均含量的 1同总磷的分布趋势图一样 图 整体上随着深度的增加 不稳定性磷的含量逐渐降低 在 ∗深处附近不稳定性磷呈现一个极小值 据陈田耕报道≈影响不稳定性磷含量的因素 其一与沉积环境有关 在相对缺氧的环境中 表层环境中的磷酸铁被还原成磷酸亚铁而释放出磷酸根离子 其二 石灰性 碳酸钙 土壤中难溶性磷酸盐在长期的风化和成土过程中与土壤中各种有机酸!无机酸作用后 逐级脱钙 最后转化成水溶性磷酸钙 不稳定性磷在表层增多 说明环境作用和脱钙作用正在加强 其结果会更有利于浮游动植物的吸收生长 从而促进水华的产生 这对富营养化的滇池水质是极为不利图2 12号和8号采样点的不稳定性磷分布ƒ⁄ ∏ 2° 1 121212 ƒ ! 2°同磷的其它赋存形态相比 号和 号沉积柱ƒ ! 2°的含量比较高 尤其 号沉积柱 比较这 个沉积柱ƒ ! 2°含量的分布 图 号沉积柱明显高于 号沉积柱这也是决定 号沉积柱总磷含量明显高于 号沉积柱的原因 整体而言 随深度的增加 ƒ ! 2°的含量呈下降的态势 在 ∗附近都出现转折说明大致在 ∗ 的 余年间≈ 各因子都朝着有利于ƒ ! 2°生成的方向发展 历史也表明该时期正处于以提高蛋白质供给!发展渔业为目的的年代 而 号沉积柱表层ƒ ! 2°含量的急剧上升明显有别于其下各层ƒ ! 2°的含量说明马村湾沉积物表层现在铁浓度很高 前人研究认为滇池水域中属ƒ ! 高背景生物环 境 科 学 卷地球化学区的结论一致≈ƒ ! 2°在沉积物中的分布受水中铁!铝的含量溶解氧以及沉积物形成时间!酸碱性等的影响≈ ƒ ! 2°被认为是沉积物中易被解析的部分 因为它会随着氧化还原环境的变化而变化 即氧化还原电位 ∞ 降低时 ƒ被还原并被溶解 或导致闭蓄态磷酸盐中ƒ 胶膜也由ƒ 还原为ƒ其溶解度提高 膜内的磷酸盐也可释放出来 进入间隙水 而∞ 较高时 ƒ 被氧化成ƒ并沉淀 ƒ ! 2°也随之沉淀≈ 活泼的铁氧化物对°的快速吸附和释放控制着间隙水中°的浓度 从而直接影响沉积物2水界面磷的交换≈ 由于滇池具有低纬高原季风气候特征 湖内盛行西南风!偏南风和东南风 地处滇池北端的马村湾和海东湾恰好具有很长的吹程 大风大浪的搅动严重影响着水体中⁄ 和∞ 值图3 12号和8号采样点铁铝结合态磷分布ƒ⁄ ∏ ƒ ! 2° 1 121213 ≤ 2°≤ 2°的含量 号沉积柱在 1 Λ ∗ 1 Λ 之间 平均含量占总磷平均含量的 1 号沉积柱≤ 2°的含量在 1 Λ ∗1 Λ 平均含量占总磷平均含量的 1 个沉积柱中≤2°含量与ƒ ! 2°的含量相比 前者没有后者差异大 很明显它不能影响总磷曲线的走向 再次验证 个湖湾中磷赋存形态的主要区别在ƒ ! 2°上≤ 2°含量如图 所示 沉积柱浓度最大值依然出现在表层 并且从表层开始≤ 2°的含量随深度增加而减小 在 处出现第一个波谷极小值以下≤2°浓度含量的分布就不再是规律的变化 但整体是较表层低 这与调查发现滇池属于重碳酸钙镁钠型湖泊 富含石灰岩沉积物结论一致 在∗ 的深处又出现极小值 号沉积柱在其早年的沉积 ∗ 相当于 世纪 年代至世纪 年代≈ 中更是大起大落 反映了这些年份里 该地区底泥扰动频繁或者是生物消亡的残骸较其它年份多图4 12号和8号采样点钙结合态磷分布ƒ⁄ ∏ ≤ 2° 1 121214 ∏ 2°从图 中可以得出 号沉积柱 ∏ 2°的图5 12号和8号采样点残渣磷分布图ƒ⁄ ∏ ∏ 2° 1 1含量占×°平均含量的 1 号沉积柱∏ 2°占×°平均含量的 1 号沉积柱在垂向分布上 其含量都比相对应的 号沉积柱∏ 2°含量高这除了 号沉积柱所在的马村期环 境 科 学湾是含磷比较丰富的地区以外 也说明马村湾其磷元素的输入更活跃213 沉积物中 的垂向分布21311 ×× 是氨态氮!硝态氮!氨基酸!酰胺和易水解的蛋白质氮等的总和≈ 经过分析测定 采样点沉积物中× 的含量如图 所示 号沉积柱平均含量为 1 Λ 号沉积柱平均含量为1 Λ× 的最大值出现在 ∗的表层 随深度增加氮的含量减少 不过也有波形起伏 在 处 沉积柱均出现一个拐点值 极小值表明进入湖湾的各类含氮污染物在增加 统计发现 仅 年流域内共排放污水 1 亿 排放≤ ⁄ !× !×° 其中生活污水 万≤ ⁄!× !×° 工业废水 万 ≤ ⁄ !×° 年城市生活污染比以往有较大幅度的增长 污染负荷占总负荷的比例为 ∗图6 12号和8号采样点总氮分布ƒ⁄ ∏ × 1 12131222 在整个沉积柱中的浓度含量都是很低 如图 海东湾平均含量为 1 Λ占× 平均含量的 1 马村湾平均含量为 1 Λ占× 平均含量的 1 撇开表层沉积物 ∗发现随着深度的增加 2 的含量反而增加了 在 ∗ 处达到一个高峰值 这与图 中× 含量垂向分布刚好相反2 是易于被生物所吸收的营养盐 较难被沉积物所吸附 沉积作用很缓慢 所以越近表层其含量也就越小 这个高峰值过后 2 的含量随着深度的增加趋于降低 这与表层的 2 含量的走向并不矛盾 作为的最高价态 显然在稍深层中不易保留 可能形成还原性的 等产物 也可以被粘土矿物吸附而转移≈可以认为 ∗ 是这 个湖湾 2 含量的分水岭图7 12号和8号采样点硝酸盐氮分布ƒ⁄ ∏2 1 12131322 在沉积物中的含量是极其微少的 从图 可以看出随着深度的增加其含量呈降低的趋势 在 ∗ 处达到一个波谷之后随深度的继续图8 12号和8号采样点亚硝酸盐氮分布图ƒ⁄ ∏2 1 1增加 2 的含量呈现增长的态势 之后又有波谷这与 2 的分布刚好相反 在 以下的深处 随着厌氧环境的加剧 矿物质中及其它形态的氮化合物会转变为低价态氮 从而在深层沉积物中环 境 科 学 卷2 的含量会偏高 21314 2沉积柱中2 含量如图 号沉积柱在 1 Λ ∗ 1 Λ 之间 平均含量占× 的1 号沉积柱2 含量范围为1 Λ ∗ 1 Λ 平均含量占× 的1可见氮在沉积物中无机氮形式主要是以氨氮存在 不过相比较国内其它水体沉积物中 2 含量而言 该 湾 2 含量偏低 如在保安湖沉积物中 2 占× 1 ≈ 长江口南翼上海滨岸带沉积物 2 约占× ∗ ≈虽然 2 分布的变化幅度比较大 但仍可看到 自表层而下随沉积物深度的增加 2 的含量也是呈正比增大的 说明在底泥中不断有其他形式氮的化合物或含氮矿物质其氮元素转变成2的形式 越深2 含量越高 也就是在厌氧条件下 更有利于氮的其它形态转变为2表层的 2 含量是很低的 明显低于其它层因为2易于释放溶解于水体图9 12号和8号采样点氨态氮分布ƒ⁄ ∏2 1 13 疏浚层的推算海东湾和马村湾 湖湾的沉积柱采样调查表明影响湖泊富营养化的主导因子氮和磷的在 湾都呈现相同的分布规律如图 从表层向下随深度的增加 氮和磷的含量都减小了 到 处出现 个转折点 之后随深度的增加 氮和磷的含量反而增加当然这种增加和近水的表层相比只是细微的增加以上氮!