摘要
原位覆盖是修复富营养沉积物的常用方法，碳基材料相对于其他修复材料具有来源广泛、环境友好、无二次污染的优势。本研究对活性焦进行了预处理和结构表征，首次评估了活性焦对沉积物的修复潜力并研究了活性焦（363.9 g/m2）和沉水植物轮叶黑藻（Hydrilla verticillata，32.4 g/m2）单独处理以及联合处理对富营养沉积物营养盐释放的抑制效果及活性焦对沉水植物生长的影响。结果表明，活性焦具有较大的比表面积和丰富的中孔结构，与对照组相比，活性焦处理组上覆水高锰酸盐指数、叶绿素a、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、溶解性活性磷（SRP）浓度和沉积物TN、TP、NH3-N、SRP总释放通量均显著降低。活性焦和沉水植物联合处理对上覆水和沉积物指标的提升效果优于活性焦或沉水植物单一处理。此外，活性焦处理使沉水植物生长率提高了40.32%，并显著降低了沉水植物体内活性磷的含量，从而降低了沉水植物衰亡后磷释放的风险。以上结果表明，活性焦具有较好的应用于富营养化水体生态修复的潜力，与沉水植物联合具有协同作用。
Abstract
In situ coverage is a commonly used method for the remediation of eutrophic sediments. Carbon-based materials offer several advantages, including widespread availability, environmental friendliness, and the absence of secondary pollution, particularly when compared to other remediation options. In this study, we pre-treated and structurally characterized activated coke and assessed its potential for sediment remediation for the first time. We examined the effects of activated coke (363.9 g/m2) and the submerged aquatic plant (Hydrilla verticillata, 32.4 g/m2) both individually and in combination on nutrient release from eutrophic sediments, as well as the impact of activated coke on the growth of submerged plants. The results demonstrated that activated coke possesses a high specific surface area and a rich mesoporous structure. Compared to the control group, the concentrations of CODMn, Chl.a, TN, TP, NH3-N and SRP in the overlying water, as well as the total release fluxes of TN, TP, NH3-N and SRP from the sediments, were significantly reduced. The combination treatment of activated coke and submerged plants yielded better results for the overlying water and sediment indicators than either treatment alone. Furthermore, the activated coke treatment increased the growth rate