沉水植物对沉积物及土壤垂向各形态无机磷的影响

该研究利用相同区域湖泊沉积物及土壤在室内模拟条件下培养黑藻,运用化学连续浸提法分离不同层次底质中各形态无机磷,并通过对水体中磷质量浓度和Eh值的测定,分析不同层次底质中各形态无机磷质量分数和间隙水中磷质量浓度的变化,揭示在沉水植物作用下淹水土壤和沉积物中不同层次各形态无机磷的迁移转化规律.结果表明,本试验条件下,黑藻主要影响上层和下层(根系所在层)底质中各形态无机磷的迁移转化;黑藻主要吸收利用弱吸附态磷和可还原态磷,并通过改变底质氧化还原环境影响可还原态磷和铁铝氧化态磷的迁移转化;黑藻的生长促进钙结合态磷的释放,但是黑藻的腐烂促进钙结合态磷的沉积;土壤中各形态无机磷比营养水平相当的沉积物中的磷容易迁移转化,黑藻对沉积物中各形态无机磷迁移转化的影响大于土壤.     

生长不同根冠比沉水植物的实验水体对磷输入的响应比较研究

沉水植物是维持浅水湖泊清水型生态系统的关键因子.沉水植物可以从水和沉积物中吸收营养盐,但具有不同根冠比的种类有明显的差异,因此对生态系统的影响可能存在差异.以根冠比不同的两种常见沉水植物——苦草(Vallisneria natans)和轮叶黑藻(简称黑藻)(Hydrilla verticillata)为研究对象,通过建立实验水体,比较不同磷负荷条件下沉水植物生物量、水和沉积物中磷含量的变化,以探讨具有不同沉水植物种群的水体对外源营养盐负荷的响应特征.结果显示:随着磷负荷增加,苦草生物量降低,而黑藻生物量上升;苦草的根冠比显著高于黑藻,且两种沉水植物的根冠比都随磷负荷增加而降低.与没有沉水植物的结果比较显示:苦草和黑藻在不同磷负荷条件下,都能显著降低水和沉积物中磷的含量;苦草对沉积物中磷含量的影响大于黑藻,而黑藻对水中磷含量的影响大于苦草.因此,在外源营养盐负荷较高时,黑藻比苦草能更有效地削减水中磷浓度,从而更有利于维持浅水湖泊清水型生态系统;但沉积物扰动较强时,苦草和黑藻对水体的影响尚需进一步研究.     

沉水植物对水-沉积物界面各形态氮含量的影响

在室内模拟条件下研究沉水植物对水-沉积物界面的上覆水、不同层次的间隙水和沉积物中不同形态氮含量的影响.结果表明:总体上,上覆水和间隙水中不同形态氮含量的顺序为有机氮＞氨氮＞硝态氮;沉积物中可交换态无机氮以氨氮为主,沉水植物的存在并没有改变这一格局.不同处理不同层次的间隙水中,各形态氮含量均为下层＞中层＞上层,但沉积物中氨氮和硝态氮含量变化规律不明显.水-沉积物界面氨氮和硝态氮含量呈现明显季节性变化.总之,水-沉积物界面氨氮是沉积物向上覆水扩散的主要氮组分,沉水植物降低了氨氮和硝态氮的扩散通量.     

不同形态磷对黑藻生长和生理特性的影响

研究了Hoagkand培养液中分别以磷酸二氢钾、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、甘油磷酸钠、ATP-Na为磷源时黑藻的生长及生理活性变化.获得了不同形态磷培养黑藻的干重、根系生长以及叶绿素含量、光合、呼吸、磷含量等指标.研究结果表明,磷酸二氢钾对黑藻的生长及生理活性影响最显著,是黑藻吸收的最佳磷形态;有机磷不利于根系生长,叶绿素a/b较高;六偏磷酸钠和焦磷酸钠促进根系早发,光合生产力低于磷酸二氢钾,叶绿素a/b高于磷酸二氢钾试验组.ATP-Na试验组黑藻呼吸率最高,甘油磷酸钠试验组黑藻光合生产力最高.各实验组黑藻磷含量均增加,黑藻对各形态磷均能吸收利用.图5表4参24     

