沉积物是湖库及其流域中营养盐及其他污染物的重要归宿和蓄积库^[1].沉积物-水界面的地球化学行为会对湖泊生态系统有着极为重要的影响, 沉积物中营养盐在某些条件下会以间隙水为介质, 通过扩散、对流以及再悬浮等过程向上覆水体释放^[2~4].当外源污染逐步得到有效控制后, 如何有效控制来自沉积物的内源氮磷负荷就成为了湖库水体治理的关键^[5].氮磷释放风险与氮磷形态、上覆水氮磷质量浓度、间隙水氮磷剖面特征、孔隙度和有机质浓度间的关系最为密切^[6].而底泥、间隙水和上覆水氮磷的垂直分布规律和沉积物-水界面交换通量对研究水体富营养化状况和污染源分析具有重要意义^{[7, 8]}.

随着国内北方部分地区用水日益紧张, 引滦入津、南水北调等跨流域调水工程相继实施, 水库逐渐成为重要的饮用水源地.于桥水库为国家重点大型水库, 是引滦入津工程的重要调蓄水库, 作为天津市重要的饮用水源地, 其水生态环境安全至关重要.近年来, 于桥水库开始出现藻类水华, 但针对于桥水库水体污染和富营养化的研究, 多集中于沉积物重金属、浮游生物群落结构特征及环境评价与治理^[9~11], 而针对于桥水库沉积物-水界面氮磷赋存特征与交换通量的研究则鲜见报道.因此, 开展于桥水库沉积物、间隙水和上覆水之间营养盐质量浓度、分布规律、扩散过程和交换通量的研究, 对了解于桥水库水体内源污染特征, 掌握沉积物中氮、磷营养盐释放特性, 遏制于桥水库富营养化态势和内源污染负荷的治理都具有重要的现实意义.本研究以于桥水库为研究对象, 利用Peeper间隙水采集器获取沉积物间隙水, 采用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.本研究主要探讨氮磷营养盐在沉积物-水界面分布特征、交换过程及空间差异, 以期为于桥水库内源污染负荷治理和水体富营养化防治提供理论支持.

于桥水库位于天津市蓟县城东, 翠屏山北部(40°00′~40°04′N, 117°26′~117°37′E), 是一座山谷型盆地水库, 是天津市生活饮用水和工农业用水的重要水源地.正常蓄水时平均水深4.3 m, 东西最长30 km, 南北最宽8 km, 总库容15.59亿m³, 控制流域面积约为2 060 km², 其中沙河、淋河和黎河是汇入于桥水库的主要河流^[12].水库所在区域属温带大陆性季风性半湿润气候, 年平均气温为10.4~11.5℃, 年平均降水量为748.5 mm, 降雨主要集中在6~9月.目前于桥水库整体水质呈中营养-轻富营养状态(2014年), 主要表现为氮污染超标, 磷为限值因子, 水质营养状态空间差异显著, 富营养化有加重的趋势^[12].

采样点分布如图 1所示, 样品采集时间为2016年8月, 采样点经纬度由GPS定位, 其中S1和S2点分别位于黎河和淋河入库河口, 水库S3和S6南面是高大的翠屏山, S4点北部区域为大片密集的村庄和农田, S5位于水库中间区域, S7点西面是蓟县城区, S8点位于水库下游拦河大坝前.

图 1

Fig. 1

图 1 于桥水库采样点分布示意 Fig. 1 Distribution of sampling sites in Yuqiao Reservoir

从东至西共设置8个采样点, 所有样点均采集柱状沉积物做静态培养释放实验, 各点放置Peeper采集间隙水, S5和S8点由于水深等原因导致Peeper丢失, 间隙水取样失败, 其他研究点成功地获取了间隙水.采样点上覆水基本理化性质见表 1.

