湖泊沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)研究論文
1 研究概況
近年隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 水污染問題也日益嚴(yán)重，其中水體富營(yíng)養(yǎng)化問題已成為世界性的環(huán)境問題，目前在我國(guó)131 個(gè)主要湖泊中， 已達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)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(duì)湖泊沉積物大量的研究發(fā)現(xiàn)，沉積物磷含量及其形態(tài)對(duì)湖泊的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)存在重要影響。國(guó)內(nèi)對(duì)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(xiǎn)等進(jìn)行了大量的研究，如長(zhǎng)江中下游地區(qū)的太湖、鄱陽(yáng)湖等。沉積物是磷的重要蓄積庫(kù)或者釋放源，通過間隙水與上覆水體進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)鹽交換，從而影響水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，是水域營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。湖泊的內(nèi)源磷污染已經(jīng)成為富營(yíng)養(yǎng)化治理的一大難題。因此通過研究沉積物磷分布特征與賦存狀態(tài)，并結(jié)合具體湖泊的污染狀況，分析其釋放風(fēng)險(xiǎn)就顯得十分重要。
2 湖泊沉積物磷分級(jí)研究及賦存形態(tài)
湖泊沉積物中磷含量及其形態(tài)，對(duì)于沉積物-上覆水界面的營(yíng)養(yǎng)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(xiǎn)不同，其生物有效性亦不相同，因此，就有必要對(duì)沉積物磷進(jìn)行分級(jí)研究。1957 年，Chang 和Jackson最早開始了沉積物磷分級(jí)的研究，但是，其只是對(duì)無(wú)機(jī)態(tài)磷進(jìn)行了分級(jí)，而且沒有研究各形態(tài)磷的分布特征及環(huán)境意義，后續(xù)研究者在對(duì)沉積物磷的分類方法上與C-J 法思想一致。Simon 等2009 年對(duì)UpperKlamath 湖進(jìn)行了磷分布特征的研究，并對(duì)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(shè)進(jìn)行了研究，其通過大規(guī)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(xiàn)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(duì)Mediterranean 海岸表層沉積物磷分布特征進(jìn)行了研究， 其對(duì)沉積物磷分級(jí)采用的方法與金相燦提出的類似，各形態(tài)磷含量大小關(guān)系為：Ca-P>Al-P>Fe-P>松散結(jié)合態(tài)磷。Zhang 等2012 年對(duì)三峽水庫(kù)磷的分布特征以及吸附-釋放特性進(jìn)行了研究，得出結(jié)論：在研究區(qū)域內(nèi)，無(wú)機(jī)磷為磷的主要存在形態(tài)，而鈣結(jié)合態(tài)磷為無(wú)機(jī)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)磷酸鹽的吸附性質(zhì)進(jìn)行了研究，并得出沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附過程主要發(fā)生在接觸后的10h 內(nèi)，在48h 內(nèi)完成整個(gè)吸附過程;Wang 等2012 年在賦石水庫(kù)對(duì)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(duì)磷吸附性質(zhì)的主要因素;姜霞等2011 年在太湖對(duì)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90 組實(shí)驗(yàn)以及結(jié)合間隙水、沉積物各形態(tài)磷的分布特征最終得出結(jié)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(xiǎn)
沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)的研究方法為采用沉積物磷吸附指數(shù)(PSI)和磷吸附飽和度(DPS)及其衍生參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)黃清輝等在對(duì)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(shù)(PSI)與磷吸附飽和度(DPS)2個(gè)指數(shù)，并結(jié)合2 者得出沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(ERI)。之后，邢友華等沿用黃清輝總結(jié)的方法在東平湖對(duì)表層沉積物磷釋放潛能進(jìn)行研究，最終得出結(jié)論：東平湖表層沉積物磷釋放誘發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)處于高度風(fēng)險(xiǎn)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(duì)沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，其得出結(jié)論：PSI 與DPS、草酸銨提取的磷、鋁均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，草酸銨提取的`鐵是影響PSI 的主導(dǎo)因素，而DPS 與草酸銨提取的磷呈顯著正相關(guān)， 且DPS 主要受沉積物原吸附態(tài)磷的影響，最終對(duì)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(píng)價(jià)高度風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)外學(xué)者在研究沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)時(shí)通常采用磷吸附飽和度(DPS) 及其衍生指數(shù)，如Jehangir 等在對(duì)美國(guó)佛羅里達(dá)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(shù)SPSC (土壤磷儲(chǔ)存容量)對(duì)該地區(qū)土壤磷的釋放潛能進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終結(jié)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(dāng)前，我國(guó)淡水水體富營(yíng)養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重，因此，對(duì)湖泊磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)急需開展進(jìn)一步的深入研究， 對(duì)此，提出以下一些建議以供參考：
(1)我國(guó)科研工作者對(duì)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(jí)研究及其吸附性質(zhì)，但是相關(guān)研究鮮有結(jié)合具體的湖泊水體情況以及當(dāng)?shù)氐闹苓叚h(huán)境，因此，在今后的工作中，此部分應(yīng)當(dāng)有所考慮。
(2)沉積物磷形態(tài)分級(jí)是沉積物磷污染研究的基礎(chǔ)，但是目前并沒有1 套廣泛公認(rèn)的方法，因此，有必要在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)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(jí)方法。
(3)目前對(duì)各形態(tài)磷提取后的最終測(cè)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(yīng)當(dāng)進(jìn)一步開發(fā)更有優(yōu)勢(shì)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(xù)進(jìn)行沉積物磷各種性質(zhì)研究的基礎(chǔ)之上，應(yīng)當(dāng)大量開展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(biāo)準(zhǔn)值尚未被廣泛接受，然而標(biāo)準(zhǔn)值是進(jìn)行相應(yīng)污染治理的重要參考，因此，應(yīng)當(dāng)在結(jié)合具體環(huán)境的基礎(chǔ)上， 制定出1 套合理的標(biāo)準(zhǔn)參考值，并進(jìn)一步對(duì)具有生物有效性的磷制定出參考值。此項(xiàng)工作任重道遠(yuǎn)，意義重大。
6 小結(jié)
通過上述對(duì)湖泊沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)方面的研究分析，可以得出結(jié)論如下：
(1)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重，沉積物磷污染是影響湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度的重要因素，對(duì)沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)的研究急需進(jìn)一步展開;
(2) 沉積物磷分級(jí)研究基本采用SMT 法或者C-J 法。SMT 法將總磷分為有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷，又將無(wú)機(jī)磷分為磷灰石磷和非磷灰石磷，其主要是根據(jù)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(jié)合態(tài)磷、鋁結(jié)合態(tài)磷、鈣結(jié)合態(tài)磷、有機(jī)磷、以及殘?jiān)鼞B(tài)磷，其主要是根據(jù)磷的結(jié)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，通過沉積物與標(biāo)準(zhǔn)溶液之間的相互作用進(jìn)行研究;
(4)沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)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(shù)和沉積物磷吸附飽和度等參數(shù)研究。
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