1、 本科毕业论文 （ 20 届） 残余饵料中氮磷释放研究初探 所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 引言 . 1 1 材料与方法 . 2 1.1 实验材料与方法 . 2 1.1.1 纳氏试剂比色法测氨氮和 酚二磺分光光度法测硝态氮 . 2 1.2 本章小结 . 3 2 实验内容 . 3 2.1 溶解氧对氮磷元素释放的影响 . 4 2.2 PH水平控制 . 4 3 实验数据处理 . 5 3.1 不同溶解氧对氮磷元素释放研究 . 5 3.2不同 PH对氮磷元素释放的影响 . 6 3.2 本章小结 . 9 4.小结 .11 参考文献 . 12 致谢 .
2、错误 !未定义书签。 I 摘要 随着人类对环境资源开发利用 的加大 ， 进入 21 世纪之后 ，为了提高农作物产量，施用的化肥 饲料 和牲畜粪便逐年增加， 通过河水的径流和雨水的冲刷 ，进入水体的营养物质不断增多，以上这些人为因素的影响，极大地减少了水体由贫营养向富营养过渡所需要的时间，国内外的现状调查结果表明，在全 球范围内 30 40的湖泊和水库遭受不同程度富营养化影响，我国近年来湖泊富营养化呈发展趋势，水体发生富营养化的程度和范围呈发展趋势，城市湖泊及邻近城镇的水库水体富营养化程度较高，湖泊和水库等相对静止的水体发生富营养化现象重于河流，但河流富营养化问题也不容轻视，富营养化已成为世界范
3、围内水环境保护中的重大环境问题 。 水体富营养化是发生藻类 大量繁殖 的直接原因。近年来由于 水 污染造成的环境恶化逐步加重，水体藻类污染的程度也逐年加深。赤潮或水华在全球范围内频繁出现是藻类污染程度加深的直接反映。藻类污染灾害日趋严重 ，主要湖泊富营养化问题突出 。 目前出现了一种各地 水产养殖商通过过激手段，向鱼塘河塘等投放大量农用饲料，为了谋取利益的最大化，不惜牺牲环境为代价，造成河塘鱼塘的水体大幅度的富营养化，再由于水流的贯通，污染发威逐渐增大，这一系列带来的环境污染连锁效应给居民的生活和环境的治理工作带来了极大的危害。本文通过对鱼塘河塘中的底层泥水的采集实验分析，来分析农用鱼塘的饵料
4、中所带有的氮磷等富营养元素的转化，从而进一步探究饵料饲养所带来的对环境的危害究竟有多大。 本次实验目的研究河塘中底泥包含残余饵料中的氮磷元素，在不同 PH， DO，温度下的释放含量的规律，为氮磷元素对环境造成的影响分析提供帮助 关键词 残余饵料；氮磷元素 ；氮磷释放 ；水体富营养化 ；水底底泥 II Abstract As human society in environmental resource development and utilization of its activities， the 21st century later， to improving crop yields，
5、apply fertilizers feed and livestock waste has increased year by year， by the river and the erosion of the runoff，enter the body of nutrients is more， these man-made factors， greatly reduced the water from a poor nutrition rich nourishment transition to the time required， domestic situation of the s
6、urvey revealed， eutrophication in the water level and scope of the development trend， city of lakes and reservoirs of the neighbouring town water eutrophication level higher， lakes and reservoirs and relative phenomenon in the still water to the eutrophication， lakes and reservoirs and relative phen