of submerged plants by 40.32% and significantly reduced the amount of reactive phosphorus within the plants, thereby decreasing the risk of phosphorus release after their decay. These findings indicate that activated coke has strong potential for application in the ecological restoration of eutrophic water bodies and exhibits a synergistic effect when combined with submerged plants.
Keywords
水体富营养化引发的水质恶化、生物多样性丧失等一系列水环境、水生态问题已经成为全球关注的焦点。水体氮、磷和有机物过量输入在水体富营养化过程中扮演很重要的角色[1-2]。沉积物是河流、地表径流和大气沉降带来污染物的潜在储存库，其作为水生态系统中营养盐的“汇”“源”综合体既可以不断吸收营养盐又可以向上覆水释放营养盐，对水体有二次污染的风险[3-4]。因此，对富营养化沉积物进行生态修复是很有必要的。
富营养化沉积物的修复方法有异位（疏浚）和原位（封盖）两种方法，相比之下原位修复成本低、操作简单、扰动小、效率更高[5-6]。当前，常用的富营养沉积物修复原位覆盖材料有很多，Zhou等[7]使用沸石作为覆盖材料修复富营养沉积物，结果表明沸石能使上覆水氮浓度降低90%，同时有效降低沉积物氮释放通量。Lin等[8]使用锁磷剂（镧改性膨润土）作为覆盖材料探究其对沉积物磷释放的影响，结果表明投加锁磷剂后上覆水可溶性磷含量降低94.7%~97.4%，但不能有效降低水体氮浓度，同时镧（La）元素会向上覆水释放。相比之下，碳基材料具有来源广、环境友好、比表面积大、孔隙结构丰富、能同时吸附多种物质、无二次污染等优点。生物炭、活性炭和活性焦均为常见的碳基材料。活性焦又被称为煤质活性炭，是以褐煤为主要原料研制出的一种具有吸附剂和催化剂双重性能的粒状物质。活性焦克服了活性炭价格高、机械强度低的缺点，中孔结构发达，比表面积为500~600 m2，常用于有机废水的深度处理[9]。然而活性焦微孔结构少于活性炭，导致其对小分子物质的吸附能力有所降低[10]。活性焦广泛应用于污水或废水处理，但是在富营养化沉积物修复方面应用较少，其对沉水植物生长的影响也未见研究。本研究首次采用活性焦作为沉积物覆盖材料，研究活性焦对上覆水和沉积物理化指标以及沉水植物的影响，以探讨活性焦应用于富营养化水体生态修复的潜力。
1 材料与方法
1.1 实验地点
实验在鄱阳湖模型实验研究基地的钢筋骨架大棚（长180 m，宽20 m，高10 m）里开展（图1a），棚顶覆盖透光的有机玻璃和可移动遮阳网，在大棚里均匀放置12个直径为35 cm、高为50 cm的有机玻璃柱（图1b）。
1.2 实验材料
活性焦采购自河南省郑州科林净水材料有限公司。为使活性焦均一化，将采购的活性焦颗粒粉碎后过100目筛（孔径约为0.15 mm），为去除活性焦中残存的无机盐，将粉碎后的活性焦浸泡在0.12 mol/L的HCl溶液1.5 h，然后转移至超声波清洗机（LTB-300型数控超声波清洗机，济宁鲁通超声电子设备有限公司，中国）中处理1 h，然后静置倒掉上清液，并用超纯水淘洗3~4遍后于105℃烘干备用。
沉积物采自鄱阳湖模型实验研究基地旁边的南湖湖汊（29°13′27.16″N，115°50′34.19″E，图1a），该湖汊历史上曾进行了长时间的水禽养殖，现为共青城市污水处理厂尾水排放区，因此内源和外源污染严重。采回的沉积物在大桶中静置1天后倒掉上层水，去除沉积物中的植物碎屑、砾石等杂质并搅拌均匀备用。经测定，沉积物有机质（OM）含量为10%，总磷（TP）含量为3.94 mg/g，对沉积物磷进行分级测定，有机磷（OP）和无机磷（IP）含量分别为0.29和3.75 mg/g，非磷灰石态磷（NAIP）和磷灰石态磷（AP）含量分别为3.16和0.34 mg/g。
