影响沉积物释磷强度环境因素研究进展

曹晶潇，刘军武，蔡静菊，方迎春，朱 健，王 平，朱姗姗，蒋夏昕

（1中南林业科技大学生命科学与技术学院，长沙 410004；2河池学院化学与生物工程学院，广西 宜州 546300；3湖南凯迪工程科技有限公司，长沙 410004；4中南林业科技大学环境科学与工程学院，长沙 410004）

0 引言

磷(P)是地球上重要的生源要素，也是淡水生态系统中一项关键的限制因子，作为一种必需的常量营养元素，在调节水环境生物生产力、其他生源要素的生物地球化学循环中起着至关重要的作用[1-2]。水体中磷的过量输入会导致水体富营养化，这一过程可能会产生如蓝藻爆发和水体水质下降等重要环境问题[3]。水体中磷的主要来源包括外部输入（工业和生活废水排放、雨水径流）即外源磷和沉积物释放即内源磷两部分[4]。对于营养水平较低的湖泊而言，沉积物是水体磷的汇，但对富营养化湖泊而言，当环境条件（如温度、溶解氧及pH等）适宜时，沉积物中的磷可发生再释放，造成水体磷浓度升高或持续维持在一个较高浓度水平，沉积物则成为湖泊水体磷的源。对于湖泊水质的长期恢复，减少磷外源负荷的输入是其先决条件和基础，但就富营养化湖泊而言，当磷的外部来源已经减少或得到有效控制后，湖泊水质对磷总负荷的下降没有反应或者会滞后很长一段时期，究其原因是沉积物中磷的持续释放。因此，水体内部磷的释放常可以决定水体富营养化过程[1]。通过沉积物释放的磷被底栖藻类和有根植物吸收同化利用，也可以通过吸附解吸、再悬浮等各种过程再释放到水体中。因此在水生态系统中，沉积物在磷的转化和积累过程中起着至关重要的作用，是水体磷的源和汇[5]。对营养状态较严重的湖泊抑制或减少沉积物中磷的释放，对水体水质的改善至关重要。沉积物释磷过程受多种因素影响，沉积物性质、沉积物-水界面环境、生物特性等共同影响磷在水体中的环境行为[6]，磷在沉积物-上覆水界面的迁移转化是富营养湖泊磷循环的关键过程[1]。湖泊沉积物中磷的含量取决于其化学结构组成、沉积速率、物理化学条件和成岩过程等。另一方面，影响沉积物和水体之间磷交换的因素可以是物理的（温度，浅水湖泊的风作用），化学的（pH，溶解氧，硝酸盐，硫酸盐，Fe2+，Fe3+）和生物的（生物扰动、细菌活性）[1,7]。

目前，对湖泊富营养化的研究重点从磷污染来源、污染成因分析、外源污染控制对策逐步转向影响内源磷释放的环境因素、风险及机理分析，对湖泊磷营养盐的关注亦从湖泊外转向湖泊本身。本研究总结、归纳了湖泊中内源磷的形态及生物有效性，以及不同学者对湖泊内源磷释放影响因子的研究结果，并提出了未来值得进一步探讨和研究的方向。

1 湖泊内源磷的形态及测定

水体中磷的来源途径主要有外源输入和内源释放，沉积物既是磷迁移的归宿，更是磷转化的起点[8]。不同的沉积物磷组分具有不同的化学反应和生物活性，因此在水环境中具有不同的地球化学行为，这可能对磷的迁移及生物有效性有重要影响。对于磷负荷不高的湖泊而言，沉积物是磷的汇，但对于磷负荷高的湖泊而言，即使在外部磷负荷减少的条件下[9]，沉积物中磷的持续释放可能会引起湖泊发生富营养化、蓝藻水华等现象，从而成为湖泊富营养化的源[10]。因此，对沉积物中磷的不同地球化学形态及含量变化进行分析研究，有助于更好的理解沉积物中磷的迁移转化，相关富营养过程以及水体污染控制。

