1、文献综述 关于河流湖泊沉积物的研究 前言： 嘉兴地处我国工农业生产最发达、人口密度最大的长江三角洲杭嘉湖平源腹心 , 东临大海 , 南倚钱塘江 , 北负太湖 , 大运河贯穿境内。域区处于江、海、湖、河交会之位 , 扼太湖南走廊之咽喉 , 全市河道纵横 , 水乡特色浓郁。但 随着嘉兴工农业经济的快速发展，工业“三废”的排放及居民生活垃圾污染和含重金属的农药、化肥的施用量都逐渐上升。河流污染日益严重，导致该流域内底泥中污染物含量不断增加。 我国的沉积物研究有沉积物中重金属的研究、沉积物中悠久污染物的研究、沉积物的粒径分布研究、沉积物中放射性物质的研究、沉积物中微生物群落结构特征的研究等，其中研究的
2、重点又集中在重金属和持久性有机污染物的研究上。 湖泊沉积物是水体的重要组成部分，一方面，它是湖泊营养盐的重要蓄积库，在一定条件下，沉积物中的营养盐可能成为湖泊富营养化的主导因子。因此，在研究湖泊富营养化的工作中，探明湖泊沉积物中营养盐的特征、含量及其赋存状态，具有非常重要的意义，同时，也可以为沉积物中营养盐的治理工程提供科学依据。 另一方面，沉积物又是底栖生物的主要生活场所和食物来源，沉积物中的重金属直接或间接地对水体及底栖生物致毒致害，并能 通过生物富集、生物链放大等途径进一步影响到其它生物以及人类，因而在研究沉积物理化性质时对重金属污染研究具有特殊的重要性 1。本研究拟选择嘉兴学院的几条河
3、流为研究对象，分别采集其沉积物样品，测定沉积物的阳离子交换量、有机质含量、粒径分布、主要氧化物含量等主要理化性质参数，同时测定沉积物中氮磷的赋存含量，并分析理化参数与氮磷含量之间的相关关系，为水体富营养化治理提供理论依据。 正文： 一嘉兴水污染现状 1 嘉兴水 环境 现状 嘉兴市的水污染历史并不长，但其污染发展的速度和污染的严重程度却十分惊人。20 世纪 80 年代，市域内水体以 II、 III 类为主体，到 90 年代初， II、 III 类水体也还占到嘉兴市水体的一半以上。到本世纪初，市域内几乎找不到 II、 III 类水体，连 IV类水体也不到 20%，大量河道水体为 V 类和劣于 V
4、类。水质监测资料表明，嘉兴市水体污染主要以有机污染和氨氮污染为主。其污染源主要来自三个方面：一是工业污染，特别是印染、化工、织造业排放污水；二是城市生活污水和三产废水直排入河；三是农业面源污染。另外，多年来积沉在河道内的污染物已成为再生污染源，加上新增污染物，污染程度越来越严重。 2 水体富营养化是嘉兴市水体 污染最突出的类型 进年来由于过量的氮磷输入水体 ，水体富营养化污染已经成为嘉兴市水环境最为突出的环境问题。嘉兴市多处河流均遭受水葫芦，高强度的人类活动开发使得水体富营养化成为当前嘉兴市最为突出的污染类型。 3 河流沉积物对水体富营养化污染的作用 水体沉积物是水体环境营养盐的重要归宿体，沉
5、积物营养盐主要来源于水体颗粒态物质的沉降，水体动植物残体降解，水体营养盐的交换吸附，沉积物基质的风化与解析。 水体沉积物是水体环境营养盐的重要“反应场”， 例如营养物质的化学成岩场所，氮元素的硝化和反硝化场所，以及生物的化学降解 场所。 水体沉积物是营养盐重要的“内源”，沉积物营养盐的释放机制主要有动力扰动，静态释放，生物吸收，化学解析等。 水体沉积物质是直接影响水体环境质量，水体沉积物质量评价是水体环境质量评价的重要内容。 二：河流沉积物在环境研究方面的意义和特点 （ 1） 河流沉积物记录和反映了上覆水体的状况 , 可以示踪污染源。根据河流沉积物上下流污染物浓度的变化 , 可以追踪污染物的排
