滇池与红枫湖沉积物中磷的地球化学特征比较研究

对比研究了滇池与红枫湖表层沉积物中磷的形态含量及其生物有效性.结果表明,两湖沉积物总磷含量相当,分别为1373.8～ 4616.3mg·kg-1、1194.4 ～4324.3 mg·kg-1.HCl-P、Res-P为滇池沉积物中主要的磷形态,占总磷的62.9％ ～86.4％;而红枫湖中磷形态顺序为NaOH-P＞ Res-P＞ HCl-P＞ BD-P＞ NH4Cl-P;两湖沉积物中有机磷均以低活性态为主.红枫湖沉积物中NH4Cl-P、BD-P、NaOH-rP及生物有效磷等平均含量明显高于滇池,表明其内源磷释放对上覆水体富营养化的贡献更大.Olsen-P与NH4Cl-P、BD-P、NaOH-rP等活性磷形态呈显著正相关,而与NaOH-nrP、HCl-P、Res-P、TP等相关性不显著,因此,可作为评价两湖沉积物释磷能力及其潜在环境风险的重要指标.     

太湖梅梁湾不同形态磷周年变化规律及藻类响应研究

以太湖梅梁湾为研究对象,2013年对水体中不同形态磷和藻类进行了逐月观测,探讨了风浪扰动和藻类生长双重影响条件下不同形态磷间转化规律以及藻类生长和不同形态磷含量间的内在联系.结果表明,梅梁湾水体中总磷(TP)、颗粒态磷(PP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性磷酸盐(DIP)和生物有效磷(BAP)均呈现出"夏秋高"、"冬春低"的周年变化规律,藻类生长也呈现了类似规律,而溶解性有机磷(DOP)和可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的变化规律并不规则.颗粒态磷生物有效性(BAPP/PP)在6~10月期间仅为12.75%,显著低于年度平均值37.14%.这可归因于沉积物频繁扰动下内源磷固定效应以及藻类生物吸收作用加快了颗粒态磷向溶解态磷的转化.在此期间,DTP占BAP的质量分数高达69.33%(平均值),明显高于BAPP(30.67%,平均值),也高于DTP的周年平均值(56.63%),其也是藻类生长旺盛季节.     

太湖梅梁湾和月亮湾春夏两季沉积物扰动下BAPP的转化规律

采用室内模拟试验研究了沉积物扰动下上覆水中可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的变化规律,并分析了BAPP与悬浮物中内源磷间的内在联系.试验用沉积物分别于春季和夏季采自太湖梅梁湾和月亮湾.结果表明,沉积物扰动降低了上覆水中生物有效磷(BAP)含量,降至初始状态的40%左右.BAPP也明显降低,其占BAP的百分比稳定在50%左右,梅梁湾春季除外.扰动状态下颗粒态磷(PP)生物有效性显著降低,第12h时,BAPP占PP的百分比仅为10%左右;这与悬浮物中NH₄Cl-P和Fe/Al-P的降低明显相关,但其与 (AAP+NH₄Cl-P)占Tot-P的百分比相关性更好[r=0.565(n=48)].这暗示,沉积物扰动可能延缓了水体富营养化发展进程.     

易悬浮和外源输入下原位覆盖对生物有效磷形成的影响

在有外源磷持续汇入的前提下,研究了底泥原位覆盖钙改性材料和锁磷剂被悬浮颗粒再覆盖后对沉积物生物有效磷(BAP)的影响.结果表明,与空白对照相比,底泥原位覆盖后,BAP平均下降34.30%,此外,上覆水及间隙水溶解性无机磷(DIP)的浓度分别平均下降了74.25%和47.48%(0～3 cm),说明覆盖材料可以有效减少水体DIP的浓度,促进易被生物利用态磷浓度的降低.然而,当覆盖材料受到悬浮颗粒影响后,BAP平均下降20.27%,其中,藻类可利用磷(AAP)、碳酸氢钠可提取磷(Olsen-P)和水溶性磷(WSP)的含量较未被悬浮颗粒覆盖组显著提高,分别增加了18.28%、17.41%和12.58%,说明覆盖材料受悬浮颗粒影响后不利于降低底泥磷的生物有效性.     

