2024年3月23日发(作者：令宏畅)
2021年
第5期 广 东 化 工
第48卷 总第439期 ·
115
·
湖泊沉积物氮污染及其释放风险研究
路丁
(科盛环保科技股份有限公司 技术中心，江苏 南京 210046)
[摘 要]湖泊水体富营养化已成为公认的重大环境问题，其中底泥氮污染是水体富营养化的重要原因之一。本文对底泥氮的分级研究、氮的
吸附性质研究、以及氮的释放风险评价进行了分析总结，期望对底泥氮污染的治理提供参考。
[关键词]水体；底泥；氮污染；释放风险
[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)05-0115-02
The Research of Nitrogen Pollution in Lake Sediments and Its Release Risk
Lu Ding
(Technology Center of Kesheng Environmental Protection Technology Co., Ltd., Nanjing 210046, China)
Abstract: The eutrophication of water has been a worldwide environmental problem, and the pollution of nitrogen in the sediments is one of major reasons for
eutrophication. In this paper, the fraction, adsorption, and release risk of nitrogen in the sediments were analyzed and summarized. We hope that it may provide the
reference for the treatment of nitrogen pollution in the sediments.
Keywords: water；sediment；nitrogen pollution；release risk
1 研究概况
水体富营养化会导致大量的社会问题和生态问题的产生，如
影响景观，恶臭味散发；生物多样性减少，生态系统优势种改变，
可利用水资源大量减少等。湖泊是流域物质的汇，其演化过程中
的物理、化学、生物特征都被湖泊沉积物忠实地记录和保存。
我国自上个世纪八十年代开始，对地表水体(包括湖泊、河道、
水库等)开展了丰富的探索工作，发现底泥中氮元素的含量以及赋
存形态对水体营养状态存在较大影响。国内对水体底泥中氮的分
布情况、释放风险及溯源跟踪等进行了大量的研究。水体中氮的
来源有外源和內源之分，目前对于水质的改善以及恢复措施多集
中于降低外源氮输入，然而，在适当条件下沉积物氮的释放则会
在一定程度上降低这些措施的实际效果
[1]
。自然水体中底泥是营
养元素——氮的“汇”或者“源”，通过底泥中所含间隙水与上
覆水体进行营养元素交换，从而对水体营养状态产生影响，是水
体营养元素循环的关键环节。因此通过研究底泥中氮元素的含量
以及赋存形态，并结合水体的污染特性，分析其潜在释放能力，
进行跟踪溯源就显得非常重要。
2 底泥氮分级研究及赋存形态
底泥中各形态氮的时间分布特征和空间分布特征及其占总氮
的比例，对于底泥-上覆水界面的营养盐交换以及底泥氮的生物可
利用性影响重大。
氮是水域生态系统中重要的营养元素，也是限制湖泊生产力
的重要元素之一
[2]
。沉积物是上覆水氮的一个重要来源，决定上
覆水氮浓度的重要因素之一就是沉积物氮的释放
[3-4]
，因此，沉积
物氮的释放可能对水质产生重要影响
[5]
。但是，并不是所有的氮
都可以从沉积物释放进入上覆水体并对湖泊富营养化产生贡献
[6]
。因此，若对水域生态系统富营养化风险进行评价，就有必要
在沉积物总氮研究的基础之上，对氮分级也进行广泛的研究
[7-8]
。
马红波等
[9]
2003年根据Rutlenberg
[10]
1992年提出的对沉积物
不同形态氮的提取方法，在渤海对沉积物氮的形态重新进行了划
分，将沉积物氮分为可转化态氮和不可转化态氮，可转化态氮根
据提取剂提取能力的强弱来决定提取出来的氮与沉积物结合的牢
固程度；依次分为离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、