磷数据都显示 由氮!磷造成的污染基本都是从 开始至表层是不断加强的第 个转折区出现在 ∗氮和磷的含量主要集中在这之上的表层沉积物中这一层沉积物可以极大缓解 湾内源营养物的负荷 根据疏浚的可实施性和经济成本可考虑将 位点区域疏浚层的厚度初步定为表层至 ∗ 处一旦实施环保疏浚措施 沉积物中的泥炭层将成为新的表层 但其所造成的释放量将会很小 其一是因为选择的疏浚层恰好处于× 和×°的极小范围 其二是因为 2 和ƒ ! 2°是氮磷释放的主要形态 并且由于滇池的主导风向为西南风 试验区湖水常年受西南风掀起的大风浪搅动 底泥常被卷起环保疏浚的搅动并不一定强于风吹浪动 ⁄ 和∞ 仍然会大幅度变化 所以采用精密的环保疏浚技术对氮!磷赋存形态的改变以及物理搅动以致悬浮的影响会很小据调查 虽然马村湾和海东湾没有滇池草海的污染严重 但是其地质状况!沉积物质地以及污染物类型基本是相似的 事实证明≈ ∗ 年滇池草海进行环保疏浚措施之后 内湖底的有机污染物及金属污染物得到有效去除 减少了泥层中污染物向水中扩散 大部分水体透明度达到 1 已超过沉水植物恢复的光合补偿点深度 为草海水生态恢复创造了条件图10 12号和8号采样点总氮和总磷分布的折点曲线ƒ¬ ∏ √ × ×° 1 14 结论两湾沉积物从下往上总磷的含量呈不断上升态势 并且马村湾受磷的污染比海东湾严重 ƒ ! 2°和≤2°的含量最高 其次是残渣磷和可溶磷 而且各赋存形态磷的最大值均出现在表层 各形态磷含量马村湾均要高于海东湾 两湾中ƒ ! 2°都是主要释放的磷赋存形态期环 境 科 学总氮的含量自下而上呈增高的趋势 且两湾总氮的含量很接近 硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的含量是极少的 硝酸盐氮含量自表层至深层 先增大后降低 亚硝酸盐氮却相反 自表层至深层 氨氮的含量呈增高趋势 且占总氮的比例很大 马村湾氨氮占总氮的 1 海东湾氨氮占总氮的 1 虽然两湾在氮磷的含量在垂向分布上有所区别 但在垂向分布图上有共同的规律 因此可考虑将 位点区域疏浚层厚度定为 至 ∗ 处 并且选择该层实施环保疏浚时 可以最大程度地减小二次污染参考文献≈ 国家环境保护总局 等 中国典型湖泊氮!磷容量与富营养化综合防治技术研究报告≈ 北京 中国环境科学出版社≈ ±∏ √ ⁄ ° √ ∂ ∏ ∏ ∏ ∏ 2 2¬ ≈ 253∗≈ ∏ ×° × ∏ ∏ ≈ √4 ∗≈ ∏ ×° ° ∞∞ × ≤ • ⁄× ∞√ ∏ ∏ ∏ ¬ 2∏ ∏ ≈ √6 ∗≈ ∏ ×° ° ∞∞ ∏ ∏ ≈ ∂ ∂24 ∗≈ ∏ ×° ° ∞ ° ⁄ √ 2 ≤ ≈ •18 ∗≈ ∂ ∏ ⁄ × ° √ ≈ • 26 ∗≈ ∏ ∏ ƒ × ° ≥ °≠ ≥∏ ∏ ∏ ≤ ≤ ≥∏ ≤ ≈ • ≥ × 7 2∗≈ ≠ ∏ ° ≈ ∞ √ ≥ 18 ∗≈ ƒ∏2 ∏÷∏ ≥ ∏× 2 εταλ 2≤ ≤ ≈ ∞17 ∗≈ ⁄ ∏± ∏ •∏ εταλ × ∏√ ∏ 2∏ ° √ ≤ ≈ ∞ ∞18 ∗≈ 金相灿 荆一凤 刘文生 等 湖泊污染底泥疏浚工程技术)))滇池草海底泥疏浚及处置≈ 环境科学研究 12∗≈ 徐骏 杭州西湖底泥磷分级分布≈ 湖泊科学 13 ∗≈ ° °∏ ≥ ƒ ∏ ∏ √ ∏ √ ∂ 2∏ ≈ 2≥∏ 70 ∗≈ ƒ ∏ ≈ ∞ √ ±∏ 9 ∗≈ 鲍士旦 土壤农化分析 第三版 ≈ 北京 中国农业出版社 ∗≈ ≈日 土壤标准分析测定委员会编 秦荣大 郑永章译 土壤标准分析方法≈ 北京 北京大学出版社≈ 于银亭 孟伟 李培泉 等 昆明滇池沉积速率的测定≈ 海洋与湖沼 27 ∗≈ 齐素华 艾萍 王趁义 滇池的富营养化状态分析及其防治对策≈ 江苏环境科技 13 ∗≈ 卢云涛 滇池草海污染底泥疏挖及处置工程效益分析≈ 云南环境科学 17 ∗≈ 陈田耕 关于磷自沉积物的释放≈ 环境科学丛刊 9 ∗≈ 余国营 张晓华 梁小民 徐小清 滇池水2植物系统金属元素的分布特征和相关性研究≈ 水生生物学报 24∗≈ 马莎 尹家元 曹槐 等 滇池水中铝的形态分布初探≈ 岩矿测试 21 ∗≈ 傅庆红 蒋新 湖泊沉积物中磷的形态分析及其释放研究≈ 四川环境 13 ∗≈ 刘浏 刘晓瑞 等 密云水库沉积物中磷的形态和分布特征≈ 矿岩测试 22 ∗≈ 扈传 潘建明 刘小涯 珠江口沉积物中磷的赋存形态≈ 海洋环境科学 20 ∗≈ 陈家宝 刘文炜 南宁市南湖沉积物磷释放的研究≈ 重庆环境科学 20 ∗≈ 宋金明 李鹏程 南沙群岛海域沉积物2海水界面间营养物质的扩散通量≈ 海洋科学 5 ∗≈ 张水元 刘瑞秋 黎道丰 保安湖沉积物和间隙水中氮和磷的含量及其分布≈ 水生生物学报 24 ∗≈ 高效江 张念礼 陈振楼 等 上海滨岸潮滩水沉积物中无机氮的季节性变化≈ 地理学报 57 ∗≈ 安琪 李发荣 滇池草海底泥疏浚对水体水质及底泥影响分析研究≈ 云南地理环境研究 14 ∗环境科学 卷。
长江中下游浅水湖泊中总氮及其形态的时空分布
长江中下游浅水湖泊中总氮及其形态的时空分布王东红,黄清辉,王春霞,马梅,王子健(中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室)摘要:分析和比较了长江中下游3个浅水湖泊———太湖、巢湖和龙感湖夏、秋和冬季沉积物和上覆水中的总氮及其氮形态,描述了氮及其各形态在3个湖泊中的时空分布特征.结果表明:空间上,无论是在表层沉积物还是在上覆水中,太湖中总氮的含量均高于其他2个湖泊,且在太湖和巢湖都呈现西高东低的分布特征.氨氮在沉积物和上覆水及溶解态硝态氮在上覆水中的分布与总氮分布趋势基本相同.巢湖沉积物中氨氮浓度所占的比例稍高于太湖和龙感湖.在不同季节,表层沉积物和上覆水中的总氮含量冬季高于秋季和夏季,表层沉积物中氨氮浓度在秋季最高.巢湖和龙感湖上覆水中的溶解态硝态氮在冬季浓度较高,而在太湖西北部这种季节差异几乎没有,氨氮的浓度季节性差异也不十分明显.