红枫湖沉积物内源磷释放通量估算方法的对比研究

湖泊沉积物内源磷是湖泊水体磷的重要来源,但目前对内源磷释放通量的科学估算缺乏定量研究。本文以贵州红枫湖为研究对象,对比研究了野外调查分析法、模拟实验法和扩散模型法等3种估算方法下的红枫湖沉积物内源磷释放通量。结果表明,野外调查分析法可宏观获取水体污染物来源的概况,但对采样点布设、采样频次和周期等要求较高,估算结果往往存在较大偏差和不确定性;模拟实验法可粗略获得沉积物磷释放通量,但由于取样和实验培养过程破坏了沉积物的物理化学结构,估算结果难以精确;扩散模型法可定量估算沉积物磷释放通量,但须与沉积物-水界面高分辨率观测数据相结合才能使结果可靠。红枫湖沉积物内源磷输入对水体磷污染的贡献较高(25.7%~46%),因此在富营养化治理过程中,一方面应继续强化外源污染治理,另一方面亟待加强对沉积物内源磷释放的有效控制。     

滇池沉积物生物有效性氮和磷的分布及相互关系

利用化学连续提取法,对滇池8个采样点表层沉积物中的生物有效性氮和磷的分布进行了研究,并探讨了二者间的关系. 结果表明:滇池沉积物中w(TN)和w(TP)的分布特征具有显著差异,北部和南部因磷矿开采、外源污染输入导致其值较高,中部受水动力影响较大则其值相对较低;沉积物中生物有效性氮和磷包括离子交换态氮和磷(IEF-N,IEF-P)、弱酸可提取态氮和磷(WAEF-N,WAEF-P)、强碱可提取态氮和磷(SAEF-N,SAEF-P)以及强氧化剂可提取态氮和磷(SOEF-N,SOEF-P)等4种形态;各生物有效性氮对总的生物有效性氮的贡献顺序依次为w(SOEF-N)(68.1%～78.8%)>w(IEF-N)(10.1%～14.9%)> w(WAEF-N)(5.8%～8.9%)≈w(SAEF-N)(5.3%～8.7%),生物有效性磷的相对含量顺序依次为w(SAEF-P)(68.6%～75.2%)>w(SOEF-P)(23.4%～30.0%)>w(WAEF-P)(0.6%～1.8%)>w(IEF-P)(0～0.1%);生物有效性氮和磷具有正相关性,二者迁移转化的趋势可能具有一致性. 生物有效性氮和磷的比值分析表明,沉积物中生物有效性氮和磷的形态差异影响氮、磷的矿化和释放速率.      

向家坝库区沉积物磷形态分布及释放风险

采用改进的连续提取法研究了向家坝库区沉积物中有机磷（OP）和无机磷（IP）的各赋存形态及分布特征,讨论了各形态磷的生物可利用性和释放风险.结果表明,向家坝库区沉积物总磷（TP）含量为388.9~616.4 mg·kg^-1,总体处于安全级别.库区沉积物磷形态以惰性碎屑态无机磷（De-P_i）和残渣态有机磷（Re-P_o）为主,两者共占TP质量分数的60%以上,呈上游高下游低的趋势,流域地质背景是主要的影响因素.以可交换态无机磷（Ex-P_i）、铝结合态无机磷（Al-P_i）、铁结合态无机磷（Fe-P_i）、可交换态有机磷（Ex-P_o）、铁铝结合态有机磷（Fe/Al-P_o）之和来估算生物可利用磷（BAP）,BAP/TP来评价沉积物中磷的释放风险,BAP含量为23.0~91.1 mg·kg^-1,BAP/TP为6.2%~17.1%.向家坝水库沉积物磷的释放风险较低.库区沉积物BAP储量为767.68 t,对向家坝水库上覆水磷浓度的潜在贡献为0.148 mg·L^-1,是导致未来库区水质恶化的重要因素 之一,应加强对库区内源磷的释放管理.     

