淹水土壤土-水界面磷素迁移转化研究

通过室内PVC土槽实验,模拟了淹水条件下土壤上覆淹水和孔隙水中磷的释放及其影响因素Eh值、pH值、Fe2 、Fe3 和溶解有机质(DOC),以及土壤中无机磷组分的转化,并通过偏最小二乘主成分分析法分析影响磷迁移转化的因素,得到主要影响因子.实验结果表明,54d淹水期间,上覆淹水可溶性磷浓度大于孔隙水的磷浓度,前者累积释磷量是后者的16倍;土壤磷的释放主要以Fe-P、O-P和Al-P为主, Ca-P基本不变,其中以Fe-P的贡献最大,淹水期间比初始值减少了30.4%～72%;主成分分析表明, Eh值、Fe2 Fe3 和DOC是影响上覆淹水磷释放的主要因子, DOC络合Fe2 和Fe3 成水溶性三元复合体,释磷机制以络合增溶为主;DOC是影响土壤孔隙水磷释放主要因子,释磷机制以竞争吸附为主,高浓度铁离子的存在阻止了孔隙水中磷释放.     

自然光照对淹水条件下三峡库区消落带典型土壤磷释放影响

为研究淹水条件下光照对土-水界面磷释放的影响,以三峡库区消落带典型土壤为对象,通过室内自然光照试验,讨论了铁还原及有机质降解对磷释放的影响,分析光照对淹水土壤磷释放的影响机制.结果表明,光照对淹水土壤磷释放存在一定程度的抑制作用,光照作用下淹水紫色潮土上覆水体中TP浓度范围为0.018~0.033 mg·L-1,避光处理为0.02~0.057mg·L-1,灰棕紫泥光照下TP浓度范围为0.028~0.045 mg·L-1,避光处理为0.04~0.084 mg·L-1.光照引起淹水土壤中铁氧化物的变化可能是光照抑制磷释放的重要原因.光照导致土壤中铁氧化物饱和程度降低,铁还原和无定形铁生成受阻进一步加深了光照对磷释放的抑制影响.CO2和CH4反映淹水土壤有机质分解情况,光照降低有机碳的转化效率,加速土壤中无机电子受体的消耗,解释了光照作用下铁氧化物的变化.由此可见,光照对淹水土壤磷释放的抑制与淹水土壤中铁还原和有机质分解密切相关.     

环境因子对香溪河库湾淹没土壤磷释放的影响

三峡工程建成后大量的耕地良田被淹没,淹没土壤对水体环境的影响问题受到各方关注,该研究针对不同利用类型的土壤进行磷释放研究,评价淹没土壤的营养释放对三峡支流水体富营养化进程的影响。采集香溪河库湾的3种不同利用类型的土壤,通过静态淹水模拟实验,研究3种土壤的磷释放特点,结果表明:施肥次数多且土质松软的菜地土对上覆水TP含量影响最大,柑橘园土其次。菜地土的磷释放量为柑橘园土的1.7倍。林地土其自身磷含量较小,上覆水无明显影响。TP累积释放量为:不同pH下,TP累积释放量之间的大致关系为:pH=11.02时,TP累积释放量最大,为4.710 mg/kg;pH=3.98时次之,为3.645 mg/kg;pH=7.01时最小,为2.235 mg/kg。水温的升高能够有效加速受淹土壤内源磷的释放,在30℃条件下,土壤的TP最大释放量分别约为10℃,20℃时的1.7倍、4.2倍。因此冬季淹没土壤的释放对水体TP的影响较小;而夏季库区水温升高,引起淹没土壤磷的释放。     

Eh、pH和铁对水稻土砷释放的影响机制

水稻水淹管理是导致水稻土砷大量释放和水稻对砷富集累积的关键环节.为研究土壤氧化还原电位(Eh)、pH值和铁对水稻土砷释放的影响,采用有氧/厌氧和间歇式有氧水淹培养方式,并分析土壤Eh、pH值、溶解态砷和铁(Ⅱ)随时间的变化,结果表明,长期厌氧水淹培养具有最大的砷释放量,且随着土壤Eh降低,砷(Ⅲ)和总砷(Ⅴ)的浓度均显著提高,其中相比于第一阶段,第二阶段砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)浓度分别提高了1.37μg·L~(-1)和0.99μg·L~(-1);相反,间歇式有氧水淹处理砷的释放量则相对较低,当有氧处理时间最长(6 d)时,砷的释放量最低.土壤Eh与pH值和砷的关系研究表明,二者均与土壤溶液砷呈指数关系,且随着土壤Eh降低和pH提高,水稻土砷的释放速率增大;土壤溶液铁(Ⅱ)与砷则存在显著正相关关系(r=0.868,P0.001).水稻土微环境中Eh降低和pH值提升是驱动砷释放的关键因素,因而有氧水管理模式是能够抑制砷的释放和降低水稻对砷吸收累积的有效方法.     