7、omenon in the still water to the eutrophication， but the problem of eutrophication is also contempt，eutrophication has become worldwide, the environmental protection of the major environmental problems. Water algae to breed of eutrophication is the direct cause.In recent years the water pollution ca
8、used by environmental degradation gradually worse， water algae pollution is increasing year by year.red tide and water blooms global frequent algal to reflect the extent of pollution.Algae pollution damage is serious, the main problem. the lake eutrophication。 At present there is a culture of fisher
9、ies throughout the means by extremist， Halasto pool wait to unload large quantities of farm feed， to benefit fully maximized spreadsheet， sacrificed the expense of the environment， pool halasto caused the waters of eutrophication， to the water through， pollution as they gradually increased, and this
10、 series, the environmental pollution of the chain effect to the peoples livelihood and environmental protection work with great harm， this halasto pool through the mud in the bottom of the gathering in the experiments, and analysis of the farm halasto bait of nitrogen, phosphate rich nourishment ele
11、ments and further explore bait raise the damage to the environment. Key words Remaining bait； The Element of nitrogen and phosphorus, The Element of nitrogen and phosphorus release ； Eutrophication ； substrate sludge 1 引言 在几乎静止的的水体中，底泥是河塘生态系统的重要组成部分，是污染物特别是营养物质和矿物元素的主要储积场所。水体在自然条 件下和人为条件下都会富营养化。在自然条
12、件下，由于河流中的碎屑和鱼雷虾类等的残骸在水体中不断的淤积，经过漫长的一系列的分解等自然过程，这些河塘中的底泥会越来越厚，甚至会导致水体的消亡。上个世纪中期，由于人类过度的开发和利用，导致了河塘等水体的快速富营养化，使大量的营养盐流入到水体中去，经过长时间的积累，并且沉积，使底泥越来越厚，成为一种潜在的污染，而据科学分析，这些底泥将在很长一段时间内不断得释放营养物质，形成了所谓的内源污染，给河塘湖泊等的环境治理带来了很大的困难。水体内污染释放出来，类似于非点源污染，释放 面积小，释放时间，途径和释放量都有不确定性。由于近年来，大量水产农户为了提高自身渔业的产量，而大量投放并使用，使得鱼塘中的氮