实验用水采集自南湖湖汊，用浮游生物网过滤两遍后，置于大桶中混合均匀。经测定，水体TP和总氮（TN）浓度分别为0.077和2.151 mg/L，溶解性活性磷（SRP）和氨氮（NH3-N）浓度分别为0.009和0.058 mg/L，高锰酸盐指数（CODMn）为9.85 mg/L。
本研究选用沉水植物轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）为研究对象，该物种具有较强的环境适应能力，在淡水生态系统中分布广泛[11]。轮叶黑藻采集自鄱阳湖模型实验研究基地苗圃，选用长势良好、无分枝的植株，每株植物取顶端12 cm作为扦插苗备用。
1.3 实验设计
每个有机玻璃柱中加入7 kg（高度约为7 cm）混合均匀的沉积物，并缓慢加入35 L（高度约为36 cm）混匀的实验用水。静置3天后取中层水测定水质指标初始值并进行实验处理。实验设置4个处理，分别为对照组（CK）、轮叶黑藻组（HV）、活性焦组（AC）、活性焦+轮叶黑藻组（AC+HV）（图1c），每个处理3个重复，其中CK组不进行处理，HV组仅种植轮叶黑藻，轮叶黑藻固定在陶瓷水草环上投入有机玻璃柱中，每个陶瓷水草环上固定3株植物，每个有机玻璃柱中投入5个固定有植物的水草环，每个有机玻璃柱中种植的轮叶黑藻总鲜重约为12.5 g，种植密度为32.4 g/m2。AC组投加经过预处理的活性焦140 g，投加密度为363.9 g/m2，AC+HV组先投加活性焦，然后种植轮叶黑藻，活性焦投加量和轮叶黑藻种植量与AC组和HV组一致。
图1采样点位置和实验装置
Fig.1Location of sampling sites and experimental setup
分别在第3、6、13、20、27、34、41天测定各实验组上覆水的温度（T）、电导率（SPC）、总溶解性固体（TDS）、溶解氧（DO）、pH、氧化还原电位（ORP）、浊度、叶绿素a（Chl.a），采集中层水样，测定水样的TN、TP、NH3-N、SRP、碱度、CODMn等指标，并及时用超纯水补至原始水位。实验结束后缓慢倒掉上覆水，取出全部轮叶黑藻植株，称量其鲜重，随后在105℃下杀青1 h后烘干至恒重，测定干重，研磨过100目筛（孔径为0.150 mm）备用。每个有机玻璃柱中的沉积物混合均匀后，取出一部分放置在通风处自然晾干，然后粉碎过100目筛（孔径为0.150 mm），测定其有机质和不同形态磷含量。
1.4 测定方法
各实验组上覆水的T、SPC、总溶解性固体（TDS）、DO、pH、ORP用便携式水质分析仪（YSI Pro Quatro，美国）测定；活性焦表征采用（ZEISS Sigma360，德国）测定；比表面积及孔隙度分析采用（Micromeritics ASAP 2460，美国）测定；水样浊度采用便携式浊度仪（2100Q Portable Turbidimeter，HACH公司，美国）测定；Chl.a浓度采用便携式叶绿素仪（PMI800-CH，福州普贝斯智能科技有限公司，中国）测定；碱度根据国家标准GB/T9736—2008测定；CODMn根据国家标准GB 11892—1989测定；TN浓度根据国家标准GB 11894—1989测定；NH3-N浓度根据国家标准HJ 535—2009测定；TP和SRP浓度根据国家标准GB 11893—1989测定。
1）向离心管中加入100 mg粉碎过100目筛（孔径为0.150 mm）的植物，随后加入50 mL超纯水（电阻率为18.25 MΩ·cm），在摇床180 r/min条件下提取30 min得到水溶性磷（H2O-P）。
2）将步骤1）中的上清液倒掉后加入50 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液，在摇床180 r/min条件下提取16 h得到非反应性有机磷（NaOH-P）。
3）将步骤2）中的上清液倒掉后加入50 mL 1 mol/L盐酸溶液，在摇床180 r/min条件下提取30 min得到钙结合态磷（HCl-P）。
沉积物不同形态磷的测定采用SMT分级提取法[14]，将磷形态分为TP、IP、OP、非磷灰石态磷（NAIP或NaOH-P）以及磷灰石态磷（AP或HCl-P）。有机质测定采用灼烧减量法（HJ761—2015）。