关键词:总氮;氨氮;硝态氮;沉积物;上覆水中图分类号:X524 文献标识码:A 文章编号:025023301(2004)增刊20027204基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX12SW 2122Ⅱ232);国家自然科学基金项目(40273046)作者简介:王东红(1968～),女,博士,主要研究方向为湖泊富营养化.T emporal and Spatial Distribution of Total Nitrogen and Its Species in Shallow Eutrophic Lakes of ChinaWAN G Dong 2hong ,HUAN G Qing 2hui ,WAN G Chun 2xia ,MA Mei ,WAN G Zi 2jian(State K ey Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry ,Research Center for Eco 2Environmental Sciences ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100085,China )Abstract :The temporal and spatial distribution of total nitrogen (Tot 2N )and its species in sediments and overlying water of three shal 2low eutrophic lakes (Taihu Lake ,Chaohu Lake and Longganhu Lake )in China were examined and analyzed.The spatial characteris 2tic showed that higher concentration of Tot 2N in sediments and overlying water were observed in Taihu Lake.The concentration of (Tot 2N )was higher in the west side than that in the east side in Taihu Lake and Chaohu Lake.The s patial distribution trend of dis 2solved ammonium nitrogen (DAN )in sediments and overlying water and dissolved nitrate and nitrite (DNN )in overlying water were same as the distribution of Tot 2N.The proportion of ammonium in sediment was higher in Chaohu Lake.The temporal difference showed that higher concentration of Tot 2N in sediments and overlying water was occurred in winter ,but higher concentration of am 2monium in sediments was occurred in autumn.DNN in overlying water of Chaohu Lake and Longganhu Lake was higher in winter.However ,temporal difference of DNN in the north 2west of Taihu Lake and DAN were not significant.K ey w ords :total nitrogen ;dissolved ammonium nitrogen ;dissolved nitrate and nitrite ;sediment ;overlying water 长江中下游平原是我国浅水湖泊分布最集中的地区,也是我国富营养化湖泊分布的主要地区.我国在“十五”期间大规模开展了湖泊水环境的治理,其中“三湖”治理是纳入国家计划的环境治理工作[1],而“三湖”中的太湖和巢湖就位于长江中下游地区.太湖地处北纬30°56′～31°34′和东经119°53′～120°34′之间,面积233811km 2,平均水深2m 左右[2].巢湖位于安徽省中部,处于长江、淮河两河流之间,湖体位于117°16′54″～117°51′46″E ,30°25′28″～31°43′28″N ,属长江下游左岸水系[3].龙感湖位于皖中平原西部,29°50′～30°05′N ,115°55′～116°20′E ,横跨安徽、湖北两省,地处长江北岸,与鄱阳湖隔江相峙.湖水面积为31612km 2,平均水深117m [4].长江中下游平原所形成的浅水湖泊密布及河网交错复杂的江湖复合生态系统,是我国特有的自然地貌景观,而对于像长江中下游平原地区的浅水湖泊富营养化的治理问题,尚无可以从国外借鉴的经验.虽然我国投入了很大的人力物力进行治理,但是收效不大,且情况有继续恶化的趋势.对于长江中下游湖泊的氮磷污染状况也已有大量的报道,但大多都集中在总氮和总磷上,对于形态的分布研究不多.近年来,人们对太湖和巢湖的底泥及其湖水中氮磷的空间分布也作了较多的调查和分析[5,6].龙感湖的富营养化状况也已经引起人们的关注[7],但对龙感湖的氮磷的空间分布情况目前还尚未见报道.一般而言,元素的生物有效性与其形态密切相关,氮磷的总量分析不足以反映其生物可利用性,因此本文选取长江中下游地区具有代表性的、第25卷增刊2004年6月环 境 科 学ENV IRONM EN TAL SCIENCEVol.25,Sup.J une ,2004营养化水平不同的3个浅水湖泊———太湖、巢湖和龙感湖为研究对象,分析了不同形态氮在3个湖泊沉积物和上覆水中的分布.比较了总氮和各形态氮含量在这3个浅水湖泊沉积物和上覆水中不同空间和季节的变化,为系统研究浅水湖泊富营养化发生机制以及对湖泊富营养化的治理提供依据.1 研究方法111 样品采集分别于2002年10月、2003年1月和7月(代表秋冬夏3个季节)在太湖、巢湖和龙感湖采集了表层沉积物和上覆水样品.采样点分布如图1所示.太湖为6个点(T1～T6),巢湖为4个点(C1～C4),龙感湖为3个点(L1～L3).表层沉积物用中国科学院地理与湖泊研究所自制的柱状采样器,采用虹吸法吸取柱状沉积物的上覆水,用针筒过滤器和0145μm的滤膜现场过滤.之后现场分取表层0～5cm样品,装入洁净的密实袋中,挤出袋中的空气,密封好,保存在加入冰袋的保温箱中,待船靠岸后迅速运回,冻存于-20℃冰箱中.同时在现场测定了表层沉积物和上覆水的温度、p H和Eh.112 分析方法对采集的表层沉积物和上覆水进行总氮(Tot2 N)及其形态的分析,包括氨氮和溶解性硝态氮[为溶解性硝态氮和亚硝态氮之和(DAN)].沉积物和水样中的总氮采用过硫酸钾高压消解法测定[8];沉积物中的氨氮用2mol/L KCl浸提,浸提液和水样采用水杨酸2次氯酸盐光度法测定[9];硝酸盐氮采用离子色谱法[9];亚硝酸盐氮采用N2(12奈基)2乙二胺光度法[9].