水体中磷存在于不同相中，根据磷存在的物理状态，湖泊中磷的形态大致分为溶解态磷和通过吸附作用存在于固体颗粒表面的颗粒态磷，两者可以相互转化。溶解态磷又分为溶解性有机磷(DOP)、无机磷(DIP)，颗粒态磷亦分为颗粒态有机磷(POP)、无机磷(PIP)[11]。湖泊上覆水中溶解态磷和颗粒态磷共同存在，溶解态磷包括磷酸盐（PO43-、HPO4-和H2PO4-）、焦磷酸盐、偏磷酸盐、聚磷酸盐、金属结合态磷以及低价态磷酸盐（如亚磷酸盐、次磷酸盐）。颗粒态磷形式多样，主要包括：生物体中的磷（如细胞中DNA、RNA、ADP和ATP等高能磷酸盐）；矿物结合态磷；颗粒物吸附磷以及残屑中的矿物晶体型磷等[12-13]。上覆水中的磷通过初级生产力的形式，吸附在粘土矿物上以有机质聚合体转移到表层沉积物中[14]，并在沉积物中转化成易交换的磷(Ex-P)、自生和生物钙磷矿物(Ca-P)、铁结合磷(Fe-P)、碎屑磷灰石磷(De-P)和有机磷(OP)等不同地球化学组分的形成从水体中清除[15]。沉积物中的磷主要可分为无机磷和有机磷。其中，无机磷主要以金属结合态磷、矿物表面吸附的可交换态磷和间隙水中溶解态磷等形式存在；有机磷主要指存在于生物体中的颗粒态有机磷和由膦脂、磷酸糖类、磷酸酯和膦酸盐等组成的溶解态有机磷[9,16-17]。湖泊上覆水中颗粒态磷、溶解态磷（被矿物颗粒吸附后）以及生物体中有机磷的沉降是沉积物中内源磷的主要来源[18]。

对磷形态的进行分级测定，有助于了解沉积物中磷的环境行为特征以及界面磷的交换机制。目前，对沉积物中磷的不同形态测定没有标准方法。现阶段化学连续提取法是沉积物中磷形态研究中最成熟、应用最广的方法之一，该法借助化学剂的浸提特性逐级分离磷[19]。由于浸提剂选择、提取程序的不同，测定结果不具有广泛可比性。2001年欧洲标准化委员会(CEN)颁布了SMT协议(the Standards Measurements and Test-ing Program of the European Commission)作为淡水湖泊沉积物磷形态分析的参考，SMT法将沉积物中的磷分为总磷（浓盐酸可提取P，Conc.HCl-P）、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝/锰/氢氧化物结合态磷(NaOHP)、磷灰石磷（与钙结合有关，Ca-P）[20-21]。SMT法操作简单，易于重复，并能估计磷的潜在来源，因而被广泛使用[13]。对于海洋沉积物中磷形态的研究中，SEDEX方法(A sequential extraction method)是最常用的方法。与SMT方法原理类似，该法也是通过选择不同类型的选择性提取剂对样品进行连续逐步分离提取，根据各级提取剂提取出磷含量来间接反映沉积物中磷的释放潜力[17]。SEDEX方法将海洋沉积物中磷分为可交换态磷(Ex-P)、铁结合态磷(Fe-P)、自生钙结合磷（Ca-P，包括自生磷灰石、生物磷灰石和碳酸钙结合磷）和原生碎屑磷(De-P)[22]。SMT、SEDEX等化学分级提取法对于磷形态研究具有很强地操作意义，但其结果并未完全真实地反映磷的形态。随着研究的深入及光谱技术的突破，液相P-31核磁共振(31P-NMR)技术和基于同步辐射光源的X射线吸收结构谱(synchrotronbased X-ray absorption spectroscopy,XAS)技术是当前主流的两大环境样品中磷形态表征技术[23-24]。31PNMR兴起于20世纪80年代，特别擅长对环境样品有机磷形态分析，也是目前表征土壤有机磷形态应用最广泛的技术[25-26]，但不能有效区分各类无机磷形态。XAS技术根据形成机理的不同又分为X射线吸收近边结构(X-ray absorption near-edge structure,XANES)和扩展边X射线吸收精细结构(extended X-ray absorption fine structure,EXAFS)，目前，对于磷固相形态的环境样品应用XANES进行表征分析的最多[24]。P-XANES兴起于20世纪90年代末，尤其擅长对土壤铁、铝、钙等结合的无机磷形态进行定性和定量分析，但在有机磷形态的表征上效果欠佳。化学连续提取法操作简单，在实验室内便于实现，可在一定程度上给出磷形态的大致信息，两类技术联合应用，可以为XANES、NMR分析环境样品中磷形态的选择及谱线处理等过程提供有意义的参考。