不同模拟条件下太湖沉积物-水界面磷行为的研究

随着大量的磷输入水体,太湖富营养化已经成为一个严重的环境问题。沉积物内源磷的释放是湖泊上覆水体磷浓度升高的重要因素之一。文章针对太湖特征,模拟影响沉积物内源磷释放过程因素中的扰动、溶解氧和pH条件研究表层沉积物的内源磷行为。结果表明,在厌氧环境下有利于磷的释放,且没有扰动条件要比有扰动的释放量大,达到0.297 mg/L;好氧条件不利于磷的释放,经过好氧培养的沉积物中有机磷平均减少了约50%,好氧-厌氧交替使得铁结合态磷提高了0.001 8 mg/g。pH 8.2~8.6有助于沉积物磷的释放,且不同pH值下沉积物磷的最大释放时间不同,pH 9.0沉积物磷在1 d时最大释放量达到0.162 mg/L;沉积物中磷在不同pH下的形态会发生不同程度的转变,其中铁结合态磷(Fe-P)的转变最大。可见扰动、溶解氧、pH对沉积物内源磷的释放有着显著影响。     

淹水与非淹水条件下外源水铁矿和葡萄糖对土壤磷有效性的短期影响

土壤中活性铁氧化物含量及其对土壤磷生物有效性的影响与施用有机肥有关,但外源添加活性铁氧化物和有机物对土壤有效磷含量的影响并不清楚.通过室内培养实验,研究了在淹水和非淹水条件下外源水铁矿和葡萄糖对土壤中植物有效磷(SAP)含量的影响.利用同步辐射红外显微成像技术原位探索了微域内铁和磷的空间关系.研究结果表明,在培养192 h内无论是添加水铁矿或葡萄糖或二者同时添加均会使SAP含量显著下降且呈持续下降趋势.在淹水和非淹水条件下单施水铁矿处理SAP含量分别下降30.9%和25.8%,单施葡萄糖SAP分别下降40.5%和26.8%,而同时施加水铁矿与葡萄糖处理SAP分别下降61.5%和45.3%.因此,同时施加外源水铁矿和葡萄糖对淹水条件下SAP含量影响更大.同步辐射红外显微成像分析结果表明,无论是添加水铁矿还是葡萄糖或二者同时添加,都会通过改变微区内铁和磷的空间分布打破原来土壤中铁磷相互作用平衡.上述研究结果对于土壤磷养分管理和磷面源污染控制具有重要参考价值和应用潜力.     

腐殖酸对针铁矿吸附磷的影响机理

通过添加HA(Humic acid,腐殖酸),研究不同环境条件下HA对针铁矿吸附磷的影响. 结果显示,加入HA能显著降低磷吸附量,pH为4.5时分别加入100和40 mg/L HA,磷的最大吸附量分别降低了26.6%和25.6%;pH为7.0时分别加入100和40 mg/L HA,磷的最大吸附量分别降低了26.8%和23.1%. 不同添加顺序试验结果表明:针铁矿对磷的吸附量大小顺序为后添加HA>同时添加HA和磷>先添加HA;无论是否添加HA,针铁矿对磷的吸附量都随着pH的升高而降低,相应的吸附等温线也都符合Langmuir吸附等温方程;总有机碳和红外光谱特征表明,HA和磷在针铁矿表面吸附点位形成竞争吸附,并且针铁矿表面的羟基在吸附磷和HA的过程中起到了一定的作用.      

