摘 要：本實(shí)驗(yàn)主要研究了兩種沉積物粒徑(35μm和130μm)對(duì)沉積物中溶解性有機(jī)磷釋放的影響。選取了某淺水湖泊沉積物為研究對(duì)象，利用室內(nèi)循環(huán)直流水槽模擬風(fēng)生流，考察風(fēng)生流持續(xù)擾動(dòng)下，沉積物的不同粒徑對(duì)溶解性有機(jī)磷釋放的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在20cm/s及38cm/s兩種驅(qū)動(dòng)流速條件下，130μm粒徑沉積物試驗(yàn)組中有機(jī)磷釋放速率均大于35μm試驗(yàn)組。驅(qū)動(dòng)流速的提高使得達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的釋放量略有提高，且對(duì)于較大的粒徑，流速的提高更有利于平衡釋放量的提高;此外，驅(qū)動(dòng)流速的提高能夠縮短達(dá)到平衡所需的時(shí)間。

　　關(guān)鍵詞：工程師論文,水槽,沉積物,粒徑,溶解性有機(jī)磷,釋放

　　有機(jī)磷是湖泊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和生命過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在湖泊生態(tài)中的重要性日趨突出，對(duì)有機(jī)磷研究亟待加強(qiáng)[1]。發(fā)現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)作用可大大增加淺水湖泊沉積物再懸浮量，使上覆水總磷濃度增加數(shù)倍[2，3]。因而水動(dòng)力作用下，淺水體沉積物有機(jī)磷尤其是溶解生物有效性有機(jī)磷釋放特征的研究成為焦點(diǎn)。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)材料

　　選擇某淺水湖泊(113°E、28°11′N)沉積物為目標(biāo)研究對(duì)象。依據(jù)《湖泊生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)方法》進(jìn)行樣品采集處理后帶回實(shí)驗(yàn)室陰干研碎并過篩，之后使用磷酸三丁酯溶液浸泡48h。本實(shí)驗(yàn)考慮不同粒徑對(duì)沉積物釋放有機(jī)磷的影響，因此實(shí)驗(yàn)用沉積物將篩分為沉積物I(粒徑為130μm)與沉積物I(粒徑為35μm)。依照《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》，兩種沉積物分別為粉沙(粒徑范圍4-62μm)及沙粒(粒徑范圍62-2000μm)。

　　1.2 裝置和方法

　　試驗(yàn)裝置為循環(huán)直流水槽(L×D×H=10000mm×400mm×500mm)，并配有循環(huán)水泵和聲學(xué)多普勒流速儀各1臺(tái)。試驗(yàn)時(shí)將處置后的沉積物均勻鋪于水槽底部并找平(厚度為70mm)。實(shí)驗(yàn)水深120mm，對(duì)距沉積物面0mm(泥水交界面)及60mm(中層水體)斷面處采集水樣，并記時(shí)為0時(shí)刻。取樣間隔為：0-10h內(nèi)，每隔0.5h取樣一次;10-20h內(nèi)，每隔1h取樣一次;之后每隔6h取樣一次。

　　1.3 分析方法

　　上覆水中有機(jī)磷濃度：上覆水樣品經(jīng)45μm濾膜過濾后，采集過濾液，參照鉬銻抗分光光度法[4]測(cè)定溶解性總磷及無機(jī)磷濃度。其差值即為間隙水中溶解性有機(jī)磷濃度。驅(qū)動(dòng)流流速通過水槽中固定的聲學(xué)多普勒流速儀(ADV)流速儀檢測(cè)。

