1、J.Lake(湖泊科學)，2016,28(1)；59-67DOI10.18307/2016.0107©2016byJournalofLakeSciences雙向環形水槽模擬變化水位和流速下洞庭湖沉積物氮釋放特征童亞莉，梁濤“，王凌青，田舒落(中國科學院地理科學與資源研究所，中國科學院陸地表層格局與模擬重點實驗室，北京100101)摘要：淺水湖泊生態系統中的沉積物-水界面是湖泊內源氮釋放的重要界面，而水動力因素是改變沉積物氮釋放的重要因素.三峽大壩修建以后，長江中下游通江湖泊的水動力條件發生了明顯的變化.通過采集洞庭湖湖口區域的沉積物和水樣，在雙向環形水槽動力模擬裝置內模擬湖泊水位和流

2、速的變化，探討湖泊沉積物氮在沉積物和水系統中的二次釋放特征.結果表明，隨著擾動強度的增加，上覆水懸浮物濃度增大，上覆水中總敏濃度增加，沉積物向上覆水釋放氮的強度增強,水動力條件的改變所引起的沉積物內源氮釋放不容忽視.在該模擬實驗條件F,沉積物存在最適擾動水位(20cm)，此水位下上覆水中懸浮物濃度最低,總機濃度最小.水動力條件的改變對上覆水和沉積物-水界面處鉉態氮和硝態氮濃度的影響并不明顯，孔隙水中鉉態氮與硝態氮之間發生形態的轉化.關箓詞：洞庭湖;氮;沉積物;沉積物-水界面；水位;流速CharacteristicsofnitrogenreleasefromLakeDongtingsedimen

3、tsundervariablewaterlevelandvelocityinthetwo-wayannularflumeTONGYali,LIANGTao”，WANGLingqing&TIANShuhan(KeyLaboratoryofIxindSurfacePatternandSimulation,InstituteofGeographicalSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,P.R.China)Abstract:Sediment-waterinterfaceisacr

4、ucialplaceforinternalnitrogenreleaseintheshallowlakeecosystemandthehydrodynamicfactorshavesigniGcantinfluenceonsedimentnitrogenrelease.AftertheconstructionoftheThreeGorgesDam,hydrodynamicconditionsforshallowlakesinthemiddleandlowerreachesoftheYangtzeRiverhavechangedapparently.Waterandsedimentssample

5、scollectedfromLakeDongtingregionwereusedtosimulatethereleasecharacteristicsofnitrogenfromsedimentsunderexperienceconditionsofvariablewaterlevelandvelocity.Theresultsshowedthatasthewaterlevel/velocityincreased,concentrationsofthesuspendedsolids(SS)andtotalnitrogen(TN)intheoverlyingwaterincreasedandth

6、enitrogenreleaseintensityfromsedimentstooverlyingwaterenhanced.Thisinternalnitrogenreleasecausedbyvariablehydrodynamicconditionsshouldnotbeignored.Underthesimulationconditionstherewasanoptimaldisturbancewaterlevelof20cm,whereconcentrationsoftheSSandTNwerelowestinthewaterlevelnearby.Theinfluenceofvar

7、iablewaterlevelandvelocityonammoniumnitrogenandnitratenitrogenintheoverlyingwaterandsediment-waterinterfacewereunapparent,whiletherewasaformtransformedbetweenammoniumnitrogenandnitratenitrogenintheporewater.Keywords:IakeDongting；nitrogen；sediments；sediment-waterinterface；waterlevel；velocity氮是湖泊水生生態系

8、統的必要營養元素，是限制水生生態系統初級生產力的關鍵因素"但由于湖泊知、磷營養元素的過量攝入，湖泊富營養化問題一直受到廣泛的關注.當天然水體中總磷(TP)濃度大于0.02mg/L、無機氮濃度大于0.2m"L時，可認為水體處于富營養化水平.湖泊營養程度的限制因子與水體中級、磷濃度的比例有關，當水體中N/P低于10時，氮成為限制湖泊營養程度的主要因子.湖泊水體營養*國家重點基礎研究發展計劃”973”項目(2012CB417004)資助.2015-02-18收稿；2015-05-28收修改稿.童亞莉(1991-)，女，碩士研究生;E-mail：tongyali!23.通信作者；E

