湖泊沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險研究論文
1 研究概況
近年隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展， 水污染問(wèn)題也日益嚴重，其中水體富營(yíng)養化問(wèn)題已成為世界性的環(huán)境問(wèn)題，目前在我國131 個(gè)主要湖泊中， 已達到富營(yíng)養程度的湖泊有67 個(gè)，占51.2%。湖泊沉積物在湖泊環(huán)境研究體系中占有極其重要的地位。對湖泊沉積物大量的研究發(fā)現，沉積物磷含量及其形態(tài)對湖泊的營(yíng)養狀態(tài)存在重要影響。國內對湖泊沉積物磷時(shí)空分布特征及其環(huán)境意義、釋放風(fēng)險等進(jìn)行了大量的研究，如長(cháng)江中下游地區的太湖、鄱陽(yáng)湖等。沉積物是磷的重要蓄積庫或者釋放源，通過(guò)間隙水與上覆水體進(jìn)行營(yíng)養鹽交換，從而影響水體的營(yíng)養狀態(tài)，是水域營(yíng)養鹽循環(huán)的重要環(huán)節。湖泊的內源磷污染已經(jīng)成為富營(yíng)養化治理的一大難題。因此通過(guò)研究沉積物磷分布特征與賦存狀態(tài)，并結合具體湖泊的污染狀況，分析其釋放風(fēng)險就顯得十分重要。
2 湖泊沉積物磷分級研究及賦存形態(tài)
湖泊沉積物中磷含量及其形態(tài)，對于沉積物-上覆水界面的營(yíng)養鹽交換以及沉積物磷的生物可利用性存在決定性的影響，然而，不同形態(tài)磷的釋放風(fēng)險不同，其生物有效性亦不相同，因此，就有必要對沉積物磷進(jìn)行分級研究。1957 年，Chang 和Jackson最早開(kāi)始了沉積物磷分級的研究，但是，其只是對無(wú)機態(tài)磷進(jìn)行了分級，而且沒(méi)有研究各形態(tài)磷的分布特征及環(huán)境意義，后續研究者在對沉積物磷的分類(lèi)方法上與C-J 法思想一致。Simon 等2009 年對UpperKlamath 湖進(jìn)行了磷分布特征的研究，并對水華期間表層沉積物會(huì )作為磷源向上覆水體釋放磷的假設進(jìn)行了研究，其通過(guò)大規模水華爆發(fā)前后表層沉積物磷含量的變化進(jìn)行了分析， 發(fā)現湖泊不同點(diǎn)位的沉積物磷含量的變化情況并不一致，有的點(diǎn)位磷含量明顯降低，而有的點(diǎn)位則明顯升高，這與具體點(diǎn)位沉積物磷的生物可利用性有關(guān)。Gunduz 等2011年對Mediterranean 海岸表層沉積物磷分布特征進(jìn)行了研究， 其對沉積物磷分級采用的方法與金相燦提出的類(lèi)似，各形態(tài)磷含量大小關(guān)系為：Ca-P>Al-P>Fe-P>松散結合態(tài)磷。Zhang 等2012 年對三峽水庫磷的分布特征以及吸附-釋放特性進(jìn)行了研究，得出結論：在研究區域內，無(wú)機磷為磷的主要存在形態(tài)，而鈣結合態(tài)磷為無(wú)機磷的主要存在形式。
3 湖泊沉積物磷吸附性質(zhì)
在湖泊沉積物磷分布特征研究之外，對沉積物磷吸附性質(zhì)的研究日益成為湖泊研究的重點(diǎn)之一。目前對沉積物磷吸附性質(zhì)的研究多集中在大型淺水湖泊以及入湖河道上，如An 等在2009 年對南四湖及其主要入湖河道的沉積物-水界面上表層沉積物對磷酸鹽的吸附性質(zhì)進(jìn)行了研究，并得出沉積物對磷酸鹽的吸附過(guò)程主要發(fā)生在接觸后的10h 內，在48h 內完成整個(gè)吸附過(guò)程;Wang 等2012 年在賦石水庫對沉積物磷的吸附性質(zhì)的研究中加入了沉積物本身性質(zhì)的研究，并探討了沉積物磷的吸附性質(zhì)與沉積物自身性質(zhì)的相關(guān)性，得出沉積物粘土、鐵、鋁含量以及鐵與鋁含量之和為影響沉積物對磷吸附性質(zhì)的主要因素;姜霞等2011 年在太湖對沉積物磷吸附-解吸性質(zhì)進(jìn)行了研究， 以期明確太湖沉積物“源”“匯”情況，通過(guò)90 組實(shí)驗以及結合間隙水、沉積物各形態(tài)磷的分布特征最終得出結論：在總體水平上，太湖沉積物是上覆水體的“源”。
4 沉積物磷釋放風(fēng)險