1.5 数据分析
营养盐释放通量R（mg/（m2·d））按式（1）计算[15]：
(1)
式中，V为沉积柱中上覆水的体积（L）；Vj-1为第j-1次从柱中取样的体积（L）；Cn、C0、Cj-1分别为第n、0（即初始）和j-1次取样时上覆水中某营养盐的浓度（mg/L）；Ca为补充水中营养盐的浓度（mg/L）；S为沉积物-水界面的面积（m2）；t为培养时间（d）。
植物生长率V（d-1）按照式（2）计算：
(2)
式中，m为实验结束时植物的鲜重（g）；m0为实验开始前植物的鲜重（g）；d为植物种植时间（d）。
本研究采用Excel 2021进行数据处理，采用Origin 2022绘制图表，采用IBM Statistics 26进行显著性分析，沉积物营养盐释放通量和沉积物不同形态磷含量采用单因素方差分析（ANOVA），其组间差异采用LSD统计检验；沉水植物生长率和不同形态磷含量采用独立样本T检验。
2 结果分析
2.1 活性焦表面形态及元素组成
对活性焦进行扫描电镜分析，活性焦表面形貌特征如图2所示。在放大1万倍的条件下观察到活性焦表面粗糙，含有大量形状规则的孔状结构（图2a）。在放大3万倍的条件下，观察到大量的中孔结构（图2b）。丰富的中孔结构有利于活性焦从液相中吸附氮、磷以及大分子有机污染物。
图2活性焦SEM扫描
Fig.2SEM scan of activated coke
通过对活性焦进行EDS能谱面扫（EDS-mapping），可以直观地看出活性焦的元素组成。结果表明活性焦表面C、O、N、P和S元素含量占比分别为95.87%、3.28%、0%、0.35%和0.5%（图3a），各类元素都均匀地分布在活性焦表面（图3b~f）。
图3活性焦能谱面扫
Fig.3EDS-mapping of activated coke
活性焦比表面积为690.34 m2/g，孔容为0.142 cm3/g，平均孔径为2.17 nm。孔径分布如图4所示，2~20 nm孔径占比为74.6%，50~300 nm孔径占比为12.8%，说明活性焦孔隙结构绝大部分为中微孔结构，这种结构有利于活性焦从液相中吸附较大分子结构的污染物。
图4活性焦孔径分布情况
Fig.4Pore size distribution of activated coke
2.2 水质指标变化
实验期间水温平均值为（16.9±5.21）℃，变化范围为9.8~25.4℃，各组没有显著差异。水体pH平均值为9.44±0.45，各组间在统计学上没有显著差异（P＞0.05），但从各组平均值来看，种植植物组（HV组和AC+HV组）的水体pH要略高于不种植植物组（CK组和AC组）（图5a）。
实验期间CK组和HV组的CODMn没有显著差异，但第20天前HV组CODMn略高于CK组，而第20天后HV组CODMn略低于CK组。AC组和AC+HV组CODMn在第20天急剧下降到3.81和2.74 mg/L，然后保持相对稳定，且第13天以后AC组和AC+HV组CODMn一直显著低于CK组和HV组（P＜0.05），AC+HV组CODMn显著低于AC组（图5b）。
4 个实验组Chl.a浓度在实验前6天均出现显著下降的趋势，CK组从35.33 μg/L下降至6.96 μg/L。实验结束时，CK组和AC组Chl.a浓度分别为2.37和0.217 μg/L，HV组和AC+HV组Chl.a浓度分别为3.46和0.763 μg/L。AC组和AC+HV组Chl.a浓度均显著低于CK组和HV组（P＜0.05），HV组和CK组则无显著性差异（P＞0.05）（图5c）。
在实验开始的前6天，4个实验组的DO浓度均急剧下降，之后开始快速上升。与CK组相比，实验结束时3个处理组DO浓度均存在显著性差异（P＜0.05），HV组、AC组和AC+HV组DO浓度分别较CK组提升了20.66%、22.66%和15.11%（图5d）。
图5水体pH、CODMn、Chl.a和DO随时间的变化
Fig.5Changes of pH, CODMn, Chl.a and DO in water over time