2 沉积物中磷的生物有效性

生物有效磷(Bioavailable phosphorus，BAP)也称生物可利用磷，是生物直接可利用的磷以及那些通过自然发生过程能够转化为生物可直接吸收态的磷[7,27]，BAP含量对藻类的生长起着决定性作用，是沉积物中最不稳定磷形态的总和，也是评价水体磷释放潜力的重要指标[28-29]。

富营养化的持续时间和程度取决于湖泊停留时间、温度、水深、某些必需营养盐的形态等因素，以及决定营养盐生物有效性的成岩过程即沉积物中可供藻类吸收利用磷的形态占沉积物总磷的比例[30]。许多研究表明，由于沉积物对富营养化的贡献[10,31-32]，严重的藻类水华和水质恶化状况往往在营养输入的外部来源被消除后仍会持续很长时间[32]。而湖泊中磷的生物有效性始终在浅水湖泊富营养化发生过程中起着重要作用，对湖泊水体沉积物生物有效磷的控制可能是解决湖泊富营养化问题重要途径之一[9]。虽然BAP的估计主要取决于磷的提取方法，但了解沉积物中磷的各个组分将有利于估算沉积物中潜在BAP的上限[15]。

沉积物中磷的结合形式对磷在水环境中的移动性和生物有效性具有重要影响，因为磷的形态在很大程度上决定了其是活性磷还是难以反应的磷[33]。研究水体、悬浮颗粒物(SPM)和表层沉积物中磷形态的主要目的之一就是定量磷的生物有效性。

可交换态磷(Ex-P)易于释放并可为藻类生长直接利用而参与再循环，它是最容易为生物生长提供营养的磷形态之一[9,34]。环境因素如pH、温度、氧化还原电位和生物扰动的变化会导致沉积物中Ex-P释放到上覆水中，这可能有利于水生生物的同化[15]。铁/铝/锰结合态磷(NaOH-P)通常与沉积物中的铝、铁、锰的氧化物或氢氧化物（如Fe(OOH)）结合在一起，Fe-P对氧化还原条件敏感，是藻类利用最多，也是沉积物无机磷(IP)中潜在不稳定组分。当沉积物缺氧，并且存在H2S时，沉积物—水界面会释放出其结合的磷，被生物所吸收利用，具有潜在的生物有效性[35]。NaOH-P可被用来估算沉积物中的有效磷，是藻类有效磷的指示剂[36-37]。当沉积物—水界面的缺氧条件占优势时，这一组分可以被释放出来用于浮游植物的生长[38]。Ca-P(HCl-P)来源于生物代谢产物和生物碎屑的矿化，是内源生物成因的钙结合磷，释放风险小，为活性P的汇，通常认为不能为生物所利用[39]。De-P来源于火成岩、变质岩或岩浆，被埋藏在河流近岸区或运移至外海沉积[40]，很难进入水体中被生物吸收利用，是非生物可利用磷。OP能够通过一系列的氧化还原反应以及在水解酶的作用下降解为浮游植物可利用的磷酸盐，并释放到水体中参与磷的再循环。在富营养化湖泊中，水生植物和藻类的残体是OP重要来源，它们能导致湖泊持续的水华现象。因此，SPM和沉积物中潜在BAP主要包括Ex-P、Fe-P和OP，这3种形态磷之和对估算生物所利用的磷最高上限值具有重要指示意义。一般而言，在切断外源污染后，沉积物中NaOH-P（主要是Fe-P）含量高，而Ca-P含量低的湖泊富营养化容易发生。

