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湖泊沉积物是地球表层生态和地质环境系统的重要组成部分，是湖泊中许多物质的源和汇。进入湖泊的污染物质如重金属、有机物、氮、磷营养盐等都可以通过沉降、吸附等过程迁移至沉积物，同时沉积物中的物质也可以通过溶解、解吸等释放至水体，在水-沉积物界面发生着频繁的物质交换，控制和调节着湖泊水环境。
本研究的目标是：(1)通过东湖沉积物环境信息的提取与辨析，考查其水环境的演化进程；(2)研究磷在水—沉积物界面的迁移、转化机制，建立其地球化学理论模式；(3)评价东湖富营养化内源污染大小及其影响，探讨东湖内源污染治理的途径。
东湖位于武汉市武昌区，地理坐标：114°23′E，30°33′N。属中型浅水内陆湖泊，湖面面积30.75km2，相应湖容约为7.36×107m3。最大水深6米，平均水深为2.6米。湖底质以重粘或粘质腐泥为主，占全湖底面的61％，平均厚度0.5m。东湖水体总氮1.27mg/L，总磷0.16mg/L，COD10.07mg/L，pH值8.35，透明度仅0.40m，水体N：P≈8，属受磷控制的富营养型湖泊。
本研究采集了东湖十个位点未经扰动的柱状沉积物样品，采样深度分别为(cm)：56、68、80、60、30、60、20、32、58、60。根据沉积物剖面特征，从上至下可分辨出四个层节：0-12cm为黄青色稀泥；12-28cm为灰黑色软泥，可见大量植物残渣；28-50cm为色渐浅至青灰泥，可见植物残渣；50cm以下为黄灰色硬质粘土。沉积物含水量与深度有关，0-6cm表层沉积物平均含水量73％；6-40cm平均含水量58％；40cm以下平均含水量40％。
对Ⅲ号位沉积物做了210Pb同位素测定，以深度对过剩210Pb的对数作图得到较好的线性关系，据此计算平均沉积速率为0.8cm/y。由沉积物性状推测Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅸ位沉积速率基本相近(0.8cm/y)。这四个点处在东湖主要的排污口附近，受外源影响大，其沉积速率较大；Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅹ四个点的沉积速率为0.48cm/y，这些点受外源影响小，其沉积速率也较小。
沉积物中磷的垂直分布特征为：在上部(0-15cm)磷含量随深度加深呈梯度下降，下部基本为恒定值，据此提出了沉积物总磷表观本底值(TPb)的概念，测定东湖沉积物平均总磷表观本底值为0.6mg/g。沉积物表层含磷量高且呈梯度下降，说明在目前东湖水体污染较重的情况下，磷的迁移方向主要是从水体向沉积物迁移，沉积物接纳了大部分外源输入的磷，此时沉积物是磷的“汇”。在较深部，在成岩作用过程中不稳定的水合磷酸盐向较稳定的磷灰石转化，使磷含量变化趋于恒定。东湖磷主要来源于生活污水，由沉积速率推算，磷开始大量积累的时间在1950至1960年代，东湖自1950年代以后，人类活动直接排人湖内的磷总量占同期各因素输人湖内的磷的总量的66.5％，可见东湖磷的积累与人类活动的影响是同步的。
分别分离、分析了沉积物中可溶性磷、Al-P、Fe-P、Ca-P、包裹态磷和有机磷的含量及其垂直分布。沉积物中各形态磷含量大小依次为包裹态磷＞有机磷＞Fe-P＞Ca-P＞Al-P＞可溶性磷。可溶性磷垂直分布与间隙水一致，Fe-P和有机磷是控制东湖沉积物磷沉积—释放的主要因素。沉积物中有机磷的垂直分布明显包含四个阶段，清晰的反映了东湖各个不同时期的生物状况和水环境的演化：成湖期生物量小()“草型”湖泊期植物生物量大()过度期生物量较小()“藻型”湖泊期浮游生物量大(富营养化)。
分析了东湖沉积物中凯氏氮、铵氮和有机氮的含量和垂直分布。结果表明，有机氮占80％以上，有机氮与凯氏氮线性相关：TN=1.0147Norg+0.0412，说明沉积物总氮的积累主要来自生物沉积。从有机氮的垂直分布特征，可见两个高峰，分别在0-18cm和40-54cm处，反映出对应的两个时期湖泊生物量较大，结合沉积物性状在40-54cm处有大量未降解的植物残渣，分析认为此峰应是大型沉水植物所带来的有机氮的生物沉积，而在0-18cm处沉积物性状呈黑至深灰色，未见植物残渣，该处沉积物有机氮应主要来自藻类等浮游生物的生物沉积。这一结论与沉积物有机磷垂直分布得出的东湖水环境演化历程几乎一致。
