洱海沉积物有机质、铁、锰对磷的赋存特征和释放影响

利用SMT磷连续提取分级方法研究了洱海表层沉积物中磷的赋存特征,探讨有机质(OM),Fe和Mn对磷赋存形态及释放的影响,同时评估了洱海沉积物磷的释放风险. 结果表明:洱海表层沉积物w(TP)为710.3～1 961.2 mg/kg,其中w(Ca-P)最高(占36.9%～59.2%),w(OP)次之(占24.6%～36.9%),w(Fe/Al-P)最低(占9.8%～20.7%);w(OM)为25.0～119.6 mg/g,与w(TP)和w(Ca-P)呈显著负相关;w(总锰)为0.8～3.8 mg/g,w(总铁)为34.3～127.2 mg/g,均与w(TP)及其各形态磷含量呈显著正相关. 沉积物中w(Fe/Al-P)/w(Ca-P)比低于0.5,且w(总铁)/w(TP)远大于20,表明磷释放强度小,但w(TOC)/w(OP)<200,说明有机磷的潜在释放风险较大. w(TP)及其各形态磷含量均与无定形铁氧化物(Feo-Fep)含量呈显著正相关,而与结晶态铁氧化物(Fed-Feo)含量的相关性不显著,且全湖沉积物中的铁氧化物以Feo-Fep为主,表明洱海沉积物磷释放主要受Feo-Fep控制.      

我国红树林主要分布区表层沉积物砷的分布及形态特征

利用ICP-MS分析了我国红树林主要分布区表层沉积物的As含量和形态,阐明As的分布及其形态特征.结果表明,表层沉积物中w(As)为3.14～19.16 mg/g,平均值为8.14 mg/g.表层沉积物中w(As)与w(Fe),w(Mn),pH,w(有机质),粉粒和黏粒所占比例呈显著或极显著正相关.表层沉积物中的As主要以残渣态存在,其次为有机质-硫化物结合态.在整个研究区域,As的5种形态在总量中的所占比例:可交换离子态为14.40%,碳酸盐结合态为1.41%,铁锰氧化物结合态为2.16%,有机质-硫化物结合态为30.40%,残渣态为50.65%.可交换离子态所占比例与w(有机质)和pH呈极显著正相关.有机质-硫化物结合态所占比例与盐度、黏粒和粉粒所占比例呈显著或极显著正相关.残渣态所占比例与盐度、粉粒和黏粒所占比例呈极显著正相关.      

洱海沉积物有机质及其组分空间分布特征

对有机质不同组分〔TOM(总有机质)、ASOM(土壤活性有机质)、LFOM(轻组有机质)和HFOM(重组有机质)〕在洱海沉积物表层和垂向的空间分布、来源特征进行了调查研究. 结果表明:洱海表层沉积物中w(TOM)在25.7～148.9g/kg之间,w(ASOM)在4.4～62.5g/kg之间,w(LFOM)在0.2～4.2g/kg之间;w(TOM)和w(ASOM)空间分布趋势为北部湖区＞南部湖区＞中部湖区,西部湖区高于东部湖区;w(LFOM)分布趋势为南部湖区＞中部湖区＞北部湖区;洱海沉积物各组分有机质均为表层富集,而在8~30cm基本稳定,有机质组分活性越强,其富集速率越大. 湖心平台沉积物中TOM富集速率最大,北部湖湾沉积物中ASOM富集速率最大,中部湖区LFOM富集速率最大. 与长江中下游湖泊相比,洱海沉积物中有机质含量高、活性强、矿化程度低;与滇池相比,其表层富集速率较低. 北部三江和西部十八溪是洱海有机质的主要外源,退化的沉水植被是其主要内源. 水生植物残体沉积和人类活动等是影响洱海沉积物有机质空间分布及其活性的主要因素.      