9、-mail：liangt.共同通信作者；E-mail：tiansh.l5s.致謝：文章實驗部分在中國科學院南京地理與湖泊研究所開展完成，非常感謝該所提供的實驗條件，以及李未老師和丁士明老師在實驗過程中給予的幫助和悉心指導。鹽來源包括外源輸入和內源釋放兩種方式，目前，對多數湖泊的研究表明，在營養鹽外源輸入已經得到有效控制的條件下，沉積物向上覆水釋放污染物的速率明顯增加“刃，內源釋放已或為造成湖泊富營養化的重要原因.湖泊沉積物中氮形態可分為總氮（TN）、可交換態氮和固定態錢等.硝態魂（NO；-N）、亞硝態皴（NO2-N）和鉉態鼬（NH：N）是沉積物TN中較活躍的部分，也是沉積物L水界面交換頻繁的氮

10、形態們.其中NH：-N以可交換態形態存在，而NOJ-N以可溶形態存在,能夠直接被初級生產者吸收用于光合作用，對湖泊富營養化程度具有非常重要的生態意義.湖泊沉積物表面2cm以上是沉積物與上覆水氮、磷循環最活躍的場所，氮在沉積物L水體界面的遷移和交換是一個復雜的生物化學過程,而硝化和反硝化作用是氮在沉積物L水界而進行遷移和交換的主要形式沉積物-水界面系統氮素循環過程比較復雜，容易受到pH值、溫度、溶解氧、微生物擾動、氧化還原電位、營養鹽等因素的影響，而河流水動力條件包括水位和流速的變化能引起這些因素的波動，或者產生直接的作用，導致氮、磷在沉積物包括懸浮物上會出現明顯的釋放、分解或解析作用3叫，從而

11、加重上覆水體營養程度成已有室內模擬試驗表明，淺水湖泊中水動力條件的改變所造成的影響在所有因素中占主導地位，剪切流速對內源營養鹽的釋放起著決定性作用，沉積物中氮的釋放隨著水體擾動強度的增強而增強W.擾動能造成水體中氮濃度的急驛升高而不同波高會改變水體、水土界面、底泥間隙水的溶解氧等條件，從而影響敏的遷移轉化.在強波浪擾動條件下，水體中懸浮物（SS）、TN、NH；-N濃度顯著提高】.但是目前針對水動力條件的改變對通江湖泊沉積物廣水系統中氮二次釋放的影響機制尚不清楚，水位變化對湖泊沉積物敘釋放的研究較少.水動力因素對淺水湖泊營養鹽內源釋放有重要的作用營養鹽一旦進入湖泊，就會在沉積物和水體之間反復循環

12、.當湖泊底部沉積物受到湖流的擾動,沉積物再懸浮會強烈地影響氮在沉積物和水體之間的再分配.研究發現在底泥懸浮過程中，內源氮的釋放與水體中氮被懸浮物吸附同時發生目前室內模擬湖泊沉積物營養鹽釋放主要有3種方法，即振蕩法、波浪水槽法和環形水槽法.振蕩法和波浪水槽法受設備的限制不能模擬湖流流速的變化，所需樣品量較大，成本較高；而環形水槽能夠模擬無限長的水面，槽內流場基本均勾的特征為粗略模擬湖體實際水流狀況提供了可能.洞庭湖是我國第2大淡水湖泊，是長江中游重要的吞吐性湖泊，目前是K江流域僅存的3個通江湖泊之一）.長江和洞庭湖以岳陽城陵磯為匯合口，構成湖水下泄入江或江水倒灌入湖的錯綜復雜的江湖關系.洞庭湖不

