富营养化湖泊底泥释磷机理研究

本文综述了富营养化湖泊底泥中磷的化学形态、释放机理及其影响因素.化学形态分为水溶性磷、铝磷、铁磷、钙磷、还原态可溶性磷、闭蓄磷、有机磷等7种,其分布取决于各形态磷的性质.磷释放受7种因素影响,厌氧、高pH或低pH值、高温、扰动、生物活动、底泥与湖泊舍磷量的浓度差值以及钙质底泥组分等因素均能促进底泥中磷的释放.     

山东省南四湖底泥中磷的形态分布特征

利用分级提取法分析了山东省南四湖下级湖区及其主要入湖河流底泥中磷的化学形态,并研究了磷在表层沉积物与沉积柱芯中的形态分布规律.结果表明,表层沉积物中各形态磷的空间分布规律不明显,且含量存在较大的差异.表层沉积物中活性磷(可交换态磷、铝结合态磷、铁结合态磷三者之和)的含量占总提取磷的 41%~65%,提示沉积物中磷的生物可利用性较高.沉积物柱芯中活性磷含量较大,以交换态磷和铁结合态磷为主,铝结合态磷含量较少;闭蓄态磷、自生磷、碎屑磷和有机磷在垂向上的含量分布较为稳定,有机磷含量最低.在表层沉积物和沉积柱芯中无机磷占绝对优势,表明南四湖底泥主要为无机相沉积.     

一种改进的磷形态连续提取方法

为提高铁磷、铝磷的萃取率,在提取沉积物中无机磷的同时对有机磷进行形态分析,参照改进的Tessier连续提取法对磷形态连续提取方法进行改进。最优化的改进方法对磷形态的提取顺序为:可交换态磷、自生钙磷(p H=5.0)、铁磷、铝磷、闭蓄磷、残渣磷。最优化的改进磷形态连续提取方法更有利于沉积物中铁磷、铝磷的萃取,而其对自生钙磷的萃取率和未改进的磷连续提取方法相近。最优化的改进磷形态连续提取方法对占有机磷比例最大的中活性有机磷的提取效果和改进的Bowman-Cole法相近,对活性有机磷和稳态有机磷的提取率和改进的Bowman-Cole法有一定差异。最优化的改进磷形态连续提取方法和改进前的方法测得的洞庭湖表层沉积物中生物可利用磷,在总磷中所占比例没有显著差异。     

底泥再悬浮状态下生物有效磷形成机制研究

研究了底泥再悬浮状态下,不同形态磷及生物有效磷(BAP)含量的变化,并对生物有效磷的形成机制进行了初步探讨.结果表明,底泥再悬浮对磷的赋存形态有显著的影响.随着底泥再悬浮时间的延长,铁结合态磷(BD-P),铝结合态磷(Al-P),钙结合态磷(Ca-P)含量显著增加,而弱吸附态磷(NH4C1-P)则有所减少.底泥再悬浮后, BAP平均下降6.59%,说明底泥再悬浮促进了 BAP 向难被生物利用态磷的转化.藻类可利用磷(AAP)主要来自BD-P,但提取AAP后,再悬浮底泥BD-P释放量平均下降了33.4%,而对照试验底泥BD-P释放量则增加了19,8%,说明BD-P的性质对AAP的形成有显著的影响;NaHCO,可提取磷 (Olsen-P)主要来自BD-P、Al-P 和 NaOH-nrP,按照三者的释放量, Olsen-P与BD-P的关系更为密切.     

典型城市浅水湖泊沉积物磷形态的分布及与富营养化的关系

应用乙二胺四乙酸法对典型城市浅水湖泊:玄武湖、莫愁湖和大明湖的表层沉积物中磷的形态进行连续提取和测定.研究表明,表层沉积物中铁磷和钙磷是磷的主要存在形态,占总磷的80%左右,玄武湖和莫愁湖的铁磷明显高于大明湖,可达30%～40%.3个湖泊表层沉积物中有机磷形态以碱可提取有机磷为主,酸可提取有机磷含量较低,但其与总磷的比值可以较好地反映湖泊富营养化程度.     