基于多元统计分析的辽东湾沉积物痕量金属地球化学特征

为研究辽东湾表层沉积物中痕量金属的地球化学特征和可能产生的生物效应,于2015年在辽东湾设置38个采样点,采集表层沉积物样品,测定其中13种痕量金属污染物的含量,并采用多元统计分析法对其地球化学特征进行研究. 结果表明:辽东湾表层沉积物中w(Al)、w(V)、w(Cr)、w(Mn)、w(Fe)、w(Co)、w(Ni)、w(Cu)、w(Zn)、w(As)、w(Cd)、w(Ba)和w(Pb)平均值分别为55 726.95、76.21、35.59、852.85、30 482.16、11.98、27.88、21.60、76.53、9.16、0.17、396.78和21.72 mg/kg;其中w(Al)最高,占63.51%;w(Fe)其次,占34.74%. 多元统计分析结果表明,痕量金属受氧化还原环境影响强烈,V、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd在沉积物的氧化还原循环中易被Fe氧化物吸附,与Fe氧化物产生共生关系. Ba与Pb存在共生关系,具有相似的物质来源和地球化学特征;Mn是海洋沉积物中主要化学成分;Cr一般和沉积物中的陆地碎屑相结合. 生态效应浓度评价表明,Ni和As偶尔会产生不利的生物效应,产生几率分别为97%和63%;Ni、As、Cu、Pb和Cr长期暴露会产生毒性效应,产生几率分别为100%、94%、74%、6%和3%,Zn和Cd不会产生毒性效应. 根据对生物产生负面效应和毒性效应的概率,痕量金属污染程度的排序为Ni＞As＞Cu＞Pb＞Cr＞Zn=Cd.      

长江中下游平原三个湖泊表层沉积物对磷的吸附特征

以长江中下游太湖、巢湖和龙感湖等3个湖泊表层沉积物(0～1cm)为对象,研究了不同沉积物对湖水中磷的吸附特性,并探讨了沉积物表面特性和化学组分等因素对磷的吸附行为的影响.结果表明:表层沉积物对磷的吸附作用主要发生在快吸附过程的前1～2h之内;湖泊表层沉积物对磷的吸附基本符合修正后的Langmuir型等温方程,不同采样点的表层沉积物中本底磷吸附量(QNAP)以及磷饱和吸附量(Qmax)差别显著,与采样点所处环境条件有很大关系.同时,沉积物的饱和吸附量与比表面积、活性铁、铝含量和有机质含量有较好的正相关性,相关系数分别为0 92,0 98,0 78和0 96;活性铁、铝含量与有机质含量之间也有较好的正相关性;颗粒物Zeta电位在一定程度上影响沉积物对磷的吸附能力.     

Na型斜发沸石去除水中铁锰及其再生方法研究

为建立一种简单、有效、应用性强的地下水除铁锰方法,研究了Na型斜发沸石除铁锰及其影响因素并建立了再生方法.研究表明Na型斜发沸石对Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)均表现出较强的吸附能力,对Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的最大饱和吸附量分别达4.00 mg/g和3.50 mg/g;且吸附速率快,吸附动力学较好地符合Lagergren一级吸附动力学模型.采用Langmuir吸附等温线能较好描述Bio-F吸附Fe(Ⅱ)(R2=0.981 4)及Mn(Ⅱ)(R2=0.989 9)的过程.该吸附剂在pH6～7范围内可保持90%以上吸附Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的能力.Na型斜发沸石可用15%的NaCl溶液再生,10次再生实验证明其吸附容量可保持100%,研究表明该方法用于高铁锰饮用水处理具有较强的应用价值.     

太湖不同营养水平湖区沉积物理化性质和磷的垂向变化

利用SMT标准测试程序对太湖3个不同营养水平湖区表层10 cm柱状沉积物进行磷赋存形态的垂向分析,并在此基础上讨论了沉积物有机质总量(w(OM)),细颗粒组成与磷赋存形态间的相关关系.结果表明,研究区各采样点沉积物的w(TP)平均值为437～1 650 mg/kg,最高为1 809 mg/kg; w(OM)平均值为17.93～38.76 mg/g;沉积物颗粒组成以粉砂和粘粒为主,占总量的49.64%～83.57%.不同湖区沉积物磷形态的垂向分布规律不同,总体上TP,无机磷(IP),铁铝结合态磷(Fe/Al-P)表现出在表层富集的现象, 钙结合态磷(Ca-P)和有机磷(OP)随深度的变化不大; w(OM)自表层向下逐渐降低. 无机磷占沉积物中总磷的比例较大,且其含量与Fe/Al-P的含量密切相关.Fe/Al-P占TP的比例随沉积物污染程度的增加而升高,是与人类活动密切相关的;有机质总量与OP显著相关;粘粒比例随污染程度的增加逐渐增大.      

