巢湖沉积物中磷蓄积时空变化及人为污染定量评价

研究了巢湖表层沉积物及西部湖心区沉积岩芯中总磷(TP)及NaOH提取态磷(NaOH-P)、HCl提取态磷(HCl-P)、有机磷(OP)含量变化,揭示了沉积物中磷的人为污染贡献量时空变化特征.1850年以来,西部湖心区沉积岩芯中TP呈明显的3段式变化,1850～1950年,TP含量较为稳定;1950～1980年,TP含量逐渐增加;1980年以来,TP含量达到近150年来的最大值,平均为858.3 mg.kg-1.沉积岩芯中NaOH-P及OP含量变化趋势与TP一致,但NaOH-P所占TP质量分数在上述3个阶段中逐渐增加,OP所占TP质量分数相对稳定;沉积岩芯中HCl-P含量较为稳定,所占TP质量分数逐段降低.表层沉积物中NaOH-P与TP含量空间变化规律一致,总体上为西部湖区>东部湖区,北部湖区>南部湖区.采用地球化学方法对沉积物中磷含量"粒度效应"进行矫正,计算得到1850年以来上述3个阶段沉积岩芯中磷的人为污染贡献量平均分别为59.5、118.8、297.9 mg.kg-1;表层沉积物中磷的人为污染贡献量为22.9～2 500.0 mg.kg-1,由西北部湖区向东南部湖区递减,与水体TP质量浓度变化趋势完全一致.人为污染贡献的磷主要以NaOH-P结合态蓄积于巢湖沉积物中.除了农业面源污染之外,通过南淝河输入的来自合肥等城市废水是西部湖区磷污染的主要"贡献者".     

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.      

滇西北剑湖沉积物磷形态、空间分布及释放贡献

采用连续分级提取法提取了剑湖沉积物中弱吸附态磷(NH_4Cl-P)、可还原态磷(BD-P)、铁铝氧化态磷(NaOH-rP)、有机质结合态磷(NaOH-nrP)、钙结合态磷(HCl-P)和残渣态磷(Res-P)6种形态的磷,并对表层(0~10 cm)沉积物磷形态水平空间分布、沉积柱芯(0~75 cm)磷形态垂向空间分布和释放贡献特征进行了分析.结果表明:表层沉积物6种磷形态平均含量差别较大,其含量由高到低排序为HCl-PRes-PNaOH-rPNaOH-nrPBD-PNH_4Cl-P;HCl-P含量是NH_4Cl-P的72倍,3种稳定磷形态(HCl-P、Res-P和NaOH-rP)含量是3种潜在可移动磷形态(NaOH-nrP、BD-P和NH_4Cl-P)含量的6.5倍.NH_4Cl-P、BD-P、NaOH-nrP和NaOH-rP含量的变异系数明显高于HCl-P和Res-P含量的变异系数.尽管表层沉积物6种磷形态的水平空间分布特征不尽相同,4条主要入湖河流入湖口区6种磷形态含量平均值之和是湖周浅水区的1.40倍,但能指示出入湖河流是外源磷污染物输入的主要通道.虽然沉积柱芯6种磷形态垂向空间分布特征各异,6种磷形态入湖口区表层平均含量分别是底层的1.60、1.87、1.87、1.61、1.18和1.15倍,其他湖区表层平均含量分别是底层的1.18、1.34、1.39、1.41、0.97和0.83倍,但除HCl-P和Res-P在其他湖区为随深度增加而缓慢递增外,基本上能反映出6种磷形态含量在入湖口区随深度增加而递减的程度都远强于其他湖区.外源磷输入和人为活动影响是3种潜在可移动磷形态和NaOH-rP的主要因素,流域地质背景是HCl-P和Res-P的主要影响因素.6种磷形态在入湖口区快释放贡献率多为负值,表示以滞留状态为主,慢释放贡献率全为正值,表示都为释放状态,滞留贡献最大和释放贡献最大的都是NaOH-rP;其他湖区快释放贡献率和慢释放贡献率多为正值,表示都以释放状态为主,NaOH-rP释放贡献最大,Res-P滞留贡献最大.     