6、放位置。 （ 2） 由于沉积物本身具有相对的稳定性 , 因此 , 它不仅能反映上覆河水的现状 , 而且能反映河水的变化历史。通过不同深度或层位沉积物的调查 , 可以了解河流污染与水质变化的关系及污染历史。这是沉积物在环境监测中优于上覆水体的地方 2, 因为后者只能反映现在 , 不能反映过去。 （ 3） 沉积物与河水作用是双向的 , 沉积物不仅从河水中获取“ 有害组分” , 而且还有可能向河水直接释放“ 有害组分” 。因此 , 河流沉积物既是“ 净化剂” , 又是“ 释放源”。 （ 4） 沉积物自身性质的差异影响着与河水相互作用的速度和方向。沉积物的矿物成分和粒度是两大影响因素。矿物直接影响着沉
7、积物的化学活性。粒度不仅影响着沉积物与水作用的速度 , 同时也影响着相互作用的程度 , 一般来说 , 沉积物粒度越细 , 与水作用的速度越快 , 交换程度越高。 三 ：河流沉积物的研究进展 现阶段我国在经济持续高速增长的同时，所带来的最大负效应就是环境污染日益严重，大江大河及湖库水环境质量日趋恶化。根据 1993-1995 年水利部组织的中国水资源质量评价，在评价的 700 余条河流中，水质良好的只占评价河长的 32.2%，受污染的河流己占到了评价河长的 46.5%， 90%以上的城市水域污染严重 .我国湖泊富营养化的研究大致是从 20 世纪 80 年代开始， 1980 1985 年中国环境科
8、学研究院与有关单位、高等院校合作 ，开展了我国湖泊富营养化的调查研究 3。调查结果表明，我国绝大多数湖泊在 20 世纪 70 年代后期和 80 年代初还处于贫一中营养或中一富营养状态，达到富营养亿的湖泊面积只占调查面积的 0 3。 沉积物作为湖泊营养物质的内负荷源，其物理性质、物理化学性质、化学性质以及生物化学性质都对湖泊富营养化进程产生着重要的影响 4。 3 1 沉积物营养盐的含量和形态研究 国内关于河流沉积物的研究主要围绕着沉积物营养盐污染及重金属污染研究。对于水体富营养化的研究开始较早，而对沉积物在水体富营养化的作用和对水体沉积物营养盐的含量 和形态开展研究主要在 20 世纪 90 年代
9、初期才开始 5， 多数研究者认为水体沉积物是氮磷等生源要素重要的蓄积库，同时水体沉积物也是氮磷等生源要素重要的污染源 5，因此 测定沉积物的阳离子交换量、有机质含量、粒径分布、主要氧化物含量等主要理化性质参数及沉积物中氮磷的赋存含量，并分析理化参数与氮磷含量之间的相关关系，对水体富营养化治理具有重要意义 。 3.1.1 沉积物中氮的研究 沉积物氮的形态包括无机氮和有机氮，其中无机氮又分为氨氮，硝态氮和亚硝酸氮，在氨氮和硝态氮同时存在的情况，氨氮优先被浮游生物吸收利用，因此氨 氮的含量和比例在一定程度上决定了水体生态效应和环境污染特征 6，同时氨氮和硝态氮含量的对比特征也可以在一定程度上揭示水体
10、沉积物的氧化还原状况。 氮素在沉积物水界面间的交换大部分以无机氮的形式进行，当上覆水体中 NH4+和 NO3-的浓度高于沉积物中 NH4+和 NO3-的浓度时，沉积物就会起到“汇”的作用，从上覆水体吸附无机氮；反之，当上覆水体中 NH4+和 NO3-的浓度低于沉积物中 NH4+和 NO3-的浓度时，沉积物就会起到“源”的作用，向上覆水体释放无机氮，并以此来调节和维持氮素在沉积物 -水界面间的动态平衡 7。同时，多数河流由于水深较浅，沉积物 -水界面受到风浪扰动较为频繁，生态系统结构复杂，使得氮素在界面间的吸附释放过程受到多种因素的综合作用，因此，了解氮素在表层沉积物中的吸附释放特性对于改善和治
11、理湖泊的富营养化状况是十分必要的。 3.1.2 沉积物中磷的研究 沉积物磷的形态是以多种复合的形式存在的，一般将沉积物中的磷分为 5 类，即可浮磷，铁结合态磷，铝结合态磷和钙结合态磷以及有机 磷，沉积物磷形态含量，比例可以反映出污染源化学组分和污染程度大小 8。从而探索水体污染的来源推理，同时沉积物磷的形态和比例直接影响水体沉积物的稳定性。 河流水体是一个稳定体系，环境对它的物质输入和其自身的输出是平衡的。输入到水体的磷，一部分被水生生物吸收利用，一部分以各种形式存在于水中，还有一部分则通过物理的、化学的、生物的作用，逐渐沉降至水体底部，经过长期的积累，在底部形成营养盐含量高的沉积物。沉积物表
