底泥中磷释放的影响因素

11引言引言P是造成湖泊水质富营养化的关键性的限制性因素之一[1]。一般认为当水体中磷浓度在0.02mg·L-1以上时,对水体的富营养化就起明显的促进作用[2]。由于近年来大量未经处理的生活污水加上农业面源氮磷的大量流失，造成河流尤其是河口富营养化趋势的逐年加剧[3-4]。大量的磷在河流等水体中沉积下来，其在适宜的条件下会重新释放进入水体，从而延续水体的富营养化过程并加剧了水体的恶化[5-8]。沉积物-水界面是水体和沉积物之间物质交换和输送的重要途径，沉积物中的磷可能通过有机质的矿化分解作用、铁氧化物解吸作用和沉积物扰动等形式向水体释放。本文根据国内外研究富营养化水体磷释放的有关资料，综述了水体底泥中磷的化学形态以及底泥中磷释放的影响因素，对于今后研究水体中磷行为、抑制水体富营养化、改善水质具有深远的意义及参考价值。22沉积物中磷的含量和存在形态沉积物中磷的含量和存在形态沉积物中磷形态通常分为水溶性磷(Psol)、铝磷(PAl)、铁磷(PFe)、钙磷(PCa)、还原态可溶性磷、闭蓄磷(Po-p)、有机磷(Porg)等7种化学形态[9]。闭蓄磷表面有一层不溶性的Fe(OH)3或Al(OH)3胶膜,包括一部分PAl和PFe,溶解度极小，含量较小，这部分磷被认为是生物不能利用的。水溶性磷和还原态可溶性磷可以通过物理溶解作用进入水体，在沉积物中的含量也不会太高，但它们是最先被释放出来的，可以很方便地被水生生物吸收利用[10]。沉积物中P的结合态及形态之间的相互转化是控制沉积物P迁移和释放的主要因素。P释放量是由不同的迁移和转化过程决定的，控制沉积物P迁移（释放和形态转化）的环境参数的相对重要性首先取决于沉积物中P的化学形态[11]。沉积物释P量的多少并不与沉积物中的总P量成比例关系，释放进入间隙水中的P大部分是无机可溶性P[12，13]。在厌氧释放过程中，存在着有机P向无机P转化，Fe-P、Al-P向Ca-P、O-P转化的趋势，沉积物中总P浓度不断减少，就是P形态迁移转化动态平衡的结果[14]。沉积物中释放的P与Fe-P关系密切相关，PFe是沉积物向水体释磷的主要形态。曾有人提出用沉积物中P：Fe比例作为表层沉积物P释放能力的一个参数，两者呈负相关关系[15]。33水体磷释放的影响因素水体磷释放的影响因素3.1溶解氧（DO）底层水体中溶解氧含量（DO）对沉积物P的释放起着决定性的作用，底泥首先要消耗溶解氧，降低溶解氧浓度，加速水体进入厌氧状态。厌氧状态可大大促进P在沉积物的迁移和释放，而在好氧状态下释放速率远小于厌氧释放速率[16]。两者差一个数量级[17]。水中的溶解氧会影响沉积物的氧化还原电位,P释放对表层沉积物的氧化还原电位（Eh）的变化非常敏感。当表层沉积物Eh较高时(>350mv)，Fe3+与磷酸盐结合成不溶的磷酸铁，可溶性P也被氢氧化铁吸附而逐渐沉降；而当Eh较低时（<200mv），有助于Fe3+向Fe2+转化，PFe表面的Fe(OH)3保护层转化为Fe(OH)2,然后溶解释放，使Fe及被吸附的磷酸盐转变成溶解态而析出，沉积物P释放量增加[18]。研究表明，底质所释放的磷主要为溶解性正磷酸盐，是水生生物最易吸收的形式，这样就为大型水生生物和藻类的增殖提供条件，加速其生长繁殖的速度。而这些死亡后的生物残体不能及时取走，由于微生物分解、腐烂，消耗水中的溶解氧，使水体更加缺氧，这种缺氧的环境反过来加速底质磷的释放，形成恶性循环[19]。另外浅水湖泊中高的硝酸盐浓度可使Fe处于氧化状态从而对沉积物P释放存在一定的拮抗作用[20]。3.2温度温度升高有利于沉积物释P。沉积物P的释放因季节而变化，在冬天释放量很低，在夏天达到最大值[21、22]。这是由于温度升高会增加沉积物中微生物和生物体的活动，促进生物扰动、矿化分解作用和厌氧转化等过程，导致水-土界面呈还原状态，促使Fe3+还原为Fe2+，加速磷酸盐的释放。3.3pH值对非石灰性湖泊沉积物而言，pH在中性范围时，沉积物释P量最小；而升高或降低pH值释P量成倍的增大，溶解P总的释放量与pH值呈抛物线（或U型）相关[23、24]。在pH值较低时，沉积物释P以溶解作用为主；而在高pH值时，体系中OH-可与无定形Fe-Al胶合体中的磷酸根发生交换，沉积物中P释放量的增加是因为水体中pH影响了磷酸盐的存在形式。当pH为3～7时，磷主要以HPO42－形式存在；pH为8～10时，磷主要以H2PO4－形式存在。而当以H2PO4－为主要存在形式时，底泥的吸附作用最大。此时底泥中镁盐、硅酸盐、铝硅酸盐以及氢氧化铁胶体都参与吸附作用。pH值高有利于磷酸根离子从氢氧化铁胶体中解吸附，而使更多的磷酸盐释放到水中。因此pH值升高有利于底泥中磷的释放[25]。3.4微生物当污水尤其是生活污水进入水体后，经过细菌