每个样品均重复测定3次.2 结果与讨论211 总氮的时空分布在空间上,Tot2N在3个所研究的湖泊中,无论是在表层沉积物还是在上覆水中,太湖的含量均高于其他两个湖泊,结果如图2所示.对太湖来说,西北部(T1、T2和T3点)又高于湖心(T4和T5)和东太湖(T6),说明太湖的氮污染区主要是在五里湖、梅梁湾和竺山湖一带,这显然与人类活动密切相关.五里湖和梅梁湾一带是无锡市的生活污水排放区,竺山湖北面则有大量的农田,使得这一带氮污染比东太湖严重.此次测定的结果与以前的报道相比,总氮浓度有所升高[10,11],说明虽然这几年采取了很多措施进行治理,但是情况依然不容乐观.图1 采样点分布示意图Fig.1 Sampling sets巢湖表层沉积物中的总氮呈现出西高东低的趋势,但在冬季上覆水中东部则高于西部.张之源等[6]曾观测到巢湖东半湖湖水中总氮浓度高于西半湖的异常情况,与本研究的分析数据基本吻合,可能与巢湖地区的工农业污染有关.龙感湖的情况也不容乐观,虽然上覆水中的总氮浓度并不高,但是表层沉积物中的总氮平均含量与巢湖持平,应引起足够的重视.从季节变化来看(图2),3个湖泊表层沉积物中图2 总氮在表层沉积物和上覆水中的时空分布Fig.2 Spacial charactoristics of T ot2N in sediments and overlying water的总氮含量基本上是在夏季较低而冬季较高.这可能与夏季沉积物中微生物作用较为强烈有关.有研究表明,在硝酸盐输入充足的地带沉积物的脱氮作用的活跃性与周围的温度有着良好的相关性[12]但是太湖T1点表层沉积物在秋冬的差异不大,而T2和T3点表层沉积物秋季还高于冬季.这个区域该季节上覆水中高浓度的硝酸盐含量(见图4)可能是导致沉积物中总氮浓度升高的原因[13].上覆水中的总氮含量季节差异较为明显(图2B),冬季总氮浓度明显升高,这与浅水湖泊冬季水位偏低不无关系.尤其是巢湖差异最为明显,冬季总氮浓度比夏季高出数倍.212 各形态氮的时空分布沉积物及上覆水中氨氮的空间分布见图3.太湖西北部沉积物中的氨氮浓度明显要高于湖心地区,与总氮的分布趋势相同.但东太湖站位(T6)表层沉积物中的氨氮很高,尤其是在冬季甚至高于太湖的西北部.氨氮在上覆水中的分布亦呈现出这种趋势.氨氮是有机氮矿化的第一产物,东太湖(T6)有大面积的围网养殖区,可能是造成该湖区氨氮浓度升高的原因之一.巢湖表层沉积物中的氨氮浓度平均值与太湖大致相同,但巢湖沉积物中氨氮浓度所占的比例高于太湖.与总氮的分布趋势相同,氨氮在巢湖沉积物中的分布也呈现西高东低的趋势.龙感湖沉积物中氨氮浓度与太湖湖心区及巢湖东半湖持平.图3 氨氮在表层沉积物和上覆水中的时空分布Fig.3 S pacial characteristics of DAN in sediments and overlying water上覆水中的氨氮浓度分布见图2B,可以看出太湖上覆水中的氨氮浓度明显高于巢湖和龙感湖.特别是太湖的西北部,表明该地区氮污染情况非常严重.C2点监测到的冬季异常值可能存在着一定的偶然因素.溶解态硝态氮在上覆水中的空间分布见图4,可以看出其与总氮和氨氮的分布趋势基本相同.太湖的西北部和巢湖的西半湖仍然为浓度较高的地区.而太湖湖心区和东太湖地区(T4、T5和T6点)浓度较低,在冬季甚至低于龙感湖.总体来看秋季沉积物中氨氮浓度较高,冬季有个别站位氨氮浓度高于秋季.上覆水中氨氮的浓度季节性差异则不十分明显.分析巢湖上覆水中的氨氮浓度与氧化还原电位的关系,则发现其呈现负相关关系,当氧化还原电位升高时,其浓度降低,相关系数为-0187.与Xu 的结果基本一致[14].而太湖则没有呈现这种关系,这可能说明影响太湖氨氮浓度的条件较为复杂,其变化机理需要进一步研究.图4 上覆水中溶解态硝态氮的时空分布Fig.4 Temporal difference of DNN in overlying water冬季枯水期由于水位下降,上覆水中的溶解态硝态氮的浓度升高,在巢湖和龙感湖尤为明显,巢湖几乎与太湖西北部的浓度大致相同,尤其是C2点,接近3mg/L.龙感湖的溶解态硝态氮浓度也比秋季大约升高4～5倍.但是在太湖的西北部(T1、T2和T3点)这种季节差异几乎没有,说明这一带的硝态氮污染可能为输入性的,与季节变化无关.3 结论在空间上,3个湖泊中,无论是在表层沉积物还 是在上覆水中,太湖的总氮含量均高于其他两个湖泊,且在太湖和巢湖都呈现西高东低的分布特征.氨氮在沉积物和上覆水中及溶解态硝态氮在上覆水中的分布与总氮分布趋势基本相同.巢湖沉积物中氨氮浓度所占的比例稍高于太湖和龙感湖.在季节差异上,冬季表层沉积物和上覆水中的总氮含量高于秋季和夏季,表层沉积物中氨氮浓度在秋季最高.巢湖和龙感湖上覆水中的溶解态硝态氮在冬季浓度溶解态硝态氮的浓度较高,而在太湖西北部这种季节差异几乎没有,氨氮的浓度季节性差异也不十分明显.参考文献:[1] 秦伯强.长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探[J ].湖泊科学,2002,14(3):194～202.[2] 范成新,杨龙元,张路.太湖底泥及其间隙水中氮磷垂直分布及相互关系分析[J ].湖泊科学,2000,12(4):359～366.[3] 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珠江河流及河口浅层沉积物中有机碳、氮及同位素分布和来源浅析
珠江河流及河口浅层沉积物中有机碳、氮及同位素分布和来源浅析申铠君(广东顺德环境科学研究院有限公司 佛山分院，广东 佛山 528000)[摘要]本文测定了珠江河流及河口26个浅层沉积物的有机碳(TOC)、总氮(TN)含量和稳定同位素组成(δ13C 和δ15N)。
沉积物中有机碳和总氮分布趋势相一致，河流浅层沉积物含量明显高于河口。
C/N 比值、δ13C 值和δ15N 值显示河流沉积物有机质主要来源为浮游动物与浮游植物及藻类，为陆源和海源的混合物；河口沉积物有机质中海相来源增加。
基于端元同位素混合模型显示，海源藻类有机碳(al-OC)浓度在河流沉积物处较低(平均0.27 %)，在河口沉积物处较高(平均0.45 %)。
总体来说，TOC 、TN 和δ13C 、δ15N 的空间格局是相似的，但广州中心主城区河段和深圳湾附近浅层沉积物可能受到人为污染源影响而有所变化。