表 1 (Table 1)

表 1 于桥水库上覆水理化性质 Table 1 Physicochemical properties of the overlying waters in Yuqiao Reservoir 点位 Eh/mV pH 电导率/mS·m-1 水深/m S1 141.5 9.35 560 4.73 S2 137.7 9.76 550 3.59 S3 138.5 9.17 550 1.97 S4 133.9 10.16 540 2.45 S5 141.4 9.11 560 3.63 S6 56.1 9.35 530 4.36 S7 140.2 9.41 560 3.98 S8 9.9 10.06 530 9.18

表 1 于桥水库上覆水理化性质 Table 1 Physicochemical properties of the overlying waters in Yuqiao Reservoir

用定制Peeper投放器向水下垂直投放Peeper并插入沉积物一定深度, 形成一个完整的沉积物-水剖面. Peeper间隙水采集器构造及具体投放方法详见文献[13]. Peeper内的36个隔室装有去离子水, 并用0.2 μm孔径的聚砜树脂膜覆盖密封, 之后把Peeper放入装有超纯水的桶中通N₂达24 h, 在无氧条件下把Peeper运至采样点使用.当Peeper插入沉积物后, 间隙水及上覆水中的营养盐透过0.2 μm渗透膜进入Peeper的隔室, 经过两周的平衡后, 每个隔室内的营养盐浓度与外界间隙水浓度相同, 这样Peeper中不同深度水样就能够代表原位间隙水^[14].自Peeper投放起计时, 平衡15 d后取出Peeper, 利用移液枪枪头穿刺Peeper上每一个采样单元(1 cm的间隔)的滤膜, 从已穿刺破的孔中抽取适量体积间隙水装入具塞小瓶中于4℃保存.采样结束后快速带回位于南京的湖泊与环境国家重点实验室分析.

在预先设定的8个研究点位用GPS定位, 用重力采样器(直径为90 mm)采集柱状沉积物, 垂直取样深度约为20~35 cm, 每点采集4根柱子, 并用多参数水质仪(YSI)探测沉积物-水界面处的温度.同时取原位上覆水10 L备用.将采集的样品运输到位于于桥水库坝前的天津市水务局于桥水库管理处的水质科实验室进行静态释放实验研究.在实验室内将采集的沉积物柱样3根用于平行释放实验, 1根柱状沉积物按每层5 cm切分后放入干净的聚乙烯袋中密封低温保存.释放实验在室内将柱状样中上层水用虹吸法抽去, 再用虹吸法沿壁小心滴注已过滤的原采样点水样, 至液面高度距沉积物表面20 cm处停止(此时水柱体积为1 135 mL), 标注刻度, 将所有柱状样蔽光室内按照水库原位温度进行恒温培养.此后在指定时间(0、12、24、36、48、60、72 h)用移液管于水柱中靠近沉积物表层5 cm处取样, 每次取样体积为50 mL, 同时用原样点初始过滤水样补充至刻度以保持水量平衡, 全部实验于72 h(3 d)止, 每次采样的样品用干净的100 mL塑料瓶盛装并及时放入冰箱4℃保存, 待实验结束后样品迅速带回位于南京的湖泊与环境国家重点实验室分析.

沉积物-水界面营养盐交换速率(F)按下式计算^[15]：

式中, F为平均交换通量[mg·(m²·d)^-1]; V为柱中上覆水体积(L); c_n、c₀、c_j-1为第n次、0次(即初始)和j-1次采样时某物质质量浓度(mg·L^-1); c_a为添加水样中的物质质量浓度(mg·L^-1); V_j-1为第j-1次采样体积(L); S为柱样中水-沉积物接触面积(m²); t为释放时间(d).所计算的营养盐释放速率均为3 d平均表观交换通量.

静态释放水样及间隙水水样中磷酸盐(PO₄^3--P)、氨氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)和亚硝态氮(NO₂^--N)的分析采用流动注射分析仪进行分析(Skalar Sanplus, 荷兰).沉积物烘干研磨过100目筛后, 无机氮采用Bremner氯化钾[c(KCl)=2mol·L^-1]提取, 易释放态磷用1mol·L^-1的NH₄Cl提取, 提取液经离心后取上清液过0.45μm滤膜后测样, NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N分别用纳氏试剂比色法、紫外分光光度法和重氮偶合分光光度法测定, PO₄^3--P用钼蓝比色法测定.

