模拟滇池水质变化对沉积物氮磷释放的影响

杨 赵，杨育华，李宗逊

(1.云南环境工程设计研究中心,云南 昆明650034；2.昆明市环境科学研究院，云南 昆明650032)

模拟滇池水质变化对沉积物氮磷释放的影响

杨 赵1，杨育华2，李宗逊2

(1.云南环境工程设计研究中心,云南 昆明650034；2.昆明市环境科学研究院，云南 昆明650032)

通过添加配制的氮、磷含量达到地表水环境质量标准Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类试验水的模拟方法，研究上覆水水质变化对沉积物氮磷释放的影响。结果表明添加不同水质的试验水200 d后，上覆水TN含量变化与添加试验水的氮含量无关；而TP含量则随添加试验水磷含量增加而升高。长期持续添加Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类试验水后沉积物成为上覆水氮磷的源。

水质变化；上覆水；间隙水；沉积物；氮磷释放；滇池

滇池水污染治理工作受到各级党和政府的高度重视。“十二五”期间随着环湖截污、外流域引水及节水、入湖河道整治、农业农村面源治理、生态修复与建设、生态清淤六大工程的实施，以及健康水循环体系的构建，滇池水环境质量有好转趋势。牛栏江-滇池补水工程作为滇池富营养化治理的重要举措之一，每年从牛栏江调水约5.66亿m3。牛栏江-滇池补水工程对滇池水质的改善一方面与调水水质有关，同时也与湖泊沉积物与上覆水中污染物的动态平衡有关。沉积物是湖泊及其流域中营养盐及其它污染物的重要归宿和蓄积库。沉积物中蕴藏的营养盐可以在一定的环境条件下向上覆水体释放。这种潜在释放能力的大小主要取决于湖泊沉积物及其上覆水体的物理化学和生物特性的改变[1]。研究表明上覆水的营养盐水平可对沉积物中氮的释放产生影响，当上覆水的营养盐负荷降低后，沉积物中营养盐易释放到水体[2,3]。在内源营养盐释放过程中，间隙水扮演着重要角色, 是水体界面交换的重要介质[4]。目前关于沉积物理化性质[5-7]、风浪[8,9]及各种生物[10-13]对沉积物氮磷释放影响因素的研究较多，但关于上覆水水质变化影响沉积物氮磷释放的研究少见报道。

牛栏江-滇池补水工程通水后，每年向滇池补充5.66亿m3的Ⅲ类水，入湖后将对滇池的劣Ⅴ类水有稀释作用，随着滇池水质的好转，沉积物氮磷的释放会受到什么影响，本研究试图通过模拟试验回答该问题。

1 试验方法

1.1 试验材料与方法

试验沉积物采自滇池南岸北山湾水域。将沉积物中的石子、水草及其它杂物拣出后混匀，取样作理化分析，余下沉积物分别装入高2m，底为0.5×0.5m的3个玻璃缸中，每缸装入0.125m3。再向玻璃缸中加入1.2m深的取自同一地点的滇池上覆水。在玻璃缸四周围上黑色遮阳网，以遮挡四周的光线。待系统稳定3d后，试验开始前分别取上覆水、间隙水进行分析。试验设置3个处理，每天定时从玻璃缸取出1L水后，分别向3个玻璃缸中加入1L配制的试验用水。试验用水按照地表水环境质量标准中Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类水污染物限值中相应的氮磷含量用分析纯NH4NO3和NH4H2PO4配制。试验在滇池南岸北山村的民房敞开院落中进行。

1.2 取样与分析

分别在试验开始后的15d、30d和200d分别取上覆水和间隙水水样，测定其TN、TP浓度。上覆水用虹吸管直接吸取玻璃缸中部水体获取。间隙水采用自制的间隙水连续采集装置[14]获取。取样时，先将之前积存的间隙水抽走，让采集装置平衡12h后再抽取间隙水作为当天的样品。

水样总氮采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法测定，总磷采用钼酸铵分光光度法测定。

1.3 数据处理

试验所得数据用Excel 2007进行分析处理。根据上覆水中营养盐浓度随时间的变化，计算沉积物-水界面营养盐的表观通量。计算公式为[15,16]：

2 试验结果

2.1 添加不同水质试验水对上覆水及间隙水TN、TP含量的影响

(1)添加不同水质试验水对上覆水及间隙水TN含量的影响

添加不同氮磷含量的试验水后，玻璃缸中上覆水和间隙水的TN含量变化较大。短期内上覆水与间隙水TN含量先升高(15d)，再降低(30d)，而200d时，添加Ⅲ类和Ⅴ类试验水后与试验开始时的上覆水TN含量相比变化不大，添加Ⅳ类试验水的上覆水TN含量略有降低。200d时添加不同氮磷含量试验水后间隙水总氮含量均明显降低(图1)。

(2)添加不同水质试验水对上覆水及间隙水TP含量的影响

向玻璃缸中加入Ⅲ类试验水后上覆水TP逐渐下降，30d下降幅度变小；加入Ⅳ类试验水后上覆水TP短期逐步下降，但200d略有升高；加入Ⅴ类试验水后上覆水TP短期内略有下降，但200d上覆水TP含量明显升高。短期内向玻璃缸中添加Ⅲ类和Ⅳ类试验水后，间隙水TP含量略有降低，但200d间隙水TP含量明显升高；添加Ⅴ类试验水后间隙水TP含量逐步升高(图1)。