湖泊水体与沉积物中磷形态分布相关性分析

以南京玄武湖和河海大学东湖为例,采取钼酸铵分光光度法和SMT分级提取法测定湖底沉积物和上覆水中总磷和各形态磷含量,以探究不同的湖底沉积物与水体中磷含量的分布及其关联性。试验结果表明:湖底沉积物中磷含量受人为作用、植被情况、水力条件、地理位置等因素影响,OP含量远高于IP含量,IP中以NaOH-P为主体,约占40%~50%,HCl-P含量较少但更稳定,不易被固定吸附;上覆水体中TP含量与湖底沉积物中TP、AdsP、NaOH-P含量呈明显正相关关系,与OP和HCl-P含量无明显相关性,表明湖泊沉积物-水界面磷交换过程中以活性磷占主要交换量。该研究表明湖底沉积物磷负荷与水体磷含量密切相关,为从内源治理水体富营养化提供了理论依据和研究方向。     

香溪河沉积物、间隙水的磷分布特征及释放通量估算

采集香溪河沿程5个样点不同季节、不同深度的沉积物,用Hedley分级方法分析磷形态及垂向变化特征,同时研究上覆水和间隙水理化性质对沉积物中磷释放的影响.香溪河上覆水及间隙水pH值范围为4.72~8.55,夏季呈弱酸性,秋季、冬季及次年春季pH值呈弱碱性;沉积物处于较强还原性环境;上覆水及间隙水总磷质量浓度(TP)年变化范围为0.02~0.48mg·L~(-1),沉积物TP含量为0.48~1.45 g·kg~(-1);沉积物中磷形态的含量为HCl-P(HCl提取态)Res-P(残余磷)NaOH-P(NaOH提取态磷)NaHCO_3-P(NaHCO_3提取态磷)H_2O-P(水提取态磷).沉积物-上覆水体交界面还原性环境有利于沉积物中磷向上覆水中释放;春季水体的弱碱性、夏季的弱酸性有利于沉积物向上覆水释磷,从而增加了上覆水体富营养化的风险;间隙水TP与沉积物TP含量密切相关;5个样点中有4个样点的PO_4~(3-)-P由间隙水向上覆水扩散,释放通量为0.01~0.04mg·(m~2·d)~(-1).沉积物是底层水体营养盐的重要来源.     

辽河保护区七星湿地磷的空间分布特征

为明确七星湿地水体和沉积物中磷的迁移转化过程,分析了上覆水和间隙水中磷的浓度及分布,研究了沉积物中磷的形态分布特征,计算了沉积物-水界面正磷酸盐(PO43--P)的扩散通量,并对水体及沉积物中不同形态磷进行了Pearson相关性分析。结果表明,水体和沉积物中总磷(TP)空间分布特征为在西小河和万泉河汇入口处二者浓度均较高;在羊肠河处二者浓度均较低;在湿地出口处,干流中TP浓度有所降低。沉积物中的TP以无机磷(IP)为主,所占比例为68.27%~87.41%。IP中各形态磷所占比例为金属(水合)氧化物结合态磷(NaOH-rP)钙结合态磷(HCl-P)残渣态磷(Res-P)有机质和腐殖质中的磷(NaOH-nrP)氧化还原敏感态磷(BD-P)。沉积物-水界面PO43--P扩散通量为正值,表明沉积物是上覆水中磷元素的重要来源。Pearson相关性分析结果表明,沉积物中BD-P是水体中磷的重要来源之一,NaOH-rP是沉积物中TP和IP的重要控制因子。     

太湖草藻型湖区磷赋存特征及其环境意义

研究草藻型湖区上覆水和沉积物磷赋存特征及环境意义有助于明晰磷在沉积物-水界面的迁移转化过程,对于深入理解不同类型湖区的富营养化过程及富营养化湖泊的治理具有重要现实意义.在太湖典型草藻型湖区进行四季多点采样,分析草藻型湖区水体及沉积物中不同磷形态的时空差异,并揭示其环境意义.结果表明:①藻型湖区上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性无机磷(DIP)和颗粒态磷(PP)显著高于草型湖区,时间分布上大都表现出夏秋高于冬春的特点,PP是TP的主要组成部分,占比71. 8%～89. 6%.叶绿素(Chl-a)浓度与上覆水中磷赋存形态呈相似的时空分布特征.②藻型湖区表层沉积物TP含量为372. 38～529. 64 mg·kg~(-1),草型湖区为304. 29～454. 27 mg·kg~(-1),藻型湖区表层沉积物TP含量明显高于草型湖区,冬季沉积物TP含量最高,夏季最低,这与外源污染的输入以及不同环境条件下内源磷在沉积物和上覆水间的迁移转化有关.③沉积物中不同磷赋存形态数量分布由小到大依次均为:NH_4Cl-P、Fe-P、Org-P、Res-P、Al-P和Ca-P.表层沉积物Mobile-P(NH_4Cl-P+Fe-P+Org-P)在TP中的占比藻型湖区为9. 10%～16. 93%,略高于草型湖区8. 11%～13. 50%,Res-P在TP中占比藻型湖区为10. 06%～14. 97%,草型湖区为11. 02%～20. 28%.藻型湖区内源磷释放风险大,不利于磷的固定与埋藏.不同类型的湖区富营养化程度明显不同,在磷的释放与埋藏中也表现出不同变化特点.藻型湖区因其较高的内源磷负荷和释放潜力,值得特别关注.     