陕西红碱淖湖泊表层底泥磷形态研究

磷是一种重要的生命必需元素,其与氮都是引起水体富营养化的重要元素。红碱淖是中国最大的沙漠淡水湖,在区域生态系统中的功能十分显著。采用连续提取法对陕西红碱淖湖泊表层沉积物磷形态进行分析,得到弱吸附态磷(NH₄Cl-P)、铁锰螯合态磷(BD-P)、铁铝氧化态磷(NaOH-P)、钙磷(HCl-P)、惰性磷(Res-P)五种磷形态。结果表明：总体上,红碱淖表层底泥磷向水体释放的风险较低,但在湖泊水体pH值上升背景下,一些碱溶解磷(如NaOH-P)向湖泊水体释放的风险可能增加。五种形态磷在全湖的空间分布表明：NH₄Cl-P与BD-P呈现大致相似的特征,NaOH-P主要在湖泊南岸附近富集,HCl-P和Res-P呈大致相反的变化趋势,总磷(TP)在全湖近乎均匀分布。与国内典型湖泊沉积物的对比显示：红碱淖表层底泥无论是总磷还是活泼磷均处于较低水平,也说明该湖泊表层底泥磷向水体释放的风险相对较低。     

沉积物中不同形态磷提取方法的改进及其环境地球化学意义

本文给出了一个较为系统的沉积物中不同形态Ｐ的提取方法，将沉积物中Ｐ以吸附态磷，铝结合磷，铁结合磷，闭蓄态磷，自生钙结合磷，原生碎屑磷和有机磷等７种形态分步提取，并重点考虑了分离提取原生碎屑磷和自生钙结合磷，分离提取铝结合磷，分离提取铝结合磷，铁结合磷和闭蓄态磷。本方法具有很强的环境地球化学研究应用价值。     

镧铝改性凹凸棒粘土对富营养化湖泊有机磷控制效果

通过吸附与原位模拟实验,研究了镧铝改性凹凸棒粘土（La/Al@ACP）对水体有机磷的吸附性能及其覆盖对沉积物磷释放的影响,并通过沉积物磷分级、DGT技术、扫描电镜能谱技术探讨材料覆盖对沉积物磷形态影响机制.结果显示,La/Al@ACP添加后,上覆水及底泥间隙水中磷含量显著下降,并伴随沉积物有效磷通量的减少.有机磷形态分析表明,添加La/Al@ACP后活性态的Lab-P_o不断向稳定态的Hum-P_o转化,有效控制了底泥磷向上覆水释放的风险.La/Al@ACP作为一种控制湖泊富营养化的有效材料,可用于底泥内源磷的固定与控制.     

铝和锆改性沸石对太湖底泥-水系统中溶解性磷酸盐的固定作用

通过试验方法考察了2种不同底泥改良剂(铝和锆改性沸石)对太湖底泥-水系统中SRP(可溶解性磷酸盐)的固定作用. 改性沸石改良前后太湖底泥对水中较高浓度磷的吸附平衡数据可用Langmuir和Freundlich等温吸附方程进行描述,吸附动力学过程可用准二级动力学模型进行描述. 太湖底泥、铝和锆改性沸石改良太湖底泥的最大磷吸附量分别为395、613和1 009 mg/kg. 被改良太湖底泥中,铝改性沸石所吸附的磷主要以NaOH-rP(NaOH提取态磷)形态存在,锆改性沸石所吸附的磷主要以NaOH-rP和Res-P(残渣态磷)形态存在. 当水中初始ρ(SRP)很低时,太湖底泥和改性沸石改良太湖底泥均释放出磷,其中后者的释磷量较低. 改性沸石改良太湖底泥中的w(BAP)(BAP为生物有效磷)低于太湖底泥,w(liable-P)(liable-P为弱吸附态磷)也明显偏低. 铝改性沸石改良太湖底泥中的w(BD-P)(BD-P为氧化还原敏感态磷)与太湖底泥相比差异不显著,而锆改性沸石改良太湖底泥中的w(BD-P)明显低于太湖底泥. 可见,铝和锆改性沸石均可用于控制太湖底泥磷的释放,其中锆改性沸石的控制效果更好.      

沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系

应用乙二胺四乙酸法对长江中下游太湖、巢湖和龙感湖等3个湖泊表层沉积物中磷的形态进行连续提取和测定.结果发现,在表层沉积物中,3个湖泊钙磷的百分含量比较接近,占总磷的30%左右,太湖和巢湖铁磷的百分含量显著高于龙感湖,而龙感湖有机磷的相对含量较高,可达40%~50%.这3个湖泊沉积物中有机磷形态差别十分明显,其中太湖沉积物中的有机磷主要以酸可提取有机磷形式存在,巢湖沉积物中酸可提取有机磷约占总有机磷的一半,而龙感湖的有机磷大部分与腐殖酸结合.沉积物中酸可提取有机磷的释放可能又是一个导致湖泊富营养化的重要过程.     