[关键词]珠江河流；河口；有机碳；总氮；稳定同位素[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2019)03-0057-04Distribution and Sources of Organic Carbon, Nitrogen and Their Isotopes inSurface Sediments of Pearl River and EstuaryShen Kaijun(Guangdong Shunde Institute of Environmental Sciences Co., Foshan 528000, China)Abstract: The total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) and isotopic composition (δ13C and δ15N) content of 26 surficial sediments of the Pearl River and estuary of South China Sea were determined. The content of TOC and TN in river sediments was obviously higher than that in the estuary. In addition, C/N ratio, δ13C and δ15N value showed that the main source of organic matter in river sediments was zooplankton, phytoplankton and algae, a mixture of terrestrial and marine sources, and the increased sources of .marine organic matter in estuary sediments. Algal-derived organic carbon (al-OC) content was relatively estimated to be low (0.27 %) at the river and higher (0.45 %) on the estuary based on a mixing model of end-members. In general, the spatial pattern of TOC, TN, δ13C and δ15N was similar. Sediments near central urban area of Guangzhou city and Deep Bay may be probably affected by artificial pollution sources.Keywords: Pearl River ；Estuary ；Organic carbon ；Nitrogen ；Stable isotope1 引言流域、河口和沿海地区是陆地和海洋之间的重要通道。
巢湖十五里河沉积物生物有效性氮磷分布及相关性
巢湖十五里河沉积物生物有效性氮磷分布及相关性李如忠;李峰【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2011(024)008【摘要】在巢湖十五里河采集15个沉积物柱样,对表层(0～10 cm)沉积物生物有效性氮、磷含量和空间分布特征及相互关系进行研究.结果表明,十五里河表层沉积物的各形态[ IEF(离子交换态),WAEF(弱酸可提取态),SAEF(强碱可提取态)和SOEF(强氧化剂可提取态)]生物有效性氮、磷含量存在较为明显的空间变化性.w(生物有效性氮)占w(TN)的53.4％～ 67.9％,且w(SOEF-N) ＞w(IEF-N) ＞w(SAEF-N) ＞w(WAEF-N),其中w(SOEF-N)为411.35～ 965.47mg/kg,占w(TN)的33.4％～43.7％；w(生物有效性磷)占w(TP)的47.3％～89.4％,且w(SAEF-P)＞w(SOEF-P)＞w(WAEF -P) ＞w(IEF - P),其中w(SAEF-P)为311.74 - 960.33mg/kg,占w(TP)的33.O％～78.0％.不同形态生物有效性氮的相关性较差,其中w( IEF - N)与w(WAEF-N)和w(SAEF-N)呈负相关,相关系数分别为-0.042和-0.122；w(WAEF-N)和w(SAEF-N)和w(SOEF-N)的相关系数仅为0.320～0.513.生物有效性磷的相关性相对较强,其中w(IEF -P)与w( WAEF - P)呈显著正相关,相关系数为0.527,w(WAEF-P)与w(SAEF-P)呈极显著正相关,相关系数为0.653.不同形态生物有效性氮、磷的相关性不显著.【总页数】9页(P873-881)【作者】李如忠;李峰【作者单位】合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】X524【相关文献】1.滇池沉积物生物有效性氮和磷的分布及相互关系 [J], 朱元荣;张润宇;吴丰昌2.巢湖流域十五里河水体与表层沉积物生物可利用磷(BAP)研究 [J], 宗宁;龚莹;李玉成;郑刘根;罗军;谢毫;王宁3.巢湖表层沉积物氮、磷、有机质的分布及污染评价 [J], 苗慧;沈峥;蒋豫;石惠娴;张亚雷;蔡永久4.巢湖湖滨带生态修复湿地沉积物氮磷的时空分布特征 [J], 张祥霖; 黄百顺; 蒯圣龙; 尹程5.巢湖城区洗耳池沉积物磷及其生物有效磷的分布研究 [J], 金相灿;卢少勇;王开明;徐南妮;申新民;郭建宁;杜劲冬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
哈素海湖底沉积物氮磷分布特征及潜在的资源化利用探讨
中国土壤与肥料 2019 （2）doi：10.11838/sfsc.1673-6257.18362哈素海湖底沉积物氮磷分布特征及潜在的资源化利用探讨孙 标1，杨志岩2*，赵胜男1，朱永华1，田卫东1（1．内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018； 2．内蒙古地质环境监测院，内蒙古 呼和浩特 010020）摘 要：为了探讨沉积物中氮磷的分布特征及其资源化利用潜力，采集了哈素海湖底的20个沉积物样品，并进行了相关的分析和研究。
结果表明：哈素海湖底各采样点表层沉积物中全氮、碱解氮、全磷、有效磷分别为0.15～2.14 g/kg、49.01～177.14 mg/kg、0.30～0.45 g/kg、11.91～23.53 mg/kg，其空间分布特征和变化趋势差异表现较大。