淀山湖沉积物磷分布特征

本研究分析了淀山湖沉积物中磷空间分布特征.结果表明,淀山湖沉积物含有较丰富的磷,TP变化范围在266～1146mg·kg-1之间,全湖平均含量为572mg·kg-1,空间分布存在显著的异质性.受上游来水影响,淀山湖沉积物TP含量总体上由西北向东南逐步降低,其中以北部湖区沉积物污染程度最高.表明虽然近年仍有大量的外源污染物进入淀山湖,但淀山湖总体存在一定的自净能力.以全湖平均来看,淀山湖沉积物中磷存在形态由高到低顺序为HCl-P>NaOH-P>OP>Ex-P.Ex-P含量最低,不足TP的1%.沉积物NaOH-P与TP相关性良好,表明沉积物中TP含量的增加,主要来自于NaOH-P.在空间分布上,西北部湖区TP主要以NaOH-P为主,东南部TP主要以HCl-P为主.OP在表层沉积物中分布较平均,在垂直分布上,各样点底部有机磷所占TP的比例普遍高于上层,暗示近年来生源磷沉积处于下降趋势.     

黄柏河流域梯级水库沉积物磷形态特征及磷释放通量分析

为揭示黄柏河流域饮用水源水库的磷负荷特征,采用SMT分级方法对流域内3座梯级水库（玄庙观、天福庙、西北口水库）的沉积物磷形态特征及垂向变化特征进行了分析,并初步估算了沉积物-水界面正磷酸盐释放通量以及各形态磷含量对磷释放的影响.结果发现,沉积物总磷（TP）含量从流域上游至下游水库呈现递减趋势,平均值分别为（8070.0±2251.4）、（2681.2±1709.8）和（2656.6±1599.7）mg·kg^-1,均处于高度污染水平.3座水库中各个采样点磷形态之间的含量主要表现为：HCl-P > OP > NaOH-P.根据Fick第一定律,计算得到流域内3座梯级水库均表现为上覆水正磷酸盐的源,正磷酸盐释放通量从流域上游到下游水库呈现递减趋势,范围为0.0179~0.1825 mg·（m²·d）^-1.正磷酸盐释放通量与表层水体DO和叶绿素呈现正相关,与HCl-P,OP和TP同样表现为显著正相关.     

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.     

东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征

以选自东部平原3种不同类型8个浅水湖泊的18个表层沉积物样品为研究对象,运用分级提取法,研究了沉积物中有机磷（OP）质量分数、形态及其分布状况,并探讨了OP组分与湖泊富营养化的关系. 结果表明:东部平原湖泊沉积物中w（OP）为65.2～539.2 mg/kg,占w（TP）的19.9%～40.6%,污染程度高的沉积物w（OP）高于污染程度较轻的沉积物. 沉积物中各形态有机磷主要以中活性有机磷（MLOP）与非活性有机磷（NLOP）为主,不同类型湖泊沉积物中各形态w（OP）顺序均为城市湖泊>大型养殖型湖泊>大型自然湖泊. 城市湖泊与养殖型湖泊以NLOP为主,其相对含量达到50%以上;而大型自然湖泊以生物有效性有机磷（LOP+MLOP）为主,其相对含量为54.6%～61.6%,表明沉积物中有机磷分布状况与湖泊污染程度和人类活动紧密相关. 酸提取有机磷质量分数〔w（HCl-P_o）〕为10.5～200.9 mg/kg,在不同污染程度湖泊沉积物中差异明显,其和总有机磷（P_o）的比值〔w（HCl-P_o）/w（P_o）〕与湖泊水质指标呈显著正相关（P<0.01）,与沉积物w（TP）,w（OP）,w（LOP）及w（MLOP）也均呈显著正相关（P<0.01）,即沉积物中的HCl-P_o可能是湖泊水体磷的重要来源,沉积物中w（HCl-P_o）/w（P_o）可以反映湖泊的富营养化程度.      