镜泊湖沉积物各形态磷分布特征及释放贡献

将镜泊湖分为北部湖区、中部湖区、东部湖区、西部湖区、南部湖区共设置23个表层沉积物采样点和10个沉积柱芯采样点,采用The Standards,Measurements and Testing Programme （SMT）法测定沉积物中总磷（TP）、无机磷（IP）、有机磷（OP）、铁/铝结合态磷（NaOH-P）、钙结合态磷（HCl-P）.分析镜泊湖沉积物各形态磷的来源、空间分布特征和对磷释放的贡献.结果表明,镜泊湖湖区沉积物各形态磷有3个主要成分,其中成分1主要代表生活污水和工业废水,主成分2主要代表农业污染,主成分3主要代表碎屑岩、自生磷灰石和含磷矿物质等;镜泊湖沉积物各形态磷的空间分布具有一定的空间差异性,分布特征受镜泊湖水文特征和人类活动影响较大.湖区沉积物各形态磷含量整体而言随深度的增加不同程度的下降;对沉积物不同形态磷的磷释放贡献进行分析,分析表明,镜泊湖各湖区沉积物短时间尺度内以滞留为主,但在长时间尺度下具有一定的释放风险.     

滇池草海沉积物磷形态、空间分布特征及影响因素

研究滇池草海沉积物中磷的分布特征、影响因素对研究草海水体富营养化具有重要的意义.研究表明:草海中各形态磷含量和空间分布特征呈现明显差异, O-P、Ca-P、Al-P、Fe-P平均含量分别为804.08、768.35、167.29、63.01mg/kg.沉积物磷形态平均含量O-P>Ca-P>Al-P>Fe-P.沉积物总磷及各形态磷在空间上存在差异, 滇池草海西南部、北部和东部区域中全P、O-P、Ca-P、Al-P、Fe-P各形态磷都属于高含量区域.沉积物理化性质与上覆水性质是影响沉积物中磷形态的重要因素.其中沉积物全磷与O-P(R2=0.741*)、Ca-P(R2=0.678*)呈现显著性正相关关系;pH值与Al-P(R2=0.714*)、Fe-P(R2=0.664*)呈现显著负相关关系;沉积物有机质与O-P呈显著正相关性(R2=0.758*).沉积物上覆水DO与Fe-P呈显著负相关(R2=0.750*),上覆水中叶绿素a和Al-P存在显著正相关关系(R2=0.601*).表明沉积物磷形态释放与沉积物中有机质、pH值有关;同时上覆水中溶解氧制约沉积物Fe-P释放,叶绿素a含量促进沉积物Al-P的释放.     

海河沉积物中磷释放的模拟研究

在实验室条件下,分别对海河沉积物中磷的释放量与沉积物磷形态分布的关系及好氧/厌氧条件,pH,温度,外源磷含量,微生物活动等环境因素对其的影响进行了模拟研究. 结果表明,微生物作用是影响海河沉积物中磷释放量的主要因素;厌氧条件下,磷从沉积物向水体的释放量远高于好氧条件下沉积物磷的释放量;温度升高有利于沉积物中磷的释放;酸性和碱性条件下沉积物磷的释放量略高于中性条件下沉积物磷的释放量;当上覆水磷含量较高时,沉积物中的磷呈“负释放"状态. 研究还显示,沉积物中不同形态的磷含量与沉积物磷释放量有不同程度的相关性,其中可交换态磷(NH₄Cl-P)和可还原态磷(BD-P)含量与沉积物磷的释放量高度相关(R2分别为0.99和0.84).      

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.     