12、层所积累的磷，部分可以被微生物直接摄入利用，进入食物链参与生态系统的循环。水体营养物质的沉降积累是极其复杂的动态过程。它与输入的输出水体磷负荷的速率，水体的水力冲刷作用，水 化学和地球化学等因素有着密切关系。不同的水体，其营养物质积累的速率不同，积累量和形态分布都表现出一定的差异性。 沉积物从上覆水体和周围环境接纳各种活性的和难溶的有机的和无机的磷化合物的混合物质，其中一部分作为惰性物质而简单地以最初的形式埋藏在沉积物中，其余的则通过分解或溶解作用释放磷酸盐到沉积物间隙水中。间隙水中的磷或释放到上覆水体中，或在沉积物中作为一种自生相而再次沉淀，或被沉积物所吸附。磷在沉积物一水界面的循环受沉积物
13、吸附、释放以及间隙水扩散三个作用的控制。 3.2 沉积物的理化性质研究 沉积物的理化 性质主要包括沉积物的阳离子交换量、有机质含量、粒径分布 及总氮总磷含量 等。 各理化性质的测定方法多种多样。 3.2.1土壤阳离子的测定 阳离子交换量 (CEC) , 是指土壤胶体所能吸附的各种阳离子的总量。其分析方法包括 NaOAc 火焰光度法 9、 K2C2O4 - KC1 火焰光度法 10、 NH4Cl (NH4) 2C2O411等。 本文 用 1mol/L 乙酸铵溶液 (pH710)反复处理土壤 ,使土壤成为铵离子饱和土。过量的乙酸铵用 95%乙醇洗去 ,然后加氧化镁 ,用定氮蒸馏方法进行蒸馏 ,蒸馏
14、出的氨用硼酸溶液吸收 ,然后用盐酸标准溶液滴定 ,根据铵离子的量计算土壤阳离子交换量。 3.2.2有机质测定 有机物的测定方法有很多种，包括 目视比色法，灼烧法，光度法，直接加热消解法等。各方法都存在一些优缺点，其中 目视比色法和灼烧法测定的结果较误差较大 , 但其具有方便快捷、不污染两大主要优点。目视比色法在有一定准确度的情况下能够做到简单易行 , 快速得出分析结果 , 适合于在条件艰苦的地方使用。灼烧法虽然测定方法简单 , 但其灼烧时间较长 , 灼烧温度很高 , 马福炉从升温到降温最少得一整天 , 费时费力 , 有一定的局限性。直接加热消解法是对油 浴法在加热条件上进行了改进 , 而光度法
15、是将容量法的滴定手段改为光度测定手段。直接加热消解法和油浴法其工作量与样品数量是成正比的 , 当遇到大批量的样品时 , 费时又费工 ; 而光度法在保证测定结果准确性的同时能够做到大批量的快速测定 ,既省时又省工。 本实验我选择采用 重铬酸钾稀释热比色法 12，该方法操作简便，实验步骤容易掌握，测定的灵敏度和准确度高，干扰少，而且可以节约油料、能源、时间以及减少环境污染和消除实验中的安全隐患。 在土壤样品中直接加入 重铬酸钾 和浓硫酸，利用浓硫酸和重铬酸钾溶液迅速混合时所产生的热（温 度在 120 摄氏度 左右）来氧化土壤中的有机碳（氧化程度 76%），以代替外加热中的油浴加热，操作更加方便。样
16、品氧化液用 TFW 1)型数字直读式多功能土壤分析仪，选用波长为 620nm 滤色片，用 5cm 比色皿直接比色测定，以测出的表头读数来计算有机质的含量。 3.2.3沉积物粒度测定 取沉积物样品 0.2 0.59，加入 lOml 浓度为 10的双氧水，在加热板上加热使其充分反应以有效地除去样品中的有机质，之后加入 lOml 浓度为 10的盐酸并煮沸使其充分反应除去碳酸盐将烧杯中注满蒸馏水并静置一夜，去掉上层清液，加入 lOml 浓度为 0.05mol L 的六偏磷酸钠分散剂并用超声波清洗机振荡 10rain 后使用 Malvem Mastersize 2000 粒度仪进行测量 13。 3.2.