13、僅調蓄若長江洪水,長江和洞庭湖因水抵、物質能匿交換而導致江湖沖淤演變、水文悄勢變化以及引起水資源、水環境和水生態效應"叫.自三峽大壩修建以來，K江水文情勢發生了改變,進而影響到洞庭湖的水位和流速，因而研究變化水位和流速條件下洞庭湖沉積物氮釋放特征具有巨大的現實意義與研究價值.本文利用雙向環形水槽進行室內模擬實驗，研究變化水位和流速條件下洞庭湖沉積物-水界面氮的釋放，為進一步認識淺水湖泊水動力作用對湖泊內源營養鹽釋放的影響提供依據，為流域尺度變化水動力條件下沉積物氮的釋放估算提供基礎參數,為通江湖泊富營養化研究與控制提供理論依據.1材料與方法1.1實驗裝置及工作原理雙向環形水槽動力模擬

14、裝置見圖1,由上、下盤及驅動控制系統3部分組成,下盤為1個外直徑120cm、內直徑80cm、槽寬20cm、槽深40cm的有機玻璃環槽，上盤為有機玻璃環片，可根據水深自動調節高度以覆蓋于水面之上.在下盤槽壁不同深度上設有多個取樣孔，可自動控制接取渾水樣品，以便測定不同時間與水深條件下的水樣參數.環形水槽上、F盤各由一臺無級調速電機帶動.下盤順時針運動時會使水流產生沿半徑向外的離心力，而上盤向相反方向即逆時針轉動時，會使水流產生沿半徑向里的離心力，由此可實現內外離心力的抵消實現水體的穩定流動.離心力的大小與轉盤的轉速大小有關，故可通過分別調節上下盤的轉速，使上下盤的離心力大小相等，進而實現內外離心

15、力的相互抵消，達到均勻穩定的流場.設備的前期流速率定實驗顯示，水槽可允許的流速范圍為°0.5m/s.通過改變裝置上盤的高度可以模擬不同水位的變化情況，改變上下盤流圖I雙向環形水槽動力模擬系統結構示意圖Fig.lThestructureoftwo-wayannularflumedevice速，可以模擬不同上覆水流速的變化情況,完成對湖泊水-沉積物界面環境的模擬.1.2實驗設計1.2.1實驗準備模擬實驗所用沉積物和水樣采集于洞庭湖湖口區域（29。26'32爪，113。8'5£）,沉積物平均含水率為44.68%,容重為1.74g/cn?,沉積物100kg為用抓斗式

16、采樣器采集的沉積物表層樣品，并將其裝入清潔的聚乙烯儲物箱中低溫保存并即日帶回，上覆水樣品150L用塑料水箱采集帶回.將帶回的沉積物混合后均勻鋪于容器底部，泥原約6cm.沉積物鋪好后，用虹吸管沿槽壁向水槽內緩緩注入采集的水樣至10cm.待鋪設的沉積物和水樣靜置兩天,使底泥逐漸恢復層理結構后進行模擬實驗.模擬實驗前先采集背景水樣.1.2.2模擬實驗階段（1）變化水位的模擬實驗設定流速為0.3m/s,改變上覆水水位，每一水位均保持水流作用60min,然后分上覆水和沉積物采集樣品，并及時進行分析，之后進入下一水位，如此直到實驗研究的最高水位.水位設定為：10、15、20、25cm.每完成一次水位的模擬

17、之后，用虹吸管沿槽壁緩慢注入采集的水樣至下一水位高度，靜置一天待沉積物、上覆水恢復層理結構，進入下一水位的實驗.（2）變化流速的模擬實驗設定水位為15cm,實驗從靜置開始，逐步加速，每一流速均保持水流作用60min,然后分上覆水和沉積物采集樣品，并及時進行分析，之后進入下一流速.如此直到實驗研究的最高流速.流速設定為：0、0.10、0.15、0.20.0.25x0.30m/s.每次采樣位置分別為距離水槽底面以上3.5,6和17cm.3.5cm處樣品代表沉積物孔隙水樣品,6cm處水樣代表沉積物-水界面處樣品，17cm處水樣代表上覆水樣品.由于實驗容器容積的限制，為保持一定的水量，在實驗進行期間，

