论文总字数：17935字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1 绪论 3

1.1 研究背景 3

1.2 研究目的及意义 4

2 材料与方法 6

2.1 实验仪器与设备 6

2.2 实验材料 7

2.3 采样 7

2.4 测定方法 8

3 结果与分析 11

3.1 沉积岩芯沉积年代与速率分析 11

3.2 上覆水分析 11

3.3 TOC、TN含量和C / N分析 12

3.4 沉积岩芯中的磷形态分析 13

3.5 营养物质的环境地球化学特征分析 15

4 结论 19

参考文献 20

致谢 22

太湖不同营养湖区磷的分布特征及环境污染记录

田瀚鑫

, China

Abstract:Total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN) and the phosphorus species concentrations of sediment cores taken from Zhushan Bay, Meiliang Bay, and East Taihu Lake regions in Taihu Lake, a large shallow lake in China, were determined. Experimental results showed a conspicuous eutrophication trend in the northern area of Taihu Lake. Inorganic P was found to be the main phosphorus form. Fe-bound P accounted for the largest proportion of Inorganic P in Meiliang Bay, an alga-type lake region. In East Taihu Lake, a macrophytic lake region, Ca-bound P was found in higher proportions than in other lake regions, with Organic P present in similarly large proportions. With respect to Taihu Lake sediment cores, the date at approximately 20 cm layer depth was roughly identified as 1950s, while upper 5 cm layers corresponded to the turn of the century. The drastic increase in phosphorus species concentration except for Ca-bound P was indicative of the large quantities of effluent discharge into Zhushan Bay owing to the increased industrial and agricultural production from the 1950s onwards. TN, Inorganic P, Organic P, and total phosphorus (TP) concentrations increased by over 2, 2.5, 2 and 2.5-fold, respectively, over the past five decades. A large proportion of Organic P accounted for TP, and high C/N ratios indicated that East Taihu Lake can be properly classified as an oligotrophic lake.

Keywords:Phosphorus species;Environmental pollution records;Trophic level;Taihu Lake

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 沉积物、磷、太湖及湖泊富营养化概况

沉积物被认为是湖泊中污染物的最终储藏所，其提供了有关污染事件的记录以及有关湖泊环境的人为活动和演化过程。沉积物通过河流运输将其中营养物（C，N和P）分散到湖中，并通过与水体动力学协同作用的复杂的物理、化学和生物作用将其埋藏在沉积物中。

磷一般被认为是水生生物初级生产力的限制因素，尤其是富营养化淡水湖泊的主要减排目标。作为一种重要的内生污染物^[1]，磷可通过流体力学、生物地球化学过程和环境因素（温度，pH，氧化还原电位等）的变化而释放。湖泊富营养化是在自然条件下，湖泊从天然环境中接纳氮、磷等物质，由贫营养化向富营养化过渡，进而演变为沼泽或陆地的过程^[2]。这些氮磷等营养物质有自然条件下产生的，也有人为因素所造成的，其人为因素包括农业施肥和水土流失、畜牧业、渔业、污水灌溉、城镇地表径流、矿区地表径流等。

太湖是位于长江三角洲东南部的一个大型浅水湖，其集水面积36500平方公里，主体面积2338.1平方公里，平均水深2.6米^[3,4]。湖泊是饮用和灌溉用水的重要来源，污水处理场所，多种水产养殖场所，洪水储水库和旅游景点。在水产养殖方面，太湖水生植物盛行于东部，其优势种为马来眼子菜、轮叶黑藻和金鱼藻。近年来，随着城市化进程的加快，流域内工农业生产活动不断增多，大量废水被排放到湖泊中。自20世纪80年代湖泊富营养化被第一次证明以来， 湖泊富营养化一直是一个严重的问题，尤其是在西北地区，在湖泊北部地区经常出现水藻富集现象^[5,6]。重建磷的污染历史，分析太湖磷的赋存形态和转化过程，可为太湖富营养化研究及水环境管理提供理论依据。

1.1.2 研究现状

国外研究概况

根据UNEP（联合国环境规划署）的调查结果显示，世界上有百分之三十到四十的湖泊遭受不同程度的污染，并且其气候干燥的地区的富营养化程度相对严重，如西班牙的 800 座水库中，至少有 1/3 是处于重富营养化状态^[7]，在南美、南非、墨西哥及其他很多地方都有水库重富营养状况的报道^[8]。