苦草密度对扰动引起各形态磷释放的影响

采用富营养化水体底泥培育苦草Vallisneria natans,构建密度0、20、40、100、300、450、600株·m-2的沉水植物苦草,模拟一次大风浪扰动过程扰动24 h,然后静置126 h。监测扰动和静置过程中不同密度苦草条件下水体中各形态磷含量的变化,及水体浊度的变化规律和水体中悬浮颗粒物结构。实验结果表明：苦草密度为0、20和40株·m-2的实验组扰动初浊度和水体中各形态磷含量迅速升高,并在第10 h左右达到最大值,随后下降。当苦草密度大于100株·m-2时,水体中浊度和各形态磷含量扰动前后无明显变化。随着沉水植物密度的增加,扰动所引起沉积物磷释放总量呈指数曲线降低。不同密度的苦草水体悬浮物的中值粒径在扰动后3 h达到最大值,但是在扰动后期,中值粒径开始下降,并且在实验第36 h达到最小值。数学模拟表明水体中各形态磷的含量与扰动实验时间和苦草密度的关系函数模拟均达到极显著水平。本实验研究说明：沉水植物密度的增加能显著抑制沉积物中磷的释放,并且当苦草密度大于100株·m-2时扰动所引起的沉积物磷释放影响不显著。扰动所引起的悬浮物的粒度变小,比表面积增大,对磷的吸附能力就越强,是水体扰动后期磷含量降低的主要原因。     

生态修复对浅水湖泊沉积物磷形态特征及湖水磷浓度的影响

以恢复沉水植物为主要手段在浅水富营养化湖泊修复中得到广泛应用,但修复后水质差异很大,可能与沉积物特征有关.暨南大学南湖是浅水富营养化湖泊,在削减外源负荷后,实施了沉水植物恢复等修复工程.本研究选择具有不同水质的区域,采集水样与沉积物,分析沉积物NH4Cl-P(弱结合态磷)、Fe-P(铁结合态磷)、Al-P(铝结合态磷)、Bio-P(细菌可利用性磷)、Ca-P(钙结合态磷)和Ref-P(残渣磷)6种形态的磷,并检测水质差异,以探讨生态修复对沉积物磷形态及水体磷浓度的影响.结果显示,沉水植物较丰富的2号点沉积物密度显著高于沉水植物较少的1号点,2号点沉积物中Fe-P、Al-P和Ref-P含量较高,沉积物磷最大释放潜力(P-MSP)为4.87 mg/L,大幅高于1号点的2.58mg/L,然而2号点水体磷浓度却低于1号点,1号点水体的总磷、颗粒态磷、总溶解性磷和溶解活性磷浓度分别为2号点的1.29倍、1.11倍、1.17倍和1.14倍,水质较2号点差.本研究说明沉水植物能抑制沉积物中磷的释放,提高沉积物对磷的滞留能力,从而降低水体磷含量,改善水质.     

外加碳源及沉水植物对沉积物各形态磷的影响

以原沉积物(处理1)和添加0.4%葡萄糖(碳源,处理2)的沉积物作为底质培养狐尾藻,采用室内模拟实验,研究了外加碳源及沉水植物对沉积物有机和无机磷形态的影响。结果表明:随着培养时间的延续,狐尾藻的生长促进了沉积物中磷的释放,其衰退增加了沉积物中磷的沉积;沉水植物对磷的不同赋存形态的影响并不相同,其中对无机磷形态中的Fe/Al-P和有机形态磷中的活性有机磷有显著的影响(p<0.05),而对其它形态磷的影响没有表现出统计差异;无论有无种植沉水植物,外加碳源可促进了沉积物Fe/Al-P和有机磷释放,增加了Ca-P固定;外加碳源显著提高了有机磷中活性有机磷的质量分数(p<0.05),降低了稳定性有机磷的质量分数,而种植沉水植物可显著降低活性有机磷质量分数。说明碳源和沉水植物对沉积物中磷形态分布有重要影响。     