沉積物磷釋放風(fēng)險的研究方法為采用沉積物磷吸附指數(PSI)和磷吸附飽和度(DPS)及其衍生參數進(jìn)行評價(jià)。國內黃清輝等在對太湖表層沉積物進(jìn)行磷釋放潛能研究時(shí)首次使用了沉積物磷吸附指數(PSI)與磷吸附飽和度(DPS)2個(gè)指數，并結合2 者得出沉積物磷釋放風(fēng)險指數(ERI)。之后，邢友華等沿用黃清輝總結的方法在東平湖對表層沉積物磷釋放潛能進(jìn)行研究，最終得出結論：東平湖表層沉積物磷釋放誘發(fā)富營(yíng)養化的風(fēng)險處于高度風(fēng)險范圍;同樣，盧少勇等在北京6 個(gè)湖泊(前海、青年湖、昆明湖、紫竹院湖、陶然亭湖、紅領(lǐng)巾湖)對沉積物磷釋放風(fēng)險進(jìn)行了研究，其得出結論：PSI 與DPS、草酸銨提取的磷、鋁均呈顯著(zhù)負相關(guān)關(guān)系，草酸銨提取的`鐵是影響PSI 的主導因素，而DPS 與草酸銨提取的磷呈顯著(zhù)正相關(guān)， 且DPS 主要受沉積物原吸附態(tài)磷的影響，最終對前海、青年湖、紫竹院湖以及陶然亭湖表層沉積物磷的釋放潛能評價(jià)高度風(fēng)險。國外學(xué)者在研究沉積物磷釋放風(fēng)險時(shí)通常采用磷吸附飽和度(DPS) 及其衍生指數，如Jehangir 等在對美國佛羅里達州歐基求碧湖濕地土壤磷釋放的研究中使用磷的吸附性質(zhì)與DPS 衍生指數SPSC (土壤磷儲存容量)對該地區土壤磷的釋放潛能進(jìn)行評價(jià)，最終結論為濕地土壤目前為安全的磷“匯”，但是鑒于土壤孔隙水中磷濃度很高，土壤可能成為潛在的磷“源”。
5 研究建議
當前，我國淡水水體富營(yíng)養化問(wèn)題日益嚴重，因此，對湖泊磷污染及其釋放風(fēng)險急需開(kāi)展進(jìn)一步的深入研究， 對此，提出以下一些建議以供參考：
(1)我國科研工作者對湖泊沉積物磷污染的研究已有豐富的工作，主要是沉積物磷的分級研究及其吸附性質(zhì)，但是相關(guān)研究鮮有結合具體的湖泊水體情況以及當地的周邊環(huán)境，因此，在今后的工作中，此部分應當有所考慮。
(2)沉積物磷形態(tài)分級是沉積物磷污染研究的基礎，但是目前并沒(méi)有1 套廣泛公認的方法，因此，有必要在現有方法的基礎之上，改良出1 套操作性、科學(xué)性、實(shí)用性更好的沉積物磷分級方法。
(3)目前對各形態(tài)磷提取后的最終測定還是采用分光光度法，此法雖然成本較低、使用方便，但是分辨率較低，應當進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更有優(yōu)勢的定量和定性分析技術(shù)。
(4)沉積物磷賦存形態(tài)與含量和水華爆發(fā)之間的具體直接關(guān)系尚不清楚，在繼續進(jìn)行沉積物磷各種性質(zhì)研究的基礎之上，應當大量開(kāi)展2 者之間具體關(guān)系的直接研究，以便為今后的研究指明方向。
(5)目前沉積物磷含量的污染標準值尚未被廣泛接受，然而標準值是進(jìn)行相應污染治理的重要參考，因此，應當在結合具體環(huán)境的基礎上， 制定出1 套合理的標準參考值，并進(jìn)一步對具有生物有效性的磷制定出參考值。此項工作任重道遠，意義重大。
6 小結
通過(guò)上述對湖泊沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險方面的研究分析，可以得出結論如下：
(1)湖泊富營(yíng)養化問(wèn)題日益嚴重，沉積物磷污染是影響湖泊富營(yíng)養化程度的重要因素，對沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險的研究急需進(jìn)一步展開(kāi);
(2) 沉積物磷分級研究基本采用SMT 法或者C-J 法。SMT 法將總磷分為有機磷和無(wú)機磷，又將無(wú)機磷分為磷灰石磷和非磷灰石磷，其主要是根據各形態(tài)磷的地球化學(xué)意義進(jìn)行劃分的，而C-J 法是將總磷劃分為鐵結合態(tài)磷、鋁結合態(tài)磷、鈣結合態(tài)磷、有機磷、以及殘渣態(tài)磷，其主要是根據磷的結合態(tài)進(jìn)行劃分的;
(3)沉積物磷的吸附性質(zhì)，目前通用方法即為等溫吸附法，即在恒溫、恒速的情況下，通過(guò)沉積物與標準溶液之間的相互作用進(jìn)行研究;
(4)沉積物磷釋放風(fēng)險則除了各形態(tài)磷的比例以及沉積物磷吸附性之外，還發(fā)展了沉積物磷吸附指數和沉積物磷吸附飽和度等參數研究。
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