白洋淀底质磷的释放及与水体中磷的关系

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摘要:通过实验室模拟实验，研究了白洋淀不同区域沉积物中磷的释放规律，及沉积物性质，水体温度、底层水体溶解氧含量对沉积物磷释放的影响。获得了不同条件下磷的释放曲线及释放速率。探讨了不同底质及水环境条件下，沉积物中磷的释放隋况及其对水体磷浓度的影响。

关键词:沉积物磷释放规律

Abstract: through the laboratory simulation experiment, studied the baiyang lake sediments, release rules of phosphorus in the different area, and the nature of the sediments, water temperature, the water dissolved oxygen content on the influence of sediment phosphorus release. Obtained under the condition of different phosphorus release rate curve and release. Probes into the different sediment and water environment conditions, the release of phosphorus in sediments and sui regime and its effect on the phosphorus concentration.

Keywords: law of sediment phosphorus release

中图分类号：TF533.2+3 文献标识码：A文章编号：

为了掌握白洋淀底质中磷的释放规律，了解底质性状、水体温度及底层溶解氧浓度对磷释放的影响，以及底质中磷的释放在水体富营养化中所起的作用，笔者在2002年4—8月对白洋淀水质、底质进行全面调查的同时，通过实验室模拟实验，进行了大量沉积物中磷的释放实验。

一、实验样品及方法

1、 采样点的设置

将白洋淀分为3个区域进行实验：南刘庄为府河入淀口，水中磷浓度一般为0.5 - l.5mg/L，是白洋淀磷浓度最高的区域；藻苲淀在主淀水位高时，漕河、瀑河、府河水均流入其中，当主淀水位低时，府河顺势流入主淀，因此该区域水体磷浓度极不稳定；主淀区约占全淀80%面积，设烧车淀，寨南、关城3个点。

2、采样及实验方法

采用自制插入式采样器，采集表层10 cm样品．保持底质原来结构，进行释放实验。实验中每天取样1次，分析溶解性磷酸盐含量，同时加入等体积经0.45um滤膜过滤的烧车淀水（含磷小于0.005 mg/L）。

二、结果及讨论

1、沉积物性质对磷释放的影响

实验采用自然光照，控制温度为25±1℃．进气管与空气自然连通； 在整个实验过程中除南刘庄点pH下降0.72单位外，其余各单无变化。各点位溶解氧浓度在第2天达到最大值后，逐渐下降，至第5天基本稳定。在第6---8天水中磷浓度达到其最大值，并基本保持稳定，直至15天实验结束，各点位磷释放曲线如图1。

图1白洋淀底质磷释放曲线

图l的释放曲线与美国著名湖泊研究者费隆和威廉采用特定装置，对严重富营养化的穆迪河底泥进行磷释放实验时得到的磷释放曲线极其相似【1】。

用实验中磷释放趋于稳定后多次测定的平均值作为磷释放临界浓度值，设其为Cy，底泥中磷含量为Cx．可得相关方程：

Cy=0.065Cx十0.059

n=5r=0.9252r0.05=0.8783 r＞ro.o5

也就是白洋淀各点位磷释放临界浓度值与底泥磷含量呈正相关关系。

此外磷释放临界浓度还与底质沉积物的氧化还原性质有关。在上述实验中，各点位稳定后的溶解氧浓度表现出较大的差异，这种差异是由于底质耗氧引起的，与磷释放临界浓度值呈显著负相关：

设达到稳定后的溶解氧浓度为x，底泥磷释放临界浓度为y，则

y = - 0.163x+0.9996 (n=5)

r= -0.9635＞r(5)o.o5=0.8783

2、白洋淀不同季节磷的释放

根据多年对白洋淀水质监测的结果，白洋淀水质pH变化不大，在一般情况下，水中溶解氧浓度随温度升高而降低。因此该实验用南刘庄底泥，重点考虑温度和溶解氧浓度对磷释放浓度的影响，所用实验条件和结果见表l。

表1不同温度和溶解氧浓度下南刘庄底质磷释放临界浓度

由表l可以看出，南刘庄点由于底质沉积物含磷较高，在夏季高温、厌氧条件下，磷释放临界浓度较高，但当水温降到10℃以下，水中溶解氧随之升高之后，其释放临界浓度将降低到0.005 mg/L以下。白洋淀其它淀域夏季磷释放浓度比南刘庄小得多。白洋淀整个冬季从11月中旬至次年3月上旬，水温均在10℃以下．而溶解氧浓度一般大于8.5 mg/L，因此在此期间底质磷将不释放。