从东湖沉积物中金属镉、铅、铁、铜、和锌的含量和垂直分布看，沉积物中的铅平均含量为44mg/kg，但近年来有所下降；镉平均含量为2.63mg/kg，比土壤背景值高出近10倍，表明东湖曾受到工业废水污染。铜和锌的平均含量分别为62ppm、241ppm。铁在沉积物中含量高(平均5.9％)，且垂直分布呈较大幅度的波动(3.9-9.3％)。铁的垂直分布与沉积物间隙水的pH、Eh有很好的相关性：当Eh升高时，pH下降，Fe含量增加，反之亦然。在沉积物表层由于大量有机物的降解，使体系处于还原状态，Eh值低，Fe3+可被还原为Fe2+而溶出，至使沉积物中铁含量下降，越靠近表层此效应越明显。表明沉积物中的磷、铁和有机质的界面行为密切相关。
沉积物间隙水中磷的垂直分布可见，在0-12cm磷含量逐渐下降，到26cm又开始上升，至50cm甚至超过了表层的含量，这是因为上部沉积物间隙水与水体，通过扩散作用，大致保持平衡，沉积物中降解的有机磷可扩散至水体，而深部难于扩散。表层0-12cm沉积物与水体磷的交换作用强烈。用扩散-平流-反应模式描述沉积物间隙水中磷的垂直分布为：C=A0+A1eA2x-A3eA4x式中右边第一项为沉淀平衡的影响；第二项是溶解、解吸、有机磷分解等因素对磷浓度的增加；第三项为沉淀、扩散、吸附等因素对磷浓度的降低。其中0-12cm沉积物间隙水磷呈指数下降：TPpore=0.1048e-0.1811X。
本文首次提出以沉积物超额磷负荷(TPex，g/m2)作为湖泊沉积物内源磷污染的指标，定义TPex为单位面积沉积物超出沉积物总磷表观本底值(TPb)的总磷量，其计算式为：TPex=∑[(TP测-TPb)×r×h×(1-ω)×10](g/m2)。计算了十个采样点的沉积物超额磷负荷值，通过与上覆水含磷量TPw相关分析，发现两者呈正相关：ln(TPex)=0.5918+21.3TPw(r=0.98，n=10)。说明TPex很好地反映了水体和沉积物受污染的程度。亦可由此关系通过水体磷浓度求得TPex值，以弥补沉积物采样困难和工作量太大的问题。
以含磷量为TPb附近的沉积物与水进行的平衡实验表明，平衡时水中的磷含量(TPw)与沉积物含磷量(TPs)线性正相关，平衡时沉积物中磷的溶出率与水体含磷量对数负相关。实验证实了沉积物磷表观本底值是存在的(0.62mg/g)，且与沉积物垂直分布得出的TPb值基本相符。
采集了23个点位的东湖水样，分析其磷含量。通过上述相关关系估算沉积物超额磷负荷值，结合十个点位沉积物超额磷负荷实测值，绘制了东湖主要湖区的沉积物超额磷负荷水平分布等值线图。该图显示东湖西南区远较东北区污染重，与沿岸排污口的分布一致。沉积物磷污染深度与沉积物超额磷负荷值正相关，一般在表层30cm以内。
利用分格积分法，计算了东湖沉积物中超额磷的总累积量为439.4t，由水体的平均磷浓度，计算水中含磷为3.344t，不计生物磷，则东湖内源磷约为442.7t，绝大部分为沉积物超额磷。由沉积物磷释放实验和计算，得到东湖沉积物磷释放速率为1.62g/m2.a，年释放量为20.7t/a，沉积物对水体磷的贡献达到25％，与总输出量大致相当，因此，东湖即使实现完全截污，如不采取沉积物治理措施，其水体磷浓度至少在20年内仍会保持高水平。
试验了氢氧化钙、硫酸铝、硝酸钙、硫酸亚铁等四种水处理剂对去除与东湖沉积物平衡的水体磷的有效性。分别按化学计量1：1、1：2、过量三种方式加入处理剂，经过24天连续观察，发现水体磷的去除率随时间发生变化。其中Ca(OH)2按1：1计量投加时，磷去除率最高达到86.2％；硫酸铝1：1投加量时，最大去除率88.3％，过量投加时，最高达到91.7％，但19日后水体磷浓度又开始上升，至24日达到初始浓度的58％；硝酸钙1：1计量时，19日达到最大去除率90.3％，到24日降至24.5％。硫酸亚铁以过量投加时可达最大去除率93.1％，到24日仍维持在66.1％。有关化学药剂处理沉积物污染水体的磷不能用一般化学平衡处理，而与生物化学过程有关，表明该方法还有许多问题有待探讨。但至少可以作为一种辅助方法，如在底泥疏浚工程中，采用适当的化学药剂，固定部分水体和沉积物中的磷，避免施工过程中扰动带来的二次污染，提高底泥疏浚的效果。