【摘要】通過選取滇池4個柱狀樣沉積物樣品，研究了沉積物間隙水和上覆水磷濃度的變化特征，并探討了滇池沉積物磷的滯留效應。結果表明：滇池草海磷的滯留率僅為23.3%，遠小于外海，故草海有更大的釋放風險。


滇池是云南省最大的高原淡水湖，長期接納工業廢水和生活污水，湖泊沉積物的污染負荷大大增加。沉積物是湖泊營養的內源，在外源減少的情況下，營養豐富的沉積物內負荷在一定時間內控制著水體的營養化水平，沉積物對磷的滯留能力是決定湖泊自凈能力的重要因素。通過測定湖泊柱狀沉積物中間隙水和上覆水的磷濃度，對研究沉積物磷的行為特征及湖泊富營養化狀況具有重要意義。


研究區域及樣品采集


使用GPS定位在滇池設置了采樣點，將滇池草海、外海北部、中部、南部四個區域中各選取一個點。于2013年5月使用柱狀采泥器采集柱狀沉積物的樣品，現場切層收集表層0～20cm樣品，沉積物經離心后得到間隙水。


Unisense微電極研究系統的應用


Unisense微電極系統被用于測量沉積物中的氧化還原電位（Eh），Unisense微電極系統精確測量沉積物中的Eh剖面，微電極的移動和定位精度為1μm，由unisense微操控器馬達控制，確保了測量的準確性.氧化還原電位（Eh）是一種關鍵的環境參數，用于評估沉積物中的氧化還原條件，通過比較對照組和處理組（添加藻類水華浮渣的沉積物）的Eh剖面，能夠評估磷濃度與滯溜率對沉積物氧化還原狀態的影響，這對于理解沉積物-水界面處營養物質的循環和轉化至關重要。


結果與分析


沉積物間隙水和上覆水磷濃度變化


滇池草海上覆水的ρ（TP）和ρ（DOP）遠高于外海。通常磷釋放時，首先進入的是沉積物間隙水，進而向上層水-土界面和上覆水混合擴散。滇池柱狀沉積物表層間隙水中ρ（TP）均高于上覆水，這為沉積物中的磷向水體釋放提供了條件。滇池沉積物間隙水中ρ（DOP）和ρ（TP）的分布具有明顯的區域性，草海和外海北部的ρ（DOP）在0.176～0.5mg/L之間，遠高于外海中部和南部。與這些區域長年接納昆明地區生活污水和工業廢水有關，沉積物中TP北高南低的分布趨勢一致。這表明對于沉積物而言，間隙水中磷濃度的分布與水體磷濃度的分布更相關。外海中部和南部間隙水變化穩定，其他區域幅度較大，可能與人為因素和周圍河流等外源污染相關。草海沉積物間隙水中較高的ρ（DOP）也與其所處的氧化還原狀況有關。當氧化表層出現時，大量的磷酸根通過鐵氧化物的吸附而滯留在沉積物中；然而當氧化層很薄或不存在時，從有機質或鐵氧化物還原釋放出的磷就可能釋放到上覆水體中。好氧環境會促進沉積物對磷的吸附，而厭氧環境則有助于沉積物中磷的釋放。

沉積物磷的滯留效應


滇池沉積物的滯留效應，以凈埋藏通量與總沉積通量之比可得出磷的滯留率，即滯留率=埋藏通量/（埋藏通量+擴散通量）×100，是評估湖泊磷生物地球化學循環作用及其生產力貢獻的基礎。


滇池的草海和外海、太湖和巢湖的沉積通量、擴散通量及滯留率比較可知，滇池外海沉積物磷滯留率比滇池草海、巢湖和太湖高，分別為草海、太湖和巢湖的2.61、1.23和2.07倍，而滇池草海沉積物滯留率僅為23.3%，低于巢湖和太湖，這也表明滇池草海沉積物磷釋放風險高于外海。沉積物中磷的釋放對水體磷濃度貢獻較大，這可能是草海水體磷濃度遠高于外海的原因之一。滇池外海滯留率較高的原因還可能是由于沉積物-水界面擴散邊界層（DBL）厚度高于草海，好氧條件下沉積物-水界面擴散邊界層會限制間隙水中磷向上覆水擴散，當上覆水DO含量降低時，DBL變薄甚至消失，由于間隙水和上覆水之間的濃度梯度產生的電勢差，導致間隙水中的磷向上覆水中釋放。滇池草海湖區夏秋兩季水華現象的頻繁爆發，使得沉積物-水界面DO水平下降，這將加大間隙水中的磷向上覆水釋放的風險。同時由于水華使藻類死亡沉積也會導致有機質含量的增加，進一步促進了滇池沉積物磷釋放。因為研究表明，底泥中的有機質對磷的滯留有重要的作用，有機質分解過程中形成的有機膠體——腐殖質可以形成膠膜，被覆在氧化鐵以及碳酸鈣等無機物表面，減少這些無機物和磷酸鹽離子的接觸，從而防止或減輕了這些無機物對磷的固定。草海沉積物中有機質含量遠高于外海，較高的有機質含量可能阻礙了沉積物對磷的吸附，使其滯留能力較差。


結論


滇池草海上覆水的ρ（TP）和ρ（DOP）遠高于外海。滇池草海的P滯留率僅為23.3%，遠小于外海，故草海有更大的釋放風險。如污染進一步加重，或水華爆發情況下，滇池沉積物磷釋放風險可明顯增加，特別是草海比外海增加更為顯著。