3 影响水体沉积物释磷的主要因素

3.1 磷形态影响

沉积物中磷营养盐的释放会受到各种环境因素的影响，包括氧饱和度(O2)、氧化还原条件、pH、温度、生物或物理扰动、细菌活动和水动力[28,41]。当环境条件改变时，沉积物中的部分无机磷可直接解离成磷源迁移到水体，颗粒态磷也会通过解吸进入上覆水[28,42]，沉积物中营养盐的形态是决定氮、磷移动性以及与上覆水交换的关键因素[43]。因此大量研究围绕无机磷结合形态与界面迁移活性展开。一般而言，活性磷(NH4Cl-P)、氧化还原敏感铁磷(BD-P)和铝结合的有机非反应性磷(NaOH-NRP)的总和被认为是活性磷，更容易从沉积物中活化[44]。通常认为BD-P作为最活跃的磷组分，在缺氧条件下释放的水溶性磷是参与界面磷迁移的直接来源，并作为上覆水的内部磷源[45]。龚梦丹等[46]研究了长江中下游几个典型湖泊中沉积物中有效态磷含量的变化，认为沉积物中磷的释放受Fe的氧化还原过程控制，因为有效态磷含量与Fe含量在垂直方向上同步变化。

与其他营养元素（如氮和硅）不同，磷是高度颗粒活性的，在自然水体中可以优先分配到胶体和颗粒相[47-48]。水生生态系统中，生物不仅可以吸收无机磷作为生产的养分，还可以在特定的生态条件下利用溶解的有机磷(DOP)，特别是在无机磷供应有限的情况下[49-50]。不同形态的磷在水体中磷的生物有效性和地球化学循环中可能起不同的作用。即使在总磷负荷不变的情况下，生物可利用形态磷的化学计量比的变化也会对其水体产生巨大的影响。如BAKER等[51]对伊利湖藻华和“再富营养化”的记录，部分归因于观察到的生物有效磷的相对比例随着溶解的无机磷浓度的增加而增加。LIN等[14]研究显示美国南部海湾的狐狸河流富营养化水域在中部缺氧水域(10～15 m)，随着溶解氧浓度的降低DIP浓度升高，其原因就是在缺氧条件下，DIP通过颗粒磷的再生释放。磷作为主要贡献者导致湖泊生态系统的人为富营养化[6]，了解影响其生物地球化学循环的潜在机制对于解决与淡水系统富营养化相关的一系列问题是必要的。虽然研究主要集中在溶解态磷，但越来越多的证据表明，被视为“储备”的有机磷(OP)是湖泊生产力的重要驱动力[52]。在今后的研究中需要更好地了解OP的利用，以控制水生态系统的富营养化和赤潮[53]。

3.2 水动力影响

在浅水湖泊中，沉积物—水界面相互作用在磷交换中起着尤为重要的作用。调节沉积物—水界面磷交换的主要过程有两个，即沉积物与孔隙水之间的吸附反应以及孔隙水与上覆水柱之间的扩散和对流运动。沉积物—上覆水之间的物质交换是磷释放的主要原因。当受到外力扰动时，沉积物颗粒会发生再悬浮，在这个过程中表层沉积物或间隙水中磷的直接释放以及颗粒态磷的解吸是沉积物中磷释放到上覆水中的主要方式[54]。

扰动作为影响浅水湖泊—沉积物界面物质迁移的主要物理因素，促使沉积物颗粒再悬浮，是自然河湖中最常见的水动力形式。扰动导致的释放量远远高于静态下由孔隙水和上覆水的浓度差引起的磷的释放量，增大了沉积物颗粒的反应界面，进而促进了沉积物中磷的释放[55]。因此，扰动促进了内源磷释放，是影响磷形态转化的关键因素。