国内研究概况

20 年来，我国湖泊水体富营养化发展相当快^[9]。多年的调查结果表明，全国富营养化湖的比例由20世纪70年代的 41%发展到80年代的61%，90年代已经上升到77%。根据对全国39个大、中、小型水库的调查结果表明：在所调查的水库中，处于富营养状态的水库个数和库容分别占所调查水库的30.8%和11.2%，处于中营养状态的水库个数和库容分别占所调查水库的43.6%和83.1%。

1.1.3 研究方法

国土资源部中国地质调查局组织采用统一的采样和分析方法实施全国1:25万多目标区域的地球化学调查，其对我国经济发达和人口密集地区的主要淡水湖泊进行了系统的湖泊沉积物地球化学测量^[10]，为从全国和区域尺度系统评价我国主要淡水湖泊沉积物的环境质量现状和生态风险提供了依据^[11]。此外，对于中国典型湖区湖泊富营养化的研究，则采用多参数相关加权的综合营养状态指数判断所调查湖泊的营养状态，评价指标包括总氮（TN）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）。

目前国际上通用的营养状态指数法：将表征富营养化的三个指标：水体实测的透明度、总磷浓度、叶绿素。通过以下的计算公式转换为卡尔森营养状态指数，易于对水体的富营养化状态进行连续的分级，为科研工作者进行定量的研究湖库的富营养化状态提供了坚实的理论基础。

A.营养度指数法是一种综合湖库众多监测指标的富营养化状态评价方法，即层次分析-主成分分析营养度指数法。它是将具有降维统计分析的主分量分析法和具有系统性的层次分析方法相互有机结合，构建的对湖库富营养化状态的综合评价模型。与营养状态指数法相比，这种方法能够更加科学合理的选取评价指标的和因子的相对权重。

B.评分法：利用湖泊藻类生长旺季的叶绿素湖水中藻类生长高峰值前后三个月的平均值与相应期间 TP、TN、COD和SD（透明度）相关关系，确定评分值，从而判断湖泊营养程度^[12]。

1.2 研究目的及意义

近年来，随着我国对环境治理的重视，目前国内已经设立不少监测站点以及制定大大小小的减污治污方案，其中便包括湖泊富营养化的污染成因的分析与治理方案的制订。富营养化是指水体中的含氮含磷物质超过水体的自净能力所导致的水体污染，进而危害人体健康及环境的污染现象，其通常发生在氮磷含量比较高的水域中。其水体中测得的总氮、总磷、溶解活性磷、有机磷在不同类型沉淀物中的浓度反映了水体中沉积物的种类及成盐类型。

湖泊污染一直是我国环境保护的一个重要研究课题之一，它涉及到生态系统稳定、人类生存环境的优劣程度、生物多样性等多个方面，解决这些方面所存在的问题已成为当今生态建设的主要内容。尽管拥有先进科学技术的现在已采用各种类型的方法和措施对湖泊污染进行了不同程度的治理，但其理论的研究以及处理方式的具体化仍需要进一步加强，并且目前国内对此类污染尚没有成熟的成套治理措施。

本文通过对太湖不同湖区沉积岩芯中磷形态的连续提取，及水样中总磷、总氮等富营养化指标的测定，确定太湖不同区域的富营养化程度及营养盐组分之间的关系，并分别从不同的角度，采用不同的方法对沉积物中磷形态以及营养水平作分析，以充分评价区域富营养指标的大小对区域环境的影响，更加准确地评定湖泊富营养状况。这一系列过程对湖泊富营养化污染以及营养物质减少具有重要的理论意义，从而为相关治理方案提供依据。

2 材料与方法

2.1实验仪器与设备

2.1.1 柱状采样器

又称柱状取样管。采集海底沉积物柱状样品的工具。取样管内套有衬管，以便抽样时样品不受扰动。根据所用动力可分重力取样管、喷水式取样管、浅钻、振动活塞取样器、爆发式取样管及水压式取样管等。本次研究采用重力式采样器。

2.1.2 密封袋

本实验主要用于封装样品、方便样品的运输，其主要材质为聚乙烯塑料。

2.1.3 紫外分光光度计

型号：EMC11-UV

将配置好的标准溶液和空白溶液放入比色皿中，调零之后进行吸光度的测定，记录测定数值。根据朗伯比尔定律（A=εbc），通过标准溶液的浓度与其吸光度的关系制定标准曲线。最后将测得的样品溶液吸光度值代入式A=εbc中求得样品溶液中相关量的浓度值。

2.1.4 CHNO-5元素分析仪

型号：CE-440

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