湖泊現(xiàn)代化沉積物中磷的地球化學(xué)作用及環(huán)境效應(yīng)

卓先勤++公維杰++胡銳

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(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的調(diào)節(jié)作用。在水污染日益嚴(yán)重的情形下，通過研究降低和防止湖泊污染，保持湖泊水質(zhì)的健康至關(guān)重要。由此，本文結(jié)合某湖泊實(shí)例，在分析湖泊現(xiàn)代沉積物中磷的積累賦存情況后，通過實(shí)驗(yàn)方法對湖泊現(xiàn)代沉積物磷的地球化學(xué)作用和環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：湖泊現(xiàn)代化沉積物；磷；地球化學(xué)作用；環(huán)境效應(yīng)

前言：磷是湖泊沉積物中含有的主要化學(xué)元素之一。近兩年，受人類生產(chǎn)生活的強(qiáng)烈影響，湖泊沉積物大大增加，尤其是有機(jī)質(zhì)含量。湖泊沉積物與水體的相互作用會(huì)造成沉積物中的某些污染物對水體再次產(chǎn)生污染，導(dǎo)致湖泊出現(xiàn)富營養(yǎng)化、進(jìn)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(xué)作用與環(huán)境效應(yīng)，有利于人類對湖泊富營養(yǎng)化的預(yù)防和改善，減輕水體污染程度，意義重大。

1.湖泊現(xiàn)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(zhì)從流域中搬運(yùn)至湖泊或是在湖泊水體中生成，并以礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)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(guān)性。從近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國大多數(shù)湖泊污染嚴(yán)重，對于湖泊水庫而言人為干擾更是嚴(yán)重，通過各條流域進(jìn)入不同湖泊的污染物、營養(yǎng)物大大增加，造成了湖泊沉積物含量的顯著上升[1]。當(dāng)代人為化學(xué)的強(qiáng)烈干擾，造成了湖泊現(xiàn)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(huán)和營養(yǎng)功能，對湖泊沉積物產(chǎn)生了巨大影響，成為研究人員關(guān)注的重點(diǎn)對象之一。湖泊沉積物中磷的溶出與其自身化學(xué)沉淀相態(tài)密切相關(guān)。根據(jù)這一關(guān)系，利用礦物相化學(xué)提取技術(shù)對湖泊現(xiàn)代化沉積物中磷的垂直分布特征、不同儲存形式、遷移循環(huán)方式等進(jìn)行研究非常重要。因?yàn)椴煌鄳B(tài)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(xiàn)代化沉積物中磷的地球化學(xué)作用與環(huán)境效應(yīng)

2.1湖泊現(xiàn)代化沉積物采樣

某地區(qū)一湖泊為當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活水源之一，湖水面積為15.2km2左右，平均水深為12.6m，補(bǔ)給系數(shù)為12.4，湖泊形成時(shí)間約有幾十余年。自上世紀(jì)90年代起，該湖水質(zhì)逐漸變差，水體污染日趨嚴(yán)重，多次出現(xiàn)過富營養(yǎng)化現(xiàn)象，雖然在當(dāng)?shù)丨h(huán)保局和政府等的治理下，湖泊水質(zhì)污染得到了一定改善，但其使用功能、安全性仍然受到嚴(yán)重的影響[2]。為了有效預(yù)防該湖泊富營養(yǎng)化的再次發(fā)生，使用沉積物—水界面采樣器對湖泊現(xiàn)代化沉積物進(jìn)行采樣。

采樣地點(diǎn)于湖泊中心處，定時(shí)定點(diǎn)采集不同季節(jié)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(dòng)。將界面水按照1cm的間隔注入離心管中進(jìn)行密封保存，用于實(shí)驗(yàn)研究。將帶到實(shí)驗(yàn)室的沉積物樣品使用高速離心機(jī)對沉積物間隙水進(jìn)行提取，提取完成后對沉積物進(jìn)行真空干燥處理?？紫端械娜芙庑粤撞捎勉f抗比色法進(jìn)行測定，沉積物樣品中不同化學(xué)賦存形態(tài)的磷采用修正的化學(xué)連續(xù)提取法進(jìn)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(kuò)散遷移與孔隙水?dāng)U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(huì)釋放出磷，且通常釋放出的磷首先向沉積物間隙水中擴(kuò)散，然后遷移至上覆水體中，成為湖泊富營養(yǎng)化的驅(qū)動(dòng)因子。根據(jù)所得該湖泊沉積物樣品的溶解磷酸鹽化學(xué)剖面圖來看和計(jì)年研究結(jié)果來看，該湖泊現(xiàn)代化沉積物的沉積速率為0.28g·cm-2a-1，進(jìn)而計(jì)算出湖泊沉積物中磷的擴(kuò)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(xiàn)在2cm深度層上，計(jì)算時(shí)，為簡化計(jì)算對其上沉積深度均按照這一深度進(jìn)行[4]。假設(shè)磷主要以H2PO4形式存在，通過計(jì)算和圖形分析發(fā)現(xiàn)，該湖泊受沉積物間隙水磷擴(kuò)散作用影響強(qiáng)烈，當(dāng)沉積物中磷到達(dá)沉積物—水界面后，有23.6%左右的磷會(huì)被釋放重新回到水體中，再次參與湖泊的水、物質(zhì)循環(huán)。

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(xiàn)代化沉積物，尤其是表層沉積物中的絕大多數(shù)磷酸鹽，可能是以共價(jià)鍵的形式與非晶質(zhì)絡(luò)合物相結(jié)合，而這些絡(luò)合物的成分受水合鐵氧化物影響，鐵氧化物中的磷穩(wěn)定性不高，在環(huán)境發(fā)生變化導(dǎo)致氧化條件改變時(shí)，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(jī)質(zhì)的擴(kuò)化分解。有機(jī)質(zhì)中的磷比較不穩(wěn)定，當(dāng)有機(jī)質(zhì)擴(kuò)化分解時(shí)，其中的磷就會(huì)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(kuò)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(dòng)。當(dāng)湖泊沉積物受到擾動(dòng)時(shí)，處于分層氧化帶之下孔隙中的溶解性磷酸鹽可能會(huì)直接向上覆水體中遷移擴(kuò)散。

總結(jié)：綜上，不同地區(qū)、不同湖泊現(xiàn)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(xiàn)代化沉積物中磷的地球化學(xué)作用和環(huán)境效應(yīng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體湖泊具體分析?？傊芯亢闯练e物磷的地球化學(xué)作用和環(huán)境效應(yīng)是一項(xiàng)具有重要意義的工作。

參考文獻(xiàn)

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

[2]張斌亮. 淺水湖泊沉積物—水界面磷的行為特征與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[D].華東師范大學(xué)，2014.

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

[4]陳暉. 長江口潮灘沉積物基質(zhì)結(jié)合態(tài)磷化氫的分布特征初探[D].華東師范大學(xué)，2010.