所有实验数据使用Excel 2007和SPSS 22.0进行整理和统计分析, 使用Origin 2017和ArcGIS 10.2软件进行绘图.

由氯化钾提取的无机氮(主要是铵态氮、硝态氮和亚硝态氮)和氯化铵提取的磷通常都是易交换态的, 而沉积物中易交换态氮、磷容易释放到间隙水, 进而会扩散至上覆水中.无机氮的增加将导致水体富营养化, 活性磷作为湖泊水库等水体浮游植物生长所必需的物质基础, 往往被认为是湖泊等地表水体的一种限制性营养盐, 湖泊水库等水体易交换态氮、磷的增加将促进各种水生生物的活性, 如藻类大量繁殖等, 进而带来一系列后果, 如水体溶解氧降低, 水质恶化等.

图 2表示了S1、S2、S3、S4、S6和S7这6个采样点沉积物0~20cm中PO₄^3--P、NH₄⁺-N、NO₃^--N与NO₂^--N的分布特征.从中可以看出, 在垂直方向上, PO₄^3--P、NH₄⁺-N、NO₃^--N与NO₂^--N在沉积物中的含量总体上都表现出随深度增加逐渐降低的特征. 6个采样点中PO₄^3--P的含量基本在0.5~6.5mg·kg^-1之间, 在空间分布特征上, 其中S2和S7点含量较高, 其水平分布为S7>S2>S1>S6>S3>S4, 大致表现出水库上下游含量高, 中间含量低的特征, 其中中部南岸高于北岸, PO₄^3--P在各样点间浓度差异较大, 与水库不同部位的沉积物中有机质的含量有关. NH₄⁺-N含量基本在0.5~10.9 mg·kg^-1之间, 其中S2点最高, 水平分布基本为S2>S1>S3>S6>S4>S7, 表现出自水库上游到下游逐渐降低的趋势, 这点与PO₄^3--P的水平分布特征不同, 其中南岸大于北岸. NO₃^--N在沉积物中的含量在2.2~16.2 mg·kg^-1之间, 水平方向上分布为S2>S6>S7>S3>S1>S4, NO₂^--N在沉积物中的含量在0.05~0.6 mg·kg^-1左右, 水平分布为S2>S6>S7>S3>S1>S4, 其水平分布特征与NO₃^--N保持高度一致.

图 2

Fig. 2

图 2 沉积物中营养盐含量分布 Fig. 2 Distribution of nutrients in the sediment

从图 2中可以看出S2点沉积物中各种营养盐含量都处在相对较高的水平, S2点位于淋河入库口, 上游携带的营养物质在此处沉积, S2北岸有大面积农田分布, 化肥等营养物质输入较高, 受人为活动影响比较大, 这可能是该点沉积物中营养盐含量相对较高的原因; S4点各种营养盐含量相对较低; S7点PO₄^3--P含量最高, 而NH₄⁺-N含量最低, 此采样点靠近蓟县城区, 受人为活动影响也比较大.陈蕾等的研究表明水库底泥中赋存氮、磷物质的多少, 在一定程度上能够影响间隙水中氮、磷的浓度^[16].

本实验获得的于桥水库间隙水中各营养盐分布情况见图 3.通常, 在氮、磷释放时, 沉积物中吸附的氮磷首先进入沉积物间隙水, 这一步常被认为是氮、磷释放速率的决定步骤, 进而向上层多相界面和上覆水混合扩散, 扩散的强度主要取决于沉积物间隙水中营养物质的浓度梯度^[17], 间隙水氮磷浓度的高低是沉积物氮磷释放能力和强度的直接反映.