自然生物膜对水体中磷浓度的影响研究

以BG11营养液为水源,弹性填料为人工基质培养自然生物膜,设计对比实验,研究生物膜对沉积物磷释放的影响及生物膜作用于该过程的主要机制。随着培养时间的延长,水体中各形态磷浓度均有不同程度的上升,并呈现明显的垂直分布特征;生物膜干重呈对数上升（R2=0．9544）,且与水体中的总磷浓度呈负指数相关（R2=0．7192）;生物膜中磷的解析实验中,溶液中正磷酸盐浓度随时间变化呈对数上升（R2=0．8769）。自然生物膜对水体中的磷有较强的吸附能力和去除效果,且主要作用机制是吸附,磷的迁移转化及最终归宿都要受到生物膜的影响。     

武汉东湖底泥释磷特点

为了探讨东湖底泥的释磷状况 ,采用实验室模拟法研究了环境条件变化对东湖底泥沉积物磷释放的影响以及底泥磷的形态分布与底泥释磷量的关系 .结果表明 :升高水温和扰动上覆水均能加速磷释放 .上覆水中性时(pH =7.4) ,底泥释磷量最低 ;在较高或较低 pH值时 ,底泥释磷量倍增 .厌氧条件下底泥释磷量是好氧条件下的30倍 .研究还显示 ,底泥中不同形态的磷与底泥磷释放量有不同程度的相关性 ,其中可溶性磷和铁磷与底泥磷释放量高度相关 (r>0 90 ,P<0.01) .     

华阳河湖群沉积物内源磷释放风险及控制策略

为研究沉积物内源磷释放对浅水湖泊水体总磷的影响,以华阳河湖群为对象,根据不同季节全湖水质监测数据,分析总磷的空间和季节性分布特征;结合沉积物间隙水磷浓度数据,采用浓度梯度扩散模型估算湖泊沉积物内源磷静态释放量;基于2019年在线水质监测站连续数据,分析典型沉积物再悬浮过程内源磷释放对水体总磷贡献及估算其年累积释放量.结果表明:①华阳河湖群现场监测总磷浓度变化范围为0.014~0.297 mg/L,龙感湖与黄大湖总磷浓度空间变幅大于泊湖;②典型再悬浮过程中内源磷动态释放对水体总磷的贡献可达75%,华阳河湖群内源磷的年释放量在1.129×104~1.684×104 t之间;③静态的内源磷年释放量为12.92 t,仅占动态释放量0.1%.研究显示:华阳河湖群总磷浓度时空差异较大,内源磷释放对总磷短期波动具有重要作用,静态释放量对全年内源磷释放量的贡献几乎可以忽略;严格控制入湖营养盐通量的同时,恢复草型湖泊生态系统以控制内源释放已成为解决华阳河湖群水环境问题的重要管理决策方向.      

水体沉积物磷控制技术

水体中的磷主要来源于外源磷输入和内源磷释放,外源磷的输入已受到人们的广泛关注逐步得到控制,内源磷释放成为水体富营养化中磷的主要来源,因此研究内源磷释放控制技术具有重要意义。文章介绍了沉积物磷释放的影响因素,溶解氧,温度,pH值,微生物,盐度,扰动等因素都对沉积物磷释放有很大的影响。简要阐述了磷释放控制技术的研究进展及应用概况,包括沉积物中注入硝酸钙控制技术,HCl改性沸石和方解石复合覆盖层控制底泥磷释放,赤泥控制沉积物磷释放,水生植物控制沉积物磷释放。还介绍了沉积物磷释放控制技术的发展前景,认为在考虑处理效果的同时也应充分考虑经济效益,如利用赤泥,沸石等廉价材料。研究异位/原位联合生物修复技术控制沉积物磷也可能成为湖泊底泥污染的一个发展方向。     

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.     

汕头湾沉积物磷的形态分布与季节变化特征研究

分别于2008年9月（平水期）、11月（枯水期）及2009年6月（丰水期）在汕头湾的13个站点采集表层沉积物样品,测定了其中的总磷、无机磷、有机磷,并采用SMT提取法提取并测定了各无机形态磷的含量,分析了其空间分布与季节变化特征.汕头湾表层沉积物中总磷、无机磷及其各形态磷在季节变化上表现为枯水期〉平水期〉丰水期;在空间上表现为由湾顶至湾外呈波状递减趋势,其高值区出现于汕头湾上游的牛田洋.无机磷是汕头湾沉积物磷的主要存在形态（94.06%）,无机磷中钙结合态磷所占比重最大（70.21%）,其次为可交换态磷和铁结合态磷,而以碎屑态磷最少（4.99%）.相关分析表明各种磷的来源相似,且在时空分布上受地表径流季节变化影响.其中有机磷、铁结合态磷和可交换态磷为生物可利用性磷,主要受控于其来源和水体氧化还原电位,而钙结合态磷和碎屑态磷生物利用性差,受区域内生物活动和地质特征影响显著.