不同水生植物的除氮效率及对生物脱氮过程的调节作用

选取漂浮植物凤眼莲(Eichhornia crassipes)和大薸(Pistia stratiotes)、浮叶植物乌菱(Trapa bicornis)和沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)4种不同类型水生植物为供试植物,构建富营养化水体净化系统,在植物生长初期(6—7月)、快速生长期(7—8月)和缓慢生长期(9月)研究其吸收富集氮的能力、去除水体中氮的效率及对水体生物脱氮过程的影响。结果表明,4种水生植物去除水体氨氮、硝态氮、总氮的效率有所差异,凤眼莲、大薸在3个生长阶段对上覆水中各种形态氮的去除效率均较高,对氮的富集能力也较强,轮叶黑藻去除水体中氮的效率最低。快速生长期各类植物净化水体氮的速率最快,其次是生长初期。4种植物体内富集氮能力从大到小依次为凤眼莲、大薸、乌菱和轮叶黑藻,种植沉水植物的水体生物脱氮气体N2和N2O的释放通量以及气体释放总量明显高于其他类型水生植物。     

外加碳源及沉水植物对沉积物各形态磷的影响

以原沉积物（处理1）和添加0.4%葡萄糖（碳源,处理2）的沉积物作为底质培养狐尾藻,采用室内模拟实验,研究了外加碳源及沉水植物对沉积物有机和无机磷形态的影响。结果表明：随着培养时间的延续,狐尾藻的生长促进了沉积物中磷的释放,其衰退增加了沉积物中磷的沉积;沉水植物对磷的不同赋存形态的影响并不相同,其中对无机磷形态中的Fe/Al-P和有机形态磷中的活性有机磷有显著的影响（p〈0.05）,而对其它形态磷的影响没有表现出统计差异;无论有无种植沉水植物,外加碳源可促进了沉积物Fe/Al-P和有机磷释放,增加了Ca-P固定;外加碳源显著提高了有机磷中活性有机磷的质量分数（p〈0.05）,降低了稳定性有机磷的质量分数,而种植沉水植物可显著降低活性有机磷质量分数。说明碳源和沉水植物对沉积物中磷形态分布有重要影响。     

沉水植物对沉积物中磷赋存形态影响的初步研究

采用磷的分级方法研究苦草移植后生长过程中沉积物不同的磷赋存形态(NH4Cl-P, BD-P, NaOH-P和HCl-P)以及总磷的变化,同时结合野外人工恢复的水草区域采样的结果,进一步分析了野外条件下沉水植物狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)对磷赋存形态的影响,结果表明,沉水植物能够有效的降低沉积物中磷的含量,而且水生植物对磷的不同赋存形态的影响并不相同,其中,BD-P是受沉水植物影响最为明显的磷赋存形态.     

厌氧污泥释放磷的规律及鸟粪石法回收磷的应用研究

城市污水处理厂进行脱氮除磷工艺时,大量的磷从水体转入活性污泥中,如不能回收这部分磷,将造成磷的大量流失,这与磷矿稀缺的现状形成矛盾。通过建立污泥停留时间5 d和10 d的两个厌氧反应系统,对污泥中磷的释放规律进行研究,并采用鸟粪石法对上清液中的磷进行回收。研究结果表明,厌氧污泥上清液中的磷含量高达150 mg.L-1,SRT为5 d和10 d的系统,分别在4 d和2 d后磷的质量浓度由14 mg.L-1上升到100 mg.L-1,且基本上都以正磷酸盐的形式存在。将pH从8.3上升到9.0,磷的回收率可以从60%提升到90%,当pH达到8.8时,磷的回收率即可超过80%,表现出了较好的磷回收效果。研究还发现镁离子和磷酸根的摩尔比对磷的回收率的影响较小,在pH=8.8时,将镁磷比从1.43提升到1.83,磷的回收率仅从79.2%提升到85.5%;在pH=9.0时提高镁磷比对磷的回收基本没有影响。     