图 3

Fig. 3

深度中正值表示上覆水, 负值表示沉积物中间隙水 图 3 上覆水-间隙水营养盐垂直分布特征 Fig. 3 Vertical characteristics of nutrients in the overlying-interstitial water

PO₄^3--P的垂直分布特征在各采样点呈现高度的一致性(图 3). PO₄^3--P在沉积物间隙水中的质量浓度基本在0.01~5.1 mg·L^-1之间, 其中S2点最高, PO₄^3--P在上覆水中质量浓度较低, 平均质量浓度为0.04 mg·L^-1.间隙水与上覆水PO₄^3--P质量浓度的差异反映了沉积物-水界面磷酸盐的迁移过程, 主要以间隙水向上覆水迁移及扩散为主, 沉积物起到了“源”的作用^[18].通过对于桥水库表层沉积物中各形态磷含量的研究(另文发表), 发现沉积物潜在活性磷中铁结合态磷(Fe-P)含量最高, 最大值达332.1mg·kg^-1, 最小值为75.3 mg·kg^-1, 平均值为161.8 mg·kg^-1, 而Fe-P在释放过程中对上覆水体中磷浓度变化的影响较大.此外, 水库中有机态磷(Org-P)总体含量较低, 但东西部相对较高.沉积物间隙水中PO₄^3--P浓度高于上覆水, 主因在缺氧的沉积物中, 铁结合态的磷和较易分解的含磷有机物, 可分别通过三价铁还原和有机质分解释放游离态的PO₄^3--P, 从而使其浓度远大于上覆水^{[19, 20]}.间隙水中PO₄^3--P质量浓度在沉积物表层0~5 cm左右快速增加达到最大值, 其中S1、S6、S7最大值在1.5 mg·L^-1左右, S2、S3最大值分别为5.1 mg·L^-1和0.71 mg·L^-1.在5~15 cm处, S1、S3、S7点PO₄^3--P平均质量浓度又迅速降低至0.04 mg·L^-1, 深度超过15 cm时PO₄^3--P浓度趋于稳定, S2点PO₄^3--P在5~30 cm处迅速降低至0.01 mg·L^-1, 深度超过30 cm后PO₄^3--P浓度趋于稳定.王一茹等^[21]对滇池草海间隙水的研究表明间隙水磷浓度由表层至下层呈现先增加后下降的趋势, 间隙水磷浓度最高值主要分布在6 cm左右, 这与本文的研究结果基本一致.

NH₄⁺-N的垂直分布特征与PO₄^3--P具有较高的一致性, 其相关系数在0.73~0.99之间, 平均值高达0.89(P < 0.01), 达到相关性显著, 说明两者之间具有一定的内在联系.从图 3可以看出, NH₄⁺-N是间隙水中主要的无机氮形态, 上覆水中NH₄⁺-N浓度较低, 且上下较一致, 各点的平均质量浓度为0.12 mg·L^-1, 沉积物间隙水中的NH₄⁺-N质量浓度基本在1.8~21.8 mg·L^-1之间, 间隙水显著高于上覆水, 这暗示着沉积物是上覆水中氨氮主要的“源”, 沉积物的氨氮浓度成为影响于桥水库水质的主要因素.垂直方向上NH₄⁺-N在0~5 cm处快速增加到最大值, 在5~20 cm又逐渐下降, 在20 cm以下深度维持在相对稳定的水平, 在2.59 mg·L^-1左右波动.李宝等^[22]对滇池福保湾间隙水的研究得出间隙水PO₄^3--P和NH₄⁺-N浓度在垂向上都有先增加后降低的趋势, 具有较大向上覆水释放的潜力.

NO₃^--N与NO₂^--N在上覆水和间隙水中波动明显, 垂直方向上分布规律不明显.间隙水中NO₃^--N与NO₂^--N的质量浓度分别在0.01~2.2 mg·L^-1和0.001~0.3 mg·L^-1之间. S1采样点上覆水中NO₃^--N与NO₂^--N的质量浓度明显高于间隙水中的浓度, 表明沉积物-水界面主要表现为吸附状态. S7点则相反, 表现为间隙水中NO₃^--N与NO₂^--N的质量浓度高于上覆水, 表明此处以释放为主.