长寿湖表层沉积物氮磷和有机质污染特征及评价

测定了重庆市长寿湖62个采样点表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)及有机质(OM)的含量,并与国内其他城市(郊)湖库进行比较,以揭示其空间分布特征,分析了TN、TP、OM间相关性及C/N变化.结果表明,TN平均含量2 255.89 mg.kg-1,TP平均含量622.03 mg.kg-1,湖区氮磷污染严重且空间分布差异明显.OM含量平均2.80%,与其他湖库相比,TN、TP及OM含量均处于中间水平.C/N的87.10%介于5～14间(其中72.58%同样介于6～13间),3.23%介于2.8～3.4间,表明长寿湖表层沉积物中OM多源于湖中藻类及浮游动植物,还有少部分源于水生生物.OM与TN间极显著相关(Pearson系数为0.849),含量均为西部与中部水体高于东部水体,分布特征相似,但OM与TP相关性较小.通过有机指数与有机氮评价湖区污染情况,表明有机指数平均值为0.386,处于Ⅲ级,属尚清洁范畴;有机氮平均值为0.214%,达Ⅳ级,属有机氮污染程度,说明长寿湖受氮污染情况相对严重.     

Phosphorus fractionation and bio-availability in Taihu Lake(China) sediments

Introduction Sediment phosphorus has been recognized as the mostcritical nutrient limiting lake productivity (OECD, 1982).The concentration of phosphorus in the sediment is often1000 fold higher than that in lake water and its release…     

洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征

为研究洪湖沉积物污染特征及内源营养盐释放规律,在不同季节对洪湖13个沉积物采样点进行调查,并利用柱状沉积物采样器原位采集沉积物开展静态模拟释放试验. 结果表明:①洪湖沉积物有机质、总氮和总磷含量的平均值分别为19%、4 407.4 mg/kg和1421.0 mg/kg,内源污染严重;②洪湖沉积物污染可能是水体中氮磷营养盐的重要来源之一,在5 d的静态释放模拟试验中,夏季上覆水中总氮和总磷平均浓度分别升高1.467和0.042 mg/L,冬季分别升高0.224和0.036 mg/L;③洪湖沉积物中氮磷的释放表现出显著的时空差异,夏季洪湖沉积物总氮、总磷的平均释放速率分别为133.9和4.0 mg/(m2·d),冬季分别为32.1和3.4 mg/(m2·d);④根据试验结果估算,洪湖沉积物氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a,磷的释放潜力为350~400 t/a. 研究显示,在控制流域外源污染输入和减少湖区面源污染的同时,应从根本上改善洪湖水质并重塑洪湖湿地生态系统结构与功能,在科学指导下采取远近结合的方式分区域在洪湖开展受污染沉积物的修复工作.      

星湖底泥磷含量剖面特征及其生物可利用性研究

通过对星湖底泥柱状样的采集与分析,研究了星湖底泥中磷的赋存形态、垂向变化规律及生物可利用磷的特征。结果表明,TP随深度增加而降低,含量0.25 mg·g^-1～1 mg·g^-1,生物可利用性磷的含量为0.1mg·g^-1～0.45 mg·g^-1,占TP比例较高;间隙水中磷酸盐含量明显高于湖水,相对于湖水呈可释放状态。若外界氧化还原条件发生变化,底泥磷的释放可成为影响星湖富营养化的主要因素之一。     

鄱阳湖入湖河流氮磷水质控制限值研究

鄱阳湖近年氮磷营养物浓度逐步升高,入湖河流是鄱阳湖氮磷输入的重要途径.采用BATHTUB模型建立了鄱阳湖入湖河流与湖区ρ（TP）、ρ（TN）的响应关系,模拟了入湖河流执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中不同氮磷标准限值对湖区水质的影响,发现当入湖河流ρ（TP）执行河流Ⅲ类标准限值或超过Ⅲ类标准限值时,对应湖区ρ（TP）超标;入湖河流执行Ⅲ类及以上湖泊水质标准限值时,湖区水质可以达到Ⅲ类保护目标,但对入湖河流存在一定的过保护现象.因此,以满足现行湖泊水质达标为情景,以湖泊ρ（TP）、ρ（TN）各类别标准限值为目标,试算了入湖河流氮磷控制限值,提出了鄱阳湖入湖河流的氮磷控制限值建议方案,其中鄱阳湖湖体水质目标为Ⅲ类时,入湖河流ρ（TP）、ρ（TN）控制限值分别为0.075和1.20 mg/L,此时入湖河流氮磷控制限值方案既能保证湖泊水质达标,又不会造成对河流的水质控制过于严格.研究显示,基于湖泊水环境质量达标情况试算的入湖河流氮磷所需控制限值,建议可作为解决入湖氮磷污染控制问题的参考.      