13、磷含量大大超标，而这些污染水多数经过排放流入河流或海洋之中，尤其是对河口的污染，近年来富营养化的现象在日益加剧。而河流和湖泊内源污染物的释出，类似于非点源污染，释放面积大，释放时间，途径和释放量具有不确定性。通过对水产鱼塘中投放人工生产的饵料，有一部分通过沉积作用，沉积到池塘的底泥之中，但在离子交换，吸附和沉淀过程中，鱼塘底部的氮磷污染物，可能会由于外界的一些影响，例如 PH，温度等因素 的变化，就可能造成对水体的二次污染，所以说对于一个鱼塘来说，鱼塘中的底泥，是氮磷等元素的储藏地，对底泥的研究，有很大意义上对鱼塘的污染情况能有很大的分析帮助，同时也能对判定鱼塘水体的富营养化的情况有着积极的作
14、用。因此，模拟研究污染物的静态释放过程，掌握底泥，也就是沉积物中的释放过程不仅对控制沉积物中污染物向水体释放有着重要的意义，而且对于河道和环保清淤工程的可行性，经济性有着重要的知道作用。 在国内的学者在研究内源污染中发现，普片由于底泥造成的污染所导致大大面积的环境污染是非常难治理的，所以内源污染是研究河 流污染的重要内容，也是世界范围的一个突出环境问题。研究发现，在浅水湖泊河塘等富营养化过程中，富营养化的浅水湖泊河塘等成为优势种的蓝藻对外源性的营养盐的控制翻页迟缓，有的湖泊几乎没有反映。更为重要的是，水体在外源性氮磷被截断一段时间后，底泥中营养盐的释放能持续发挥作用，使水体持续保持富营养化状态
15、。而底泥是可以直接反映水体的污染历史，并且在一定条件下可向上覆水释放各种污染物，是影响河流水质的重要二次污染源。由于底泥的2 性质特殊，在河流湖泊内源负荷形成机制中的重要地位以及底泥和间隙水以及上覆水之间的关系复杂，介于这 些内在的复杂关系，所以需要针对对河流湖泊的底泥的物理，化学，生物特性以及底泥营养物泥与水界面交换过程及其释放影响机制进行研究。由于底泥的悬浮还将影响水体的透明度从而影响初级生产力，所以研究污染物在底泥与水界面的的各种状况，对于河流湖泊河塘水污染控制和提供对科学的环保清淤的决策意见具有非常重要的理论和实践意义。 底泥 -水界面静态过程的研究，开展较早，也比较成熟，相关报道较多
16、，但有关底泥 -水界面动态过程的研究则相对较弱，尤其有关浅水湖泊内源释放问题研究较少。 Sheng，et al 在研究发现水体底泥由于风浪的作 用引起的悬浮对底泥污染物释放的贡献率达到 70%以上。在国内研究中，李一平等通过实验得出总磷浓度由于水流速在三个不同的速度区域得出了磷释放的三个阶段：分别为下降期，上升期和突增期。蒲迅赤等人利用专门设计的紊动诱发装置做了三种不同紊动强度的对比实验，实验发现 :紊动强度与有机物在水体中的降解率和降解速度成正比的关系 ;但是在水体紊动时，有机物的降解反应不遵循级反应动力学。秦伯强通过研究浅水河流中动力作用与泥沙悬浮的关系，估算出了太湖内源动态负荷，并提出有
17、关大型浅水河流和湖泊等水体内源释放的概念性模式，认为太湖磷释 放的主要模式是由于周期性的剧烈风浪扰动不断破坏泥 -水物理界面，将底泥间隙水中大量的活性营养盐释放到水体是 ;范成新等通过野外调查结合室内扰动实验，认为水体颗粒态磷的生物转化释放是营养盐的主要来源之一。朱广伟通过一次大风浪后对梅梁湾 -浅水区的调查研究后认为 :由于大风浪的搅动导致了底泥大量悬浮，水体悬浮物颗粒态营养盐显著提高，但是由于悬浮过程营养盐释放与沉降机制作用是十分复杂的，活性营养盐的浓度未必能够随着扰动的加剧而提高。研究发现，该湖中悬浮颗粒物浓度与总磷浓度同风速有非常好的相关性 ,但是总的来说，由于底泥的冲 刷再悬浮涉及紊
18、动影响下营养盐的释放过程比较复杂，其研究方法尚不成熟，仍然需要不断深入研究。 底泥 -水界面之间的营养物质交换过程多受物理、化学和生物过程的影响和控制，因而往往十分复杂，具体表现在以下几个方面 :(1)物理学因素：河流中，在大量的污染物排放的条件下，河水和表层底泥首先会因为污染物排放的物理因素受到污染，扰动会导致表面底泥中颗粒的在悬浮，会影响到表层底泥的孔隙度含水率，和密度等等。季节的变化会导致温差的变化，从而会影响水体的温度，天气的变化，比如晴雨天的变化，会带来扰动和光照等因素。这些物理因素主要 影响的是表层底泥，底泥 -水界面两侧垂直的物质传输会随着深度加快或者减慢。通常情况下，污染底泥在
