一种确定湖泊沉积物高氮和/或磷风险区的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用湖泊水体营养状态及其沉积物氮和/或磷吸附/解吸实验来确定沉积物中氮和/或磷的质量分类标准，进而确定湖泊沉积物高氮和/或磷风险区的方法。具体地，本发明专利技术一方面涉及以湖泊沉积物中氮和/或磷为指标建立湖泊沉积物质量分类标准的方法，该方法包括用富营养化模型确定当水体发生富营养化和/或严重富营养化时水体中溶解性营养盐含量的阈值，通过吸附-解吸实验求解沉积物氮和/或磷平衡浓度，然后将沉积物的化学数据与沉积物氮和/或磷吸附解吸平衡浓度进行方程拟合，然后将水体发生富营养化和/或严重富营养化时水体中溶解性营养盐含量的阈值带入方程，从而建立湖泊沉积物中氮和/或磷质量分类标准。相应地，本发明专利技术还涉及确定高氮和/或磷风险区的方法。根据本发明专利技术的方法可以有效、方便地对湖泊营养状况进行评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种湖泊沉积物高氮和/或磷风险区的方法，尤其是一种通过建立湖泊沉积物的氮和/或磷类营养物质质量分类标准确定湖泊沉积物高氮和/或磷风险区的方法。
技术介绍
湖泊富营养化已成为一个世界性的环境问题。大量的湖泊富营养化研究表明湖泊富营养化发生的根本要素是营养盐的超负荷输入。这是一个动态的过程，营养盐的超负荷输入导致浮游植物大量增殖。一方面，水体透明度降低，导致沉水高等植被退化；另一方面，大量的藻类和浮游生物尸体沉入湖底，细菌为分解这些有机残体耗尽湖底的氧气，造成了湖底的缺氧环境。缺氧的环境使各种营养盐， 尤其是磷酸盐的矿化减慢，而沉水植物的消亡则使湖底的沉积物长期性的易被风浪扰动而上翻(如西湖的底泥疏浚)，造成营养盐向上覆水体中大量地再释放，从而诱导和促进水华的暴发。研究还表明湖泊富营养化问题与湖泊沉积物所造成的内源污染有关，而氮、磷作为湖泊中重要的营养盐元素，其在沉积物中的含量与湖泊的富营养化有着极为密切的关系。但就目前专家学者们对水体中氮、磷危害性所做的研究来看，对沉积物中氮、磷营养物质质量评估及分类研究较少，且主要集中在在不同区域营养盐含量对比方面(如有人对东湖及太湖部分湖区沉积物含量及分布进行研究)和已经发生富营养化水体的研究分析上， 最重要的是没有引入关于沉积物的氮、磷含量的质量分类标准。由于没有建立有关沉积物的氮、磷营养物质的质量分类标准，使得现有技术对富营养化湖泊氮磷含量的分析不能确切反映湖泊富营养化的真实现状，也难以确切回答何谓“高氮、磷”的问题，更难以根据沉积物中的氮、磷含量对内源性污染水体可能发生的富营养化程度和可能产生的生态风险进行可预见性评估。因此，提供一种能够准确、有效的分析湖泊沉积物氮和/或磷的污染状况及确定高氮和/或磷风险区的方法迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种建立氮和/或磷营养物质质量分类标准的方法，以及使用该方法所获得的标准确定湖泊沉积物高氮和/或磷风险区方法。本专利技术的第一方面涉及一种建立湖泊沉积物氮和/或磷类营养物质质量分类标准的方法，该方法包括以下步骤a)采集待分析湖泊的表层沉积物样品多个；b)以氮和/或磷含量(mg/kg)为指标，对a)步骤表层沉积物样品分别进行氮和/ 或磷含量的测定并对所得数据进行精度、准确度、代表性、完整性、可比较性评估与筛选；c)选择与待分析湖泊具有相似污染因素的富营养化模型，确定当水体发生富营养化和严重富营养化时水体的氮和/或磷含量(mg/L)；d)配制与待分析湖泊污染现状相对应的水体的氮、磷浓度的梯度溶液，并将该溶液与a)步骤所采集的待分析湖泊的表层沉积物样品进行混合，通过吸附-解吸实验求解沉积物与水体达到吸附-解吸平衡时溶液的吸附-解吸平衡浓度以及此时水体的氮和/或磷含量(mg/L)并对所获得的数据进行质量评估直到满足要求；e)利用b)步骤所测得满足要求的沉积物化学数据与d)步骤所求解的沉积物氮和 /或磷的吸附-解吸平衡浓度建立有关水体氮和/或磷含量与沉积物氮和/或磷含量的拟合方程；f)若拟合方程的置信度< 90% (即ρ > 0. 10)时，重新拟合建模；若拟合方程的置信度> 90% (即ρ < 0. 