太湖沉积物悬浮的动力机制及内源释放的概念性模式

摘要

在野外调查观测与实验室试验分析的基础上,发现了太湖水土界面处物质交换主要发生在沉积物表层5～10 cm范围内.沉积物的物理化学特征在空间分布较为均匀.湖流及波浪的观测结果表明,作用于水土界面上的动力来源在小风速条件下,波浪与湖流产生的切应力大致相当,但是当风速较大时,波浪作用占主导。导致沉积物悬浮所需的临界切应力约为 0.03～0.04 N/m^2,相当于野外风速达4 m/s以上的情况.如果动力强度远大于此临界值,如风速达6.5 m/s,沉积物将发生大规模悬浮.调查发现沉积物中空隙水中的营养盐浓度远较上覆水高,从而为沉积物营养盐释放提供了客观条件.通过沉积物表层5～10 cm中空隙水营养盐浓度的分析,估算了太湖一次大的动力过程所可能造成的内源释放的最大数量,即总氮浓度将增加0.12 mg/L,总磷浓度将增加0.005 mg/L.最后,提出了大型浅水湖泊内源释放的一般性模式,即在无风情况下,沉积物中营养盐的释放主要靠浓度梯度释放,当有风浪作用的情况下,将导致沉积物大量悬浮,沉积物中的营养盐得以释放.但是,由于风浪作用的复氧,将部分抵消由于扰动导致的营养盐从沉积物释放进入上覆水中.而当风浪过程过后,悬浮物质沉降并将部分释放的营养盐通过吸附作用带入沉积物中去,有机颗粒物在沉积环境中降解析出进入空隙水?