18、每次采完水樣，立即向水槽緩緩補充入等量的去離子水，由于擾動充分混合并使沉積物-水界面的物質交換達到平衡.1.3分析測定TN濃度的測定采用堿性過硫酸鉀消解后鑰銳抗分光光度法(方法檢測限為0.01mg/L),NH；N、NO；-N濃度的測定采用分光光度法,SS濃度的測定采用WhatmanGF/C玻璃纖維濾膜抽濾后105筆烘干稱重的方法，沉積物容垂的測定采用環刀法，pH值采用PB-21型精密酸度計測定ms.數據分析在Rstudio(Serverv0.98.1091)軟件中完成.2實驗結果2.1沉積物和水樣的本底分析待沉積物和水樣靜骨兩天恢復結構層理之后，分別在距水槽底面3.5,6和17cm的高度采集孔

19、隙水水樣、沉積物-水界面處水樣和上覆水水樣各2個平行樣,在模擬實驗進行前對樣品進行分析.結果表明，3個取樣點測的TN濃度都比較高，其中孔隙水中的NH：.N濃度遠遠高于沉積物一水界面和上覆水，NON濃度則沒有明顯的差異(表1).表1洞庭湖孔隙水、沉積物-水界面和上覆水水樣的本底值Tab.1Thebasicanalysisofsedimentsandoverlyingwater取樣點pH值SS/(mg/L)TN/(mg/L)NH；N/(mg/L)N0；N/(mg/L)17cm(上覆水)7.8952.351.120.46L736cin(沉積物一水界面)7.833.070.361.953.5cm(孔隙

20、水)8.016.133.491.82“一”表示未測.2.2變化水位的影響2.2.1變化水位對水體SS濃度的影響在實驗模擬水位范圍內,水體中SS濃度隨著水位的升高先降低后升高，在水位為20cm時達到最小值，隨后增大.低水位擾動時，底泥少量懸浮；高水位擾動時，底泥大址懸浮.低水位(10-20cm)擾動階段,SS濃度從632.5mg/L降低至117.5mg/L；®水位(20-25cm)擾動階段,SS濃度發生突變,SS濃度從117.5mg/L增至1672.5mg/L,約增加14倍.為了更深入地探究沉積物起動規律，利用竇國仁的泥沙起動公式來計算洞庭湖沉積物的起動流速和起動切應力(表2),湖流流

21、速保持在0.30m/s.根據表2的結果來看，不同水位所對應的起動流速和起動切應力變化較大，故湖泊水位對沉積物懸浮的影響不容忽視.理論結果顯示水位在10-25cm之間時，隨著水位的升高,泥面的摩阻流速增加，響應所需要的起動切應力和起動流速也增加.但是實鴕所觀察到的結果是當水位為25cm時,沉積物有明顯的懸浮，上覆水中SS濃度明顯增大，這與理論計算值不符.表2洞庭湖不同水位沉積物起動標準.Tab.2There-suspensioncriteriaundervariablewaterlevelinLakeDongting水位/mk值值摩阻流速/(m/s)起動切應力/(N/n?)起動流速/(m/s)1

22、00.0880.160.200.2180.28150.1060.270.270.3210.32200.1270.310.310.4280.38250.1680.440.370.5830.41*A-值是起動摩阻流速公式中的系數;A'值是起動浪速公式中的系數2.2.2變化水位對TN濃度的影響隨著水位的升高，上覆水和沉積物-水界面TN濃度變化趨勢一致，均隨Fig.2TotalnitrogenconcentrationexpressedasafunctionofwalerlevelFig.2Totalnitrogenconcentrationexpressedasafunctionofwale

23、rlevel者水位升高先降低后升高；而孔隙水中的TNQ濃度在水位為1015cm時先降低，之后呈現出與上覆水和沉積物一水界而處TN濃度相反的變化趨勢（圖2）.上覆水、沉積物-水界面和孔隙水中TN濃度變化范圍分別為1.32-5.71、61.32-6.65和4.60-7.55mg/L.從三者的濃度變化趨勢來看,20cm為TN濃度的最適擾動水3位.在水位為20cm時，上覆水和沉積物-水界面§4處TN濃度最小，而孔隙水中TN濃度達到最大5值.在整個模擬實羚過程中，孔隙水中的TN濃度一直高于沉積物-水界面和上覆水中的TN2濃度，表明沉積物作為“源”在起作用，在有外界擾動因素存在或者湖泊生態系統環