覆盖金属氧化物对湖泊沉积物溶解性有机质特征的影响

为揭示不同金属氧化物对湖泊沉积物DOM（溶解性有机质）影响机制,通过室内模拟试验,在沉积物表层分别覆盖Fe、Al、Mn氧化物及湖沙后培养1 a,并利用三维荧光和紫外光谱方法进行表征.结果表明:① 覆盖Al、Fe、Mn氧化物和湖沙主要降低了0~3 cm沉积物的w（DOC）,降幅分别为8.61%、6.27%、22.38%和0.44%. ② 沉积物中DOM的类络氨酸峰（peak B₁）和类色氨酸峰（peak T₂）均产生较大变化.其中三种氧化物均显著降低了上层沉积物中DOM的peak T₂,使底层DOM的peakT₂显著增加. Mn氧化物使DOM的peak B₁降低,Fe和Al氧化物使DOM的peak B₁增加,湖沙则使两类峰均降低. ③ 覆盖金属氧化物改变了沉积物DOM结构特征,其中覆盖Fe氧化物增强了其芳香性,而覆盖Mn氧化物和Al氧化却降低其芳香性,但三者均使DOM腐质化程度及官能团数量增加,并使FI（Fluorescence Index,荧光指数）增大,表明DOM向生物源转化.研究显示,沉积物表层覆盖金属氧化物影响了沉积物中DOM迁移和转化,并促进了其降解,导致其分子量和腐殖化程度增加.      

有机质对三峡库区消落区沉积物磷释放的影响

以三峡库区丰都消落区沉积物为研究对象,通过分析沉积物中磷的赋存形态,以及去除轻组有机质沉积物和沉积物矿物质对磷的吸附等温曲线,揭示了磷的赋存形态及释放与有机质的关系. 结果表明:消落区本底土壤较沉积物w(总磷),w(有机磷)及w(活性磷)更高,首次覆水时更具潜在释磷风险,夏季出露期有利于沉积物有机质和有机磷积累,沉积物有机质矿化分解对磷释放起促进作用,沉积物中w(有机质)与w(有机磷)呈显著正相关,与w(无机磷)呈负相关.      

硅在湖泊沉积物上的吸附特征及形态分布研究

以乌梁素海(WLSH)和岱海(DH)表层沉积物为吸附剂,开展了硅在沉积物上的等温吸附及形态再分布实验研究.结果表明,在低浓度梯度范围内(≤3.00 mg.L-1),硅在乌梁素海和岱海沉积物上的吸附行为均可用线性模型描述,且2个湖泊沉积物分别处于吸附硅和解吸硅的吸附/解吸反应的不同阶段;Langmuir交叉型吸附等温式、Freundlich交叉吸附等温式和Temkin交叉型吸附等温式均能较好地描述硅在2个湖泊沉积物上的吸附行为,结合沉积物自身吸持硅(NAS)和吸附/解吸平衡浓度(ESC0),阐释了2个湖泊沉积物对硅的源汇作用;以硅的形态再分布为基础,揭示沉积物中离子交换态(IEF-Si)释放硅能力,同时也不能忽视铁锰氧化物结合态(IMOF-Si)和有机物硫化物结合态(OSF-Si)的可持续释硅能力,可为探讨真实环境体系中硅的吸附/解吸机制,阐释湖泊富营养化的营养盐限制机制及营养盐耦合作用对碳循环拉动机制等提供理论依据和基础数据.     