尽管白洋淀水深大都在3 m以下，但水质监测结果表明，淀内一些区域热分层现象明显，同时还伴随着溶解氧分层现象的发生。表现出表层水体溶解氧超饱和，底层却极度缺氧。为了考察溶解氧浓度对磷释放的影响，以关城点样品为释放对象，实验了25℃时，厌氧和好氧时磷的释放。释放曲线如图2。

图2 DO浓度对P释放的影响（关城点位）

如图2所表明，当水体溶解氧浓度降低后底质磷释放临界浓度大大增加，这将促使底质释放更多的磷达到该条件下磷的释放临界浓度。实验表明，底质所释放的磷，主要为溶解性正磷酸盐，是水生生物最容易吸收的形式。这样就为大型水生生物和藻类的增殖提供了条件，加速了其生长繁殖速度。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，消耗水中溶解氧．使水体更加缺氧，这种缺氧的环境反过来加速底质中磷的释放，形成恶性循环。因此底质中磷的释放是夏季白洋淀大型水生植物和藻类生长繁殖重要的营养盐来源，在白洋淀水体富营养化进程中起到了重要作用。

3、磷释放临界浓度与水体磷浓度的关系

在上述模拟夏季自然释放条件下，所得到的磷的释放临界浓度与同期采样测定的水中总磷浓度，水中溶解性磷酸盐浓度及间隙水中总磷浓度均表现出极显著的正相关关系。

将2.1实验中磷释放达到平衡后的样品，在室温下放置2个月。其温度降至12.5℃，溶解氧升高到7.30 mg/ L左右，经测定各点的磷浓度都小于0.005 mg/L。也就是说所有样品在25℃，厌氧条件下释放出来的磷，在此条件下又重新沉积到底质中。这是由于水温降低，溶解氧浓度升高使其释放临界浓度降低造成的。

4、白洋淀底质磷释放速度

白洋淀不同点位磷的释放速率见表2。

表2 白洋淀磷释放速度（25℃）1）

1）释放达到平衡前的平均释放速度

由于释放达到平衡的时间基本一致。因此释放速率的大小取决于磷的释放临界浓度。所有影响磷释放临界浓度的因素对磷的释放速率也同样产生影响。

南刘庄释放速率明高于其他点位。而且该区域直接接纳含磷较高的府河污水，水中磷含量一般为0.5---1.5 mg／L左右，高于其磷释放临界浓度，因此总的表现以沉积为主。目前该区域已积累了较多的磷，其沉积物中磷含量明显高于淀内其他区域。成为白洋淀磷的蓄积库。当保定市污水得到有效治理后，该区域积累的磷将以较高速度向水体释放，使该区域维持较高的磷浓度。

根据释放曲线可以看出，底质中磷的释放并非连续不断进行的，当其在一定条件下，释放达到平衡后，水体中磷如不被吸收减少，底质与水体磷将达到动态平衡，底质中磷不再表现为释放，因此不能应用模拟试验中磷的释放速率来计算全年区域的总释放量。

三、结论

1、沉积物性质，水体温度及溶解氧浓度对底质磷的释放有显著影响。夏季厌氧情况下底质磷的释放对白洋淀水体富营养化起着重要作用。

2、释放条件固定后，底质中磷在6----8天达到动态平衡。平衡时的浓度为释放临界浓度，制约水体磷浓度。磷的释放和积累是一个可逆过程。

3、在外源性磷来源切断后，南刘庄区域将以较高的释放速率向水体释磷，成为营养盐的新来源。

参考文献

1、彭近新，陈慧君.水质富营养化与防治[M].北京：中国环境科学出版社，1988:97

2、唐民淮，东湖底泥磷释放与湖水底泥磷浓度的关系[J].环境科学与技术,1991,52（1）：11

3、郑兴灿，污水生物除磷技术的工作机理述评[J]，环境科学,1990,11（1）：50

第一作者简介：焦玉娟（1961---），女，大专，工程师，从事环境监测实验方法的研究。