铁锰氧化态氮(MOF-N)、以及有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)，
不可转化态氮通过总氮与可转化态氮差减得到，这为沉积物不同
形态氮的分布特征及环境意义的研究打开了新的领域。之后对湖
泊沉积物不同形态氮分布特征及环境意义的研究多沿用此法，或
稍微改动。吴丰昌
[11]
1996年对云贵高原四个湖泊沉积物不同形态
氮的分布特征进行了研究，并介绍了其对沉积物-水界面氮循环的
影响及其环境意义，但是，其对沉积物氮的分级较为简单，未能
根据各形态的地球化学性质进行划分。王圣瑞等
[12]
2007年对不同
污染程度的五里湖、月湖、东太湖、以及贡湖的不同粒级沉积物
进行了氮分级研究，分析了可转化态氮与其沉积物的地球化学特
征之间的关系，得出沉积物粒级越细，可转化态氮含量越高以及
污染程度越高，可转化态氮和细颗粒物含量越高的结论。Wang
等
[13]
2008年在长江中下游地区不同湖泊选取了14份沉积物样品，
在对沉积物进行释放试验前后均对沉积物进行了氮形态分布特征
的研究，并据释放试验前后不同形态氮含量的改变来推断各形态
氮对上覆水体氮含量的贡献程度，以此可进一步推断其对富营养
化的贡献。Li等
[14]
2012年在对滇池表层沉积物氮分布特征研究中
提出，根据各形态氮的含量以及分布特征，可以判断出沉积物已
成为上覆水体氮的一个重要来源。赵海超等
[15]
2013年对洱海表层
沉积物中不同形态氮的空间分布和季节性变化特征进行了研究，
结果表明洱海沉积物总氮含量高于长江中下游湖泊，表层总氮富
集明显，但是其沉积物氮释放量低于长江中下游湖泊，并根据总
有机氮的研究，得出有机氮受外源输入影响较大。马久远等
[16]
2014
年对太湖的一条入湖河流太滆运河的入湖口进行了氮素分布特征
的研究，从太湖入湖口的角度对入湖河流的外源输入对太湖营养
水平的影响进行了分析，但是其只研究了总氮、无机氮以及有机
氮，对氮形态的划分不够详细。Huo等
[17]
2014对我国不同地区的
湖泊表层沉积物进行了氮赋存形态的研究，所研究区域有东部平
原地区、云贵高原地区、东北地区、青藏该院地区、以及蒙古新
疆地区，其将沉积物氮分为无机氮、有机氮、固定态氮、以及可
交换态氮。其研究区域之广，为我国自湖泊沉积物氮研究开始之
最。
3 底泥氮吸附特性
在底泥氮分布特征研究之外，底泥氮释放潜能已日益成为重
点研究内容之一。底泥氮的吸附特性是研究底泥氮释放潜能的重
要途径之一。底泥对氮的吸附—解吸是一个非常重要的过程，其
影响着氮的运输、生物有效性、以及上覆水及间隙水的浓度。姜
霞等
[18]
2011年在太湖对沉积物氮吸附-解吸性质进行了研究，以
期明确太湖沉积物“源”“汇”情况，通过90组实验以及结合间
隙水、沉积物各形态氮的分布特征最终得出结论：在总体水平上，
太湖沉积物是上覆水体的“源”。Cheng等
[19]
2014年在大亚湾的
研究中采用Fick’s定律计算了沉积物-水界面营养盐的释放速率和
每年的释放量，其得出的结论为沉积物是一个潜在的内源污染，
并提出，受潮汐和海水深度的影响，营养盐的扩散和移动规模呈
现长条型，其一公里长，五十米宽。但是，Fick’s定律所得出的
结果只能称之为理论结果，其得出的扩散速率和每年的扩散量与
静态培养法存在较大差异，至少，其结论存在争议。
4 底泥氮释放风险
探讨底泥氮释放风险，除了上述对底泥氮吸附特性的研究外，
另一种方法是根据各分级态氮占可转化态氮的百分比以及可转化
态氮占总氮的比例进行评价。其根据为不同的氮分级形态呈现不
[收稿日期] 2020-12-25
[基金项目] 六合区科技成果转化项目(2019SX21000002)
[作者简介] 路丁(1990-)，男，江苏南京，硕士，2015年毕业于华侨大学，现工作于科盛环保科技股份有限公司，副主任工程师，注册一级建造师，注册
环保工程，主要从事方向为地表水环境治理。
广 东 化 工 2021年 第5期
·
116
· 第48卷 总第439期
同的地球化学特征，其释放潜能的大小与其与沉积物结合的牢固
程度一致。如马红波等
[9]
在渤海的研究，依据各形态氮与沉积物
结合的牢固程度不同，其对沉积物-水界面的贡献不同的原理，分
析了各形态氮对上覆水体的贡献，结果表明各形态氮的绝对贡献
的顺序为：硫化物结合态氮＞离子交换态氮＞铁锰氧化态氮＞碳
酸盐结合态氮，其中硫化物结合态氮的绝对贡献最高，占到
84.6 %，但是各形态氮的释放顺序—即其释放风险与其绝对贡献