本底吸附物对长江沉积物磷吸附容量的影响

分别选取三峡大坝上游寸滩河段和下游武汉河段沉积物,用不同浓度（0~3 mol/L）的HCl对沉积物进行清洗,降低本底吸附w（P）、w（Fe）、w（Al）、w（Ca）及w（OM）（OM为有机质）,通过测定沉积物的P平衡吸附量,研究长江沉积物上本底吸附物对P吸附容量的影响.结果表明:① 经稀HCl清洗后,两种沉积物的w（Ca）、w（OM）、w（P）均显著减少,沉积物的P平衡吸附量随之减少,而w（Fe）、w（Al）则没有明显变化,同时,沉积物对P的平衡吸附量、沉积物中w（TP）均与本底w（Ca）、w（OM）呈显著正相关（P < 0.05）,因此长江沉积物对P的吸附容量的主要影响因素为本底吸附OM和Ca;② 三峡库区内沉积物中w（OM）及w（Ca）较高,二者分别为72.64、63.52 mg/g,三峡大坝下游武汉段沉积物中则相对偏低,二者分别为52.20、45.03 mg/g,说明库区沉积物的P吸附容量明显大于大坝下游沉积物,在三峡水库运行前期,沉积物的P吸附量将逐渐增加,成为三峡水库运行后期富营养化的潜在內源.      

崇明东滩湿地沉积物中汞累积特征及其影响因素研究

湿地是汞的活性库,研究湿地汞的累积特征对揭示湿地汞生物地球化学过程及其生态效应等均具有重要意义. 通过分析崇明东滩沉积物汞累积特征,为进一步深入研究湿地汞的地球化学循环和湿地环境保护提供依据. 采集了崇明东滩湿地高潮滩、中潮滩、中潮滩植被带前缘3个柱状沉积物样品,测得沉积物中w(Hg)为0.015～0.315 mg/kg. 利用地累积指数法对潮滩沉积物中汞的污染状况进行了评价,结果表明:崇明东滩沉积物存在轻度的汞污染. 同时对w(Fe),w(Mn),w(有机质)及粒度等理化参数进行了测定. 采用相关性分析,探讨沉积物中w(有机质),w(Fe),w(Mn)和粒度对沉积物汞累积的影响,指出有机质和铁、锰循环是影响沉积物中汞累积的主导因素,而粒度不是控制因素.      

水体中Ca2+湖泊沉积物磷吸附特征的影响

对于高钙质湖泊来说,水体中钙离子对沉积物磷吸附特征影响非常重要.文章选取北方典型湖泊沉积物进行了吸附实验并通过Langmuir等温吸附模型线性拟合,研究了沉积物的等温吸附特性及水溶液中钙离子浓度对沉积物吸附的影响.沉积物最大吸附量(Qmax)在208.77～450.45 g/kg之间.Qmax与沉积物中Fe和Al的含量...     

洱海沉积物中不同形态磷的时空分布特征

为揭示洱海沉积物磷形态变化的影响因素及其内源磷负荷状况,研究了洱海沉积物中不同形态磷的空间分布和季节性变化特征. 结果表明,洱海表层沉积物中w(TP)为418.71～1108.34mg/kg,空间分布总体呈中部湖区＞南部湖区＞北部湖区;w(IP)为302.35～871.00mg/kg,分布趋势与w(TP)相同;w(Fe/Al-P)为36.22～406.40mg/kg,与w(IP)分布趋势相同;w(Ca-P)为172.34～420.38mg/kg,北部最高;Fe/Al-P和Ca-P是IP的主要形态. 夏季(7月)w(TP)、w(IP)和w(Fe/Al-P)升高,w(labile-P)(labile-P为弱吸附态磷)和w(Fe/Al-P)季节性差异显著. 沉积物柱状样w(TP)、w(OP)、w(labile-P)和w(RSP)(RSP为可还原态磷)随着沉积物深度的增加呈下降趋势,表层富集明显;w(IP)、w(Fe/Al-P)和w(Ca-P)随深度的增加呈上升趋势. 洱海沉积物磷时空分布主要受外源磷输入影响,随水深增加沉积物中w(TP)呈升高趋势,不同形态磷分布受水生生物活动影响较大. 与长江中下游湖泊相比,洱海沉积物中w(TP)高,其中w(IP)及其所占w(TP)的比例较小,磷内源可释放量较低,Fe/Al-P和RSP等生物可利用磷的质量分数及其占w(TP)的比例较大,释放风险较高.      

