丹江口水库表层沉积物有机/无机磷形态特征

采用连续分级提取法研究了丹江口水库表层沉积物中有机磷和无机磷的形态及其赋存特征,同时结合间隙水体中溶解性总磷(DTP)的空间分布特征,讨论了各形态磷的生物可利用性及其释放风险.结果表明,丹江口水库沉积物中各形态磷均在入库河流处高于库区.各采样点沉积物总磷在203.08~1625.61mg/kg之间,平均值为642.51mg/kg,其中以无机磷为主,占总磷的52.9%.无机磷形态中生物可利用性差的Ca-P_i占优势,平均值为196.46mg/kg,占无机磷的57.8%;沉积物有机磷形态中活性最差的NA-P_o占绝对的优势,NA-P_o平均值为180.83mg/kg,占有机磷(OP)的59.7%. WA-P_i、PA-P_i、Fe/Al-P_i、WA-P_o、PA-P_o均与间隙水体DTP呈显著正相关(P < 0.05), Ca-P_i、MA-P_o、NA-Po与间隙水DTP相关性较差.入库河流沉积物生物可利用性磷含量及释放通量均较库区高,具有较高的释磷风险.     

采用连续分级提取法研究沉积物中磷的化学形态

沉积物中磷的潜在释放很大程度上取决于有机磷和无机磷的组分和分布. 为研究沉积物中不同形态磷的释放能力及其生物可利用性大小,采用连续分级提取法,以NH₄Cl、NaHCO₃、NaOH和HCl作为提取剂,同时对沉积物中有机磷和无机磷的赋存形态进行分析,将无机磷分为WA-P_i(弱吸附态无机磷)、PA-P_i(潜在活性无机磷)、Fe/Al-P_i(Fe/Al结合态无机磷)和Ca-P_i(Ca结合态无机磷);将有机磷分为WA-P_o(弱吸附态有机磷)、PA-P_o(潜在活性有机磷)、MA-P_o(中活性有机磷)和NA-P_o(非活性有机磷),并以蠡湖表层沉积物样品为例,考察了该方法的回收率及蠡湖沉积物中的磷形态. 结果表明:①该方法具有较好的回收率,与SMT(标准测量和测试)法测定结果比较,连续分级提取法对TP、无机磷、有机磷的回收率分别为93.3%~112.1%、93.9%~111.5%、76.4%~119.9%,平均值分别为99.4%、101.8%、101.0%. ②蠡湖表层沉积物中的磷以无机磷为主,其质量分数在271.29~666.34 mg/kg之间,平均值为441.03 mg/kg,占w(TP)的62.91%;不同形态无机磷质量分数表现为w(Ca-P_i)>w(Fe/Al-P_i)>w(PA-P_i)>w(WA-P_i). 有机磷的质量分数在201.76~368.52 mg/kg之间,不同形态有机磷质量分数表现为w(R-P_o)(R-P_o为残渣态磷)>w(NA_NaOH-P_o)(NA_NaOH-P_o为NaDH提取非活性有机磷)>w(PA-P_o)>w(MA_HCl-P_o)(MA_HCl-P_o为HCl提取中活性有机磷)>w(WA-P_o)>w(MA_NaOH-P_o)(MA_NaOH-P_o为NaOH提取中活性有机磷). 改进后的连续分级提取法能够同时有效分离沉积物中无机磷和有机磷的化学形态,并且能兼顾沉积物生物可利用性磷分析测试的需要.      

扰动强度对钝化剂抑制滇池沉积物磷释放的影响

选取滇池福保湾表层沉积物,以聚合氯化铝为钝化剂,研究了扰动强度对钝化剂抑制沉积物中磷释放的影响.结果表明,当扰动强度低于一定范围时,聚合氯化铝对沉积物中的磷有抑制作用,当转速为0,60,120r/min时,对应的水中磷浓度分别为初始值的62.5%,71.7%和83.4%;当转速达到240r/min时,沉积物会向水中释放大量磷,钝化作用完全被破坏,水中磷浓度为初始值的3.3倍.此外,在转速低于120r/min时,磷形态主要是以无机磷(DIP)为主的溶解性磷(DTP),而转速达到240r/min时,水中DTP/TP30%,DIP/DTP40%,即磷形态主要为不溶性磷,溶解性磷中以有机磷(DOP)为主.     

扰动与钝化剂对水/沉积物系统中磷释放及磷形态的影响

考察了扰动与钝化剂对滇池重污染底泥的磷释放的影响.结果表明,钝化剂(PAM+聚铝)有显著的抑制沉积物的磷释放和捕捉上覆水中含磷颗粒的效果.加钝化剂后,上覆水的总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和溶解性无机磷(DIP)分别比未加钝化剂组低50.0%～89.8%,85.5%～97.9%和96.5%～100.0%.扰动促进了沉积物的磷释放,这是因为扰动导致泥水混合程度增加;扰动导致沉积物氧化还原状态的改变.5d后扰动组的磷开始释放,而未扰动组在第52d仍未释放.沉积物中释放的磷主要是磷酸盐.扰动促进了DIP的释放,扰动后DTP/TP、DIP/DTP及DIP/TP均增加.投加的铝盐的量在试验期间导致的上覆水中残余铝的含量在安全范围内.扰动对上覆水中残余铝的含量影响不大.     