并不一致，其释放风险的顺序为：离子交换态氮＞碳酸盐结合态
氮＞铁锰氧化态氮＞硫化物结合态氮；Wang等
[13]
在长江中下游
地区浅水湖泊的研究，发现轻污染的沉积物中，离子交换态氮是
主要的释放形态，占到总是放量的63.07 %，对于重污染的沉积物，
硫化物结合态氮是主要的释放形态，其对总的释放量的贡献达到
45 %。
channel catfish ponds[J]．Aquacultural Engineering，2000，24(1)：1-14．
[6]吕晓霞，宋金明，袁华茂，等．南黄海表层沉积物中氮的潜在生态学功
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surface sediments of lakes from different regions，China[J]．Environmental
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and Public Health，2014，11(2)：1557-1572．
5 小结
通过对底泥氮的污染特性及其释放潜能等的研究和分析，得
出如下结论：(1)水体富营养化现象已经越来越严重，底泥氮污染
问题已经成为水体富营养化程度的关键影响因素，对底泥氮的污
染特性及其释放潜能的探索应当进一步加强；(2)底泥氮赋存形态
研究通常采用连续提取法，将底泥氮划分为可转化态氮以及不可
转化态氮，其中，可转化态氮又分为离子交换态氮、弱酸浸取态
氮、强碱提取态氮、以及强氧化剂提取态氮；(3)底泥氮的吸附特
性，通常采用等温吸附法，其实验条件为恒定温度、恒定转速，
通过底泥与配制的含氮溶液之间的相互作用进行研究；(4)通过分
析底泥中各形态氮的比例和底泥氮的吸附性质进可以对底泥氮的
释放风险进行评价，但淡水湖泊在此方向研究较少。
参考文献
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(本文文献格式：路丁．湖泊沉积物氮污染及其释放风险研究
[J]．广东化工，2021，48(5)：115-116)
(上接第102页)
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(本文文献格式：刘浩，陈勇，刘晓东，等．电化学氧化法处理工
业废水现状研究进展[J]．广东化工，2021，48(5)：100-102)
2024年3月23日发(作者：令宏畅)
2021年
第5期 广 东 化 工
第48卷 总第439期 ·
115
·
湖泊沉积物氮污染及其释放风险研究
路丁
(科盛环保科技股份有限公司 技术中心，江苏 南京 210046)
[摘 要]湖泊水体富营养化已成为公认的重大环境问题，其中底泥氮污染是水体富营养化的重要原因之一。本文对底泥氮的分级研究、氮的
吸附性质研究、以及氮的释放风险评价进行了分析总结，期望对底泥氮污染的治理提供参考。
[关键词]水体；底泥；氮污染；释放风险
[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)05-0115-02
The Research of Nitrogen Pollution in Lake Sediments and Its Release Risk
Lu Ding
(Technology Center of Kesheng Environmental Protection Technology Co., Ltd., Nanjing 210046, China)
Abstract: The eutrophication of water has been a worldwide environmental problem, and the pollution of nitrogen in the sediments is one of major reasons for
eutrophication. In this paper, the fraction, adsorption, and release risk of nitrogen in the sediments were analyzed and summarized. We hope that it may provide the
reference for the treatment of nitrogen pollution in the sediments.
