流域内水体外源输入得到有效控制后，内源会成为主要的污染输入源，威胁上覆水环境质量。白洋淀作为我国“华北之肾”，沉积物污染，尤其是氨氮 NH 4N 含量高 是现阶段面临的重要问题之一。 亟需在充分认识白洋淀沉积物 NH 4N 污染特征的基础上 开展 高 NH 4 N 沉积物原位 修复 工作，进而提升流域水环境质量 。 目前，针对沉积物 NH 4 N 污染的原位修复材料和技术并不成熟，生物炭作为一种绿色环保的沉积物修复材料具有较好应用前景。 故 本文以 探究生物炭原位覆盖技术对高 NH 4 N 沉积物的修复效果及其关键机理 ”为科学问题 以“问题导向 技术研发 效果验证 机理探索” 为 研究主线 开展相关研究并得到以下主要研究成果：
        （1) 白洋淀 沉积物 中 NH 4 N 含量 偏高 沉积物 NH 4 N 平均 释放通量 高达 8.71 mg·m 2 ·d 1 NH 4 N 内源释放 风险 较 高 。 白洋淀水体中 NH 4 N 和总氮TN 平均 浓度分别为 0.36 mg · L 1 和 2.22 mg·L 1 在 空间分布 上，水体中氮素浓度从 北到南 逐渐增加。 在 沉积物中 NH 4 N 和 T N 的含量范围分别为 48 235mg · kg 1 和 445 3499 mg · kg 1 平均值分别为 108 mg · kg 1 和 1809 mg · kg 1 90 区域 处于或高于 沉积物 TN 的中度污染等级（ 美国环境保护局（ EPA 制定 沉积物孔隙水中， NH 4 N 浓度 范围在 0.33 16.75 mg·L 1 之间 且沉积物 NH 4 N 潜在 释放通量 范围是 5.35 48.76 mg·m 2 ·d 1 。
        （2) 热解 温度 500 、 热解 持续时间 3 小时 、热解 气氛 3% 氧气 是 吸附 NH 4N 毛竹 生物炭 的 最优 制备条件 。 综合考虑 NH 4 N 吸附效果、 产率 、 耗能等多 因素， 筛选“ 毛竹为原材料， 3% 氧气 气氛下 500 热解 3 小时” 为 NH 4 N 污染控制 的 生物炭 制备 最优条件 。该条件制备的生物炭 对 NH 4 N 的 最大吸附容量 可达 13.79 mg·g 1 生物炭 含有 的 C H 、 COO 、 O=C=O 、 CH 2 、 OH 等官能团能够 通过阳离子交换作用提高 其 对 NH 4 N 的吸附效率 。
        （3) 生物炭 原位覆盖 对沉积物 NH 4 N 释放 的 抑制效果 明显 ，能够削减 沉积物 NH 4 N 释放通量 。 实验 室沉积柱 培养 发现，沉积物 覆盖 2 cm 生物炭 30 天后， 2 组平行实验上覆水中 NH 4 N 浓度分别 从 0.90 mg·L 1 降至 0.05 mg·L 1 ，从3.51 mg·L 1 降至 0.11 mg·L 1 沉积物 NH 4 N 释放 通量 明显 减小 分别从 8.28 mg·m−2·d−1降至 1.75 mg·m−2·d−1，从38.19 mg·m−2·d−1降至-0.49 mg·m−2·d−1。野外现场实验 发现 在 2 cm 生物炭覆盖 沉积物 30 天后， 沉积物 NH 4 N 释放 通量从 6.79 m g·m 2 ·d 1 降至 0.11 m g·m 2 ·d 1 生物炭 表现 出 对沉积物 NH 4 N 内源释放良好 的 抑制效果。
        （4) 物理阻隔 与 化学 吸附 影响界面 理化性质 和 再补给 过程”是 生物炭 覆盖抑制 沉积物 NH 4 N 释放 的 主要 机理 。 生物炭 覆盖 在沉积物表层 形成物理阻隔层， 对沉积物 NH 4 N 释放 具有 明显的 阻隔效应。 运 用薄膜扩散梯度技术（ DGT和薄膜扩散平衡技术（ DET 发现， 生物炭 可 以 从孔隙水中吸附 NH 4 N 改变沉积物 水界面 NH 4 N 浓度 梯度，对 NH 4 N 的内源释放 有较好 的抑制效果 生物炭改变了沉积物 pH 、 LOI 值 、 孔隙率 、 C/N 等理化性质，可 直接或间接 抑制沉积物中 NH 4 N 释放。 在野外围隔实验中， 生物炭覆盖 围隔中 覆盖层 孔隙水中R 值 C DGT NH 4 N C D E T NH 4 N ）为 0.3 表明该层孔隙水的 NH 4 N 再补给 能力较弱。
        （5) 生物炭 覆盖能够改变 参与 NH 4 N 循环的微生物群落结构 与 相关功能基因 的丰度 。 对 生物炭覆盖后 微生物 群落 结 构与功能基因 进行 分析 生物炭的引入能够提高沉积物中 Proteobacteria 、 Planctomycetes 、 Nitrospirae 等几 类 与氮循环相关 的 微生物相对丰度；提高 Nitrospira 、 Thiobacillus 、 Comamonadaceae 、Desulfobulbus 、 Hydrogenophaga 等几种 与 NH 4 N 转化 相关的微生物相对丰度。在 生物炭 覆盖 层中 amoA 、 amoB 、 nrfA 、 nirK 、 nirS 、 ureC 和 hzsB 基因 的丰度有很大 幅度 的提升。其中 amoB 、 nirS 和 ureC 基因的拷贝数与 16s 基因 的拷贝数比值 明显 升高 表明 生物炭不仅 能够提高 与 氮循环相关的微生物量，还能 提高amoB 、 nirS 和 ureC 基因的表相对丰度。