17、3 沉积物总氮和总磷测定 新鲜沉积物自然风干，研磨并过 100 目筛。总氮的测定参照重铬酸钾一硫酸消化法，总磷测定选用高氯酸一硫酸消化法 14。 四 : 总结与 展望 随着嘉兴工农业的迅速发展，高强度的人类活动必然带来区域环境的污染和破坏，嘉兴市河流水体已遭受较为严重的营养盐污染， 而 河流沉积物在水环境中发挥着重要的作用，它是水中各种污染物的源和汇，并记录 着河流环境变化的丰富信息 ， 通过对河流沉积物理化性质的分析我们可以掌握嘉兴市水体污染现状， 为嘉兴市水体富营养化治理提供理论依据。 参考文献 1 张雁生，候诗宝，杜晶晶等，河流沉积物重金属研究进展，云南农业大学学报， 2009，24（
18、4）： 630 633 2 杨卫东，吴丰昌，澳洲普洛斯本河现代沉积物环境地球化学研究，矿物学报， 1996,16（ 2）： 205 211 3 夏学惠，东野脉兴，周建民等，滇池现代沉积物中磷的地球化学及其对环境影响，沉积学报， 2002， 20(3)： 416 420 4 李震字，朱荫湄，王进，杭州西湖沉积物的若干物理和化学性状，湖泊科学 ,1998，10(1)： 79 84 5 李文朝， 关于湖泊沉积物磷释放及其测定方法的雏议 ，湖泊科学， 1999， 11（ 4）：296 303 6 范成新， 太湖沉积物 水界面生源要素迁移机制及定量化， 湖泊科学， 2004,16（ 1）：10 20 7
19、 杨龙元，蔡启铭，秦伯强等，太湖梅梁湾沉积物水界面氮迁移特征初步研究，湖泊科学， 1998, 10(4)： 41-47 8 黄清辉 ， 王东红 ， 王春霞等， 沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关 系 ， 中国环境科学 2003,23(6)： 583 586 9 惠春莉 , 王黎军 , 赵燕妮 , 等 .洛惠渠灌区盐碱土阳离子交换量的测定 J.地下水 , 2001, 23( 4) :23- 24. 10 袁斌 , 杨剑虹 , 卢扬 , 等 .K2C2O4 KCl 法快速测定石灰性紫色土壤阳离子交换量 J.西南农业大学学报 ( 自然科学版 ) , 2005, 27(6) : 169- 172. 11
20、 林大仪 ， 土壤学实验指导 M， 北京 : 中国林业出版社 , 2004, 7. 12 谢细香， 重铬酸钾稀释热比色法测 定土壤有机质的研究，安徽农业科学， 2005,33（ 6）： 998 999 13 An z， Kukla G， Porter S et a1 Late quaternary dust flow on the chinese loess plateau Catena， 1991， 18(2)： 125 132 14 金相灿，屠清瑛湖泊富营养化调查规范北京：中国环境科学出版社， 1990 15 HAkanson L,Jansson M Principles of lake sedimeutology New York：Spfinger-Verlag， 1983