Keywords: water；sediment；nitrogen pollution；release risk
1 研究概况
水体富营养化会导致大量的社会问题和生态问题的产生，如
影响景观，恶臭味散发；生物多样性减少，生态系统优势种改变，
可利用水资源大量减少等。湖泊是流域物质的汇，其演化过程中
的物理、化学、生物特征都被湖泊沉积物忠实地记录和保存。
我国自上个世纪八十年代开始，对地表水体(包括湖泊、河道、
水库等)开展了丰富的探索工作，发现底泥中氮元素的含量以及赋
存形态对水体营养状态存在较大影响。国内对水体底泥中氮的分
布情况、释放风险及溯源跟踪等进行了大量的研究。水体中氮的
来源有外源和內源之分，目前对于水质的改善以及恢复措施多集
中于降低外源氮输入，然而，在适当条件下沉积物氮的释放则会
在一定程度上降低这些措施的实际效果
[1]
。自然水体中底泥是营
养元素——氮的“汇”或者“源”，通过底泥中所含间隙水与上
覆水体进行营养元素交换，从而对水体营养状态产生影响，是水
体营养元素循环的关键环节。因此通过研究底泥中氮元素的含量
以及赋存形态，并结合水体的污染特性，分析其潜在释放能力，
进行跟踪溯源就显得非常重要。
2 底泥氮分级研究及赋存形态
底泥中各形态氮的时间分布特征和空间分布特征及其占总氮
的比例，对于底泥-上覆水界面的营养盐交换以及底泥氮的生物可
利用性影响重大。
氮是水域生态系统中重要的营养元素，也是限制湖泊生产力
的重要元素之一
[2]
。沉积物是上覆水氮的一个重要来源，决定上
覆水氮浓度的重要因素之一就是沉积物氮的释放
[3-4]
，因此，沉积
物氮的释放可能对水质产生重要影响
[5]
。但是，并不是所有的氮
都可以从沉积物释放进入上覆水体并对湖泊富营养化产生贡献
[6]
。因此，若对水域生态系统富营养化风险进行评价，就有必要
在沉积物总氮研究的基础之上，对氮分级也进行广泛的研究
[7-8]
。
马红波等
[9]
2003年根据Rutlenberg
[10]
1992年提出的对沉积物
不同形态氮的提取方法，在渤海对沉积物氮的形态重新进行了划
分，将沉积物氮分为可转化态氮和不可转化态氮，可转化态氮根
据提取剂提取能力的强弱来决定提取出来的氮与沉积物结合的牢
固程度；依次分为离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、
铁锰氧化态氮(MOF-N)、以及有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)，
不可转化态氮通过总氮与可转化态氮差减得到，这为沉积物不同
形态氮的分布特征及环境意义的研究打开了新的领域。之后对湖
泊沉积物不同形态氮分布特征及环境意义的研究多沿用此法，或
稍微改动。吴丰昌
[11]
1996年对云贵高原四个湖泊沉积物不同形态
氮的分布特征进行了研究，并介绍了其对沉积物-水界面氮循环的
影响及其环境意义，但是，其对沉积物氮的分级较为简单，未能
根据各形态的地球化学性质进行划分。王圣瑞等
[12]
2007年对不同
污染程度的五里湖、月湖、东太湖、以及贡湖的不同粒级沉积物
进行了氮分级研究，分析了可转化态氮与其沉积物的地球化学特
征之间的关系，得出沉积物粒级越细，可转化态氮含量越高以及
污染程度越高，可转化态氮和细颗粒物含量越高的结论。Wang
等
[13]
2008年在长江中下游地区不同湖泊选取了14份沉积物样品，
在对沉积物进行释放试验前后均对沉积物进行了氮形态分布特征
的研究，并据释放试验前后不同形态氮含量的改变来推断各形态
氮对上覆水体氮含量的贡献程度，以此可进一步推断其对富营养
化的贡献。Li等
[14]
2012年在对滇池表层沉积物氮分布特征研究中
提出，根据各形态氮的含量以及分布特征，可以判断出沉积物已
成为上覆水体氮的一个重要来源。赵海超等
[15]
2013年对洱海表层
沉积物中不同形态氮的空间分布和季节性变化特征进行了研究，
结果表明洱海沉积物总氮含量高于长江中下游湖泊，表层总氮富
集明显，但是其沉积物氮释放量低于长江中下游湖泊，并根据总
有机氮的研究，得出有机氮受外源输入影响较大。马久远等
[16]