洱海表层沉积物中磷形态分布及pH、DO影响的分析

研究了洱海代表性区域表层沉积物中总磷分布及不同形态磷赋存特征,探讨了pH值及溶解氧对沉积物中总磷和各形态磷赋存状态的影响。结果表明洱海表层沉积物中总磷和不同形态磷分布不均,总磷含量湖心高于湖口,湖心区域闭蓄态磷(BD-P和Al-P)和生物有效态磷占总磷的比例较高,更容易受pH和DO的影响,碱性和厌氧条件会增加洱海湖心底泥中磷的潜在释放能力。     

Fe和Al对湖泊沉积物中磷赋存形态的影响

利用连续提取法研究了东部平原4个富营养化湖泊沉积物中磷的赋存特征,探讨了Fe、Al对沉积物中磷形态的影响.结果表明,富营养化程度越重的湖泊,其w(TP)(527.35～1 432.80 mg/kg)较高,w(TFe)和w(TAl)(分别为8 496.63～23 071.35和6 219.20～14 164.46 mg/kg)也较高.w(Fe)与w(Al)对各形态磷含量及分布的影响有所不同,其中对w(Fe-P)和w(Al-P)及其分布影响较大.w(Fe-P)、w(Al-P)和w(BD-Fe)之间存在相关关系,这主要与Fe、Al吸附部分沉积物释放的磷有关;w(Fe)与w(Al)对NH4Cl-P的含量及分布影响较小,而对NaOH85-P的含量及分布影响较大,w(NaOH85-P)与w(NaOH85-Fe)和w(NaOH85-Al)显著相关(P<0.01),这可能与NaOH85-P的形成机理有关.沉积物中w(TFe)/w(TP)、w(TAl)/w(TP)、Fe/P和Al/P等比值可能与湖泊富营养化程度有关,比值越小,湖泊富营养化程度越重.      

Phosphorus fractions and its release in the sediments of Haihe River, China

The amounts and forms of phosphorus (P) in surface sediments of Haihe River, Tianjin, North China, were examined using a sequential chemical extraction procedure. Five fractions of sedimentary P, including loosely sorbed P (NH4Cl-P), redox-sensitive P (BD-P), metal oxide bound P (NaOH-P), calcium bound P (HCl-P), and residual P (Res-P) (organic and refractory P), were separately quantified. The results indicated that the contents of di erent P fractions in the sediments varied greatly. The total P (TP) contents ranged from 968 to 2017 mg/kg. Phosphorus contents in NH4Cl-P, BD-P, NaOH-P, and HCl-P ranged from 6.7 to 26.6 mg/kg, 54.5 to 90.2 mg/kg, 185.2 to 382.5 mg/kg, and 252.3 to 425.5 mg/kg, respectively, which represented 1.2%–3.2%, 7.7%–13%, 33.3%–48.9%, and 36.2%–54.2% of the sedimentary inorganic P, respectively. For all the sediment samples, the rank order of P-fractions was Res-P > HCl-P > NaOH-P > BD-P > NH4Cl-P. The highly positive relationship between the amounts of P released from the sediments and those in the NH4Cl-P and BD-P fractions, indicated that NH4Cl-P and BD-P were the main fractions that can release P easily.     

南四湖及主要入湖河流河口区表层沉积物磷的形态与分布特征研究

利用化学连续提取法对南四湖湖区及主要入湖河流河口区的表层沉积物样品中的磷的化学形态进行了提取.分析结果表明:南阳湖、独山湖和位于湖西的入湖河流沉积物中总磷含量较高,变化范围为571.67～1113.55mg·kg-1;不同形态磷的含量差异较大,排序为:钙磷(Ca-P)>有机磷(OP)>弱吸附态磷(Ads-P)>铁磷(Fe-P)>铝磷(Al-P);TP与Ca-P、Ads-P、OP之间存在正相关关系,相关系数r分别为0.85(p<0.01)、0.85(p<0.01)和0.63(p<0.01);Ads-P与Ca-P、Ads-P与OP之间也存在正相关关系,r分别为0.74(p<0.01)和0.60(p<0.05);Fe-P与Ca-P之间存在负相关关系(r=-0.62,p<0.05);BAP只与OP之间显著正相关(r=0.82,p<0.01),由OP可以粗略地估算出沉积物中潜在的可释放磷,即有效的内源磷负荷;南四湖沉积物中有机磷的含量很大程度上取决于有机质含量的多少.