农业磷素流失途径及控制方法研究进展

综合评述了农业磷素面源污染产生的原因及其控制方法方面的国内外研究进展。在控制磷污染源方面要注意磷肥用量和磷肥有效性的提高,减少磷素在土壤中的积累;在控制磷素流失方面要针对磷素地表和土体内迁移流失采取有效措施,减少磷素对地表水和地下水污染。磷素污染的治理关键是切断磷源和流失途径的联系,根据磷污染源的等级划分因地制宜地采取治理措施;要将磷和氮综合治理,制定适合我国国情的BMP管理模式。     

蔬菜地土壤磷提取及模拟径流中磷素潜在流失的影响

蔬菜地磷素流失是一种典型农业非点源污染类型。通过观测地表径流中溶解态反应磷(DRP)、生物可利用磷(BAP)可以监测土壤磷素流失程度。受到各种客观条件的限制,这两个指标比较难于获取,而土壤中的总磷(TP)、Olsen(OP)、Mehlich-1(M-1P)和水溶性磷(Pw)可以通过常规分析手段获取。本文选取27个典型蔬菜样地,分析测定各样地土壤中的总磷(TP)、Olsen(OP)、Mehlich-1(M-1P)和水溶性磷(Pw)四个磷提取变量,采用了经典方法计算土壤磷流失潜能指标——磷吸持饱和度(DPS)。同时采用模拟径流实验得出典型蔬菜样地地表径流样中溶解态反应磷(DRP)、生物可利用磷(BAP)。结果表明:M-1P、Pw与DPS呈极显著正相关,相关系数分别达到了0.85和0.74(p<0.01);而M-1P、Pw与DRP浓度相关系数(r2=0.843和0.786,p<0.01)大于TP、OP与DRP浓度的相关系数(r2=0.554和0.722,p<0.01)。结论认为,通过测定M-1P、Pw和计算DPS能比较准确、便捷地预测土壤径流磷素流失风险程度。     

Kinetic analysis of anaerobic phosphorus release during biological phosphorus removal process

Enhanced biological phosphorus removal (EBPR) is a commonly used and sustainable method for phosphorus removal from wastewater. Poly-β-hydroxybutyrate (PHB), polyphosphate, and glycogen are three kinds of intracellular storage polymers in phosphorus accumulation organisms. The variation of these polymers under different conditions has an apparent influence on anaerobic phosphorus release, which is very important for controlling the performance of EBPR. To obtain the mechanism and kinetic character of anaerobic phosphorus release, a series of batch experiments were performed using the excessively aerated sludge from the aerobic unit of the biological phosphorus removal system in this study. The results showed that the volatile suspended solid (VSS) had an increasing trend, while the mixed liquid suspended sludge (MLSS) and ashes were reduced during the anaerobic phosphorus release process. The interruption of anaerobic HAc-uptake and phosphorus-release occurs when the glycogen in the phosphorus-accumulating-organisms is exhausted. Under the condition of lower initial HAc-COD, HAc became the limiting factor after some time for anaerobic HAc uptake. Under the condition of higher initial HAc-COD, HAc uptake was stopped because of the depletion of glycogen in the microorganisms. The mean ratio of Δρ _P/Δρ _PHB, Δρ _GLY/Δρ _PHB, Δρ _P/ΔCOD, was 0.48, 0.50, 0.44, and 0.92, respectively, which was nearly the same as the theoretical value. The calibrated kinetic parameters of the HAc-uptake and phosphorus-release model were evaluated as follows: Q _HAc,max was 164 mg/(g · h), Q _P,max was 69.9 mg/(g · h), K _gly was 0.005, and KCOD was 3 mg/L. An apparently linear correlation was observed between the ratio of Δρ _P/ΔCOD and pH of the solution, and the equation between them was obtained in this study.     

