深水湖库底层复氧与控制内源污染的关联机制

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发布时间： 2026-08-18

概要：

外源磷输入负荷的削减，并未使部分湖库的蓝藻水华同步消退。云南大学张虎才团队在滇池的长期观测揭示了其中的关键：即便流域截污持续推进，水体氮磷浓度与藻华频率仍未出现根本性下降[1]。问题不在入湖河道，而在水体内部——底泥中累积数十年的磷，正缓慢而持续地向水体返还。沉积物内源释放，已成为当前阶段制约水质改善的核心内因。

 

 

分层结构的形成

深水湖库春季以后会形成热力分层。表层水体受太阳辐射加热后密度降低，底层水体则维持低温、密度较高，两者之间由温跃层隔开——这是一个水温随深度急剧变化的过渡层。

图1 深水湖库热力分层

温跃层一旦建立并趋于稳定，上下水层之间的垂直交换几乎完全中断。中国科学院南京地理与湖泊研究所的研究表明，垂向热力分层决定了溶解氧、营养盐乃至浮游生物群落的垂直格局与混合模式[2]。表层光合产氧与大气复氧无法抵达深层，底层溶解物质与还原性产物也难以扩散至表层。湖盆由此分裂为两个垂向上近乎隔绝的系统。

 

底层缺氧的成因

表层水体持续的初级生产——藻类与浮游植物完成生命周期后发生沉降，使得大量有机质进入底层，成为微生物分解的底物，分解过程大量消耗溶解氧。与此同时，温跃层阻隔了垂向传氧通道，底层水体既无光合产氧，也失去了与大气接触复氧的机会。耗氧持续而补氧中断，底层溶解氧必然走低。这并非一般意义上的“贫氧”，而是真性缺氧，甚至进入厌氧状态，氧化还原电位随之下降。

 

磷的形态与释放——铁磷耦合循环

底泥中的磷形态多样，其中与氧化还原条件关系最密切的是铁结合态磷（Fe-P）。于桥水库的测定数据显示，无机磷中Fe-P占比平均为48.5%[3]。在好氧条件下，这部分磷相当稳定——三价铁氧化物对磷酸根具有较强的吸附能力。

图2

然而在厌氧条件下，Fe(Ⅲ)被还原为Fe(Ⅱ)，后者的磷酸盐溶解度远高于Fe(Ⅲ)氧化物表面的吸附态。铁的还原溶解导致原先被固持的磷释放进入间隙水，成为溶解性活性磷（SRP）。在浓度梯度驱动下，溶解性活性磷经沉积物-水界面扩散进入上覆水体。

 

一个自我强化的反馈循环

释放出来的溶解性活性磷进入透光层后，被藻类迅速利用。藻类生物量增加，底层获得更多有机质，耗氧加剧，缺氧进一步加深。缺氧加重又促进新一轮Fe-P溶解与磷释放——一个闭合的反馈环就此形成。只要底层缺氧状态未被打破，磷的净释放方向就难以逆转。

 

治理层面的启示

常见深水复氧技术（如人工上升流、微纳米曝气等）虽运行稳定、增氧效果显著，但存在破坏水体热力分层的风险，可能打破原有的物理、化学及生态平衡。

图3 深水湖库超纳米气溶底层复氧

超纳米气溶复氧技术则可在不破坏分层的前提下实现底层增氧：将高浓度氧气以无肉眼可见气泡的形式溶解于水，向水体底部持续注入高浓度溶解氧，提升泥-水界面的氧化还原电位（由负转正），促使二价铁氧化为三价铁，并与磷酸根结合生成不溶性磷酸铁沉淀；同时，该技术可矿化底泥表层污染物，在沉积物-水界面形成致密物理屏障，有效阻隔内源污染物的释放，从而“锁住”底泥中的磷，实现内源污染的有效控制。

 

 

参考文献：

[1]云南大学张虎才教授团队.滇池沉积物-水界面营养盐迁移转化研究取得新进展[EB/OL].(2026-01-15).

[2]中国科学院南京地理与湖泊研究所.湖库热力分层特征及其环境效应研究进展[R].南京:中国科学院南京地理与湖泊研究所，2020.

[3]丛海兵,黄廷林,李创宇,等.于桥水库底泥磷分级及其释放能力[J].环境污染与防治,2008,(3):8-12.
DOI:10.15985/j.cnki.1001-3865.2008.03.025.

关键词： 深水湖库底层复氧与控制内源污染的关联机制

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