沉积物扰动频率对悬浮物中形态磷数量分布的影响

实验模拟了沉积物在不同扰动频率条件下的悬浮过程,研究了悬浮物中不同形态磷的数量分布规律,并且探讨了形态磷数量分布对生物有效磷(BAP)的影响。结果表明,扰动作用下上覆水中溶解性磷酸盐(DIP)含量低于对照试验,与较小频率(0.015 mg/L)相比,较大扰动频率下DIP平衡浓度(0.011 mg/L)略低。弱吸附态磷(NH4Cl-P)含量降低,铁铝结合态磷(Fe/Al-P)和钙结合态磷(HCl-P)则有所增加,但是容易释放的非闭蓄态Fe/Al-P(藻类可利用磷)则有所降低。随着扰动时间延长,藻类可利用态磷(AAP)占Fe/Al-P的百分比逐渐降低。试验结束,该值分别降至39.52%(扰动频率较小)和27.68%(扰动频率较大)。说明闭蓄态Fe/Al-P含量有所增加。基于Fe/Al-P的迁移活性,采用NH4Cl-P与AAP估算BAP是合理的。扰动作用下,BAP占Tot-P的百分比逐渐降低,试验结束,BAP占Tot-P的百分比分别降至36.71%(扰动频率较小)和29.67%(扰动频率较大)。     

特大城市河流表层沉积物磷形态分布及有效性:以成都市为例

为研究河流沉积物内源污染与人类活动的响应关系,采集成都市内33个点位的河流表层沉积物,采用SMT和DGT方法监测沉积物中各形态磷及生物有效性磷含量,结合多元统计方法分析其空间分布特征,计算沉积物及其孔隙水中有效态磷的释放通量。结果表明,成都市河流表层沉积物各形态磷存在空间差异性;成都市河流表层沉积物TP的平均含量为1132.41mg·kg-1,高于成都市土壤背景值365.00 mg·kg-1,Ca-P为最主要磷形态,平均占TP的70.58%;研究区域可划分为3类,第1、3类的磷形态结构差异大,而第2类小,且第1、3类各形态磷含量普遍高于第2类;w(DGT-P)分别与水体w(DTP)、具有生物有效性的w(Fe/Al-P)和w(OP)均有良好的相关性,DGT技术可作为快速原位检测沉积物生物有效磷含量的可靠方法;有效态磷释放量较高的为N8W11N2,分别为20.05、17.13、14.79 mg·(m2·d)-1,其释放能力与人类活动密切相关。     

茅尾海入海河口区表层沉积物磷形态特征研究

以茅尾海两个主要入海河口区表层沉积物为研究对象,采用改进后的连续提取法（SEDEX）对15个采样点沉积物中磷的组分、含量、分布及其影响因素进行研究,探讨了磷的生物有效性。结果表明,无机磷（IP）是茅岭江和钦江入海河口区表层沉积物中总磷（TP）的主要存在形式,平均分别占TP的64.4%和65.9%,有机磷（OP）均占较小的比例。IP均以铁结合态磷（Fe-P）为主要赋存形态,平均分别占TP的31.2%和28.1%,原生碎屑磷（De-P）、自生磷灰石磷（Ca-P）和可交换态磷（Ex-P）平均占TP比例依次递减。河流输入、沉积物粒度和沉积环境是影响茅尾海入海河口区表层沉积物中不同形态磷含量及分布的主要因素。磷生物有效性分析表明,茅岭江、钦江入海河口区表层沉积物中生物可利用磷（BAP）含量分别为2.95~22.52 μmol/g和2.67~13.83 μmol/g,平均占TP的73.9%和68.8%,呈现较强的释磷潜力。     

