湖泊现代化沉积物中磷的地球化学作用及环境效应

卓先勤++公维杰++胡锐

摘 要：湖泊是地表水的主要存在形式之一。它不仅是人类生活用水的主要来源，更在自然环境、生态系统中起着重要的调节作用。在水污染日益严重的情形下，通过研究降低和防止湖泊污染，保持湖泊水质的健康至关重要。由此，本文结合某湖泊实例，在分析湖泊现代沉积物中磷的积累赋存情况后，通过实验方法对湖泊现代沉积物磷的地球化学作用和环境效应进行研究。

关键词：湖泊现代化沉积物；磷；地球化学作用；环境效应

前言：磷是湖泊沉积物中含有的主要化学元素之一。近两年，受人类生产生活的强烈影响，湖泊沉积物大大增加，尤其是有机质含量。湖泊沉积物与水体的相互作用会造成沉积物中的某些污染物对水体再次产生污染，导致湖泊出现富营养化、进一步加重水体污染程度。而研究湖泊沉积物中磷的地球化学作用与环境效应，有利于人类对湖泊富营养化的预防和改善，减轻水体污染程度，意义重大。

1.湖泊现代沉积物中磷的积累赋存情况

湖泊沉积物包含表层沉积物和湖底沉积物两部分，物质从流域中搬运至湖泊或是在湖泊水体中生成，并以矿物质和有机质的形式沉积在湖泊的表面和底部。即湖泊沉积物与流域侵蚀和污染物排放有着密切的相关性。从近几年的研究发现，当前我国大多数湖泊污染严重，对于湖泊水库而言人为干扰更是严重，通过各条流域进入不同湖泊的污染物、营养物大大增加，造成了湖泊沉积物含量的显著上升[1]。当代人为化学的强烈干扰，造成了湖泊现代化沉积物作用形式的改变，磷在湖泊沉积物中参与着各种重要的自生作用，它的迁移再循环和营养功能，对湖泊沉积物产生了巨大影响，成为研究人员关注的重点对象之一。湖泊沉积物中磷的溶出与其自身化学沉淀相态密切相关。根据这一关系，利用矿物相化学提取技术对湖泊现代化沉积物中磷的垂直分布特征、不同储存形式、迁移循环方式等進行研究非常重要。因为不同相态的磷能够反映出湖泊沉积物中磷释放物的可能物源。

2.湖泊现代化沉积物中磷的地球化学作用与环境效应

2.1湖泊现代化沉积物采样

某地区一湖泊为当地居民生产生活水源之一，湖水面积为15.2km2左右，平均水深为12.6m，补给系数为12.4，湖泊形成时间约有几十余年。自上世纪90年代起，该湖水质逐渐变差，水体污染日趋严重，多次出现过富营养化现象，虽然在当地环保局和政府等的治理下，湖泊水质污染得到了一定改善，但其使用功能、安全性仍然受到严重的影响[2]。为了有效预防该湖泊富营养化的再次发生，使用沉积物—水界面采样器对湖泊现代化沉积物进行采样。

采样地点于湖泊中心处，定时定点采集不同季节的沉积物和界面水样品柱。采集来的界面水样品柱清澈，说明在采集过程中界面水并为受到扰动。将界面水按照1cm的间隔注入离心管中进行密封保存，用于实验研究。将带到实验室的沉积物样品使用高速离心机对沉积物间隙水进行提取，提取完成后对沉积物进行真空干燥处理。孔隙水中的溶解性磷采用钼抗比色法进行测定，沉积物样品中不同化学赋存形态的磷采用修正的化学连续提取法进行提取，Mn、Fe等微量元素采用原子吸收分光光度仪来予以测定[3]。

2.2沉积物磷向上覆水体扩散迁移与孔隙水扩散迁移

湖泊沉积物中的溶解性磷酸盐在有利于沉淀物溶解条件存在的情况下，可能会释放出磷，且通常释放出的磷首先向沉积物间隙水中扩散，然后迁移至上覆水体中，成为湖泊富营养化的驱动因子。根据所得该湖泊沉积物样品的溶解磷酸盐化学剖面图来看和计年研究结果来看，该湖泊现代化沉积物的沉积速率为0.28g·cm-2a-1，进而计算出湖泊沉积物中磷的扩散通量Fd和沉积物的平均孔隙度为92%。剖面图显示，沉积物间隙水中的溶解性磷酸盐峰值出现在2cm深度层上，计算时，为简化计算对其上沉积深度均按照这一深度进行[4]。假设磷主要以H2PO4形式存在，通过计算和图形分析发现，该湖泊受沉积物间隙水磷扩散作用影响强烈，当沉积物中磷到达沉积物—水界面后，有23.6%左右的磷会被释放重新回到水体中，再次参与湖泊的水、物质循环。

沉积物中磷向水体的释放主要有三种形式：第一种为铁氧化物的解析作用。湖泊现代化沉积物，尤其是表层沉积物中的绝大多数磷酸盐，可能是以共价键的形式与非晶质络合物相结合，而这些络合物的成分受水合铁氧化物影响，铁氧化物中的磷稳定性不高，在环境发生变化导致氧化条件改变时，便很容易从氧化物中脱离出来，释放到水体之中。第二种为有机质的扩化分解。有机质中的磷比较不稳定，当有机质扩化分解时，其中的磷就会被释放出来，并以溶解性的磷酸盐形式存在，其中一部分借由孔隙水向上覆水体中扩散，一部分则被沉积物矿物颗粒所吸附。第三种为沉积物扰动。当湖泊沉积物受到扰动时，处于分层氧化带之下孔隙中的溶解性磷酸盐可能会直接向上覆水体中迁移扩散。

总结：综上，不同地区、不同湖泊现代化沉积物组分及各组分含量各有差异，磷向水体的释放形式也不尽相同。所以在研究湖泊现代化沉积物中磷的地球化学作用和环境效应时，应结合具体湖泊具体分析。总之，研究湖泊沉积物磷的地球化学作用和环境效应是一项具有重要意义的工作。

参考文献

[1]吴晓娜. 西湖沉积物中磷的形态及迁移转化的沉积剖面研究[D].浙江大学，2012.

[2]张斌亮. 浅水湖泊沉积物—水界面磷的行为特征与环境风险评价[D].华东师范大学，2014.

[3]钱轶超. 浅水湖泊沉积物磷素迁移转化特征与生物作用影响机制研究[D].浙江大学，2011.

[4]陈晖. 长江口潮滩沉积物基质结合态磷化氢的分布特征初探[D].华东师范大学，2010.