蓝藻越冬期湖湾沉积物磷吸附特征和释放风险

越冬过程是蓝藻暴发的前置阶段,该时期沉积物内源磷是蓝藻水华发生的主要磷源之一.在调查藻型湖湾蓝藻越冬两个时期（休眠期和复苏期）水质和沉积物污染物指标的基础上,进一步分析了水平和垂直方向上沉积物磷吸附特征,阐明沉积物磷释放风险及微生物群落结构变化.结果表明,研究区域两个时期湖湾基本为中度富营养水平,并且水质和沉积物氮磷污染较为严重,越冬期叶绿素a含量（Chl-a）仍然处于较高水平.准二级动力学模型和修正后的Langmuir模型能分别较好地描述沉积物对磷的动力学和等温吸附行为,沉积物理论磷最大吸附量(Q_max)呈现：底层>中层>表层的规律,最高可达1.648 mg·g^-1,且底层对磷的吸附速率较高,其准二级动力学模型吸附常数达6.292 g·（mg·min）^-1,其吸附参数(Q_max、 NAP和EPC₀)主要受沉积物自身理化性质和湖体营养水平影响.休眠期沉积物主要扮演着磷汇角色,而复苏期部分沉积物扮演着磷源角色,存在较高的内源磷释放的风险.沉积物微生物群落结构分析结果显...     

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.     

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.      

洱海河口湿地沉积物对磷的吸附特征及影响因素

为探明洱海入湖河口湿地沉积物对磷的截留效应,采集干、湿季罗时江湿地沉积物,通过吸附动力学、吸附等温线试验并结合吸附模型拟合,分析沉积物对磷吸附快慢和强弱的时空特征,结合沉积物基本理化指标讨论主导吸附机制和影响因素.结果表明:罗时江湿地表层沉积物对磷快吸附阶段的速率常数较慢吸附阶段高1个数量级,最大吸附速率[85.1 mg/（kg·h）]在30 min内达到,吸附速率及磷在颗粒物内部的扩散速率均表现为干季高于湿季;低磷起始浓度下测得沉积物吸附-解吸平衡浓度（EPC₀）为（0.037±0.010）mg/L,相比其他湖泊而言处于中等偏低水平;高磷起始浓度沉积物对磷的最大缓冲容量（MBC）呈干季高于湿季、底层高于表层、湿地内部采样点高于入口和出口的趋势;Dubinin-Radushkevich等温吸附模型计算得到吸附能范围为8.65~12.79 kJ/mol,吸附作用性质为离子交换;沉积物矿物元素Fe、Al的相对含量与吸附特征参数呈显著正相关.研究显示,罗时江湿地沉积物矿物元素Fe、Al的相对含量是该区域沉积物磷吸附动力学和热力学时空差异的主导因素.      

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...     

有机质含量及其组分对洱海沉积物磷吸附-释放影响

研究了洱海不同湖区沉积物有机质含量、组分及其吸附-释放磷的特征,试图揭示有机质含量及组分对沉积物磷吸附-释放行为的影响机制.结果表明,洱海沉积物磷释放潜能随着沉积物中有机质(TOM)含量的增加而增大,而沉积物磷的最大释放速率(V释,max)和最大释放量(Q释,max)随沉积物中轻组有机质(LFOM)含量的增加而增大,释放平衡时间随活性有机质(ASOM)含量的增加而缩短,磷释放强度随LFOM占TOM比例的增加而减弱.沉积物磷的最大吸附速率(V吸,max)、最大吸附量(Q吸,max)和吸附效率随沉积物TOM含量的增加而增大,吸附平衡时间随TOM含量的增加而缩短,吸附强度随ASOM含量的增加而增强,吸附-解析平衡浓度(EPC0)随ASOM含量的增加而降低.沉积物磷释放后再吸附过程中磷释放的Q释,max和再吸附的V吸,max随TOM含量的增加而增大,当TOM含量相当时,则随沉积物ASOM含量的增加而降低,再吸附强度随沉积物中LFOM含量的增加而降低.沉积物磷吸附释放容量随有机质总量的增加而增加,吸附释放平衡浓度随有机质活性的增加而降低,释放强度和速率随有机质分解程度的增加而降低,吸附强度和速率随有机质活性的增加而增加.     

洱海表层沉积物中总氮含量及氨氮的释放特征

通过现场调查和室内模拟试验,对洱海具有代表性的9个表层沉积物样品中w(TN)的分布特征以及沉积物中NH₄+-N释放动力学特征进行了研究. 结果表明,洱海表层沉积物中w(TN)在2.0844～6.5153g/kg之间,平均值为3.5378g/kg,北部西岸为高值区,南部(靠近大理市)为次高值区. 一级动力学模型可很好地拟合洱海表层沉积物NH₄+-N释放动力学特征,NH₄+-N最大释放量在0.1209～0.2810g/kg之间;释放主要集中在0~5min内,约占最大释放量的68%~83%;随后释放速率逐渐放缓,到120min后基本达到释放平衡.运用无限稀释法对沉积物NH₄+-N释放潜能进行测定表明,洱海沉积物NH₄+-N释放潜能在1.7001~3.5879 g/kg之间,在水土质量比约为2500时,NH₄+-N释放量达到最大,随后释放逐渐趋于平衡. 洱海沉积物NH₄+-N释放潜能及最大释放量均与其w(TN)呈显著正相关. 洱海沉积物中w(TN)与NH₄+-N释放潜能和最大释放量均高于长江中下游湖泊,具有较大的氮释放风险.      