19、水环境中的相对重要性随3 水体浓度的增加和水力学停留时间的减少而减小。当污染物的排放减少或停止，扰动减少之后，由于污染物在底泥 -水界面具有储存和传输功能，在条件合适的时候，营养物通过矿化作用进入水体，底泥由污染物的“汇”转变“源”。 (2)化学因素：底泥、间隙水和上覆水中各种化学平衡作用影响着营养物质在底泥 -水界面上的交换，沉淀 -溶解平衡、吸附 -解吸平衡、氧化 -还原平衡、电离平衡、络合平衡等热力学平衡对泥 -水界面上的营养 物质交换和相互作用有着重要影响。各种化学平衡因为环境条件的不同而对河流造成影响不同。关注化学因素，以下章节会有详细论述。 (3)生物学因素：底泥中有底栖生物、底栖
20、微生物、水生植物以及酶的存在。所以对水体的环境有着不可忽视的影响。首先，底泥中的生物扰动作用对提高表层底泥的孔隙度起着关键作用，从而导致表层底泥的形态阻碍因子降低，污染物的静态扩散通量提高 ;水生植物一方面能够稳定底泥的悬浮性，缓冲各种环境因素对底泥的扰动，改变泥 -水界面的物理学和化学因素，并进而影响河流营养盐内源负荷，但是水生植物等死亡腐烂后的有机质 和自身含有的大量营养物质，又会沉降到水体底部，增大的底泥的污染负荷。而底栖微生物以及相应的生物酶对有机质的生物转化和降解有重要影响 ;由于有机质降解主要是因为生物学因素而起作用，所以有机质的蓄积对降解对河流营养盐内源负荷有着重大影响。 (4)
21、综合因素：底泥的物理、化学和生物作用对于河流营养盐内源负荷的影响是一个复杂的综合过程。很难找到一种单独作用的因素。各种作用在底泥 -间隙水 -上覆水体系中相互影响，对于营养盐在泥 -水界面的释放既存在相互促进又存在相互拮抗的过程。正是由于底泥在河流内源污染负荷形成机制中的重要 地位以及底泥与间隙水和上覆水之间错综复杂的物理、化学和生物关系，赋予了河流底泥内源污染研究的复杂性。 实验中，对于底泥中氮磷的研究，一般是通过对于磷的不同形态的研究时常用的是连续提取法。即将底泥中磷的形态分为无机磷和有机磷，而无机磷又被细分为若吸附态磷，铝结合态磷，铁结合态磷，钙结合态磷，闭蓄态磷。而决定磷的释放的几个因
22、素有： 1.温度，温度升高，底泥中氮磷释放量增加； 2溶解氧（ DO），即溶解氧越高，磷释放量越低，搞溶解氧水平，在硝化作用下，水体中大量氨氮转化，使上覆水的氨氮浓度下降很快达到释放平衡， 在低溶解氧水平下，上覆水和沉积物中硝化作用减弱，沉积物中的有机物的降解使上覆水氨氮浓度升高； 3.PH， PH在中性的时候磷的释放量最低， PH越高或者越低，磷的释放量都会增加，而氮在 PH低于 9时，释放量不明显，在 PH=10时，氨氮的释放量最高。2 1 材料与方法 1.1 实验材料与方法 材料：实验用底泥；样品水；蒸馏水； 长度为 1500mm，直径为 60mm，有效深度为 80cm采样管； 1000
23、ml 量筒；过滤膜； HACH 荧光溶氧测定仪；比色皿； 酚二磺酸； 500ml 容量瓶；比色管；分光光度计；纳氏试剂； 碘化汞一碘化钾一氢氧化 钠；酒石酸钾钠溶液；铵氮标准溶液： CN =10 g/ml;10%(m/v)硫酸锌溶液 25%(m/v)氢氧化钠溶液 ;淀粉一碘化钾试纸 ;发姻硫酸 ;氨水 ;硝酸盐氮标准溶液 cN 100mg/L； 硝酸盐氮标准溶液 cN 10.0mg/L； 硫酸银溶液 ； 硫酸溶液 0.5mol/L； 氢氧化钠溶液 0.1mol/L;EDTA 二钠溶液 ； 氢氧化铝悬浮液 方法： 氨氮测定采用纳氏试剂比色法测定，硝态氮采用酚二磺分光光度法测定， DO 采用 HA
24、CH 荧光溶氧测定仪测定。 1.1.1 纳氏试剂比色法测氨氮和 酚二磺分光光度法测硝态氮 纳氏试剂比色法 原理： 游离态氮或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成黄棕色络合物，该络合物的色度与氨氮的含量成正比，可用目视比色测定 。 酚二磺分光光度法原理： 硝酸盐在无水情况下与酚二磺酸反应 生成硝基二磺酸酚在碱性溶液中生成黄色化合物于 410nm 波长处进行分光光度测定 。 1.1.1.1 实验步骤 纳氏试剂比色法 实验步骤： 取试份于 50ml 比色管中，加入 1ml酒石酸钾钠溶液摇匀 ,再加人纳氏试剂 1.0ml ,摇匀。放置 10min 后进行比色。若色度很低采用目视比色，一般在波长 4