2.2 添加不同水质试验水对沉积物氮磷通量的影响

通过计算沉积物-水界面营养盐的表观通量结果，表明短期内添加Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类试验水后，相对于上覆水沉积物成为氮汇，但Ⅲ类和Ⅴ类试验水加入后，沉积物却成为磷源；经200d持续添加Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类试验水后沉积物成为上覆水氮磷的源，且添加Ⅴ类试验水的氮磷通量高于Ⅳ类和Ⅲ类(图2)。持续添加较为清洁的Ⅲ类和Ⅳ类试验水后沉积物释放氮磷的通量低于添加Ⅴ类试验水的，与已有研究结果认为的上覆水的营养盐负荷降低后，沉积物中营养盐易释放到水体[2]不同。这种差异可能是由于沉积物氮磷释放不仅受上覆水及沉积物性质的影响，还受沉积物中微生物、底栖动物等生物的影响。有研究表明水丝蚓扰动能够促进沉积物中溶解活性磷向上覆水的释放[17]。

3 结论

沉积物向上覆水释放氮磷受多种因素的影响，其中上覆水氮磷含量的改变是影响因素之一。添加不同水质的试验水200d，上覆水TN变化与添加试验水的氮含量无关；而TP含量则随添加试验水磷含量增加而升高。长期持续添加Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类试验水后沉积物成为上覆水氮磷的源。

[1]张路, 范成新,王建军,等.长江中下游湖泊沉积物氮磷形态与释放风险关系[J].湖泊科学,2008,20(3): 263-270.

[2]吴群河，曾学云，黄钥.溶解氧对河流底泥中三氮释放的影响[J].环境污染与防治，2005，27(1)：21-24.

[3]Hua W F，Lob W，Chua H，et al. Nutrient release and sediment oxygen demand in a eutrophic land-locked embayment in Hong Kong[J]. Environmental International, 2001( 26):369-375.

[4]张路, 范成新, 王建军，等.太湖草藻型湖区间隙水理化特性比较[J]. 中国环境科学, 2004, 24(5): 556-560.

[5]张路，范成新，王建军，等.长江中下游湖泊沉积物氮磷形态与释放风险关系[J].湖泊科学，2008，20(3)：263-270.

[6]冯海艳，李文霞，杨忠芳，等.上覆水溶解氧水平对苏州城市河道底泥吸附/释放磷影响的研究[J].地学前缘，2008，15(5)：227-234.

[7]李兵，袁旭音，邓旭.不同 pH条件下太湖入湖河道沉积物磷的释放[J].生态与农村环境学报，2008，24 (4)：57-62.[8]朱广伟，秦伯强，高光. 风浪扰动引起大型浅水湖泊内源磷暴发性释放的直接证据[J].科学通报，2005,50(1)：66-71.

[9]刘国锋，范成新，钟继承，等. 风浪作用下太湖改性沉积物对藻体絮凝去除效果研究[J].环境科学，2009,30(1)：52-57.

[10]童昌华，杨肖娥，濮培民.水生植物控制湖泊底泥营养盐释放的效果与机理[J].农业环境科学学报,2003，22(6)：673-676.

[11]王立志，王国祥，俞振飞，等. 苦草(Vallisnerianatans)生长期对沉积物磷形态及迁移的影响[J].湖泊科学，2011，23(5)：753-760.

[12]张雷，古小治，王兆德.水丝蚓(Tubificidworms)扰动对磷在湖泊沉积物-水界面迁移的影响[J].湖泊科学，2010,22(5)：666-674.

[13]孙思志，郑忠明，陆开宏，等. 铜锈环棱螺对藻华水体沉积物-水界面营养盐通量的影响[J].生态学杂，2010,29(4):730-734.

[14]杨赵，李宗逊，杨育华，等. 间隙水连续采集装置[P]. 中国专利: (ZL201020291129.X), 2010.

[15]王建军，沈吉，张路，等.云南滇池和抚仙湖沉积物-水界面营养盐通量及氧气对其的影响[J].湖泊科学，2010，22(5)：640-648.

[16]龚春生，范成新.不同溶解氧水平下湖泊沉积物-水界面磷交换影响因素分析[J].湖泊科学2010，22(3)：430 - 436.

[17]张雷;古小治;王兆德.水丝蚓(Tubificid worms)扰动对磷在湖泊沉积物-水界面迁移的影响[J].湖泊科学，2010,22(5)：666-674.

Simulation Study on impacts of Water Quality Change on Nitrogen and Phosphorus Release in Sediments in Dianchi Lake

YANG Zhao1, YANG Yu-Hua2, Li Zong-xun2

(1. Yunnan Center of Environmental Engineering Design，Kunming Yunnan 650034, China)

Different dosages of nitrogen and phosphorous were added to the water samples to simulate various water quality standards (Ⅲclass and Ⅳclass and Ⅴclass) in order to observe the releases of nitrogen and phosphorous from the sediment. The results indicated that the content of TN in water phase was not correlated with the added water. However, the content of TP increased when the TP content in added water went up. Therefore, the sediment could become the sources of nitrogen and phosphorus of the water phase with a long-term of continuous addition of water with different standards.

water quality change; overlying water; interstitial waters; sediments; nitrogen and phosphorus release; Dianchi Lake

2017-02-22

杨赵(1982-)，男，汉族，工程师。

X52

A

1673-9655(2017)04-0015-03