实验期间，投加活性焦组（AC组和AC+HV组）水体的TN、NH3-N、TP和SRP浓度一直低于未投加活性焦组（CK组和HV组）。与CK组相比，AC组和AC+HV组水体TN浓度分别降低了59.8%和61.7%，NH3-N浓度分别降低了56.4%和66.6%。投加活性焦组水体TP和SRP浓度均显著低于CK组（P＜0.05），与CK组相比，AC组和AC+HV组水体TP浓度分别降低了26.6%和58.7%，SRP浓度分别降低了28.7%和37.6%（图6）。
与CK组相比，HV组水体SRP浓度显著降低，实验结束时HV组和CK组水体SRP浓度分别为0.083和0.101 mg/L，而TP浓度在统计学上没有显著差异（P＞0.05），但第20天后，HV组水体TP浓度一直低于CK组（图6c、d）。
实验结束时AC+HV组水体TP浓度显著低于AC组（P＜0.05），平均值分别为0.086和0.121 mg/L。水体SRP和NH3-N浓度虽然在统计学上没有显著差异（P＞0.05），但13天开始AC+HV组便一直低于AC组，实验结束时SRP平均值分别为0.063和0.072 mg/L，NH3-N平均值分别为0.065和0.085 mg/L（图6b~d）。
4 组的水体碱度值均呈现持续下降的趋势，第27天后AC组和AC+HV组变化保持平稳。实验前27天AC组和AC+HV组碱度值始终低于CK组和HV组，第27天后AC组高于其余3组（图7a）。AC组和HV组水体浊度变化差异不大，4组的浊度值都呈先下降后上升的趋势。实验结束时，CK组水体的浊度为10.39 NTU，显著高于其他3组（P＜0.05），分别是HV组、AC组和AC+HC组的1.58、2.08和2.67倍（图7b）。
2.3 沉积物营养盐释放通量
实验期间，投加活性焦组（AC组和AC+HV组）沉积物TN、NH3-N、TP和SRP总释放通量均显著低于CK组（P＜0.05），与CK组相比，AC组沉积物TN、NH3-N、TP和SRP总释放通量分别减少了53.2%、105.6%、37.3%和29.7%，AC+HV组沉积物TN、NH3-N、TP和SRP总释放通量分别减少了55.6%、109.1%、73.8%和40.3%。HV组沉积物NH3-N、TP和SRP总释放通量均显著低于CK组，TN总释放通量无显著差异。与CK组相比，HV组沉积物NH3-N、TP和SRP总释放通量分别减少了51%、17%和18%。AC组与AC+HV组沉积物TN和NH3-N总释放通量无显著性差异（P＞0.05），AC+HV组沉积物TP和SRP总释放通量均显著低于AC组（P＜0.05），AC+HV组和AC组沉积物TP总释放通量分别为0.217和0.515 mg/（m2·d），SRP总释放通量分别为0.52和0.607 mg/（m2·d）（图8）。
图6水体氮、磷浓度随时间的变化
Fig.6Changes in nitrogen and phosphorus concentrations in water over time
图7水体碱度和浊度随时间的变化
Fig.7Alkalinity and turbidity of water over time
图8沉积物氮、磷总释放通量（柱状图误差棒上不同字母表示在P＜0.05水平上有显著差异，下同）
Fig.8Total sediment nitrogen and phosphorus release fluxes (Different letters on the bar of histogram indicated significant differences at the level of P＜0.05, the same below)
2.4 沉积物中不同形态磷及有机质含量
实验结束时，投加活性焦组（AC组和AC+HV组）沉积物TP含量显著低于未投加活性焦组（CK组和HV组）（P＜0.05）。与CK组相比，HV组沉积物TP含量显著提高了5.8%，OP含量显著升高了19.2%，IP无显著影响（图9a、b、c）。
AC组和AC+HV组与CK组相比，沉积物TP和IP含量均显著降低，OP含量显著升高。AC组和AC+HV组沉积物OP含量分别为0.34和3.38 mg/g，IP含量分别为0.33和3.49 mg/g。