从垂向分布特征来看，全氮、碱解氮含量呈现随沉积物深度的增加而减少的趋势，与近年来向湖泊水体中输入的氮量明显增加有关，而全磷、有效磷含量在垂向分布上并无明显变化，表明近年来外源输入的磷没有明显增加的趋势。
与其他湖泊对比分析，哈素海湖底泥资源化利用潜力较大，具有一定的农业价值。
关键词：哈素海；沉积物；氮磷元素；资源化利用沉积物是湖泊生态系统的重要组成部分，其不仅能反映水体区域环境的变迁，同时也是氮、磷等营养物质的重要存储库，对污染物的迁移转化和湖泊中营养元素的循环有着重要意义［1-2］。
氮、磷元素是水生生物生长的必要元素，同时也是富营养化的限制性要素。
沉积物作为氮磷等营养元素的“汇”，积累并储存了来自上覆水体中通过径流、沉降、排污等多种途径进入水体的污染物质，而在一定的物理、化学等环境因子的影响下，沉积物中的氮磷元素可以通过再悬浮等方式重新释放于上覆水体内，成为湖泊氮磷等营养元素的“源”［3-4］。
沉积物对上覆水域养分“源”和“汇”效应在湖泊系统的物理、化学和生物循环中起着重要作用，当外源氮磷输入得到有效控制后，湖泊沉积物内源氮磷释放将成为影响湖泊富营养化状态的关键 因素［5-6］。
青藏高原（藏北地区）湖泊表面沉积物代用指标结果分析
第一章绪论湖泊沉积物总有机碳（TOC）、碳氮比（C/N）及有机碳同位素（δ13C）组成研究现状总有机碳（Total Organic Carbon）的研究现状在全球气候与环境变化的研究中，由于湖泊表层湖泊表层沉积物中的有机地球化学指标总有机碳（T O C）、碳氮比（C/N）和有机碳同位素（δ13C）可以很好地反映湖泊水体环境及湖泊流域的初始生产力状况和直被类型，也反映了有机质跟随湖泊表层沉积物沉积后的保存状况，保存着湖泊及流域生物生态环境和过去的气候、以往环境变化的丰富信息。
所以被广泛应用大范围区域及全球性气候与环境变化的响应中。
湖泊表层沉积物中有机碳是过去的生物埋藏于湖泊表层沉积物内经过生物分解作用和化学分解作用或者是成岩作用后遗留下来的产物，它含量的多少既可以反映湖泊表层沉积物中有机质输入的多与少及湖泊的初始生产力的高与低，又可以反映有机物存贮能力的强与弱（Meyers，1997）。
湖泊表层沉积物中有机碳主要来源于湖泊中自生的水生直物和湖盆周围流域经过侵蚀作用后带来的陆源性直物碎屑。
温度的变化和降水的多少是影响直物生长的好坏的主要因素，在干旱、半干旱地区的流域中，直物生长的好坏主要受到降水量多少的控制；对湖泊中水生直物生长的好坏，湖泊最初生产力的高低则主要受湖水营养物质的好与坏和温度的高低控制（陈敬安等，2002），例如在特别寒冷的环境下，会使延升低温期的时间、将适合直物比较适合发芽的时间的大大减少、使其温度的缩减、而湖泊在冬天中湖面水冻长度的过度加长会引起湖泊内部水生直物光合作用的速率大大降低、光合作用的产量也大大降低，同时其有机质生产力的产量也大大的降低（刘子亭等，2006）。
湖泊表层沉积物总有机质的容量的多少和高低可以反映温都的高低变化。
世界各地的大量学者利用湖泊表层沉积物中有机碳含量的高低变动对很多大小各异，类型不同的湖泊中进行了多种渠道的研究，并取得了一定的成果。
如柴达木盆地查尔汗湖区（黄期等，1990）、青藏高原地区若尔盖盆地（张平忠等，1995）和浑善达克沙地（武建伟等，2004）湖泊表层沉积物中有机碳（Total Organic Carbon）含量的高低变化很好地与气候环境的变化相对应，有机碳（Total Organic Carbon）含量的低的时候与寒冷气候相对应，高的情况下对应于暖期。
和川水库沉积物－水界面氮赋存特征及交换通量分析
和川水库沉积物－水界面氮赋存特征及交换通量分析作者：侯梓良冯民权赵直来源：《人民黄河》2023年第10期摘要：为明确氮营养盐在沉积物－水界面的交换过程，以和川水库沉积物为研究对象，分析水库整体氮营养盐污染现状及内源释放特征。
采集水库不同点位表层沉积物和上覆水，以此分析氮营养盐空间分布特征及差异性；以原位沉积物柱样沉积物静态释放试验获取沉积物－水界面氮营养盐交换通量，并分析和川水库内源释放对水体营养盐的潜在贡献率。
结果表明：和川水库上覆水中总氮含量劣于Ｖ类水标准，且空间差异明显；上覆水中氮营养盐以硝酸盐氮为主，间隙水中氮营养盐以氨氮为主，沉积物中氮以有机氮为主；沉积物表现为总氮、氨氮的“源”和硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的“汇”；和川水库库区界面交换对上覆水氮营养盐的贡献率较小，ＴＮ、ＮＨ＋４－Ｎ、ＮＯ－３－Ｎ、ＮＯ－２－Ｎ的潜在贡献率小于１０％。
关键词：沉积物－水界面；氮营养盐；交换通量；和川水库中图分类号：Ｘ５２４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１０．０１６引用格式：侯梓良，冯民权，赵直．和川水库沉积物－水界面氮赋存特征及交换通量分析［Ｊ］．人民黄河，２０２３，４５（１０）：９０－９５，１００．沉积物－水界面是物质参与环境地球化学循环和生物耦合的重要区域［１］。
沉积物中营养盐释放引起的内源污染是水体污染控制的核心。
近年来水质安全越来越受到人们的重视，当外源污染已经或正在被有效控制时，内源污染成了水体污染的重要影响因素［２］。
沉积物和上覆水营养盐交换是湖库沉积物具有“汇”或“源”作用的重要标志［３］。
沉积物中大量溶解性物质将孔隙水作为媒介通过扩散向上运移到上覆水中，从而影响上覆水水质［４］。
污染物在沉积物－水界面的迁移转化过程十分复杂，认识污染物在沉积物－水界面的分布特征以及扩散过程，对探讨污染物的环境行为具有重要的理论和现实意义。
国内外学者对沉积物－水界面营养盐交换通量进行了一定研究，ＶＩＴＴＯＲ等［５］对意大利南部爱奥尼亚湾沉积物－水界面总氮交换通量进行了研究，张甜娜等［６］采用孔隙水浓度梯度法研究了白洋淀ＴＤＮ、ＴＤＰ和ＮＨ＋４－Ｎ在界面的交换通量，向速林等［７］通过现场采样和室内试验研究了鄱阳湖沉积物－水界面氮的交换通量。
毛乌素沙地典型湖滨带湿地有机碳、氮素空间分布特征