24、境因素發生改變時，沉積物中的敏將發生內源釋放.造成°水體中氮濃度的改變.2.2.3變化水位對NH：-N和NO；-N濃度的影響隨著水位的升高，上覆水和沉積物一水界面處的NH；-N濃度基本保持不變.分別在0.310.46和0.20-0.42mg/L之間小范圍波動.而孔隙水中的NH；N濃度隨若水位的增大卻發生明顯的波動,但總體t：呈下降的變化趨勢，從3.52mg/L下降到2.25mg/L（圖3）.32(*§N,ON52205o&25205252051OO2.252051052205H105220510N（）；-N與NH；N濃度的變化規律相似.上覆水和沉積物-水界面處的N（

25、）；.N濃度基本保持不變,分別在1.73-2.01和1.92-2.00mg/L之間小范圍波動.而孔隙水中NO；.N濃度變化趨勢卻與NH：.N相反，呈升高的趨勢，從0.73mg/L增加到1.35mg/L（圖3）.水位/cm水37cm圖3NH；-N和NO；-N濃度隨水位的變化Fig.3Ammoniaandnitratenitrogenconcentrationsexpressedasafunctionofwaterlevel2.3變化流速的影響2.3.1變化流速對水體SS濃度的影響在實我模擬流速范圍內,SS濃度隨著流速的升高而逐漸增大.流速的變化對SS的影響可以分為2個階段:低流速(0-0.20m

26、/s)擾動階段和高流速(0.20-0.30m/s)擾動階段.但流速擾動階段時，SS濃度增加不明顯，從53.0mg/L增至117.5mg/L,而高流速擾動階段SS濃度從117.5mg/L突然增至5377.5mg/L,此時匕覆水體已經明顯渾濁，可以看到大量的顆粒物離開沉積物表面，在湖流的作用下懸浮在水體中.同樣利用竇國仁尚的泥沙起動公式來計算洞庭湖沉積物的起動流速和起動切應力.實驗中水深h控制在15cm,沉積物摩阻流速為0.23m/s,起動切應力為0.586N/n，起動流速為0.27m/s.該理論結果顯示當上覆水流速0.27m/s時，沉積物將發生普遍的慫浮，這也與實驗中的觀察結果一致，流速為0.3

27、0m/s時上岫踞以琴°，£*笠成希流速/(m/s)圖4TN濃度隨流速的變化情況Fig.4Totalnitrogenconcentrationexpressedasafunctionofvelocity岫踞以琴°，£*笠成希流速/(m/s)圖4TN濃度隨流速的變化情況Fig.4Totalnitrogenconcentrationexpressedasafunctionofvelocity2.3.2變化流速對TN濃度的影響從整體變化趨勢來看，上覆水和沉積物-水界面處TN濃度隨著流速的增大而增大,當流速增大到0.30m/5時上覆水和沉積物-水界面處TN濃度相同

28、；而孔隙水中TN濃度在實驗模擬流速范圍內隨者流速的增大卻發生不規則變化，總體呈降低趨勢.上覆水中TN濃度從1.24mg/L增大到3.23mg/L,約為初始濃度的3倍；沉積物一水界面處TN濃度從1.48m/L增大到3.22m/L,也約為初始濃度的2倍；孔隙水中TN濃度從8.37m/L降低到4.83mg/L,約為初始濃度的0.5倍(圖4).在整個模擬實驗中，孔隙水中TN濃度一直高于上覆水和沉積物一水界面，表明沉積物以“源”在起作用，這與上覆水水位變化的模擬實驗中得到的結論一致.2.3.3變化流速對NH：-N和NO3-N濃度的影響上覆水和沉積物-水界面處NH：-N、NO3-N濃度隨著流速的升高變化不