贵州草海湿地植物根际沉积物磷素形态特征

为分析草海湿地植物根际沉积物磷素形态特征,对24个根际沉积物样品中不同磷形态——Fe/A1-P(铁铝磷)、OP(有机磷)、Ca-P(钙磷)和Res-P(残渣态磷)的分布特征及其与金属、有机质的相关性进行了研究. 结果表明:湿地植物根际沉积物中w(Fe/A1-P)>w(OP)>w(Ca-P)>w(Res-P). w(TP)为114.2~863.9mg/kg,其中w(Fe/A1-P)为60.8~529.9mg/kg,占w(TP)的47.2%~83.5%,Fe/A1-P是磷的主要存在形态;w(OP)为12.2~195.1mg/kg,w(Ca-P)为6.1~205.7mg/kg,w(Res-P)为5.4~23.6mg/kg. 统计分析表明,w(TP)与w(Fe/A1-P)相关性较好(R=0.932,P<0.01);而w(LOI)(LOI为烧矢量)与w(OP)相关性较弱(R=0.343). 主成分分析表明,草海湿地植物根际沉积物中磷主要来自生活污水和农业面源污染;磷素存在的形态特征主要受湿地植物根系泌氧及沉积物中w(Fe)、w(Mn)影响,其次是偏碱性水体.      

砷在昂曲沉积物中吸附解吸的影响因素研究

水环境条件的改变会影响沉积物对砷（As）的吸附解吸行为,进而影响砷在水环境中的迁移和转化.本实验以西藏昌都昂曲表层沉积物为研究对象,通过正交试验,考察pH、转速、溶解氧（DO）、Fe/Mn含量、沉积物/水比例、温度、粒径及As含量对沉积物吸附解吸As的影响.研究结果表明：①沉积物对砷的吸附量随着初始As含量、Fe/Mn含量和pH值的升高而增大,随着颗粒物浓度的升高而减小;不同粒径的沉积物对砷的吸附主要与沉积物中的有机质含量有关,粒径为63~250 μm的沉积物有机质含量最高（3.13 g·kg^-1）,平均吸附量最大（517.28 mg·kg^-1）.②不同粒径沉积物的解吸量与其砷含量和有机质含量有关,砷含量越高,有机质含量越少,砷的解吸量越大.砷的解吸量与转速和温度呈正相关,与pH、DO和颗粒物浓度呈负相关.③Langmuir模型对吸附等温线的拟合效果好于Freundlich模型,沉积物对砷的吸附存在明显的固体浓度效应.     

亚热带海湾表层沉积物对磷的吸附解析特征研究

磷在沉积物-水界面的吸附解析过程对水体富营养化具有重要影响,目前亚热带海湾沉积物对磷的吸附解析特征并不清楚,其自身的粒度组成和理化性质对沉积物磷吸附解析影响尚不明晰.本研究以3个主要入海河口区采集的表层沉积物为基础,通过吸附动力学和等温吸附试验,研究了不同粒径、pH和盐度等环境因子对磷吸附解析特征的影响规律.采用连续提取(SEDEX)法对沉积物吸附磷前后样品进行磷赋存形态分级,探讨沉积物对磷相应的吸附机制.结果表明：亚热带海湾入海河口区表层沉积物对磷的吸附动力学过程可用准二级动力学模型描述,等温吸附曲线符合Langmuir-交叉型模型.沉积物对磷的最大吸附量(Qm)范围为0.332～0.864 mg/g,沉积物磷的吸附/解吸平衡质量浓度(EPC₀)在0.076～0.150 mg/L之间.粒径较小的沉积物具有较强的磷吸附能力,海水酸碱度和盐度有利于沉积物磷吸附,吸附后的沉积物中可交换态磷(Ex-P)和铁结合态磷(Fe-P)含量明显增加,沉积物对磷的吸附过程同时存在物理吸附和化学吸附,且以物理吸附为主.研究显示,亚热带海湾表层沉积物较高含量的黏土矿物和高分子量的有机质...     