25、20nm 下，用光程长 2nmm 比色皿，以水作参比，测定试份的吸光 度。在 6 个50ml 比色管中，分别加人 0、 0.10、 0.30、 0.50、 0.70、 l.00ml 铵氮标准溶液 ,再加水至刻度 ,显色后进行目视比色。将试份的色度与标准溶液的色度比较后，得到试份中的铵氮质量 mN，除以试份的体积 v，便可得到试份的铵氮含量 CN(mg/L）。 酚二磺分光光度法 实验步骤 ：取 100ml 试样移入 100ml 具塞量筒 中加 2mL 氢氧化铝悬浮液 ， 密塞充分振摇静置数分钟澄清后过滤弃去最初滤液的 20mL； 取 100mL 试样移入 100mL 具塞量筒中根据已测定的氯离子
26、含量加入相当量的硫酸银溶 液充分混合在暗处放置 30min 使氯化银沉淀凝聚然后用慢速滤纸过滤弃去最初滤液 20mL； 当亚硝酸盐氮含量超 0.2mg/L 时可取 100mL 试样加 lmL 硫酸溶液混匀后滴加高锰酸钾溶液 至淡红色保持 15min 不褪为止使亚硝酸盐氧化为硝酸盐最后从硝酸盐氮测定结果中减去亚硝酸盐氮量 ， 取 50.0mL 试份入蒸发皿中用 pH 试纸检查必要时用硫酸溶液或氢氧化钠溶液调节至微碱性 (pH 8) 置水浴上蒸发至干 ， 加 1.0mL 酚二磺酸试剂用玻璃棒研磨3 使试剂与蒸发皿内残渣充分接触放置片刻再研磨一次放置 10min 加入约 10mL 水 ， 在搅拌下加
27、入 3到 4mL 氨水 使溶液呈现最深的颜色如有沉淀产生过滤或滴加 EDTA 二钠溶液 并搅拌至沉淀溶解将溶液移入比色管中用水稀释至标线混匀 ， 于 4l0nm 波长选用合适光程长的比色皿以水为参比测量溶液的吸光度 。 1.2 本章小结 采集底泥时要注意存在随即性，最好是对于不同深度的底泥进行采集，一般将底泥分为三层。由至上而下的顺序将第一层（表层）作为污染层，为近年人类活动的产场，多呈黑色至深黑色 ;第二层（中层）为过渡层，该层结构疏松，从中可以发现沉水植物的根及植物其他部位残骸 ;第三层（底层）为水体 沉积层，一般保持水体周围土壤母质的岩相特征，多为粘质夹粉质粘土，质地密实。由于水体沉积物
28、粒度，比表面积，表面电荷等性质各不相同，对磷的吸收与释放表现较大不同。多进行几组数据进行分析，由于本次实验是研究氮磷释放的规律，所以没有进行多次采样，大致的对于氮磷元素对PH ,DO,温度的影响的大致反映，采集时注意安全。回到实验室要将实验材料尽快准备好，将样本要隔离放好，对于样本的处理要小心，避免一些不必要的误差影响实验数据。 2 实验内容 4 2.1 溶解氧对氮磷元素释放的影响 以上覆水体，分别在 高溶解氧（ 6.5-7.5），缺氧（ 1.8-2.3），低溶解氧态（ 2.8-3.6)下进行培养，每种状态下设 3 个重复。将样品在好氧状态下曝气连续 24 小时；缺氧状态下在上覆水中通氮气 1
29、小时，然后将筒密封；低溶解氧状态将容器敞口，放在通风处培养。 取样：每 2天取一次样，到 11 天之后 3天取一次样，到第 23天。 指标分析：从取样口去 100ml上覆水经 0.45 m玻璃纤维膜过滤，测定可溶性氨氮，硝态氮， DO 等指标取样后加入 100ml 备用水样。 分析方法：氨氮测定采用纳氏试剂比色法测定，硝态氮采用酚二磺分光光度法测定， DO采用 HACH 荧光溶氧测定仪测定。 数据处理：底泥氮磷累积量释放公式： 其中， R 为底泥中氮磷化合物的累积释放总量（ mg）， V 为反应装置中剩余水样的体积（ L）； C0 为初始营养物的溶度（ mg/L）； Vi为每次采样量（ L）；
30、 Cn， Ci为第 n次，第 i次采样时营养物的浓度（ mg/l);其释放速率采用一元线性回归法计算。 2.2 PH水平控制 直接取新鲜泥样 200ml，加入 800ml 自来水为上覆水体，用稀 HCl 或稀 NaOH 调节水的pH值，使其分别为 5、 7.4、 9。每 种做三次重复。通过虹吸法每次吸取 100ml水样进行TP、 TN、 NH3-N、 NO3、 -N的监测。 2.3 温度控制 直接取 100 毫升蒸馏水为上覆水体，在恒温箱中 5、 20与 30 3个温度条件下静置培养。每种做三次重复。离心，过滤后，测定水中的 TP、 TN、 NH4+-N、 NO3-N 含量。 2.4 本章小结 通过对底泥中三种不同的外界因素，从而研究在不同外界条件的变化下氮磷原始的释放规矩，主要是注意了解实验的步骤和原理，学会实用实验仪器测的该测定的数据，绘制曲线，其他基本按照平时在实验室做实验的步骤来做，保证 实验安全有效得进行。