锁磷剂对杭州西湖底泥磷释放的控制效果

为探索杭州西湖高有机质底泥内源磷释放的控制技术,分别于春、夏、冬这3个季节采集西湖8个湖区的原状泥柱,进行室内磷释放过程连续培养,研究锁磷剂Phoslock对底泥磷释放通量的控制效果.结果发现,西湖底泥冬、春季磷释放通量较小,全湖平均分别为0.13 mg·(m~2·d)~(-1)和0.29 mg·(m~2·d)~(-1),而夏季则大幅度增高,全湖平均释放通量为3.29mg·(m~2·d)~(-1),每日全湖释放磷可达23.7 kg(以P计);空间上,磷释放通量受底泥有机质含量控制,底泥有机质污染重的湖区总体上磷释放通量大,而与底泥磷含量及有效态磷含量关系不大;投加630 g·m~(-2)的锁磷剂能够有效控制西湖底泥磷释放,在3个季节所有点位,均能将上覆水磷含量控制在0.010 mg·L~(-1)以下,夏季磷释放通量大的时期,锁磷剂的控磷效果达98%.本研究结果表明,即便对于高有机质含量、"香灰土"特征的西湖沉积物,锁磷剂的控磷效果也比较好.在西湖富营养化治理工程中,可以考虑在局部湖湾投放应用.     

岱海沉积物内源磷释放特征的研究

岱海沉积物及水体营养盐浓度较高,内源污染释放风险大,水体营养盐浓度逐年上升.通过分析岱海西南湖区、东北湖区及中心湖区沉积物磷吸附动力学特征和吸附等温特征,计算沉积物NAP（native adsorbed phosphorus,吸附解吸态磷）浓度和EPC₀（equilibrium phosphorus concentration,平衡磷浓度）,明确岱海各湖区沉积物磷的“源-汇”转换机制.结果表明:①准二级动力学模型能够较好地描述沉积物样品对磷的吸附动力学行为,且沉积物吸附磷的速率较快,最高吸附速率达11.45 g/（mg·min）,在8 h内沉积物对磷的吸附可趋于平衡状态.②修正后的Langmuir等温吸附模型（R2为0.907 6~0.974 2）能较好地描述沉积物对磷的吸附等温行为,且通过参数计算发现,岱海中心湖区的沉积物具有较高的磷吸附量,最大值为0.867 mg/g.③通过对比NAP含量、沉积物EPC₀与间隙水中SRP（soluble reactive phosphorus,可溶性活性磷）浓度,发现岱海中心湖区沉积物有较大的磷释放风险,西南湖区和东北湖区磷释放风险较小.④岱海中心湖区沉积物较高的NAP含量及pH导致该区内源磷释放风险加大.根据岱海沉积物磷释放呈现的区域性特征,在内源磷释放控制方面,可采取轻重结合的防控方式对岱海湖区进行重点防控.      

上海滴水湖周边土壤和沉积物对磷的吸附特征

采集滴水湖沉积物及其引水河与排水河沉积物、湿地沉积物以及周边农田土壤进行磷的等温吸附实验,探讨不同来源物质对磷吸附特性的差异.结果表明,滴水湖沉积物的吸附/解吸平衡质量浓度(EPC0值)为0.11~0.63 mg·L-1,高于其他来源土壤和沉积物,更容易向上覆水体释放磷.Langmuir模型和Freundlich模型对磷的等温吸附都有较高的拟合程度.由Langmuir模型计算的最大吸附量(Qm)表明,不同来源土壤和沉积物对磷的吸附能力由高到低为河流沉积物(1 003.05~2 977.65 mg·kg-1)>滴水湖沉积物(669.77~1 717.94 mg·kg-1)>湿地沉积物(368.60~1 145.51 mg·kg-1)>农田土壤(441.36~702.30 mg·kg-1).这表明农田土壤对磷的吸附能力最弱,当过量使用化肥时,农田会成为滴水湖磷的源.     

底泥预处理对磷等温吸附特征及磷形态的影响

以校园河流底泥为材料,研究了通过不同预处理对有机质去除后,底泥对磷的等温吸附特征以及底泥中磷的赋存形态的转化.结果表明,对底泥曝气预处理强化了底泥对磷的吸附能力,最大吸附量(S_max)达到714.3mg/kg.不同底泥灼烧后,最大吸附量为天然底泥的1.64～2.25倍,且明显高于未灼烧底泥.对底泥曝气与对水曝气预处理使易被生物利用态磷向难被生物利用态磷转化,易被生物利用态磷较预处理前分别减少了7.02%和0.23%,而空白试验底泥的易被生物利用态磷则增加了4.85%.底泥灼烧后,SMT法不适合分析磷的赋存形态.底泥预处理后,酸性或碱性均促进了磷的释放.底泥灼烧后,在pH5～6条件下,磷的释放量低于未灼烧底泥.     