第15卷 第4期2017年8月南水北调与水利科技S outh 2to 2North W ater Transfers and Water Science &Techn ology V ol.15N o.4A ug.2017生态与环境收稿日期:2016203223 修回日期:2016205229 网络出版时间:2017206220网络出版地址:http://k /k cms/detail/13.1334.T V.20170620.2017.018.html基金项目:中央高校基本科研业务费专项(2452015094);中央财政农业技术推广专项:水利部公益性行业科研专项(201501045)Funds:Central Un iversity Bas ic Research Bus ines s Ex pens es S pecial(2452015094)Northw est Agriculture and Forestry Un iversity doctoralFoundation (2014BS 197);C entral Governm ent Agricultural T echnology Ex tension :M inistry of W ater Resources Pu blic Welfare Indus 2try Res earch(201501045)作者简介:张雪冰(19902),男,河北邯郸人,主要从事环境生物物理方面研究。
E 2mail:xuebingzhang0609@ 通讯作者:申卫博(19792),男,陕西泾阳人,博士,主要从事水土保持方面的研究。
E 2mail:shenw b@ms.is w DOI:10.13476/ki.nsbdqk.2017.04.015张雪冰,闫玉琴,陈国静,等.毛乌素沙地典型湖滨带湿地有机碳、氮素空间分布特征[J].南水北调与水利科技,2017,15(4):87293.ZH A N G Xue 2bing ,Y A N Y u 2qin,CH EN Guo 2jing,et al.Spatial distr ibutio n charac 2terist ics o f o rg anic carbon and nitrog en in typical lake litto ral w etland of M u U s Sandland[J].South 2to 2N or th W at er T r ansfer s and Water Science &T echnolo gy ,2017,15(4):87293.(in Chinese)毛乌素沙地典型湖滨带湿地有机碳、氮素空间分布特征张雪冰1,闫玉琴2,陈国静2,申卫博2,3,王国栋1(1.西北农林科技大学理学院,陕西杨凌712100;2.西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌712100;3.中国科学院水利部水土保持研究所/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100)摘要:通过对陕西毛乌素沙地典型湖滨带湿地有机碳和氮素的空间分布特征进行研究,为探讨湿地生态系统如何在沙化环境下发挥其特有的功能提供科学依据。
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J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(5): 623-630 http://www.jlakes.org. E-mail: jlakes@niglas.ac.cn ©2009 by Journal of Lake Sciences
湖泊表层沉积物可溶性有机氮含量及分布特性*
林素梅1,2, 王圣瑞2, 金相灿2, 何星存3 (1: 广西师范大学化学化工学院, 桂林 541004) (2: 中国环境科学研究院湖泊环境创新基地, 国家环境保护湖泊污染控制重点实验室, 北京 100012) (3: 广西师范大学环境与资源学院, 桂林 541004)
摘 要: 选择鄱阳湖、洞庭湖等6个湖泊的15个表层沉积物样品, 用1mol/L KCl溶液提取沉积物中的可溶性有机氮(SON), 并研究了SON的含量、分布状况及特性. 结果表明, 所研究的沉积物SON含量变异较大, 在17.18-292.31mg/kg之间波动, 平均为134.45 mg/kg, 占可溶性总氮(TSN)的51.86%, 沉积物总氮的7.14%. 污染程度重的沉积物中SON含量均较污染程度轻的高, 且SON含量与TN、TSN含量呈正相关, 即与沉积物氮污染程度呈正相关. 分布状况则与湖泊污染程度、人类活动干扰强度等紧密相关. 所研究表层湖泊沉积物中游离氨基酸(FAA)含量处于4.69-42.04mg/kg间, 平均为23.27mg/kg, 占SON的18.80%, TN的1.24%. FAA与SON含量呈显著正相关, 在沉积物中的平均含量及在SON中的比例均较土壤中高, 说明湖泊沉积物SON有较大的易分解组分. SON与沉积物可溶性无机氮、有机质、CEC等显著相关. 因此, SON是湖泊沉积物氮的重要组成部分, 对湖泊富营养化具有重要的影响, 特别是对污染严重的沉积物而言, 更应重视其SON在湖泊氮循环及富营养化中的作用. 关键词: 湖泊表层沉积物; 可溶性有机氮; 含量; 游离氨基酸; 鄱阳湖; 洞庭湖
Contents and distribution characteristics of soluble organic nitrogen in surface sediments of lakes
LIN Sumei1,2, WANG Shengrui2, JIN Xiangcan2 & HE Xingcun3 (1: College of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, P.R.China) (2: State Environmental Protection Key Laboratory of Lake Pollution Control, Research Center of Lake Environment, Chinese Research Academy of Environmental Science, Beijing 100012, P.R.China) (3: College of Environmental Science and Resource, Guangxi Normal University, Guilin 541004, P.R.China)