基于氮磷指数的小流域氮磷流失风险评价

识别区域氮磷流失综合风险分布状况并对氮磷流失进行综合调控是控制非点源污染的有效措施。但传统的研究往往局限于氮或磷流失风险的单独评估和调控,以密云水库沿湖集约化农区东庄小流域为例,应用氮指数、磷指数及氮磷综合指数法,对区域氮磷流失风险进行综合评价。结果表明:流域氮、磷流失风险总体上较小,80%以上的区域均处于氮、磷流失的无风险或低风险区,但氮、磷流失的空间分布存在较大差异。其中氮流失的高度风险区集中在山地中土壤侵蚀指数较大的果园;而磷流失的高风险区域主要分布在河流沿岸的农业用地。氮磷综合风险指数显示,93.1%的区域处于无风险和低风险区,中度以上风险区占总面积的6.9%,主要集中在流域中部有着较高的肥料施用、地势陡峭且处在河流沿岸的农业用地或山地中。单独考虑氮指数或磷指数都难以反映区域氮磷流失的综合风险状况,容易忽略磷指数高氮指数低、氮指数高和磷指数低以及氮、磷风险在中等的区域。因此,在氮、磷流失风险评估基础上,进行氮磷流失风险的综合评价,可为氮磷流失的综合调控提供指导。     

基于氮磷指数的小流域氮磷流失风险评价

识别区域氮磷流失综合风险分布状况并对氮磷流失进行综合调控是控制非点源污染的有效措施。但传统的研究往往局限于氮或磷流失风险的单独评估和调控,以密云水库沿湖集约化农区东庄小流域为例,应用氮指数、磷指数及氮磷综合指数法,对区域氮磷流失风险进行综合评价。结果表明：流域氮、磷流失风险总体上较小,80%以上的区域均处于氮、磷流失的无风险或低风险区,但氮、磷流失的空间分布存在较大差异。其中氮流失的高度风险区集中在山地中土壤侵蚀指数较大的果园;而磷流失的高风险区域主要分布在河流沿岸的农业用地。氮磷综合风险指数显示,93.1%的区域处于无风险和低风险区,中度以上风险区占总面积的6.9%,主要集中在流域中部有着较高的肥料施用、地势陡峭且处在河流沿岸的农业用地或山地中。单独考虑氮指数或磷指数都难以反映区域氮磷流失的综合风险状况,容易忽略磷指数高氮指数低、氮指数高和磷指数低以及氮、磷风险在中等的区域。因此,在氮、磷流失风险评估基础上,进行氮磷流失风险的综合评价,可为氮磷流失的综合调控提供指导。     

低磷胁迫下大麦磷高效基因型的筛选

为获得大麦（Hordeumv ulgare Linn.）磷高效育种的材料,分别在土壤有效磷质量分数为1.32和36.6mg·kg-1的条件下,对180个大麦品种进行磷高效材料的筛选和鉴定研究。结果发现,不同品种中磷高效差异很大;中国大麦茎干重和地上重极显著高于美国大麦（P=0.000）;裸大麦（H.vulgare var.nudum）有效穗、分蘖数和茎干重极显著高于皮大麦（H.oldeum vulgateL.）;多棱大麦（Hordeum vulgareL.）分蘖数、茎干重和地上干重极显著高于二棱大麦（Hordeum distichon L.）。磷效率用耐低磷力和品种适应性来描述,用籽粒产量计算耐低磷力,云啤1号（122.3%,231.43%）、Z050P004Q（109.81%,214.40%）和YS500（101.08%,566.14%）等是供试样品中磷高效较高的品种。该实验结果为云南地区进一步选育磷高效的大麦品种提供了材料。     