滇池表层沉积物对磷的吸附特征

在室内模拟条件下,从滇池表层沉积物对磷的吸附动力学与热力学两个角度出发,研究了滇池沉积物对磷的吸附特征,同时探讨了不同磷形态对磷吸附特性的影响,结果表明:1滇池不同形态磷含量顺序为:有机磷钙(O-P)钙结合态磷(Ca-P)金属氧化物结合态磷(Al-P)残渣态磷(Res-P)可还原态磷(Fe-P)弱吸附态磷(NH4Cl-P);2沉积物对磷的吸附动力学过程分为2个阶段,即快吸附和慢吸附阶段.快吸附阶段主要发生在0~0.5 h内,而慢吸附阶段主要发生在0.5~4 h.滇池沉积物对磷的吸附过程主要在4 h内完成.3外海北部上覆水磷酸盐(SRP)浓度低于沉积物中磷的吸附/解吸平衡浓度(EPC0),可初步判断该区域沉积物有向上覆水体释放磷的风险.4不同区域沉积物磷的最大吸附量(Qmax)和总最大吸附量(TQmax)均以外海南部最大.5沉积物本底吸附态磷含量(NAP)与钙结合态磷(Ca-P)呈显著正相关关系(R2=0.5139,p0.05),而其他吸附特征参数与磷形态之间相关性均不显著.6与洱海、太湖等湖泊相比,滇池沉积物磷的本底吸附态磷(NAP)和最大吸附量(Qmax)均处于较高水平,磷污染较为严重.     

江苏西部湖泊沉积物营养盐赋存形态和释放潜力差异性分析

为了探索湖泊沉积物对上覆水中氮磷营养盐特别是磷(P)浓度的影响,研究了江苏西部10个湖泊沉积物P形态、吸附解吸作用和间隙水、上覆水之间扩散通量.对P形态的分级提取研究表明,各湖泊沉积物中P以无机磷为主,无机磷中生物可利用P占总磷(TP)比例较低.与苏北西部湖泊相比,苏南西部湖泊沉积物中Fe-P含量相对较高.江苏西部湖泊沉积物中氮主要以NH4+-N扩散为主,且大部分湖泊氨由上覆水向沉积物扩散,而洪泽湖、石臼湖和玄武湖NO3--N由沉积物向上覆水扩散.偏酸(pH<4)和偏碱(pH>10)条件下均有利于湖泊沉积物P的释放,除玄武湖外,其他湖泊在偏碱条件下P的释放量大于偏酸条件.沉积物对P吸附量随着温度的升高而增大,通过修正的Langmuir方程对湖泊沉积物磷吸附等温线进行拟合得到最大吸附量(Qm)、Langmuir吸附常数(k)与原有吸附态P(QNAP)参数,结果显示洪泽湖和玄武湖沉积物对P的最大吸附量较小,较易发生内源P释放.     