2014
年对太湖的一条入湖河流太滆运河的入湖口进行了氮素分布特征
的研究，从太湖入湖口的角度对入湖河流的外源输入对太湖营养
水平的影响进行了分析，但是其只研究了总氮、无机氮以及有机
氮，对氮形态的划分不够详细。Huo等
[17]
2014对我国不同地区的
湖泊表层沉积物进行了氮赋存形态的研究，所研究区域有东部平
原地区、云贵高原地区、东北地区、青藏该院地区、以及蒙古新
疆地区，其将沉积物氮分为无机氮、有机氮、固定态氮、以及可
交换态氮。其研究区域之广，为我国自湖泊沉积物氮研究开始之
最。
3 底泥氮吸附特性
在底泥氮分布特征研究之外，底泥氮释放潜能已日益成为重
点研究内容之一。底泥氮的吸附特性是研究底泥氮释放潜能的重
要途径之一。底泥对氮的吸附—解吸是一个非常重要的过程，其
影响着氮的运输、生物有效性、以及上覆水及间隙水的浓度。姜
霞等
[18]
2011年在太湖对沉积物氮吸附-解吸性质进行了研究，以
期明确太湖沉积物“源”“汇”情况，通过90组实验以及结合间
隙水、沉积物各形态氮的分布特征最终得出结论：在总体水平上，
太湖沉积物是上覆水体的“源”。Cheng等
[19]
2014年在大亚湾的
研究中采用Fick’s定律计算了沉积物-水界面营养盐的释放速率和
每年的释放量，其得出的结论为沉积物是一个潜在的内源污染，
并提出，受潮汐和海水深度的影响，营养盐的扩散和移动规模呈
现长条型，其一公里长，五十米宽。但是，Fick’s定律所得出的
结果只能称之为理论结果，其得出的扩散速率和每年的扩散量与
静态培养法存在较大差异，至少，其结论存在争议。
4 底泥氮释放风险
探讨底泥氮释放风险，除了上述对底泥氮吸附特性的研究外，
另一种方法是根据各分级态氮占可转化态氮的百分比以及可转化
态氮占总氮的比例进行评价。其根据为不同的氮分级形态呈现不
[收稿日期] 2020-12-25
[基金项目] 六合区科技成果转化项目(2019SX21000002)
[作者简介] 路丁(1990-)，男，江苏南京，硕士，2015年毕业于华侨大学，现工作于科盛环保科技股份有限公司，副主任工程师，注册一级建造师，注册
环保工程，主要从事方向为地表水环境治理。
广 东 化 工 2021年 第5期
·
116
· 第48卷 总第439期
同的地球化学特征，其释放潜能的大小与其与沉积物结合的牢固
程度一致。如马红波等
[9]
在渤海的研究，依据各形态氮与沉积物
结合的牢固程度不同，其对沉积物-水界面的贡献不同的原理，分
析了各形态氮对上覆水体的贡献，结果表明各形态氮的绝对贡献
的顺序为：硫化物结合态氮＞离子交换态氮＞铁锰氧化态氮＞碳
酸盐结合态氮，其中硫化物结合态氮的绝对贡献最高，占到
84.6 %，但是各形态氮的释放顺序—即其释放风险与其绝对贡献
并不一致，其释放风险的顺序为：离子交换态氮＞碳酸盐结合态
氮＞铁锰氧化态氮＞硫化物结合态氮；Wang等
[13]
在长江中下游
地区浅水湖泊的研究，发现轻污染的沉积物中，离子交换态氮是
主要的释放形态，占到总是放量的63.07 %，对于重污染的沉积物，
硫化物结合态氮是主要的释放形态，其对总的释放量的贡献达到
45 %。
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5 小结
通过对底泥氮的污染特性及其释放潜能等的研究和分析，得
出如下结论：(1)水体富营养化现象已经越来越严重，底泥氮污染
问题已经成为水体富营养化程度的关键影响因素，对底泥氮的污
染特性及其释放潜能的探索应当进一步加强；(2)底泥氮赋存形态
研究通常采用连续提取法，将底泥氮划分为可转化态氮以及不可
转化态氮，其中，可转化态氮又分为离子交换态氮、弱酸浸取态
氮、强碱提取态氮、以及强氧化剂提取态氮；(3)底泥氮的吸附特
性，通常采用等温吸附法，其实验条件为恒定温度、恒定转速，
通过底泥与配制的含氮溶液之间的相互作用进行研究；(4)通过分
析底泥中各形态氮的比例和底泥氮的吸附性质进可以对底泥氮的
释放风险进行评价，但淡水湖泊在此方向研究较少。
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