Abstract: The contents and distribution characteristics of soluble organic nitrogen (SON) extracted with 1mol/L KCl from the sediments of six typical lakes including Lake Poyang, Lake Dongting in Hunan and Jiangxi Provinces were studied. The results indicated that the SON contents varied greatly from 17.18mg/kg to 292.31mg/kg (mean content,134.45mg/kg), comprising 51.86% of total soluble nitrogen (TSN) and 7.14% of total nitrogen (TN) in six lakes. The SON contents were significantly correlated with their contents of TN and TSN, and SON were higher in the heavily polluted sediments than the light polluted ones. Their distributions of SON were closely related to their lake pollution levels. The contents of free amino acid in the sediments were also studied, and they varied from 4.69 to 42.04mg/kg, comprising 18.80% of SON, and 1.24% of TN, and were significantly correlated with their SON contents. The mean content of FAA was 23.27mg/kg, higher than those in soils in the same region. It indicated that there was more bioavailable SON from lake sediment than those from soil. The contents of SON in the sediments were also correlated with inorganic nitrogen, OM and CEC and so on. As one of the most important nitrogen compositions in lake sediments, SON should be paid more attention to the nitrogen cycling and entrophication control in lakes.
* 国家自然科学基金项目(40873079)、科技部基础性工作专项重点项目“中国湖泊水质、水量和生物资源调查”(2006FY110600)和中央级公益性科研院所基本科研业务专项项目(2007KYYW27)联合资助. 2009-01-04 收稿; 2009-02-19收修改稿. 林素梅, 女, 1982年生, 硕士研究生; E-mail: linsumei2010@163.com. J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(5) 624
Keywords: Surface sediment of lake; soluble organic nitrogen; contents; free amino acid; Lake Poyang; Lake Dongting 目前, 关于可溶性有机氮(Soluble Organic Nitrogen, SON)的研究主要集中在土壤方面. 可溶性有机氮定义为土壤中能够被水、盐溶液或用电超滤法(EUF)提取出来的有机态氮[1], 它是土壤中主要的可溶性
氮库, 是微生物和植物的潜在可利用氮源[2]. 一些低分子量的SON组分, 如游离氨基酸(Free Amino Acid,
FAA)等, 是微生物的重要来源, 能被植物直接吸收[3-4]. 有机氮是沉积物中最主要的氮素组分, 因而可溶性的有机态氮必定是含量较大的有机氮库. 目前对湖泊溶解有机氮的研究主要集中在湖泊水体及沉积物孔隙水方面[5-6], 对利用水或盐溶液提取的有机态氮, 即SON的研究尚不多见. 土壤中的SON能被直接释
放出来[7], 且在特殊情况下, 藻类在吸收N源时能直接吸收或更倾向于吸收溶解有机氮而不是溶解无机
氮[8]. 前人研究表明, 陆地生态系统土壤中的SON有较强的移动性, 易被淋失而进入湖泊, 对湖泊藻类氮
素供应甚至湖泊富养化产生显著影响[9-10], 且有研究认为沉积物释放是湖泊水体溶解有机氮的重要来
源[5]. 因此, 研究SON在湖泊沉积物中的含量及其分布特性对理解湖泊富营养化过程具有重要意义.
SON的含量较复杂, 其中以低分子量物质为主的SON主要含有尿素、游离氨基酸[4]等. 由于FAA可以
被植物吸收, 且会较快为土壤微生物所降解, 因而是土壤SON中较为活跃的组分之一[11]. 沉积物中FAA
的研究较多[12], 但其与SON的含量关系研究较少.
本研究选取位于湖南、江西两省的6个湖泊, 研究其表层沉积物中SON和游离氨基酸的含量、分布特征, SON特性等, 为进一步研究SON在湖泊系统氮循环中的作用及其对湖泊富营养化的影响等提供依据.
1 材料与方法 1.1 研究区概况 本研究涉及6个湖泊(图1). 其中鄱阳湖是中国最大的淡水湖, 湖泊面积2933km2, 平均水深5.1m, 水
位变幅巨大, 属吞吐性湖泊, 其水质在五大淡水湖中较好[13], 2007年水质总体为Ⅳ类, 处于中营养状态.
军山湖位于江西省进贤县, 是鄱阳湖的子湖泊, 湖泊面积192.5km2, 平均水深4m, 是重要的养殖湖泊, 渔
业历史悠久, 湖泊周围乡村众多, 人口密集, 耕地面积大, 一遇暴雨, 即将周围村庄和农田中的肥水冲入湖中, 污染较为严重[14].
图1 湖泊(a)及采样点位置(b) Fig.1 Location of the lakes(a) and sampling sites(b)
洞庭湖是我国第二大淡水湖, 是长江中游一个重要集水蓄洪湖泊, 湖泊面积2432.5km2, 平均水深
6.39m, 全湖水质较好, 污染程度与鄱阳湖相似, 但存在潜在变劣趋势[15]. 湖南东湖位于洞庭湖区华容县,
湖泊面积23.2km2, 平均水深3.5m, 湖内天然饵料丰富, 是华容县最大的养殖场, 受养殖影响, 污染也较
严重, 水质达中-富营养状态[16]. 大通湖位于湖南省益阳市, 湖泊面积114.2km2, 平均水深2.89m, 岸线平