人工湿地填料对磷的吸附特性及预期使用年限

试验研究了粗砂、石灰石、钢渣、砂土、页岩、褐铁矿(2Fe2O33H2O)、磁铁矿(Fe3O4)等湿地填料对磷的等温吸附特性。结果表明,Freundlich和Langmuir都能描述上述填料对磷的吸附过程。粗砂、石灰石、钢渣、砂土、页岩、褐铁矿、磁铁矿对磷的理论饱和吸附量分别为18.66mg/kg,80.65mg/kg,1428.6mg/kg,34.84mg/kg,34.97mg/kg,71.94mg/kg和384.6mg/kg。影响填料吸附性的化学成分为Ca,Fe,Al,Mg和Mn。此外分析了填料对磷的吸附机理,预测了钢渣的预期使用年限为14年。     

滇池典型湖区沉积物粒径与重金属分布特征

对滇池3个代表性湖区(草海、湖心区、外海南部)表层(0~10cm)沉积物的粒径组成进行了分析,测试了不同粒径沉积物的主要理化性质和Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Fe、Mn、Cd等8种重金属的质量分数,并对滇池沉积物中重金属质量分数的粒径效应作了校正. 结果表明:滇池表层沉积物粒径主要分布在<250μm的范围内;粉砂(4~<63μm)所占比例最大,平均达到60%;黏土(<4μm)次之,平均占19%. 随着粒径的减小,大部分重金属质量分数在不同粒径的沉积物中呈增加趋势. 重金属在细粒径(<63μm) 沉积物中所占比例平均达79%,显著高于其他粒径(63~<125、125~<250μm). Cr、Cd、Cu、Pb、Zn和Ni具有相似的富集特性,其质量分数高值均出现在粒径为4~<63μm的沉积物中,该粒径沉积物中6种重金属的质量分数分别为土壤背景值的2.04、9.77、4.35、5.11、3.47和4.60倍;而w(Fe)和w(Mn)在各粒径沉积物中无明显差异. 黏土校正结果与不同粒径沉积物黏土校正的理论计算值相差不大. 黏土校正与参比元素校正都适合校正滇池不同粒径沉积物的重金属质量分数.      

多方法研究呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征及来源

湖泊沉积物有机质是全球碳循环的重要组成部分之一.寒旱区湖泊由于地理位置和气候条件的特殊性,其沉积物有机质的赋存和迁移转化特征更容易受到气候变化的影响.以我国寒旱区典型代表湖泊——呼伦湖为例,采用连续提取法、C/N（碳氮比值）、δ13C（碳稳定同位素）、三维荧光光谱技术对呼伦湖表层沉积物有机质的含量和组分的时空分布特征、污染来源及稳定性进行了研究.结果表明:①2018年10月（秋季）、2019年3月（冬季）、2019年5月（春季）、2019年7月（夏季）,呼伦湖表层沉积物中w（TOC）的平均值分别为（25.05±9.73）（26.92±11.60）（24.68±10.19）（24.36±10.01）g/kg,呈冬季高、夏季低,由西北部向东南部递减的时空分布趋势.②w（WEOM）（WEOM为水提态有机质）、w（FA）（FA为富里酸）、w（HA）（HA为胡敏酸）和w（HM）（HM为胡敏素）的年均值分别为（0.63±0.33）（2.31±1.26）（3.42±1.49）（19.21±7.83）g/kg,w（WEOM）:w（FA）:w（HA）:w（HM）为1.0:3.7:5.5:30.7,其中HM为有机质的优势组分.③WEOM包括类富里酸组分C1,类腐殖酸组分C2和C3,以及类色氨酸组分C4共4个荧光组分,其中,类腐殖质组分（C1+C2+C3）贡献了总荧光强度的79.2%,为优势荧光组分.④沉积物有机质主要来自于陆源,陆源有机质的平均贡献率在80%左右.⑤沉积物PQ值（胡敏酸占腐殖酸的比例）和WEOM的HIX（腐殖化指数）年均值分别为0.55和6.39,表明现阶段呼伦湖表层沉积物有机质腐殖化程度较高且相对稳定.研究显示:呼伦湖表层沉积物有机质含量较高,表现出季节和空间分布差异性;有机质主要来自陆源,以类腐殖质为主,具有腐殖化程度高和相对稳定的特点.