通过比较可以看出, 沉积物间隙水中营养盐的主要成分是PO₄^3--P和NH₄⁺-N.间隙水中氮主要以NH₄⁺-N的形式存在, 这与文献[16, 21]的研究结果一致.沉积物有机氮在微生物作用下可矿化出大量的NH₄⁺-N, 厌氧环境中NH₄⁺-N以铵离子的形式储存在间隙水中或吸附在沉积物矿物表面^[23], 从而提高了沉积物间隙水NH₄⁺-N质量浓度, 而沉积物间隙水NH₄⁺-N释放则成为了上覆水氮素的重要来源.

在空间分布上, 6个采样点的沉积物间隙水中营养盐的分布存在较大差异, 这与6个点所处的位置条件、溶解氧水平、氧化还原环境及微生物活动有关.间隙水中PO₄^3--P的质量浓度在空间上呈现出S2>S6>S7>S1>S3>S4的分布特征, NH₄⁺-N的质量浓度则表现为S2>S7>S6>S3>S1>S4, 其中S2点间隙水中PO₄^3--P和NH₄⁺-N的质量浓度最高, 这与其沉积物中营养盐含量很高相一致, 且该处又处于河口, 与扰动剧烈有关; S4点间隙水中PO₄^3--P和NH₄⁺-N的质量浓度最低, 可能的原因是其沉积物中营养盐含量低, 且其靠近岸边, 水深较浅, 溶解氧较高的缘故.此外, 与图 2比较可知, 营养盐含量在间隙水中与沉积物中的空间分布并不完全一致, 这说明沉积物中营养盐含量并不是其释放到间隙水中的决定性因素, 但沉积物作为水库营养盐的一个重要“源”, 在其他条件的作用下可能会有较大的释放潜力.

静态培养过程中, 各采样点PO₄^3--P在柱状沉积物上覆水中的浓度随时间的增加而呈现增大趋势(图 4), 在沉积物-上覆水界面处以释放为主.总体释放速率在1.14~13.31 mg·(m²·d)^-1之间, 在水库中部S3和S6释放速率明显大于S4和S5, 表明水库中部PO₄^3--P南岸释放速率要高于北岸, 这与S4点间隙水中磷酸盐含量最低, 且南岸背靠翠屏山, 地表径流冲刷携带的营养盐在南岸沉降堆积及扰动有关. S1和S2位于水库上游, 但S2沉积物及间隙水中PO₄^3--P的含量远大于S1中PO₄^3--P的含量, 所以S2的释放速率高于S1. S7和S8位于水库下游, 其释放速率相对处于中等水平, S7点虽然沉积物中磷酸盐含量较高, 但其氧化还原电位较高, 这可能限制了磷酸盐的释放速率, S8点水深较深, 沉积物-水界面处扰动作用较弱.各点释放通量的差异, 与沉积物中营养盐含量、氧化还原条件、温度、pH、有机质含量等因素有关.沉积物中有机物分解为可以利用的营养盐, 其可以释放到上覆水体, 且溶解性有机碳和溶解氧也可以控制沉积物中磷的释放^{[24, 25]}, Chlot等^[26]研究表明有机质以及氨基盐的氧化会增加溶解性活性磷的释放速率, 然而, 有机碳和氮负荷的增加是如何影响沉积物中磷的释放, 这一机理目前尚不清楚^[27], 也有研究表明NO₃^--N通过促进微生物的矿化而增加界面磷的释放速率, 但也不是对所有的沉积物均能发挥作用^[28].