投加活性焦组（AC组和AC+HV组）与CK组相比，有机质含量分别显著提高了26.9%和29.6%（P＜0.05），HV组则无显著影响。AC组与AC+HV组相比，有机质含量没有显著差异（P＞0.05），但从平均值上看AC+HV组略高于AC组（图9d）。
投加活性焦组和种植沉水植物组NAIP含量与CK组相比，在统计学上均没有显著差异（P＞0.05），但从数值上看AC组含量低于CK组，AC组NAIP含量显著低于种植轮叶黑藻组（HV组和AC+HV组）（图10a）。种植轮叶黑藻组AP含量与CK组和AC组相比，在统计学上均没有显著差异（P＞0.05），但从数值上看，种植轮叶黑藻组AP含量低于CK组，高于AC组。AC组AP含量显著低于CK组（P＜0.05）（图10b）。
2.5 轮叶黑藻生长率及不同形态磷含量
实验结束时，AC+HV组与HV组相比，显著提高了轮叶黑藻的生长率，AC+HV组轮叶黑藻生长率比HV组升高了40.32%（图11a）。AC+HV组轮叶黑藻体内H2O-P含量显著低于HV组（P＜0.05），NaOH-P和HCl-P含量与HV组无显著差异（P＞0.05）（图11b）。
3 讨论
本研究以来源广泛、价格低廉、环境友好的碳基材料活性焦作为吸附材料，采用盐酸溶液浸泡+超声波震荡进行处理。通过直接向水体投撒的方式对富营养化水体和沉积物进行处理，并与沉水植物修复和沉水植物+活性焦联合修复效果进行对比。结果表明，与CK组相比，AC组上覆水CODMn、Chl.a、TN、NH3-N、TP、SRP浓度和浊度均显著下降，沉积物TN、NH3-N、TP、SRP总释放通量和TP含量均显著下降。与AC组相比，实验结束时AC+HV组水体Chl.a、CODMn、NH3-N、TP、SRP浓度和碱度、浊度进一步降低，沉积物TP、SRP总释放通量均显著降低，TN、NH3-N总释放通量虽然在统计学上无显著差异，但数值上均有所降低。此外，AC+HV组沉水植物生长率较HV组显著提高了40.32%。这表明活性焦用于沉积物覆盖能够显著降低水体有机物、氮、磷和叶绿素浓度，抑制沉积物氮、磷释放，并且活性焦和沉水植物联合修复的效果优于活性焦单一修复，证明活性焦具有应用于富营养化水体生态修复的潜力。
图9沉积物中不同形态磷及有机质含量
Fig.9Different forms of phosphorus and organic matter content in sediment
图10沉积物中NAIP和AP含量
Fig.10NAIP and AP content in sediments
大量研究表明，碳基吸附材料在水体富营养化治理方面有很好的应用[16-18]。应用于水体富营养化修复的碳基材料主要是生物炭和活性炭，活性炭、生物炭和活性焦均具有发达的孔隙结构和较大的比表面积，相比之下活性焦具有低灰分、低挥发物含量、机械强度高和价格低廉等优点[19-20]。活性焦目前主要用于污水处理厂中难降解有机污染物的处理，在水体富营养化修复领域尚未得到很好的应用。例如，Wu等[21]指出生物炭在富营养化水体修复中主要具有营养盐吸附、抑制藻类生长、改善水体透明度、减少毒素、控制侵蚀和长期固碳等重要作用。Gu等[22]使用活性炭作为覆盖材料修复沉积物，探究其对COD、氮、磷释放的影响，结果表明活性炭覆盖后COD、NH3-N和TP浓度分别下降了46%、48%和50%。有研究表明活性炭在低有机污染物浓度的条件下COD去除率更高，在高有机污染物浓度时活性焦的COD吸附量更高[23]。本研究使用活性焦进行富营养化水体修复，结果表明在自然水体低有机污染物浓度条件下，活性焦依然表现出优异的CODMn去除效果，本研究中实验结束时AC组和AC+HV组CODMn浓度分别比对照组低34.69%和46.35%，显示出活性焦在去除自然水体有机污染物方面的潜力。
图11轮叶黑藻生长率及不同形态磷含量 （*、**和***分别表示在P＜0.05、P＜0.01和P＜0.001水平上具有显著差异）
Fig.11Growth rates and phosphorus content of different forms of Hydrilla verticillata (*, ** and *** on the bar of histogram indicated significant differences at the level of P＜0.05, P＜0.01 and P＜0.001, respectively)
