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湖泊沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)研究論文

時(shí)間:2021-04-14 13:45:50 論文 我要投稿

湖泊沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)研究論文

  1 研究概況

湖泊沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)研究論文

  近年隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 水污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重,其中水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題已成為世界性的環(huán)境問(wèn)題,目前在我國(guó)131 個(gè)主要湖泊中, 已達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)程度的湖泊有67 個(gè),占51.2%。湖泊沉積物在湖泊環(huán)境研究體系中占有極其重要的地位。對(duì)湖泊沉積物大量的研究發(fā)現(xiàn),沉積物磷含量及其形態(tài)對(duì)湖泊的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)存在重要影響。國(guó)內(nèi)對(duì)湖泊沉積物磷時(shí)空分布特征及其環(huán)境意義、釋放風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行了大量的研究,如長(zhǎng)江中下游地區(qū)的太湖、鄱陽(yáng)湖等。沉積物是磷的重要蓄積庫(kù)或者釋放源,通過(guò)間隙水與上覆水體進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)鹽交換,從而影響水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),是水域營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。湖泊的內(nèi)源磷污染已經(jīng)成為富營(yíng)養(yǎng)化治理的一大難題。因此通過(guò)研究沉積物磷分布特征與賦存狀態(tài),并結(jié)合具體湖泊的污染狀況,分析其釋放風(fēng)險(xiǎn)就顯得十分重要。

  2 湖泊沉積物磷分級(jí)研究及賦存形態(tài)

  湖泊沉積物中磷含量及其形態(tài),對(duì)于沉積物-上覆水界面的營(yíng)養(yǎng)鹽交換以及沉積物磷的生物可利用性存在決定性的影響,然而,不同形態(tài)磷的釋放風(fēng)險(xiǎn)不同,其生物有效性亦不相同,因此,就有必要對(duì)沉積物磷進(jìn)行分級(jí)研究。1957 年,Chang 和Jackson最早開(kāi)始了沉積物磷分級(jí)的研究,但是,其只是對(duì)無(wú)機(jī)態(tài)磷進(jìn)行了分級(jí),而且沒(méi)有研究各形態(tài)磷的分布特征及環(huán)境意義,后續(xù)研究者在對(duì)沉積物磷的分類方法上與C-J 法思想一致。Simon 等2009 年對(duì)UpperKlamath 湖進(jìn)行了磷分布特征的研究,并對(duì)水華期間表層沉積物會(huì)作為磷源向上覆水體釋放磷的假設(shè)進(jìn)行了研究,其通過(guò)大規(guī)模水華爆發(fā)前后表層沉積物磷含量的變化進(jìn)行了分析, 發(fā)現(xiàn)湖泊不同點(diǎn)位的沉積物磷含量的變化情況并不一致,有的點(diǎn)位磷含量明顯降低,而有的點(diǎn)位則明顯升高,這與具體點(diǎn)位沉積物磷的生物可利用性有關(guān)。Gunduz 等2011年對(duì)Mediterranean 海岸表層沉積物磷分布特征進(jìn)行了研究, 其對(duì)沉積物磷分級(jí)采用的方法與金相燦提出的類似,各形態(tài)磷含量大小關(guān)系為:Ca-P>Al-P>Fe-P>松散結(jié)合態(tài)磷。Zhang 等2012 年對(duì)三峽水庫(kù)磷的分布特征以及吸附-釋放特性進(jìn)行了研究,得出結(jié)論:在研究區(qū)域內(nèi),無(wú)機(jī)磷為磷的主要存在形態(tài),而鈣結(jié)合態(tài)磷為無(wú)機(jī)磷的主要存在形式。

  3 湖泊沉積物磷吸附性質(zhì)

  在湖泊沉積物磷分布特征研究之外,對(duì)沉積物磷吸附性質(zhì)的研究日益成為湖泊研究的重點(diǎn)之一。目前對(duì)沉積物磷吸附性質(zhì)的研究多集中在大型淺水湖泊以及入湖河道上,如An 等在2009 年對(duì)南四湖及其主要入湖河道的沉積物-水界面上表層沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附性質(zhì)進(jìn)行了研究,并得出沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附過(guò)程主要發(fā)生在接觸后的10h 內(nèi),在48h 內(nèi)完成整個(gè)吸附過(guò)程;Wang 等2012 年在賦石水庫(kù)對(duì)沉積物磷的吸附性質(zhì)的研究中加入了沉積物本身性質(zhì)的研究,并探討了沉積物磷的吸附性質(zhì)與沉積物自身性質(zhì)的相關(guān)性,得出沉積物粘土、鐵、鋁含量以及鐵與鋁含量之和為影響沉積物對(duì)磷吸附性質(zhì)的主要因素;姜霞等2011 年在太湖對(duì)沉積物磷吸附-解吸性質(zhì)進(jìn)行了研究, 以期明確太湖沉積物“源”“匯”情況,通過(guò)90 組實(shí)驗(yàn)以及結(jié)合間隙水、沉積物各形態(tài)磷的分布特征最終得出結(jié)論:在總體水平上,太湖沉積物是上覆水體的“源”。

  4 沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)

  沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)的研究方法為采用沉積物磷吸附指數(shù)(PSI)和磷吸附飽和度(DPS)及其衍生參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)黃清輝等在對(duì)太湖表層沉積物進(jìn)行磷釋放潛能研究時(shí)首次使用了沉積物磷吸附指數(shù)(PSI)與磷吸附飽和度(DPS)2個(gè)指數(shù),并結(jié)合2 者得出沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(ERI)。之后,邢友華等沿用黃清輝總結(jié)的方法在東平湖對(duì)表層沉積物磷釋放潛能進(jìn)行研究,最終得出結(jié)論:東平湖表層沉積物磷釋放誘發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)處于高度風(fēng)險(xiǎn)范圍;同樣,盧少勇等在北京6 個(gè)湖泊(前海、青年湖、昆明湖、紫竹院湖、陶然亭湖、紅領(lǐng)巾湖)對(duì)沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究,其得出結(jié)論:PSI 與DPS、草酸銨提取的磷、鋁均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,草酸銨提取的`鐵是影響PSI 的主導(dǎo)因素,而DPS 與草酸銨提取的磷呈顯著正相關(guān), 且DPS 主要受沉積物原吸附態(tài)磷的影響,最終對(duì)前海、青年湖、紫竹院湖以及陶然亭湖表層沉積物磷的釋放潛能評(píng)價(jià)高度風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)外學(xué)者在研究沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)時(shí)通常采用磷吸附飽和度(DPS) 及其衍生指數(shù),如Jehangir 等在對(duì)美國(guó)佛羅里達(dá)州歐基求碧湖濕地土壤磷釋放的研究中使用磷的吸附性質(zhì)與DPS 衍生指數(shù)SPSC (土壤磷儲(chǔ)存容量)對(duì)該地區(qū)土壤磷的釋放潛能進(jìn)行評(píng)價(jià),最終結(jié)論為濕地土壤目前為安全的磷“匯”,但是鑒于土壤孔隙水中磷濃度很高,土壤可能成為潛在的磷“源”。

  5 研究建議

  當(dāng)前,我國(guó)淡水水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重,因此,對(duì)湖泊磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)急需開(kāi)展進(jìn)一步的深入研究, 對(duì)此,提出以下一些建議以供參考:

  (1)我國(guó)科研工作者對(duì)湖泊沉積物磷污染的研究已有豐富的工作,主要是沉積物磷的分級(jí)研究及其吸附性質(zhì),但是相關(guān)研究鮮有結(jié)合具體的湖泊水體情況以及當(dāng)?shù)氐闹苓叚h(huán)境,因此,在今后的工作中,此部分應(yīng)當(dāng)有所考慮。

  (2)沉積物磷形態(tài)分級(jí)是沉積物磷污染研究的基礎(chǔ),但是目前并沒(méi)有1 套廣泛公認(rèn)的方法,因此,有必要在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)之上,改良出1 套操作性、科學(xué)性、實(shí)用性更好的沉積物磷分級(jí)方法。

  (3)目前對(duì)各形態(tài)磷提取后的最終測(cè)定還是采用分光光度法,此法雖然成本較低、使用方便,但是分辨率較低,應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更有優(yōu)勢(shì)的定量和定性分析技術(shù)。

  (4)沉積物磷賦存形態(tài)與含量和水華爆發(fā)之間的具體直接關(guān)系尚不清楚,在繼續(xù)進(jìn)行沉積物磷各種性質(zhì)研究的基礎(chǔ)之上,應(yīng)當(dāng)大量開(kāi)展2 者之間具體關(guān)系的直接研究,以便為今后的研究指明方向。

  (5)目前沉積物磷含量的污染標(biāo)準(zhǔn)值尚未被廣泛接受,然而標(biāo)準(zhǔn)值是進(jìn)行相應(yīng)污染治理的重要參考,因此,應(yīng)當(dāng)在結(jié)合具體環(huán)境的基礎(chǔ)上, 制定出1 套合理的標(biāo)準(zhǔn)參考值,并進(jìn)一步對(duì)具有生物有效性的磷制定出參考值。此項(xiàng)工作任重道遠(yuǎn),意義重大。

  6 小結(jié)

  通過(guò)上述對(duì)湖泊沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)方面的研究分析,可以得出結(jié)論如下:

  (1)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重,沉積物磷污染是影響湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度的重要因素,對(duì)沉積物磷污染及其釋放風(fēng)險(xiǎn)的研究急需進(jìn)一步展開(kāi);

  (2) 沉積物磷分級(jí)研究基本采用SMT 法或者C-J 法。SMT 法將總磷分為有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷,又將無(wú)機(jī)磷分為磷灰石磷和非磷灰石磷,其主要是根據(jù)各形態(tài)磷的地球化學(xué)意義進(jìn)行劃分的,而C-J 法是將總磷劃分為鐵結(jié)合態(tài)磷、鋁結(jié)合態(tài)磷、鈣結(jié)合態(tài)磷、有機(jī)磷、以及殘?jiān)鼞B(tài)磷,其主要是根據(jù)磷的結(jié)合態(tài)進(jìn)行劃分的;

  (3)沉積物磷的吸附性質(zhì),目前通用方法即為等溫吸附法,即在恒溫、恒速的情況下,通過(guò)沉積物與標(biāo)準(zhǔn)溶液之間的相互作用進(jìn)行研究;

  (4)沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)則除了各形態(tài)磷的比例以及沉積物磷吸附性之外,還發(fā)展了沉積物磷吸附指數(shù)和沉積物磷吸附飽和度等參數(shù)研究。

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