黄河口典型芦苇湿地土壤磷的吸附动力学特征

以黄河口不同淹水条件的芦苇湿地为研究对象（潮汐淹水湿地、淡水恢复湿地和季节性淹水湿地）,通过吸附模拟实验探讨了不同类型湿地表层土壤对磷的吸附动力学特征及其影响因素,评估了不同淹水条件下湿地土壤对磷的吸附能力。研究结果表明：具有不同水盐条件的芦苇湿地土壤对上覆水体中磷的吸附表现为淡水恢复湿地>潮汐淹水湿地>季节性淹水湿地,淡水恢复湿地土壤对磷的吸附量最大;三类湿地土壤对磷的吸附过程均表现为初期（0~3 h）最快、中期（3~24 h）逐渐减慢、后期（24 h以后）慢而平衡的状态,但淡水恢复湿地土壤对磷的吸附速率最快,季节性淹水湿地土壤对磷的吸附速率最慢且存在着时间上的延迟性;三类湿地土壤的水盐条件和理化性质差异（如pH、盐度、土壤质地、Al₀、Fe₀和Ca₀）是导致三类湿地土壤对磷的吸附量和吸附速率存在差异的主要因素;Simple Elovich模型和Power Function模型更适合模拟黄河口芦苇（Phragmites australis）湿地土壤对磷的吸附动力学特征。在黄河口退化芦苇湿地实施淡水恢复工程,能够在一定程度上促进湿地土壤对磷的吸附,进而降低湿地水体发生富营养化的风险。     

冻融交替处理下湿地土壤可溶性铁的动态变化研究

通过原位土柱模拟实验,对比研究了冻融交替下(-10℃冻结1d后5℃融化7d作为1个冻融周期,共5个周期,并以5℃恒温培养为对照)三江平原典型环形湿地土壤可溶性铁的动态变化.结果表明,冻融交替处理导致了环形湿地3种典型湿地土壤(毛苔草群落的腐殖质沼泽土、乌拉苔草群落的草甸沼泽土和小叶章群落的草甸白浆土)溶液中的pH和Eh在经过第1个冻融周期后大都先升高,而在后4个周期后再逐渐降低;在整个实验过程中冻融组的pH有84.4%低于对照,而Eh则有82.2%的高于对照;各土壤溶液中的可溶性铁都以Fe3+为主,而Fe3+的还原受到冻融交替处理的抑制,无论Fe2+、Fe3+或总铁(TFe)的含量大都低于对照,其中TFe从(1.25±0.16)mg·L-1减少到(0.62±0.08)mg·L-1;不同土类之间,腐殖质沼泽土的pH、Eh和可溶性铁含量变化趋势与草甸白浆土的变化趋势差异显著,处于过渡带的草甸沼泽土则在pH的变化趋势上更接近于草甸白浆土,而在Eh和可溶性铁含量的变化趋势上更接近于腐殖质沼泽土;各土类不同土层之间,冻融交替对湿地上层土壤的影响要小于深层土壤.     

三峡库区消落区周期性干湿交替环境对土壤磷释放的影响

以三峡库区消落区典型江段万州断面为试验基地,以释磷能力较强的紫色土为对象,根据三峡水库消落带的"干湿交替"空间和时间特征,进行万州断面土壤磷释放的实验室模拟试验,分析了周期性"淹水-落干"干湿交替对土壤磷释放的影响.研究发现,在"淹水-落干"干湿交替条件下各形态磷在水土界面释放的活性为:Ca2-P,Fe-P＞Cas-P,Al-P＞O-P＞Ca10-P;T-P在每次淹没时释放量递增,从第1次的15.4 mg·kg-1,到第3次26.5 mg·kg-1;磷在持续淹水状态下释放的主要动力为Ca2-P在水相的溶解和还原状态下Fe-P的释放,其中Ca2-P活性最高,由淹水初期的14 mg·kg-1降至5 mg·kg-1左右;而干湿交替条件下P的释放主要是氧化-还原条件变换下Fe-P的形态转换.淹水并不会使O-P释放,但可以使O-P活化,使其在落干氧化时转化为Fe-P,在下一次淹水时释放.研究发现每次淹水时土壤的有效磷水平都略有增加,每次落干时较上次落干时有效磷水平降低.     

淮南潘一矿塌陷水域沉积物中磷的赋存和迁移转化特征

采用改进的Pesnner分级提取方法,选取淮南潘一矿杨庄塌陷水域为研究对象,对其沉积物磷的剖面赋存形态进行分析,并结合磷的形态组成、有机质(OM)、总氮(TN)和铁锰氧化物等分布特征,研究了塌陷水域沉积物中磷的迁移转化特征.结果表明,在淹水农业耕作层上,湖泊沉积相累积明显,自表层而下,各形态磷含量均呈逐渐减少的趋势,总磷(TP)在各层次均值为204.9~343.7mg/kg,其中以无机磷(IP)为主,其含量为163.9~257.2mg/kg,占TP比例达73.3%~81.5%.NaOH-P(85.0~100.1mg/kg,28.6%~41.3%)和HCl-P (63.6~95.9mg/kg,27.4%~30.9%)所占比例较大.根据相关性结果分析,部分HCl-P和有机磷(OP)有向NaOH-P转化的趋势.     