扰动的强度不同，再悬浮的沉积物的分散状态也不同，对磷的解吸会产生不同程度的影响[56]。其中，波浪和水流引起的物理扰动对底泥中磷的释放可产生较大的影响[57]。大部分研究结果显示，随着水动力扰动强度的增加，水体中磷的沉积以及沉积物磷的释放量都可能随之增大，许多营养盐释放研究表明也证实了这一点。朱广伟等[58]通过矩形槽用来模拟风浪对沉积物磷释放的影响，与空白对照组相比，扰动大大的增加了上覆水中磷的含量，在强风浪扰动下溶解性磷、氨氮可分别增加20%、30%。吴小龙等[57]研究结果也显示当物理扰动发生后，沉积物中磷可能更容易被释放进入水相中，但沉积物中磷的释放量并不会随之扰动的增加而持续增加。王庭健等[59]研究了水动力强度不同阶段下沉积物磷释放的效果，发现水体中磷的浓度刚开始随着扰动强度的增加而增加，但随着强度的逐步加大，水体中磷的浓度不再继续上升反而呈下降趋势。俞阳等[60]实验结果也类似，随着对沉积物扰动的进行，上覆水中溶解性反应磷(SRP)的含量也呈现明显上升随后又下降的变化趋势。另一方面，水动力条件下磷的释放效果并不能由单一的总磷浓度指数来确定，不同形态的磷对内源磷的释放量贡献不同，应该结合各形态磷的状况综合考虑，同时也要考虑和其他理化因子的协同作用。上述研究主要是在实验室中模拟完成且实验进行时间较短，而在天然水体中，水动力作用对沉积物磷的迁移转化影响规律十分复杂。一方面，当表层沉积物受到扰动而发生再悬浮时，间隙水中SRP大量释放，导致上覆水中SRP浓度迅速增加即沉积物释磷；另一方面，水动力的作用导致沉积物—上覆水界面物理和生化特性发生变化，如扰动加速了水体复氧过程，使水中溶解氧(DO)浓度增加，这样悬浮物中原本处于还原态的铁锰氧化物会被氧化，转化为对磷有吸附能力更强的氧化态铁锰氧化物，导致悬浮物对上覆水SRP的吸附能力不断增强并随着重力作用沉降入沉积物中[61-62]。因此，在扰动发生的后期表现为沉积物中磷浓度的增大。因此，并不能单一地通过扰动的强弱就判断沉积物磷释放的强弱，还需要结合实际的水体环境因子综合判断。

3.3 水化学影响

pH、氧化还原电位(Eh)、溶解氧(DO)和温度等是影响沉积物磷吸附—释放的主要外部环境因子。

上覆水和沉积物中的pH是影响吸附、沉淀溶解和氧化还原反应的主要因素，它主要通过控制有效铁、铝和钙的浓度，从而直接或间接地改变水生、生物和化学反应[37]。pH主要通过对离子交换过程的干扰，影响Fe、Al、Ca与磷的结合状态，较高或较低的pH环境都有利于沉积物的磷释放。低pH值条件下，促进Ca结合态磷(HCI-P)释放[37]；高pH值条件下，则促进OH-离子与Fe、Al结合态磷的交换，导致磷释放[63-65]，碱性条件下沉积物中Fe-P释放明显，且呈持续释放态势，导致上覆水中磷的浓度逐步升高。碱性越强，磷释放量越大[66]；而pH=6～7中性环境则相对有利于沉积物的磷吸附[67]，磷释放效率最低[37]。Eh也是控制沉积物中磷向上覆水中释放变化的因素之一。磷以固相形态存在于特定的有机和无机磷组分中[68]，Eh的变化可能控制磷在这些组分中的重新分配，进而导致水体中磷浓度的变化和其发生富营养化潜力，一般而言Eh较低时，沉积物表现出较强的磷释放能力。SUROSO等[69]研究发现，当沉积物处于低Eh时，无机活性磷的绝对浓度增加，在低氧化还原条件下更容易转化为不稳定的磷形态，进而导致其研究水体中磷含量的升高。

DO浓度的变化会引起沉积物—水界面氧化还原条件的改变，进而导致Fe、Al及其结合态磷的形态发生转化，最终影响沉积物磷的吸附—释放。一般在溶解氧含量低（缺氧）条件下，沉积物表现为磷释放，其机制主要是沉积物中Fe(Ⅲ)的氧化物或氢氧化物被还原为Fe(Ⅱ)的氧化物或氢氧化铁，因此被Fe(Ⅱ)氧化物或氢氧化物所吸附的磷，很容易被释放出来进入间隙水中[70-72]；反之，表现为磷吸附[73]。温度变化通常与沉积物磷释放具有正相关关系，原因可能是温度升高促进了沉积物中微生物和酶的活性以及提高了有机质的分解速度等[74]。