高磷含量湖泊表层沉积物对磷吸附特征研究

该文以黄石市青山湖为研究对象，对表层沉积物进行磷的吸附动力学与等温吸附实验，分析了表层沉积物对磷的吸附特征及其影响因素，以此探究城市小型浅水湖泊沉积物的“汇”“源”性质，为同类型湖泊的生态环境治理提供参考依据。结果表明：（1）青山湖沉积物对磷吸附的动力学拟合符合Lagergren准一级动力学模型，30 min内沉积物对磷酸盐的吸附速率最快，在15 min时各样点吸附速率达到最大值，为17.31～26.99 mg/(kg·h),48 h时基本达到动态平衡。（2）低磷浓度(0～0.5 mg/L)下，表层沉积物对磷的吸附符合Linear模型，沉积物对磷的吸附（解吸）平衡浓度为0.153～0.167 mg/L，青山湖沉积物处于释放状态，是上覆水体营养盐的“源”；高磷浓度(0～20 mg/L)，表层沉积物对磷的吸附更符合Langmuir模型，对磷的最大吸附量为606.60～647.44 mg/kg。（3）沉积物总磷的含量范围为1 838.28～2 260.66 mg/kg，以无机磷为主，沉积物不同形态磷含量为TP>IP>NaOH-P>OP>HCl-P,IP占TP含量的83...     

长江中下游浅水湖泊沉积物对磷的吸附特征

研究了长江中下游浅水湖泊1 1个沉积物对磷的吸附等温线及其吸附动力学,并分析了沉积物理化特征对磷吸附特征的影响,研究发现:①沉积物对磷酸盐的吸附主要在前1 0h内完成,在0.5h内吸附反应十分迅速,并逐渐达到吸附平衡;②沉积物本底吸附态磷与其有机质、CEC、总磷、无机磷、有机磷、Fe/Al 磷和总氮显著正相关;对磷酸盐的最大吸附量与其CEC和无机磷、有机质和总磷呈显著负相关;而总最大吸附磷量与其有机质、CEC、总磷、无机磷、有机磷、Fe/Al 磷和总氮含量呈显著正相关;③就目前长江中下游浅水湖泊的水质而言,其沉积物存在解析;沉积物对磷酸盐的吸附 解吸平衡浓度与其有机质,CEC ,总氮,总磷以及各形态磷含量均有显著的正相关关系.本研究条件下,即使是污染较为严重的湖泊,其沉积物也具有向上覆水体释磷酸盐的趋势.     

滇池表层沉积物中氨氮的释放特征

为研究滇池内源污染特征,于2013年在滇池全湖布设36个采样点,采集表层沉积物样品,并对沉积物中w(NH₄+-N)的分布及NH₄+-N释放动力学特征进行研究. 结果显示:滇池表层沉积物中w(NH₄+-N)为155.8～667.8 mg/kg,平均值为333.7 mg/kg,湖心区域最高. 0~5 min内NH₄+-N释放速率最大,可达到3.34～42.31 mg/(kg·min); 5 min后NH₄+-N释放速率逐渐降低,并在120 min左右基本达到释放平衡. 沉积物中NH₄+-N的释放潜能为17 147～34 163 mg/kg,NH₄+-N释放量随着水土质量比的增加而增大;滇池大部分区域NH₄+-N的释放潜能相对较高,特别是在草海北部以及外海盘龙江河口处. 滇池沉积物中NH₄+-N释放速率、释放潜能均高于长江中下游湖泊沉积物;与同为高原湖泊的洱海相比,其沉积物中NH₄+-N释放速率基本相当,但是NH₄+-N释放潜能却远高于洱海,表明滇池表层沉积物中NH₄+-N具有非常高的释放风险.      

南四湖及主要入湖河流表层沉积物对磷酸盐的吸附特征

研究了南四湖及其主要河流人湖口18个表层沉积物对磷的吸附能力、吸附动力学及其吸附等温线,并对湖区沉积物对磷吸附特征及其理化特征之间的关系进行了探讨.结果表明,对于处于不同营养水平的沉积物,对磷酸盐的吸附具有一致的特征.在前10h沉积物对磷酸盐的吸附量基本达到或超过平衡吸附量的80%,并且在0～1.0 h内吸附反应迅速.在本研究条件下,表层沉积物的cEPC的变化范围为0.010～0.157mg·L-1, Qmax的变化范围是86.74～118.32 mg·kg-1, TQmax的变化范围是99.97～281.11 mg·kg-1·cEPC、NAP、m、Qmax和TQmax与Ads-P都具有显著的正相关关系,沉积物Ads-P含量可以作为指导南四湖水体污染程度的一项指标. m与TQmax之间具有显著的正相关性,吸附效率不仅体现的是对外来磷的吸附效率,还应当包含对本身释放磷的再吸附的效率.对于南四湖沉积物TQmax、NAP和Qmax起到同样的贡献.沉积物的NAP与cEPC之间呈显著正相关性,总的趋势就是,当上覆水中磷含量相等时,具有高的NAP的沉积物易于向上覆水体释磷,反之具有较低NAP的沉积物易从水中吸附磷.     