丹江口水库新增淹没区农田土壤潜在风险评估

通过野外调查与室内模拟实验,采用综合评价指数法对丹江口水库新增淹没区农田土壤进行了潜在风险评估,结果表明:新增淹没区土壤背景总氮为0.3~3.8g/kg,平均值1.1g/kg;总磷为0.2~2.4g/kg,平均值0.8g/kg,入库支流区域土壤背景氮磷含量较高,新增淹没区的含量较低;土壤模拟淹水浸泡的溶出总氮为0.2~11.8mg/L、总磷为0.006~2.2mg/L,平均值分别为4.1,0.3mg/L.空间分布上,土壤溶出氮磷与新增淹没区土壤氮磷背景值变化相似.新增淹没区潜在风险评估等级由低到高的面积分别占整个新增淹没区总面积的3.3%、21.2%、56.9%、15.9%、2.7%,表明大部分新增淹没区处于中低风险等级,其中高风险区域主要集中在入库支流区域.     

沉积物和土壤中磷的生物有效性评估新方法

利用自制的氧化铁/醋酸纤维素复合膜(FeO/CAM)发展了一种沉积物和土壤磷的生物有效性评估的新方法. 结果表明:从沉积物和土壤中解吸的生物有效磷(FeO-P)含量随时间增加而增加,至16～20h左右,解吸过程接近平衡;随着土/水比增大而减小,至20～30g/L左右逐渐趋于平缓,且相对标准偏差较小;膜面积为20～30cm²时FeO-P含量差别较小,且相对标准偏差也较小;适当提高振荡频率(一般200r/min左右),有利于促进FeO-P的提取动力学过程.在用于评估水体沉积物和土壤解吸磷的生物有效性方面,FeO/CAM膜克服了氧化铁浸渍滤纸的缺点,易于商品化,具有更好的应用前景.     

贵州百花湖消落区土壤磷赋存形态初步研究

应用磷形态标准测试程序(SMT)对百花湖(水库)消落区土壤磷赋存形态进行了分级测定,分析了各形态磷之间与样品理化性质如有机质、pH、总氮和含水率的相关性。结果表明,百花湖消落区1区全磷含量平均为1239.9mg/kg,2区为1097.4mg/kg,3区为1041.5mg/kg;各形态磷中有机磷占全磷的百分比1区为58.7%,2区为55.1%,3区降至54.7%;消落带土壤中的磷以有机磷为主,无机磷为辅。铁铝结合态磷则是无机磷的主要组分,其中1区为77.1%,2区为66.7%,3区为61.4%;全磷、有机磷和铁铝结合态磷含量的总体变化趋势为1区>2区>3区;而钙结合态磷含量却呈现出3区>2区>1区。有机磷与全磷显著性相关,是土壤中磷素增加的主要因素;无机磷与铁铝结合态磷和钙结合态磷显著性相关,二者的增加和减少对无机磷的含量具有显著影响;全磷与有机质、酸碱性显著相关;有机磷与有机质,钙结合态磷与酸碱性之间均呈现出显著性相关,表明土壤的有机质和酸碱性影响磷的含量和分布。     

餐厨垃圾厌养发酵沼液制备的液态菌肥对农田土壤理化性质的影响

为研究施用餐厨垃圾厌氧消化沼液制备的液态菌肥对农田土壤的影响,以中国北方典型作物冬小麦和水稻土壤为研究对象,分析在农作物整个生长周期中土壤理化性质的变化规律。结果表明:施用餐厨垃圾厌氧消化沼液制备的液态菌肥可显著提高冬小麦和水稻土壤中有效氮磷含量。冬小麦土壤液态菌肥最适宜施加量为500 L/亩（1亩=666.67 m2,下同）,此时土壤中有效磷含量最高增长到94.00 mg/kg,最大增幅为81.12%;速效氮含量最高增长到1673.00 mg/kg,最大增幅为84.88%。水稻土壤液态菌肥最适宜施加量为400 L/亩,土壤中有效磷含量最高增长到220.80 mg/kg,最大增幅为137.22%;速效氮含量最高增长到1140.00 mg/kg,最大增幅为127.07%。冬小麦和水稻土壤中可溶性全盐和Cl-含量均有轻微的积累现象。通过RDA分析,冬小麦与水稻种植土壤中总磷、总氮、Cl-等与液态菌肥施加量均呈正相关,表明液态菌肥对养分的增加起到促进作用。施用餐厨垃圾厌氧消化沼液制备的液态菌肥对提高农作物土壤有机组分、改善土壤肥力具有重要意义。     