由图 3可知, PO₄^3--P在间隙水和上覆水之间存在较大的浓度差(释放潜力), 但就其空间分布特征来看, 间隙水中PO₄^3--P的质量浓度(S2>S6>S7>S1>S3>S4), 与沉积物-水界面磷释放量(S6>S2>S3>S7>S1>S4, S5和S8除外)之间并不完全一致, 这表明磷的释放通量并非完全受沉积物-水界面浓度差(释放潜力)的控制, 表明沉积物-水界面磷的迁移过程受多种因素影响.已有的研究表明在好氧条件下沉积物表层毫米级别的好氧层及沉积物-水界面处的底层扩散边界层会阻止间隙水磷向上覆水体迁移^[29], 当上覆水水体中溶解氧降低, 好氧层或者扩散边界层变薄或消失, 间隙水中的溶解性磷会随着浓度梯度更容易向上覆水体扩散^[30].

图 4

Fig. 4

误差线为标准误, 下同 图 4 静态培养下不同采样点上覆水PO43--P质量浓度变化及其释放速率 Fig. 4 Changes in PO43--P concentrations in the overlying water for different core samples and its release rate under static incubations with intact sediment cores

静态培养过程中, S4和S7点上覆水中NH₄⁺-N浓度随时间变化差异不大(图 5), 波动中略微上升, 其余各点均呈现出随着时间的增加而变大的趋势, 总体增大趋势明显, 说明NH₄⁺-N在沉积物-上覆水界面处以释放为主.总体释放速率在20.6~250.5 mg·(m²·d)^-1之间.其中S2和S8的释放速率较高, 中部各点次之. S8点位于水库下游, 靠近大坝, 水深较深, 且此处受夏季风向的影响容易发生藻类水华的沉降聚集, 夏季沉积物表层缺氧, 在还原条件下其氨氮释放速率较高; S2点沉积物及间隙水中NH₄⁺-N含量较高且位于淋河口, 此处沉积物受人为活动影响较大, 这可能是其释放速率相对较大的原因; S7点沉积物中氨氮含量最低, 又靠近岸边, 沉积物扰动作用明显, 沉积物更容易发生再悬浮, 浅水区沉积物厌氧程度相对较低, 故其释放速率较低; 中部S3>S4, S6>S5, 总体表现出上下游释放量较高, 水库中部南高于北的释放特征.

图 5

Fig. 5

图 5 静态培养下不同采样点上覆水无机氮质量浓度变化及其释放速率 Fig. 5 Changes in inorganic nitrogen concentrations in the overlying water for different core samples and its release rate under static incubations with intact sediment cores

上覆水中NO₃^--N浓度在S1、S2、S5和S8处随时间增加而下降, 在沉积物-上覆水界面以吸附为主; S3、S4、S6和S7随时间增加略有升高, 在沉积物-上覆水界面以释放为主.总体交换通量在-20.4~33.4 mg·(m²·d)^-1之间.除S5外, 水库中部区域均以释放为主, 水库上下游两端以吸附为主.上覆水中NO₂^--N浓度在S3、S4、S5、S6和S7点变化幅度很小, 而S1、S2和S8点变化幅度较大, 其中S1和S2点上覆水中NO₂^--N浓度随时间增加而大幅度降低, S8点略有增长, 说明S1和S2点沉积物-上覆水界面以吸附为主, S8以释放为主.总体交换通量在-7.4~0.4 mg·(m²·d)^-1之间.

与PO₄^3--P一样, NH₄⁺-N在间隙水和上覆水之间也存在很强烈的浓度差(释放潜力), 其间隙水中NH₄⁺-N的质量浓度(S2>S7>S6>S3>S1>S4)与沉积物-水界面NH₄⁺-N释放量(S2>S6>S1>S3>S7>S4, S5和S8除外)的空间分布特征也有一定差异, 这是因为间隙水中NH₄⁺-N除了通过分子扩散作用进入上覆水外, 还可通过硝化或者氨氧化过程, 在沉积物表层的兼性厌氧层中降低其浓度, 从而降低间隙水中NH₄⁺-N的释放潜力^[31].总的来说, 淡水沉积物中氮的矿化及再生过程通常受到有机质分解速率、沉积物沉积速率、生物扰动作用以及微生物转化作用的影响^[32], S1和S2靠近入库河口, 上游河流携带大量新鲜的有机物在此处沉积, S8位于水库下游, 大量颗粒物在坝前堆积.夏季高温环境下, 水库底部沉积的有机物降解消耗大量氧, 沉积物-上覆水界面处于缺氧或厌氧环境, 此时在还原条件下, 由于反硝化作用沉积物颗粒吸附NO₃^--N和NO₂^--N并将其还原NH₄⁺-N释放到间隙水, 进而扩散至上覆水, 这也与表层沉积物间隙水中NO₃^--N和NO₂^--N质量浓度极低, 而NH₄⁺-N质量浓度极高相一致.