29、大，這與上覆水水位變化模擬實驗得到的實驗結果相似.NH；-N濃度在上覆水和沉積物-水界面處的變化范圍分別為0.270.65和0.20-0.36mg/L.NO；-N濃度在上覆水和沉積物-水界面處的變化范圍分別為1.89-2.02和1.92-2.04mg/L.孔隙水中NH：-N、NO；-N濃度在模擬流速范圍內發生不規則變化,NH；-N濃度的變化范圍為1.753.72mg/L,N0；N濃度的變化范圍為0.691.35mg/L(圖5).3討論3.1變化水位/流速對SS濃度的影響湖流的相互作用會對湖底產生切應力，當湖流產生的切應力大于臨界切應力時，湖底沉積物發生懸浮,而懸浮深度的大小取決于擾動強度.湖底

30、臨界切應力大小與沉積物顆粒粒徑、形狀、密度及粘性等諸多因素有關在不同的垂直深度上，由于生物作用'況、粒徑組成知、化學成分】及其他物理因素的變化，能產生懸浮的臨界切應力的大小也不相同s.本模擬實驗中，低擾動強度即較低水位(10-20cm)和較低流速(00.20m/s)下，由于臨界切應力相對較大，此擾動強度范圍所產生的對湖底的切應力小于臨界切應力，只能看到泥面附近有一層很薄的稀釋層發生懸揚,較輕較細的顆粒物受力發生不明顯的懸浮，此時沉積物屬于“將動未動”狀態;隨著擾動強度的增大，即當水位達到25cm、流速增大到0.30m/s時.湖流產生的切應力明顯大于臨界切應力，可以看到沉積物呈散粒狀在泥

31、面上滾動并開始懸浮，泥面旋渦不斷掀起淤泥,平滑的泥面受到較大破壞,水體完全渾濁，沉積物進入“普遍動”的狀態.對洞庭湖沉積物而言，存在最適擾動水位2。cm,此時水位的影響造成SS濃度最低.從總體來講，隨著擾動強度的增大，沉積物泥面經歷了從“將動未動”狀態到“少星動”狀態.最后進入“普遍動”狀態，沉積物大扭懸浮.這與朱廣偉等3)模擬太湖沉積物的不同起動狀態相同圖5NH：N和NO；N濃度隨流速的變化Fig.5Ammoniaandnitratenitrogenconcentrationsexpressedasafunctionofvelocity3.2變化水位/流速對TN濃度的影響上覆水中TN濃度的變

32、化是沉積物中顆粒物解吸、空隙水釋放和敏遷移轉化的綜合表現.低水位擾動時,孔隙水中的敘釋放通過界面進入上IW水中，底泥顆粒物上結合的敏少量解吸進入孔隙水，不足以補充孔隙水中所減少的敏，因而表現出孔隙水中TN濃度降低;隨若水位的升高.湖流產生的切應力增大，隨著沉積物的再懸浮，大量的秘被顆粒物攜同帶入到上覆水中,TN濃度顯著升高.沉積物中經擾動進入上槌水的觥以溶解態為主“，因而上楸水和界面處的短同時被懸浮的顆粒物吸附，這也可能是低水位擾動時TN濃度降低的一個原因.高水位擾動時,底泥顆粒物的解吸能力增強.敏隨著沉積物再懸浮大缺釋放進入上柜水，造成上覆水和沉積物-水界面處TN濃度明顯升高.隨著沉積物中顆

33、粒物的解吸達到最大值，孔隙水中的TN濃度開始降低.影響湖泊沉積物敏素釋放強度的主要因子包括pH值、溫度、溶解釵、水動力條件等，而在短期時間尺度下，水動力條件是造成沉積物氮素釋放強度增大的最主要因素5】.在0-0.10m/s的流速范圍內，湖流極緩慢地流動，此時上覆水SS濃度很低，兒乎沒有沉積物的慫浮,該范圍內主要:發生孔隙水中少量的敏向上覆水的遷移和沉積物顆粒物上敏的解吸：孔隙水中的缸通過沉積物-水界面遷移進入上覆水中，而沉積物顆粒物上結合的氮還來不及解吸進入孔隙水.不能補充孔隙水中減少的就，因而表現出孔隙水中TN濃度略仃降低；而上覆水中由于沉積物-水界而處和沉積物孔隙水中觥的雙取遷移,短濃度逐