洞庭湖区典型内湖表层沉积物中氮、磷和重金属空间分布与污染风险评价

为了解洞庭湖区内湖表层沉积物中氮、磷和重金属污染空间分布及其生态风险,分别对南湖、黄盖湖、冶湖、鹤龙湖、洋沙湖、湘阴东湖、华容东湖等7个内湖进行现场调查及表层沉积物采样,采用主成分分析法、相关分析法分析了氮、磷和重金属的来源,同时运用综合污染指数法（FF）、地积累指数法（I_geo）与潜在生态风险指数法（RI）评价内湖的污染现状及其生态风险.结果表明:①南湖w（TN）高于洞庭湖区土壤背景值,累积倍数为0.03倍;华容东湖、南湖、冶湖、湘阴东湖、洋沙湖、黄盖湖w（TP）均高于洞庭湖区土壤背景值,累积倍数分别为1.94、1.63、0.84、0.53、0.28、0.26倍;各内湖中w（Cd）、w（Hg）、w（Cu）、w（Pb）、w（Cr）、w（Zn）、w（Ni）均高于洞庭湖沉积物背景值,累积倍数平均值分别为1.09、2.29、1.24、1.62、0.66、0.44、1.78倍.②主成分分析与相关性分析表明,第1主成分TN、Cu、Cr、Ni的质量分数主要受农业生产及养殖业影响,第2主成分Cd、Hg、Pb、Zn的质量分数受工业活动影响最大,第3主成分TP、As、Sb的质量分数主要受生活污染影响.③综合污染指数表明,南湖表层沉积物氮、磷面临重度污染,华容东湖、黄盖湖面临中度污染,湘阴东湖、鹤龙湖、洋沙湖面临轻度污染.④地积累指数表明,南湖表层沉积物重金属面临严重污染,黄盖湖、鹤龙湖面临重污染,湘阴东湖、华容东湖、冶湖面临偏中度污染,洋沙湖面临轻度污染.⑤潜在生态风险指数表明,南湖、湘阴东湖表层沉积物重金属面临较高风险,其余5个内湖面临中等风险.研究显示,洞庭湖区内湖表层沉积物不同程度受氮、磷及重金属污染,南湖综合污染尤为严重,内源污染应引起重视.      

外源硫酸盐介入下沉积物磷释放、解磷微生物及磷酸酶活性的变化

人类生产活动导致湖泊水体硫酸盐浓度日益增加,硫酸盐与沉积物中磷之间的关系引起关注.该研究以武汉东湖水和沉积物为研究对象进行实验室模拟,研究为期近一年且温度变化的条件下外源硫酸盐对沉积物释磷及微生物的作用.结果表明,硫酸盐输入使沉积物pH和氧化还原电位(E h)总体呈降低趋势.外源硫酸盐促进了沉积物磷的释放,输入硫酸盐(S500)与对照(CK)之间的上覆水存在显著差异(p0.01),S500的上覆水中总磷浓度最高值达0.33 mg·L-1,为对照的2倍.湖泊沉积物中有机磷解磷菌的数量高于无机磷解磷菌,上层沉积物解磷菌的数量和沉积物总磷的含量之间呈负相关.S500的沉积物中磷酸二酯酶活性高于磷酸单酯酶活性,且不同分层沉积物磷酸单酯酶活性和磷酸二酯酶活性之间的正相关性达到显著水平.温度升高,磷酸酶的活性逐渐增强,促使沉积物内源磷释放量增加.     

基于沉积物中总氮和总磷垂向分布与吸附解吸特征的白洋淀清淤深度

针对白洋淀清淤示范区2种主要水体类型：开阔淀和鱼塘,采用沉积物总氮（TN）和总磷（TP）的垂向分布拐点法和吸附解吸平衡浓度法,开展了清淤深度确定研究.根据沉积物TN和TP含量垂向分布拐点法与吸附解吸平衡浓度分别确定的清淤深度是一致的.南刘庄示范区淀水体清淤深度为（50±10）cm,南刘庄示范区鱼塘水体清淤深度为（30±10）cm,采蒲台示范区鱼塘水体清淤深度为（30±10）cm.沉积物对NH₄⁺-N吸附/解吸平衡浓度（ENC₀）与交换态NH₄⁺-N含量和TN含量显著正相关;沉积物对溶解态活性磷（SRP）吸附/解吸平衡浓度（EPC₀）与沉积物交换态SRP含量和TP显著正相关.沉积物TN和TP含量可以预测沉积物对上覆水体释放氮、磷的风险.南刘庄和采蒲台清淤示范区沉积物有向上覆水释放氮、磷的趋势,沉积物是水体营养的来源.建议判别清淤深度TN控制值为750mg·kg^-1、TP控制值为500mg·kg^-1,沉积物剖面TN含量大于750mg·kg^-1、TP含量大于500mg·kg^-1,可设计为清淤层.