铬对生活污水中氮磷的植物净化效果及体内氮磷含量的影响

采用水培法,设置4个Cr6＋质量浓度（0,1,10,20mg·L-1）处理风车草（Cyperus alternifolius）和薏米（Coix aquatica Roxb）,以此研究铬对生活污水中氮磷净化效果及植物体内氮磷质量分数的影响。结果表明：（1）试验期内,铬质量浓度为1mg·L-1时促进风车草和薏米对总氮的去除,铬质量浓度为20mg·L-1时则抑制;总氮去除率因处理时间不同而不同,表现在处理17d时0mg·L-1、1mg·L-1铬处理显著高于处理7d,但20mg·L-1处理则相反;除Cr20处理外,薏米对总氮的去除率显著高于风车草。（2）风车草和薏米对生活污水中总磷的去除率随铬处理时间延长而降低,表现在处理17d时10mg·L-1、20mg·L-1铬处理显著低于处理7d;在20mg·L-1铬处理下皆显著低于对照;风车草对总磷的去除率在10mg·L-1、20mg·L-1铬处理下显著高于薏米。（3）不同质量浓度Cr6＋处理下风车草和薏米体内氮、磷质量分数的变化不同,其中20mg·L-1铬处理下风车草茎和薏米根、茎及叶片皆显著低于对照。     

黄河沉积物对磷的吸附行为

研究了黄河流域9个沉积物对磷的吸附行为,用修改后的Langmuir等温吸附模型对吸附实验数据进行了拟合,得到最大吸附容量PAC、Langmuir吸附平衡常数k.利用所得拟合参数通过公式计算方法得到EPC_0,以此判断沉积物是磷"源"还是磷"汇",分析了沉积物组成及其理化性质与磷吸附特征的关系.结果表明,各沉积物的吸附,解吸平衡磷浓度EPC_0范围在0.0031～0.109 3 mg/L,,其值也较低,与可解吸的内源磷含量正相关,与地理位置没有表现出相关性.在本研究条件下,在壶口张家湾断面,沉积物对磷表现为"汇";而其他沉积物对磷表现为"源",但释放量和吸附量不大.黄河沉积物对磷的最大吸附容量PAC的范围为0.073～0.454 mg/L,吸附能力较弱,沉积物的最大吸附容量与沉积物的有机质有较好的正相关关系.此外,沉积物对磷的吸附存在明显的固体浓度C_S效应,吸附滞后角随着C_S的增加而增大,随着同体浓度的增加,沉积物对P的吸附量逐渐降低,但EPCC_0值却增大,体现了颗粒物在磷循环中的两性作用.     

潮土中磷锌交互作用机制探讨及磷对锌吸附-解吸的影响

采用室内培养和吸附解吸两种方法,探讨了潮土中磷、锌交互作用机制。结果表明：土壤中DTPA提取态锌质量分数随添加锌量的增加而增加,低磷质量分数处理可提高土壤锌有效性,但高磷质量分数处理却降低了土壤锌的有效性;土壤速效磷质量分数均随锌添加量的增加而有所降低。在施锌25 mg.kg-1背景下,土壤中DTPA提取态锌质量分数随施磷质量分数的增加呈先增加后降低趋势,在添加磷量小于180 mg.kg-1时,土壤DTPA提取态锌质量分数显著地高于其他处理,但随添加磷量的增加,土壤DTPA提取态锌质量分数显著降低,当磷添加量大于540 mg.kg-1时,土壤DTPA提取态锌质量分数明显低于其他磷处理,说明当添加磷量小于180 mg.kg-1时,磷提高土壤中锌有效性的主要机制是二者竞争吸附土壤胶体表面吸附点位的竞争机制;当添加磷量大小540 mg.kg-1时,磷影响锌有效性的主要机制为沉淀作用。在土壤施磷量为180 mg.kg-1时,随添加锌质量分数的提高,土壤中速效磷质量分数呈先升高后降低趋势。吸附-解吸研究表明,随土壤中速效磷质量分数的提高（27.60~2773.86 mg.kg-1）,土壤对锌的吸附量先降低再增加,而KCl解吸的锌量却是先增加再降低。因此潮土中磷锌交互作用机制为,土壤中磷和锌质量分数均较低时,磷与锌有效性呈协同作用;当磷或锌质量分数过高时,协同作用减弱;磷和锌质量分数再增加二者的有效性将出现拮抗作用。