　　2 分析與討論

　　圖1描述了20cm/s和38cm/s兩種頂蓋驅(qū)動(dòng)流流速條件及35μm和130μm兩種沉積物粒徑條件下沉積物中溶解性有機(jī)磷釋放的綜合特征。兩實(shí)驗(yàn)組有機(jī)磷釋放量由平衡濃度表征，則[OP]1=0.44mg/L，[OP]2=0.49mg/L [OP]3=0.29mg/L，[OP]4=0.30mg/L([OP]1為達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)20cm/s、130μm試驗(yàn)組的有機(jī)磷釋放量;[OP]2為38cm/s、130μm試驗(yàn)組的有機(jī)磷釋放量;[OP]3為20cm/s、35μm試驗(yàn)組的有機(jī)磷釋放量;[OP]4為38cm/s、35μm試驗(yàn)組的有機(jī)磷釋放量)。

　　在35μm試驗(yàn)組中，流速的提高使得沉積物釋放速率提高，在圖表中表現(xiàn)為“更陡”，然而最終平衡濃度(相差0.01mg/L)基本持平;而在130μm試驗(yàn)組中，流速提高也使得試驗(yàn)初始階段的圖表變得“更陡”，即釋放速率提高，并且在試驗(yàn)后期的平衡階段，較高的流速造成了更高的有機(jī)磷平衡濃度(相差0.05mg/L)。可見，控制粒徑時(shí)，驅(qū)動(dòng)流速的提高使得達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的釋放量提高，且對(duì)于較大的粒徑，流速的提高更有利于平衡釋放量的提高。驅(qū)動(dòng)流速提高，使得近底水流的流速提高(驅(qū)動(dòng)流速為20cm/s時(shí)，近底流速為7cm/s;驅(qū)動(dòng)流速為38cm/s時(shí)，近底流速為14cm/s)，從而使得近底水流作用在沉積物表面的粘性切應(yīng)力提高。因而物理吸附的有機(jī)磷將在水流的擾動(dòng)下釋放至上覆水中，更強(qiáng)的剪切力使沉積物顆粒上更多的有機(jī)磷釋放。

　　達(dá)到平衡所需的時(shí)間為：20cm/s驅(qū)動(dòng)流速下，130μm試驗(yàn)組為32h左右，35μm試驗(yàn)組為10h左右;38cm/s驅(qū)動(dòng)流速下，130μm試驗(yàn)組為10h左右，35μm試驗(yàn)組為5h左右;由此可見，當(dāng)驅(qū)動(dòng)流速一定時(shí)，較小的粒徑能夠更快地達(dá)到平衡;而當(dāng)粒徑一定時(shí)，驅(qū)動(dòng)流速地提高能夠縮短達(dá)到平衡的時(shí)間。

　　3 結(jié)束語

　　(1)20cm/s驅(qū)動(dòng)水流擾動(dòng)下，130μm粒徑沉積物試驗(yàn)組中有機(jī)磷釋放速率大于35μm試驗(yàn)組;130μm粒徑沉積物試驗(yàn)組中吸附-釋放平衡出現(xiàn)的時(shí)間為32h左右，而35μm試驗(yàn)組是10h。(2)控制粒徑時(shí)，驅(qū)動(dòng)流速的提高使得達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的釋放量提高，且對(duì)于較小的粒徑，流速的提高更有利于平衡釋放量的提高;當(dāng)控制流速時(shí)，較小的粒徑表現(xiàn)出相對(duì)更大的釋放量。(3)38cm/s驅(qū)動(dòng)水流擾動(dòng)下，35μm粒徑沉積物試驗(yàn)組達(dá)到平衡的時(shí)間為10h，而130μm試驗(yàn)組則為5h。可見，流速的提高能夠顯著減少達(dá)到平衡所需的時(shí)間。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]吳豐昌，金相燦，張潤(rùn)宇，等.論有機(jī)氮磷在湖泊水環(huán)境中的作用和重要性[J].湖泊科學(xué)，2010，22(1)：1-7.

　　[2]楊逢樂，吳文衛(wèi)，陳建中，等.滇池沉積物中磷的釋放行為研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32(11)：48-52.

　　[3]尹大強(qiáng)，譚秋榮.環(huán)境因子對(duì)五里湖沉積物磷釋放的影響[J].湖泊科學(xué)，1994，6(3)：240-245.

　　[4]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法國(guó)家水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(第4版)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.