文档介绍：第30 卷第1 期环境化学 Vol. 30,No. 1
2011 年 1 月 ENVIRONMENTAL CHEMISTRY January 2011
湖泊内源氮磷污染分析方法及特征研究进展
李辉1 潘学军1史丽琼1 米娟1 宋迪1
赵磊2 刘晓海2 贺彬2
(1. 昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明,650093; 2. 云南省环境科学研究院,中国昆明高原湖泊研究中心,昆明,650034)
摘要湖泊的内源氮磷污染已成为湖泊富营养化治理的一大难题. 本文总结了沉积物中氮磷赋存形态、沉
积物水界面氮磷迁移释放行为和沉积物中氮磷的生物有效性三方面的研究进展,提出了目前研究存在的问
题,并对未来发展趋势和研究方向进行了展望,以期为湖泊内源氮磷污染机理分析和湖泊富营养化治理控制
技术提供参考.
关键词富营养化,内源氮磷,释放,生物有效性.
大量湖泊的水体富营养化已经成为全球面临的一个重大环境问题. 湖泊富营养化的特征性表现即
藻类水华现象. 藻类水华暴发会导致水体缺氧、鱼类死亡、产生异味及藻毒素释放等,给湖区人民的正常
[1]
生产和生活产生严重影响. 据调查显示,全球范围内有40% 左右的湖泊和水库遭受不同程度的富营
[2]
养化;而在我国,到20 世纪90 年代中后期,富营养化湖泊已占被调查湖泊数的77% . 由此可见,我国
已成为世界上湖泊富营养化范围及程度最严重、面临问题最严峻的国家之一. yne 及Stumm 等的
分析研究表明,氮和磷是限制水生植物生产量最主要的营养元素[3],因此,氮磷在湖泊中水体及沉积物
中的赋存形态及其迁移释放行为,对湖泊富营养化起着决定性的作用;伴随着相关法律法规的出台及截
污工程等措施的实施,外源性污染物已经相对有所控制[4];因此对内源氮磷污染的研究显得格外重要,
尤其是对内源氮磷的赋存形态、迁移释放行为及其影响因素、生物有效性等内源氮磷污染机理方面的分
析研究更是迫在眉睫.
本文从氮磷赋存形态特征及其分布、沉积物水界面氮磷迁移释放、氮磷生物有效性等方面,总结国
内外学者在内源氮磷污染方面的研究工作,为湖泊富营养化机理及其控制技术等方面的研究提供借鉴.
1 沉积物中氮磷赋存形态
氮磷在湖泊沉积物及水体中的形态分布,决定着沉积物是源还是汇. 而水体中的氮磷形态分析相对
简单,因此沉积物中的氮磷赋存形态分析尤为重要.
1. 1 沉积物中氮赋存形态
湖泊沉积物中氮的赋存形态、含量及分布,一定程度上反映了水体和沉积环境的演变过程,是研究
[5]
其环境行为的前提.
综合国内外的研究,一般将沉积物中的氮形态分为有机态氮和无机态氮;且主要化学形态为有机态
[6]
氮,可以占到70% —90% ,主要以颗粒有机氮的形式进入沉积物中,无机氮所占比例相对较小.
1. 1. 1 沉积物中的有机氮
[7]
沉积物中有机氮主要是蛋白质、核酸、氨基酸和腐殖质四类,大部分是腐殖质. 有机氮主要来源于
浮游植物、细菌和高等植物. 其化学形态主要分为NH3 N、氨基酸氮、己糖氮、酸解未知氮(HUN)和非酸
[6]
解氮. 研究表明,氨基酸氮是有机氮的主要化学形态,约占有机氮的30% —60% ;从氨基酸的组合特
征纪念专辑稿件来看,以甘氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸及赖氨酸为主,约占氨基
[8]
酸总量的70% 以上. 尽管有机氮在氮的生物地球化学循环中并不活跃,但是由于有机氮的矿化作用,
2010 年6 月30 日收稿.
国家自然科学基金1 NSFC 云南联合基金(U0833603)资助.
通讯联系人,Tel:08715189022;Email:xjpan@ kmust. edu. cn
书
282 环境化学 30 卷
使得有机氮依然在氮的生物地球化学循环中扮演重要的角色,即沉积物中的有机态氮在微生物的作用
下,经氨基化作用逐步分解为简单的有机态氨基化合物,氨化作用释出的氨大部分与有机或无机酸结合
成铵盐,或被植物吸收,或在微生物作用下氧化成硝酸盐.
1. 1. 2 沉积物中的无机氮
沉积物中的无机氮可分为可交换态氮(EN)、固定态铵(FNH4 )等.
沉积物中的可交换态氮(Exchangeable Nitrogen,EN)是沉积物水界面发生氮的迁移释放最主要最
活跃的氮形态,是参与氮的生物地球化学循环中的重要组分. 可交换态氮主要包括硝态氮和铵态氮,即
+
NO2 N、NO3 N 以及NH4 N;其中的铵盐被称为可交换态铵,沉积物中的可交换态铵是由于沉积物颗粒
+
对水体中的NH4 进行可交换吸附