湖泊沉积物磷污染及其释放风险研究

2015．NO．3．ISSN1672-9064CN35-1272/TKISSN1672-9064CN35-1272/TK基金项目：国家自然科学基金（No.20777021），福建省自然科学基金（2011J05112，2014J01049），泉州市科学技术项目（No.2014Z110，2012Z85），晋江市重点科学技术项目（No.2013S002）作者简介：路丁（1990～），男河北磁县人，华侨大学化工学院环境科学与工程系在读硕士研究生。通讯作者：郭沛涌，男，博士，教授，华侨大学化工学院。湖泊沉积物磷污染及其释放风险研究路丁郭沛涌（华侨大学化工学院环境科学与工程系福建厦门361021）摘要湖泊水体富营养化问题已成为世界范围内的重大环境问题，而湖泊沉积物磷污染又是湖泊富营养化的一项重要原因。对沉积物磷的分级、磷的吸附性质、以及磷的释放风险评价进行分析，提出目前存在的主要问题，以及对未来研究的建议，期望对湖泊沉积物磷污染的治理提供参考。关键词湖泊沉积物磷污染释放风险中图分类号：X524文献标识码：A文章编号：1672-9064(2015)03－020－021研究概况近年随着经济的快速发展，水污染问题也日益严重，其中水体富营养化问题已成为世界性的环境问题，目前在我国131个主要湖泊中，已达到富营养程度的湖泊有67个，占51.2%［1］。湖泊沉积物在湖泊环境研究体系中占有极其重要的地位。对湖泊沉积物大量的研究发现，沉积物磷含量及其形态对湖泊的营养状态存在重要影响。国内对湖泊沉积物磷时空分布特征及其环境意义、释放风险等进行了大量的研究，如长江中下游地区的太湖、鄱阳湖等［2-3］。沉积物是磷的重要蓄积库或者释放源，通过间隙水与上覆水体进行营养盐交换，从而影响水体的营养状态，是水域营养盐循环的重要环节。湖泊的内源磷污染已经成为富营养化治理的一大难题。因此通过研究沉积物磷分布特征与赋存状态，并结合具体湖泊的污染状况，分析其释放风险就显得十分重要。2湖泊沉积物磷分级研究及赋存形态湖泊沉积物中磷含量及其形态，对于沉积物-上覆水界面的营养盐交换以及沉积物磷的生物可利用性存在决定性的影响，然而，不同形态磷的释放风险不同，其生物有效性亦不相同，因此，就有必要对沉积物磷进行分级研究。1957年，Chang和Jackson［4］最早开始了沉积物磷分级的研究，但是，其只是对无机态磷进行了分级，而且没有研究各形态磷的分布特征及环境意义，后续研究者在对沉积物磷的分类方法上与C-J法思想一致。Simon等［5］2009年对UpperKlamath湖进行了磷分布特征的研究，并对水华期间表层沉积物会作为磷源向上覆水体释放磷的假设进行了研究，其通过大规模水华爆发前后表层沉积物磷含量的变化进行了分析，发现湖泊不同点位的沉积物磷含量的变化情况并不一致，有的点位磷含量明显降低，而有的点位则明显升高，这与具体点位沉积物磷的生物可利用性有关。Gunduz等［6］2011年对Mediterranean海岸表层沉积物磷分布特征进行了研究，其对沉积物磷分级采用的方法与金相灿提出的类似，各形态磷含量大小关系为：Ca-P＞Al-P＞Fe-P＞松散结合态磷。Zhang等［7］2012年对三峡水库磷的分布特征以及吸附-释放特性进行了研究，得出结论：在研究区域内，无机磷为磷的主要存在形态，而钙结合态磷为无机磷的主要存在形式。3湖泊沉积物磷吸附性质在湖泊沉积物磷分布特征研究之外，对沉积物磷吸附性质的研究日益成为湖泊研究的重点之一。目前对沉积物磷吸附性质的研究多集中在大型浅水湖泊以及入湖河道上，如An等［8］在2009年对南四湖及其主要入湖河道的沉积物-水界面上表层沉积物对磷酸盐的吸附性质进行了研究，并得出沉积物对磷酸盐的吸附过程主要发生在接触后的10h内，在48h内完成整个吸附过程；Wang等［9］2012年在赋石水库对沉积物磷的吸附性质的研究中加入了沉积物本身性质的研究，并探讨了沉积物磷的吸附性质与沉积物自身性质的相关性，得出沉积物粘土、铁、铝含量以及铁与铝含量之和为影响沉积物对磷吸附性质的主要因素；姜霞等［10］2011年在太湖对沉积物磷吸附-解吸性质进行了研究，以期明确太湖沉积物“源”“汇”情况，通过90组实验以及结合间隙水、沉积物各形态磷的分布特征最终得出结论：在总体水平上，太湖沉积物是上覆水体的“源”。4沉积物磷释放风险沉积物磷释放风险的研究方法为采用沉积物磷吸附指数（PSI）和磷吸附饱和度（DPS）及其衍生参数进行评价。国内黄清辉等［11］在对太湖表层沉积物进行磷释放潜能研究时首次使用了沉积物磷吸附指数（PSI）与磷吸附饱和度（DPS）2个指数，并结合2者得出沉积物磷释放风险指数（ERI）。之后，邢友华等［12］沿用黄清辉总结的方法在东平湖对表层沉积物磷释放潜能进行研究，最终得出结论：