10)时，将通过c)步骤所确定的水体营养盐含量代入e)步骤所建立的拟合方程，求解湖泊发生富营养化和严重富营养化时的沉积物氮和/或磷含量的阈值，即水体刚发生富营养化时沉积物的氮和/或磷的阈值效应含量和水体发生严重富营养化时沉积物的氮和/或磷的可能效应含量；g)根据f)步骤所求出的沉积物氮和/或磷含量的阈值建立湖泊沉积物氮和/或磷营养物质质量分类标准。本专利技术的第二方面是提供一种利用第一方法所获得的标准确定沉积物氮和/或磷高风险区的方法，该方法除上述步骤a) g)外还包括以下步骤h)将步骤b)所测得的沉积物氮和/或磷含量与步骤g)所建立的沉积物质量分类标准进行比较，确定待分析湖泊及区域的沉积物是否存在富营养风险以及沉积物氮和/或磷的营养风险程度，即当步骤b)所测得的沉积物的氮和/或磷含量低于步骤g)所述标准的阈值效应含量时，该区域的沉积物处于氮和/或磷的低风险状态；当步骤b)所测得的沉积物的氮和/或磷含量高于步骤g)所确定的阈值效应含量但低于所述的可能效应含量时， 该区域的沉积物处于氮和/或磷高风险状态；当步骤b)所测得的沉积物的氮和/或磷含量高于步骤g)所确定的可能效应含量时，该区域的沉积物处于氮和/或磷极高风险状态。为获得更好的技术效果，本专利技术还可分别对上述两个专利技术方法作出如下其中之一或多个技术改进(不包括本领域技术人员可直接毫无疑义的排除的不能成立的矛盾组合)ο步骤a)所述表层沉积物是表层1 20cm的沉积物，其中步骤a)所述表层沉积物是表层1 20cm的沉积物，优选是表层1 10cm、l 15cm，约10cm、或约15cm的沉积物。步骤a)所述表层沉积物是在基本上不扰动沉积物的情况下取样的；步骤a)所述表层沉积物是利用低扰动柱状采样器进行取样的；步骤b)所述氮指标可是总氮、氨氮、硝氮中的一种或多种；磷指标可是总磷、易解吸磷中的一种或多种，但鉴于在上覆水体与沉积物的交换过程中氮素主要以氨氮的形式存在、磷素主要以易解吸磷的形式存在，因此氮指标可优选为氨氮或总氮，磷的指标可优选为易解吸磷和总磷含量；相应的，步骤c)所述水体中氮营养盐阈值可优选为氨氮或总氮的阈值，磷营养盐阈值可优选为易解吸磷或总磷的阈值。步骤c)所述富营养化模型优选修正的卡森指数法(TSIm)。目前我国湖泊富营养化评价的基本方法主要有营养状态指数法(卡尔森营养状态指数(TSI)、修正的营养状态指数(TSIm)、综合营养状态指数(TLI))、营养度指数法和评分法，各个方法都有各自的优缺点。而为了找出作为湖泊重要营养盐元素的氮和/或磷营养物质各个单因子的浓度阈值， 我们优选修正的营养状态指数(TSIm)，其中关于氮、磷的公式分别为TSIm(TP) = 10 (9. 436+1. 6241nTP)...........................(1)TSIm(TN) = 10 (5. 453+1. 6941nTN)...........................O)当TSIm为50认为是富营养化的界限，当TSIm彡70时，认定为严重富营养化，故水体发生富营养化及严重富营养化时水体中营养盐含量阈值，即氮为0. 31mg/L和1. 2mg/L, 磷为0. 02;3mg/L和0. llmg/L,本专利技术在一个实施方案中，以氮为指标，含氮量彡0. 31mg/L是水体发生富营养化时水体中营养盐含量的阈值、含氮量> 1. 2mg/L是水体发生严重富营养化时水体中营养盐含量的阈值；在另一个实施方案中，以磷为指标，含磷量> 0. 023mg/L是水体发生富营养化时水体中营养盐含量的阈值、含磷量> 0. llmg/L是水体发生严重富营养化时水体中营养盐含量的阈值。步骤d)所述梯度溶液中的氮和磷各自独立地分别是所述湖泊现状水体中氮和磷的含量的大约0. 01 50倍，优选是大约0. 02 10倍、大约0. 02 5倍或大约0. 02 2. 5 倍；步骤d)所述吸附-解吸平衡浓度是在吸附-解吸过程达到平衡，水体中的营本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜霞，王书航，王秋娟，金相灿，钟立香，陈春霄，
申请(专利权)人：姜霞，王书航，王秋娟，金相灿，钟立香，陈春霄，
类型：发明
国别省市：