34、漸升高w.隨著湖流流速的增大，對沉積物的擾動加強，上級水SS濃度增大，大trf：的氮素伴隨若沉積物顆粒物的再懸浮遷移進入上覆水.但高流速時，隨者沉積物顆粒物的解吸達到最大值.孔隙水中的TN濃度升始降低.流速為0.15-0.25m/s時，沉積物-水界面處TN濃度增加緩慢，上覆水中TN濃度也逐步增加，但.是增加的ht比沉積物-水界而處小.沉積物中可交換態短經擾動進入上覆水，沉積物-水界面和上覆水中的TN濃度并沒有出現大幅度增加，表明沉積物中可交換態冠含bt較低，由于上覆水的稀釋作用，I：槌水中TN濃度增加址少沉積物一水界面*.Pang等s以太湖沉積物為模擬實驗底泥樣品和去離子水為上覆水水樣進行環形

35、水槽實撿，得出上柜水中TN濃度在一定擾動強度內，不受擾動時的釋放強度比擾動時要大的結論，這與本實驗中流速為00.10mA時沉積物-水界面處TN濃度降低的結果一致.Reddy等*在對Apoka湖的研究中也發現，懸浮作用（懸浮+擴散）造成上的水營芥捻濃度可以達到單純由擴散產生的營養鹽濃度的數十倍;S0ndergaard等25在對丹麥Arrrso湖（面積41知二平均水深2.9m）的野外調查也發現，動力懸浮產生的營養鹽濃度增加可以達到原來的2030倍的數妣級,這充分說明水動力作用在湖泊內源營芥鹽循環中扮演若非常頁要:的作用.3.3變化水位/流速對NH：-N與NO3-N濃度的影響水位擾動強度的變化并不能

36、造成I.覆水和沉積物-水界面處NH：-N與NO；-N濃度的明顯變化，而使得孔隙水中的nh：.n與no;-n濃度變化明顯，并且兩者呈現相反的變化趨勢.王政等;功指出，沉積物中釋放進入上覆水的氮以NH：.N為主，內源釋放涉及兩個反應:硝化反應和反硝化反應.硝化反應的反應速率與溶氧量濃度呈倍數關系，溶解氧濃度升高有利于NH；-N向NO3-N轉化，硝化反應是放熱反應，升溫不利于nh：-n向no;-n轉化.另一方面，必須考慮生物因素，只有在合適的溫度、溶解氧和適宜的酸堿度條件下，生化反應的效率才相對較高.綜合以上因素，雖然水位發生改變，上覆水和沉積物-水界面處物理化學環境條件發生改變，但是導致NH：N與

37、NO；-N轉化的綜合影響卻不明顯,NH：-N與NO3-N之間的轉化達到基本平衡.而孔隙水由于與外界的連通性被宜接阻斷，各因素對NH：.N與NO；.N轉化的影響不能被相互抵消，隨著水位的增加，孔隙水中NH：N與NO；.N之間的轉化發生明顯的改變.同樣地，在室內模擬實驗范圍內，隨著湖流流速的增大，從總體上來看，上覆水和沉積物一水界面處NH：N與NO；N濃度變化趨勢不大，而孔隙水中NH；-N濃度隨流速的增大而降低，相反地,NO,N濃度隨流速的增大而升高，孔隙水中NH；-N與NOJ-N之間發生了轉化.厭氧環境中，沉積物有機質在兼性厭氧細菌和厭軻細曲的分解作用下，有機氮經過降解和礦化而產生NH；-N；有

