沉积物污染是湖泊污染的重要研究内容之一,也是世界范围的一个突出环境问题。作为湖泊生态系统的重要组成部分,沉积物不仅是湖泊营养物质循环的中心环节,而且是污染物的主要蓄积库。在湖泊水体与沉积物相互作用的过程中,当外源得到有效控制后,沉积物中相当一部分的营养物质会重新释放到水体中,形成湖泊营养盐的内源负荷。目前,在湖泊沉积物污染研究方面,一些研究者已对巢湖、太湖、滇池、东湖等进行了分析,但对于寒旱区湖泊研究甚少。本文以我国北方半干旱地区湖泊—乌梁素海为研究对象,定量分析了乌梁素海沉积物中营养盐与重金属的水平和垂直分布特征,利用SPSS统计分析软件进一步研究了表层沉积物营养盐与重金属间的相互关系,并对沉积物的有机污染和重金属污染现状进行评价。在此基础上利用环境化学、生物地球化学的理论,初步进行了污染机理的分析,主要通过乌梁素海原状和扰动混合沉积物中氮、磷、铁和锰的释放试验,探讨了当环境因子(pH和DO)变化时内源营养盐释放对上覆水体水质的影响,得出了以下主要结论:(1)对沉积物碳-氮-磷耦合关系及环境意义研究结果表明:TOC/TN比值反映出有机质来源可能是湖泊水生生物和陆源输入,其中外源输入略占主导,且二者之间具有显著的正相关关系,TOC/TP比值高于TOC/TN,TN/TP比值的水平分布表现出与TOC/TP比值相似的变化特征。(2)乌梁素海表层沉积物有机污染评价结果表明:全湖的有机指数均值为0.42,处于尚清洁状态,w(ON)的均值为0.17%,属于有机氮污染状态。(3)营养元素与重金属间的相关分析表明:重金属元素Cu、Cr、Pb、Cd两两具有极显著的正相关性;有机质与As和Hg呈极显著正相关,总氮与Hg呈极显著相关,与Pb呈极显著负相关,总磷只与As呈显著负相关。R-型聚类分析结果将本论文研究的9种金属元素分为3类。采用主成分分析法对乌梁素海表层沉积物营养盐与重金属进行因子分析,得到4个因子,并进一步分析讨论了各主成分的科学内涵。(4)运用地累积指数法和潜在生态危害评价法对冬季和夏季两次采样数据进行重金属污染现状评价,并对两种方法进行了比较。两种方法的评价结论基本一致:夏季乌梁素海表层沉积物以Hg和As的污染最为严重,冬季Hg和As的污染相对减弱,而Cd又成为主要污染物。(5)乌梁素海原状和扰动混合沉积物内源营养盐释放室内模拟试验结果表明:高pH值和低溶解氧有利于DIP和DTP的释放,TN的释放由于受不同形态氮的影响而比较复杂,Fe和Mn在中偏酸性及厌氧条件下容易释放;扰动混合沉积物中营养盐的释放效果不如原状泥样明显。因此,本研究探明了乌梁素海沉积物中污染物的分布特征、来源、现状污染程度及其对水体富营养化的影响,为水体污染治理和制定污染控制对策提供科学依据,以诊断湖泊湿地生态系统的健康状况,为恢复受损湿地功能提供指导和参考意见。环境条件变化下沉积物—水界面营养物迁移转化过程的研究,为进一步寻找与乌梁素海内源污染治理相适应的修复技术及乌梁素海富营养化综合模型的建立奠定了基础,对湖泊水质及环境生态系统的质量控制和管理也具有重要的现实意义。