洱海弥苴河河口沉积物磷吸附特性研究

以洱海主要入湖河流弥苴河的河口表层沉积物为实验对象,研究其磷吸附特性。研究结果表明,Elovich方程对沉积物吸磷动力学拟合较好,考虑沉积物原有吸附态磷的修正Langmuir方程能较好描述弥苴河河口表层沉积物等温吸附特性。弥苴河河口沉积物存在释磷风险,沉积物间隙水正磷浓度远高于临界磷平衡浓度。     

洱海表层沉积物有机磷形态分布特征及其影响因素

利用IVANOFF法,研究了洱海表层沉积物有机磷形态及其空间分布特征,探讨了有机质对各形态有机磷含量分布的影响. 结果表明:洱海北部和南部的浅水湖区沉积物w(OM)较高(2.50%～11.72%),而中部的深水湖区沉积物w(TP)较高(710.29～1 961.22 mg/kg);沉积物w(OP)为212.71～526.23 mg/kg,与w(TP)分布趋势一致;沉积物不同形态有机磷的含量为Residual-Po(残渣态有机磷)> Fulvic-P(富里酸结合态有机磷)> HCl-Po(酸提取态有机磷)>NaHCO₃-Po(活性有机磷)>Humic-P(腐殖酸结合态有机磷). 沉积物w(OM)与w(OP)/w(TP),w(Fulvic-P)和w(Humic-P)之间均呈显著正相关(P<0.01),与w(Residual-Po)呈显著负相关(P<0.01),与w(NaHCO₃-Po)和w(HCl-Po)之间相关性不显著(P>0.05). 洱海沉积物有机磷主要以非活性有机磷(Residual-Po和Humic-P)为主(平均占58.74%),且w(Fulvic-P)占w(OP)的百分比均高于营养水平较高的湖泊,而w(HCl-Po)占w(OP)的百分比相对较低(除E7采样点外). 即洱海沉积物有机磷形态特征决定了其生物有效性较低. 沉积物有机磷赋存形态特征很可能是上覆水磷浓度相对较低的重要原因,而沉积物w(TOC)/w(OP)<200则意味着其有机磷的潜在释放风险较大.      

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.     

五里湖和贡湖不同粒径沉积物吸附磷实验研究

通过研究五里湖和贡湖不同粒径沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温曲线,分析了不同粒径沉积物氮、磷和有机质含量以及化学组成等理化特征对其吸附磷的影响,初步得出如下结论五里湖和贡湖不同粒径沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温曲线具有相似的变化趋势;贡湖沉积物每一粒级的吸附量、吸附速率和吸附效率均高于五里湖沉积物;各粒级的变化趋势均为粘粒级＞细砂粒级＞粗砂粒级＞粉砂粒级;各粒级中粉砂粒级SiO2含量最高,可能是造成其对磷的吸附量、吸附速率和吸附效率在各粒级中最低的原因.     

洱海沉积物中磷的赋存形态

利用磷连续提取方法浸提洱海沉积物弱吸附态磷、Fe P、Al P、Ca P和残渣磷,采用石灰性土壤无机磷形态分级法对Ca P进行了分级〔Ca2 P、Ca8 P和惰性钙磷(主要为Ca10 P)〕. 结果表明,洱海沉积物中w(TP)(710.30~1 961.23 mg/kg)较高,以无机磷(占64.44%~82.04%)为主,其中较易释放到上覆水中的弱吸附态磷含量〔占w(TP) 1%以下〕、w(Ca2 P)(14.63~29.66 mg/kg)和w(Ca8 P)(14.62~31.24 mg/kg)均较低,并且洱海目前环境条件不利于其沉积物中Al P和Fe P的释放. 沉积物中w(Ca P)及w(残渣磷)均较高,Ca P中惰性钙磷所占比例(＞85%)也较高,导致洱海沉积物磷不易被释放到上覆水中. 沉积物无机磷赋存形态是洱海目前水质较好的原因之一. 如果污染进一步加剧引起洱海水体pH增加和ρ(DO)降低等变化,其沉积物中Al P、Fe P的释放风险将可能增加. 近30年来,洱海沉积物w(Ca2 P)和w(Ca8 P)变化较小,但w(惰性钙磷)变化较大,Ca P各组分之间存在相互转化机制,这与洱海沉水植物的生长以及其对Ca P的吸收、转化有关.