综上可知, 夏季于桥水库沉积物主要表现为“源”向上覆水体释放氨氮和磷酸盐, 可见内源释放在于桥水库水体富营养化的进程中扮演者重要的作用, 其中S2点位于淋河入库口, 其营养盐释放潜力较大, 且采样时已经观察到该处夏季已有藻类水华发生. S8位于坝前区域, 此处水深较深, 受夏季风向的影响藻类水华容易沉降堆积, 内源氮磷释放也相对较为强烈.另外水库南岸个别区域营养盐释放潜力也较大, 这些区域在于桥水库水体富营养控制上应重点防治. 表 2是近年国内外湖库NH₄⁺-N和PO₄^3--P营养盐释放通量, 通过比较可知于桥水库氮磷释放通量较高, 内源释放对于桥水库富营养化的进程具有重要影响.

表 2 (Table 2)

表 2 国内外湖库氮磷扩散通量比较 Table 2 Comparison of fluxes of ammonia and orthophosphate in domestic and foreign lakes and reservoirs 湖库名称 NH4+-N/mg·(m2·d)-1 PO43--P/mg·(m2·d)-1 太湖[33] 29.1 1.1 抚仙湖[30] 2.1~13.7 0.4~1.1 滇池[34] 22.9~163.1 0.9~2.1 骆马湖[15] -7.3~77.9 0.1~0.5 加拿大Deer Lake[35] 39.0~62.0 1.0~1.8 周村水库[36] 62.8~133.2 0.4~1.3 于桥水库(本研究) 20.6~250.5 1.1~13.3

表 2 国内外湖库氮磷扩散通量比较 Table 2 Comparison of fluxes of ammonia and orthophosphate in domestic and foreign lakes and reservoirs

(1) 于桥水库沉积物中无机氮及易释放态磷在垂直方向上表现出随深度加深营养盐含量减小的趋势, 水平方向上PO₄^3--P在水库上下游含量高, 中间含量低, NH₄⁺-N表现出从水库上游到下游逐渐降低的特征, 水库中下游南岸PO₄^3--P和NH₄⁺-N含量明显高于北岸.

(2) 沉积物间隙水中营养盐的主要成分是PO₄^3--P和NH₄⁺-N.间隙水中无机氮主要以NH₄⁺-N的形式存在, 间隙水中PO₄^3--P和NH₄⁺-N明显高于上覆水, 表明水库沉积物具有很大的营养盐释放潜力.在垂直方向上都表现出在0~5 cm深度营养盐浓度迅速增大, 在5 cm以下随深度的增加而降低的特征. NO₃^--N与NO₂^--N在上覆水和间隙水中含量较少, 波动明显, 水平分布差距显著.

(3) 沉积物-水界面PO₄^3--P和NH₄⁺-N的释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m²·d)^-1和20.6~250.5 mg·(m²·d)^-1, NO₃^--N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m²·d)^-1之间, NO₂^--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m²·d)^-1之间. PO₄^3--P和NH₄⁺-N在空间差异上总体表现为淋河口及水坝前释放通量高, 中部南高于北的释放特征.于桥水库PO₄^3--P和NH₄⁺-N释放通量相对较大, 且各个研究点均表现为“源”, 表明沉积物内源释放是水库上覆水中营养盐的重要来源, 应及时采取措施控制内源负荷, 防止水质进一步恶化.