3.4 水生物因素影响

水生植物作为湖泊初级生产力的重要贡献者，不同生活方式的水生植物对沉积物—水界面磷迁移的作用机制和影响效果也不同。

作为水生生态中的高等生物——沉水植物占据着浅水水体生态系统的关键界面，是上覆水—沉积物两大营养库之间的有机结合体。其形态、生理活动及群落结构特征影响着其周围的环境，对水体初级生产力及磷的生物地球化学循环具有重要影响[75]。沉水植物在生长发育、衰亡及季相交替过程中，通过光合、呼吸、有机残体分解等作用影响着水生环境中磷的迁移转化；对温度、pH、DO、水化学组成、有机质含量及类型、沉积物中磷形态等产生复杂的作用，而这些理化因子的变化又反过来影响磷的迁移转化[76-79]。

沉水植物在生长过程中可吸收水体中大量的氮、磷等营养盐合成自身有机物质，研究表明在富营养化水体中种植沉水植物可以有效降低水体中的氮、磷的浓度[80]。研究发现沉积物中TP含量随着苦草(Vallisneria spiralis)根系面积的增加而减小，苦草通过根系呼吸对环境因子Eh、DO和pH的改变影响根系周围沉积物磷的含量[81-82]。易文利等[83]发现穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)的生长促进沉积物中活性OP和NaOH-P的释放，衰亡过程则以会增加沉积物中磷的含量；蔡景波等[84]的研究也有类似结果。对于沉积物扰动较大的浅水型湖泊适合种植象狐尾藻类多分枝的沉水植物，有利于其抑制底泥中磷向水体的释放。

蓝藻等浮游植物的生长则能促进沉积物磷的释放[85]。一方面，浮游植物同化吸收上覆水中的磷，改变了沉积物与上覆水间磷的平衡，另一方面，浮游植物的生长会导致上覆水pH升高和Eh降低，从而促进沉积物磷向上覆水迁移[85]。此外，有些浮游植物还通过改变沉积物中微生物群落结构来促进沉积物磷迁移[86]。以滇池为例，研究发现从滇池沉积物中释放的磷有70.2%被蓝藻重新吸收，藻类将过量吸收的磷储存在体内，以维持其在低磷环境中的生长[86-87]；生物体是有机磷储存的主要形式，随着浮游植物的衰亡，磷会重新进入上覆水参与磷循环。滇池水体TP的96.7%由蓝藻衰亡释放的磷，这部分磷或被沉积物吸附或为新一轮的藻华提供营养基础，且衰亡形成的强厌氧还原环境又进一步加速蓝藻的衰亡[38]。

底栖动物的生理活动(如爬行、摄食、避敌和潜穴等)均会影响沉积物的粒径、孔隙度、沉积能力以及水体环境因子等，进而影响上覆水—沉积物界面磷的迁移[88-91]。杨艳青等[88]研究表明摇蚊幼虫(chironomid larvae)能增加沉积物中DO的渗透深度，促进Fe(OH)3的生成，从而抑制沉积物中活性磷的释放。张雷等[89-90]研究发现水丝蚓(Tubificid worms)对太湖梅梁湾和大浦口沉积物磷迁移作用效果相反，可能是因为大浦口间隙水Fe2+浓度是梅梁湾的数倍。但有学者发现河蚬(Corbicula fluminea)扰动促进了大浦口沉积物活性磷的释放，这是因为河蚬扰动促进了有机质和含磷代谢产物的分解，这些过程释放的磷远大于氢氧化铁吸附的磷[90-91]。