碳基材料用于原位修复沉积物时，能够抑制沉积物内部营养盐向上覆水释放，从而降低上覆水营养盐浓度。Ma等[24]的研究结果表明，生物炭原位覆盖修复沉积物的封盖时间对磷释放影响很大，在短期（30天）内生物炭覆盖层因其提供了大量磷吸附位点，能显著降低可溶性磷释放通量，生物炭老化后（80天后）磷从生物炭上解吸使得可溶性磷释放通量增加，同时生物炭覆盖强化了微生物介导的铁还原和有机质分解，从而提高了沉积物磷迁移率。本研究使用活性焦作为覆盖材料修复沉积物，结果表明在短期（41天）内沉积物TN、NH3-N、TP、SRP释放通量分别降低了53.2%、105.6%、37.3%和29.7%。本实验虽然没有开展活性焦对富营养化水体修复的长期效果研究，但是可以预测，随着时间的延长，活性焦对污染物质的吸附逐渐达到饱和，其修复效果将逐渐减弱，但活性焦上丰富的中孔结构可以为微生物的附着提供便利并可能持续发挥净水作用。此外，本研究还表明活性焦与轮叶黑藻联合使用效果优于单一使用活性焦，使用活性焦净化水质为沉水植物提供了良好的生境条件，当沉水植物群落稳定以后，即使活性焦因吸附饱和修复效果减弱，沉水植物也可以发挥持续而稳定的净水作用。然而，活性焦对富营养化水体修复的长期效果以及对沉水植物生理生态和沉积物微生物群落的长期影响仍需要进一步研究。
碳基材料用于原位覆盖修复富营养水体和沉积物时，其不同投加量的修复效果以及对沉水植物的影响都不相同。Li等[25]向沉积物分别投加0.395和1.184 kg/m2的生物炭，研究对轮叶黑藻、苦草、金鱼藻的影响，结果表明投加生物炭能明显降低水体TP浓度，投加量为0.395 kg/m2的处理组中3种沉水植物的生长率均显著升高；投加量为1.184 kg/m2的处理组中，除金鱼藻外其余两种植物生长率均无显著差异，植物体内磷含量随着生物炭投加量的提高而增加。Abel等[26]采用0.6和1.2 kg/m2两种方式投加活性炭，探究对有机污染物释放的抑制效果和对底栖生物的影响，结果表明有机污染物释放量减少了78%，两种投加量对底栖生物有不利影响，1.2 kg/m2投加量的不利影响大于0.6 kg/m2投加量。本研究中活性焦投加量为0.363 kg/m2，结果表明，投加活性焦对水体污染物浓度和沉积物营养盐释放通量及磷含量均有很好的抑制效果，同时能显著提高沉水植物生长率，降低其H2O-P含量，提高HCl-P含量。
对于单一修复方式而言，多种修复技术相结合往往效果更好。Wang等[27]指出联合修复方式不仅可以在短期内改善水质，还可以保持长期的稳定性。Luo等[28]采用疏浚+种植植物+吸附剂原位覆盖的方式研究对富营养化流动水体的生态修复效果，结果表明该方式能明显降低水体氮、磷和CODMn浓度，与单一修复方式相比，修复效果增强。本研究采用活性焦与轮叶黑藻联合修复的方式，与活性焦和轮叶黑藻分别单一使用相比，水体氮磷浓度、浊度、CODMn、Chl.a浓度以及沉积物磷释放通量等指标均有所降低。
4 结论
本研究对活性焦进行结构表征和元素组成进行分析，探究其理化性质，以直接投撒的方式覆盖沉积物。探讨活性焦、轮叶黑藻单独使用及其联合使用对富营养化水体和沉积物的修复效果，以及活性焦对沉水植物的影响。结果表明：1）活性焦比表面积和中孔结构占比分别为690.34 m2/g和80.5%，表面含有微量的O、N、P、S元素。2）投加活性焦显著降低了上覆水TP、SRP、TN、NH3-N、CODMn和Chl.a浓度，抑制了沉积物营养盐释放。3）投加活性焦显著提高了沉水植物生长率，降低了沉水植物体内活性磷含量并提高了惰性磷含量。4）活性焦+轮叶黑藻联合使用效果优于二者单独使用，能进一步降低上覆水氮、磷、CODMn浓度和沉积物TP、SRP释放通量。以上结果表明，活性焦具有应用于富营养化水体生态修复的潜力。
致谢及利益冲突声明：作者与本文内容无任何利益冲突需要声明。所有作者都对本研究的构思和设计做出了贡献。材料准备、数据收集和分析由刘鑫、李威和代涛涛完成。手稿的初稿由刘鑫撰写，所有作者都阅读并确认了最终稿件。作者确认该论文没有在其他地方发表，该论文已在所有共同作者的同意下发表，并且该论文已在开展工作的机构主管同意下发表。