38、氧條件下，有機質礦化生成的NH>N可通過硝化反應轉化為NO；.N,進一步轉化為NO；-N,因而在本實驗中，流速的變化改變了沉積物-水界面處的氧化還原環境，導致了氮形態之間的轉化.洞庭湖生態系統結構復雜，氮在沉積物與上覆水之間的循環受到多種用素的綜合作用，如pH值、溶解氧、有機質、顆粒物粒級等，由于作用機理的復雜性以及作用因子間的相互作用，目前還沒有統一的科學解釋.4參考文獻1NowlinWH,EvartsJL,VanniMJ.Releaseratesandpotentialfatesofnitrogenandphosphorousfromsedimentsinaeutrophicrese

39、rvoir.FreshwaterBiologyy2005,50(2):301-322.2曲麗梅，姚德，叢丕福.遼東灣氮磷營養鹽變化特征及潛在性富營養評價.環境科學，2006,27(2):263-267.(3金相燦，尚榆民，徐南妮.湖泊富皆養化控制與管理技術.北京：化學工業出版社，2001：87-89.4肖化云，劉叢強.湖泊外源氮輸入與內源氮釋放辨析.中國科學：D乳地球科學，2003,33(6)：576-582.5晏霞，王秋始，王書航等.太湖沉積物氮磷吸附/解吸特征分析.環境科學，201】，32(5)：1285-1291.6王雨春，萬國江，黃榮貴等.紅楓湖、百花湖沉積物全氮、可交換態氮和固定鉉的

40、賦存特征.湖泊科學，2002,14(4):301-309.D0110.18307/2002.0402.7楊龍元，蔡啟銘，秦伯強等.太湖梅梁灣沉積物-水界面氮遷移特征初步研究.湖泊科學，1998,10(4)：41-47.D0I10.18307/1998.0406.8李大鵬，王晶，黃勇.反復擾動下磷在沉積物和懸浮物以及上覆水間的交換.環境科學，2013,34(6)：2191-2197.9羅激蔥，秦伯強，朱廣偉.太湖底泥蓄積址和可懸浮量的計算.海洋與湖沼，2004,35(6)：491-496.10RcitzelK,AhlgrenJ,Gogol1Aelal.Effectsofaluminumtreat

41、mentonphosphorus,carbon,andnitrogendistributioninlakesediment：AP-31NMRstudy.WaterResearch,2006,40(4):647-654.11jXieL,XieP.Long-term(1956-1999)dynamicsofphosphorusinashallow,subtropicalChineselakewiththepossibleeffectsofcyanobacteriablooms.WaterResearch,2002,36:343-349.：12ZhangYK,YangLB,LeiKetal.Exch

42、angeanddepositionfluxesofnitrogenandphosphorusacrosssediment-waterinterfaceinlowerYellowRiver.JournalofSedimentResearch,2013,6：66-74.13：TeslaJM,BradyDC,DiTDMetal.Sedimentfluxmodeling：Simulatingnitrogen,phosphorus,andsilicacycles.EstuarineCoastalandShelfScience,2013,131:245-263.14WuCD,WangY,HanJCetal

43、.PreliminarystudyonnitrogenandphosphorusreleasecharacteristicsfromsedimentinBciguWetland.EnuivonmentalScienceandTechnology,2008,31(4):10-12.'15WangL,IjangT,ZhongBetal.Studyonnitrogendynamicsatthesediment-walerinterfaceofDongtingLake,China.A-quaticGeochemistry,2014,20：501-517.16秦伯強，范或新.大型淺水湖泊內源營非

44、鹽釋放的概念性模式探討.中國環境科學，2002,22(2):150-153.17jJiangYS,LiXC,XingYHelal.ImpactsofdisturbanceonreleaseoftotalnitrogenandtotalphosphorusfromsurficialsedimentsofDongpingl-ake.EnvironmentalScienceandTechnology,2010,33(8):41-44.18 孫小靜，秦伯強，朱廣偉等.持續水動力作用下湖泊底泥膠體態氮、磷的釋放.環境科學，2007,28(6)：1223-1229.19 朱廣偉，秦伯強，張路等.太湖底泥懸浮中營養鹽釋放的波浪水槽試驗.湖泊科學，2005,17(1)：61-68.00110.18307/2005.0110.20 DrewryJJ,N