此外，沉积物中的微生物可能在磷的吸收、储存和释放过程中起着重要的作用[92]。微生物对水—沉积物界面磷素迁移转化的直接作用即是通过微生物自身代谢，包括分泌小分子有机酸将难溶性无机磷转化为可溶性的正磷酸盐，或是通过分泌碱性磷酸酶溶解难利用的有机磷分解为可溶的无机磷[93]亦其可以通过改变自身周围的环境，从而间接地影响磷的在水体或沉积物中的转化过程。如通过改变氧化还原条件，或通过在有机物矿化过程中释放磷来影响磷的循环[94-95]。解磷细菌(Phosphate solubilizing bacteria,PSB)是土壤中的一类溶解磷酸化合物能力较强的细菌的总称，能使土壤中不能被植物利用的磷化物转变成可被利用的可溶性磷化物[96]，后续研究中在水体、沉积物中均发现了此类功能菌。沉积物中Ca-P的释放能力很大程度上依赖于生物因素，通常凡是能产酸的微生物都会对Ca-P产生溶解作用。在大多数情况下，好氧环境会促进沉积物中Ca-P的释放，而厌氧条件则会抑制Ca-P的释放。随着温度的升高，微生物活性增强，有机质矿化产生大量的二氧化碳形成碳酸，从而加速沉积物中Ca-P的释放[97]。

4 展望

虽然农业和城市营养盐外部负荷的输入导致了湖泊富营养化，但沉积物向上覆水中释放的营养盐也被证明是维持湖泊富营养化的一个重要原因，内源磷的释放常常被认为是阻碍富营养化湖泊治理的关键。磷在水生态系统中的生物地球化学循环具有重要意义，沉积物对磷的吸附或释放影响着水体的富营养化发展趋势。沉积物内源磷的释放过程、循环机制、影响因素十分复杂，目前沉积物释放磷的机理仍不明确。面对这些挑战，未来对沉积物内源磷释放的研究可以从以下几个方面进行深入。

（1）研究的时间尺度上，从短期磷释放尺度转向长期释放研究。弄清湖泊磷平衡及释放过程、机理对于湖泊内源磷的管理至关重要。通常，很多学者对于沉积物磷释放的认识只停留在短期释放，而鲜有对沉积物磷长期释放行为进行研究和分析。沉积物—水界面作为磷生物地球化学循环的重要场所，频繁地发生着磷的交换。环境因子（溶解氧、温度、pH、Eh等）、生物（浮游植物、水生动植物）等因素以及沉积物性质（如粒径分布、有机质含量等）之间地相互作用，共同影响着水环境中磷的迁移转化，故沉积物中磷释放原因很大程度上是水动力、水化学和水生生物等的耦合作用。关于沉积物中磷释放机理的研究，大部分在实验室中进行，多以“天”为时间尺度，采用静态释放实验，测定磷的释放量，实验结果往往无法代表天然水体中沉积物磷释放行为。因此，对于湖泊内源磷的释放机理在结合湖泊沉积物所处的水动力背景、水化学特征及水生生物分布相综合探讨的同时，更应该关注磷长期释放过程及机制。

（2）对湖泊内源磷的生物有效性进行定量研究，探究水生生态系统中磷营养盐增加/减少的生态响应机制。在野外观测与实验研究的基础上，未来进一步开展模型模拟的研究。通过结合数学模型和水质模型，通过收集大量数据，采用Mete分析等方法手段，将模拟实验、野外调查和模型法相结合，深入地探究多因素耦合作用下沉积物—水界面磷的迁移和驱动机制转化规律；定量分析各因子对内源P释放的贡献是多少，何种形态的磷起主导作用，影响沉积物释磷的因子间是协同作用还是拮抗作用。

（3）传统测定方法与新技术联用，分析沉积物中磷的组分。当前的沉积物测定分析技术多采用化学分级提取法，传统方法不仅操作繁杂耗时长且不同提取方法之间可比性不强，对沉积物原有的氧化还原环境也有一定程度破坏，影响了后续沉积物、孔隙水等环境介质中磷的测定结果；新发展的表征方法，在磷形态的分析应用上也各有局限。未来可进一步探索能够表征有机磷、多聚磷酸盐、低价态磷等形态磷的新技术新手段，为进一步研究磷的赋存形态、迁移规律以及生物有效性提供技术支撑。