硝态氮及碳源浓度对A-AAO工艺厌氧释磷影响的研究

为进一步提高A-AAO工艺的厌氧释磷效率,本文以稳定运行A-AAO工艺的污泥为研究对象,考察碳源浓度和污泥回流液硝态氮浓度对厌氧释磷速率的影响。研究结果表明:污泥回流液硝氮浓度越高,厌氧释磷速率越缓慢,且最大释磷量也较低,硝氮浓度从0 mg/L增加到20 mg/L时,释磷速率从0.150 mg TP/(gMLVSS·min)降低到0.103 mgTP/(gMLVSS·min),最大释磷量也从23.95 mg/L减少到15.97 mg/L。碳源浓度显著影响了厌氧区最大释磷量,进水碳源浓度(以乙酸钠投加计算)分别为100,200和300 mg/L,最大释磷总量分别为10.59 mg/L,19.62 mg/L及25.48 mg/L。     

有机基质对反硝化除磷效果的影响

文章研究了有机基质对反硝化除磷工艺脱氮除磷效果的影响,实验结果表明:有机基质是影响反硝化除磷效果的重要因素,磷的去除主要在缺氧阶段由反硝化除磷实现。实验保持N、P进水40 mg/L、8 mg/L不变,当COD/P≥31.25时,出水磷浓度小于1 mg/L,去除率大于85%,出水中氨氮和硝酸氮约为0,氮的去除率接近100%,COD的去除率在95%以上;当进水25≤COD/P≤31.25时,出水磷浓度为1~2.4 mg/L,去除率大于70%,氮的去除率接近100%,COD的去除率大于90%;研究结果推断,随着进水有机基质的降低,厌氧池聚磷菌放磷量逐渐减少,缺氧池反硝化除磷量也逐渐降低,二沉池出水磷酸盐含量逐渐升高,反硝化除磷的效率随着有机基质浓度的降低而逐渐降低。     

洞庭湖近20年水质与富营养化状态变化

利用近20年水质监测资料,系统地分析了洞庭湖水质与营养状态的时空变化特征. 结果表明,受流域社会经济发展等因素的综合影响,洞庭湖水质整体呈下降趋势,水体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖. 洞庭湖水体主要污染物为TN和TP, ρ(TN)、ρ(TP)年均值分别为1.08~1.93和0.026~0.203 mg/L. 洞庭湖水体中ρ(Chla)与ρ(TN)呈显著正相关;浮游植物数量与ρ(TN)、ρ(TP)呈显著正相关,与最大流量呈显著负相关. 2007年洞庭湖流域造纸企业污染整治后,洞庭湖水体中ρ(COD_Cr)降低,但ρ(TN)、ρ(TP)仍呈上升之势,浮游植物数量显著增加. 洞庭湖水体富营养化治理应以控制面源污染为重点.      

Effect of nitrogen and phosphorus on the water quality in the Three Gorges Reservoir Area during and after its construction

A survey concerning the concentration of the nutrients in the Three Gorges Reservoir Area was carried out. This paper presents the parameters(NO3^- -N, NO2^- -N, KjeldahI-N, non-ionic ammonia, P-PO4 and TP)determined at 16 sampling sites from 1997 to 1999. The dominant soluble nitrogen form was NO3^- -N followed by KjeldahI-N, NO2^- -N and non-ionic ammonia. Mean values of NO3^- -N, NO2^- -N, Kjeldahl-N and non-ionic ammonia ranged from 0.50 to 2.37 mg/L, 0.022 to 0.084 mg/L, 0.33 to 0.99 mg/L and 0.007 to 0.092 mg/L respectively.Mean values of P-PO4 at most sampling sites were higher than 0.1 mg/L for subject to eutrophication. The major factors influencing the concentrations of N and P might be agricultural runoff, municipal and industrial effluents. In addition, 6 kinds of soil were sampled at the area where would inundated after the dam completed. Two approaches were adopted to simulate the N and P release from the inundated soils. The results showed that the soils would release nitrogen and phosphorus to the overlying water when the soils were inundated. The characteristics of soil affected the equilibrium concentrations of N and P between the soil and the overlying water.