太湖不同营养水平湖区沉积物理化性质和磷的垂向变化

利用SMT标准测试程序对太湖3个不同营养水平湖区表层10 cm柱状沉积物进行磷赋存形态的垂向分析,并在此基础上讨论了沉积物有机质总量(w(OM)),细颗粒组成与磷赋存形态间的相关关系.结果表明,研究区各采样点沉积物的w(TP)平均值为437～1 650 mg/kg,最高为1 809 mg/kg; w(OM)平均值为17.93～38.76 mg/g;沉积物颗粒组成以粉砂和粘粒为主,占总量的49.64%～83.57%.不同湖区沉积物磷形态的垂向分布规律不同,总体上TP,无机磷(IP),铁铝结合态磷(Fe/Al-P)表现出在表层富集的现象, 钙结合态磷(Ca-P)和有机磷(OP)随深度的变化不大; w(OM)自表层向下逐渐降低. 无机磷占沉积物中总磷的比例较大,且其含量与Fe/Al-P的含量密切相关.Fe/Al-P占TP的比例随沉积物污染程度的增加而升高,是与人类活动密切相关的;有机质总量与OP显著相关;粘粒比例随污染程度的增加逐渐增大.      

菹草和伊乐藻对水-沉积物界面磷迁移转化的影响

冬季沉水植物普遍凋亡,死亡残体易造成湖泊二次污染.为探究冬季耐寒性沉水植物对水-沉积物界面各形态磷迁移转化的影响,选取根系特征不同的冬季耐寒性沉水植物菹草（Potamogeton crispus L.）和伊乐藻（Elodea nuttallii）作为研究对象,测定其冬季生长期间上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的含量,并监测环境因子的变化.结果表明:①菹草、伊乐藻组生长期间水-沉积物界面各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持较低水平,菹草对沉积物和间隙水磷的吸收效果优于伊乐藻,而伊乐藻对上覆水磷的影响大于菹草.②试验第30天后,菹草、伊乐藻组上覆水和间隙水各形态磷质量浓度均显著低于对照组（P < 0.05）,上覆水中ρ（TP）最低值分别为0.057和0.041 mg/L,间隙水中ρ（DTP）（DTP表示溶解性总磷）分别维持在0.270~0.505、0.384~0.507 mg/L之间.③试验结束时,菹草组沉积物中w（TP）、w（IP）（IP表示无机磷）和w（NaOH-P）（NaOH-P表示NaOH提取态磷）分别低至643.68、415.79和120.17 mg/kg,分别下降了16.54%、18.37%和35.82%,伊乐藻组分别低至700.39、457.87和145.29 mg/kg,分别下降了10.24%、11.17%和24.67%;菹草、伊乐藻植株体内TP质量分别增加了588.94和464.59 mg.研究显示,菹草、伊乐藻在生长期间均能有效吸收磷,同时改变了pH、E_h等环境因子,从而影响磷在水-沉积物界面的迁移及磷形态的转变.      

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.      

反复扰动下加藻对不同形态磷相互转化的影响

以太湖梅梁湾沉积物和上覆水为材料,研究了反复扰动下加藻与否对沉积物中不同形态磷数量分布的影响.试验结束时,对照试验、单纯反复扰动、加藻反复扰动其上覆水中溶解性总磷(DTP)含量依次增加了75%、62.5%和18.8%,单纯反复扰动和加藻反复扰动试验上覆水中溶解性无机磷(DIP)浓度分别增加了300%和100%.加藻反复扰动和单纯反复扰动下,沉积物中钙磷(Ca-P)的净减少量分别为31mg/kg DW和 9mg/kg DW.表明, DTP和DIP的释放主要取决于沉积物中铁铝结合态磷(Fe/Al-P)和Ca-P的减少量.沉积物中Fe/Al-P和 Ca-P的含量有所降低,主要归因于反复扰动和藻类的同化吸收作用.然而,加藻反复扰动和单纯反复扰动下,藻类可利用磷(AAP)却有所增加.这表明藻类浓度较低时,其对磷的吸附同化量明显低于沉积物中Fe、黏土颗粒以及CaCO3的吸附量.尽管AAP的形成与还原速率很难测定,但其却可以很好地表征沉积物中内源磷的生物有效性.加藻反复扰动下,Ca-P的含量持续降低,这表明藻类吸附同化了部分Ca-P.因此,在一定藻浓度条件下,可用沉积物中NH4Cl-P, AAP, %Ca-P的和来表征生物有效磷(BAP)含量.     

黄河沉积物磷形态沿程分布特征

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT),分析了黄河干流从源头到渤海整个沿程中21个表层沉积物样品的磷形态沿程变化规律和分布特征,并分析了沉积物中磷的来源和释放潜力.研究结果表明,沉积物中总磷(TP)含量范围在594.4～956.9mg·kg-1,最小值和最大值分别出现在三门峡和兴县.无机磷(IP)含量范围在475.2～944.2mg·kg-1,占TP的81.17%～96.74%.有机磷(OP)含量范围在27.3～108.0mg·kg-1,占TP的3.26%～18.83%.TP分布主要受IP控制.在IP中,钙结合态磷(HCI-P)是主要部分,含量范围在445.6～891.7mg·kg-1,占IP的94.16%～98.81%;铁/铝结合态磷(NaOH-P)含量范围在10.1～37.2 mg·kg-1,仅占IP的1.19%～5.84%.黄河沉积物向上覆水体释放磷的潜力不大.黄河沉积物中NaOH-P含量与活性态(Fe+Al)含量有显著的正相关关系,但玛多和兴海的沉积物具有特殊性.不同地点黄河沉积物的磷形态分布情况与区域磷污染状况及其地质环境条件有关.     

太湖大浦口河口区沉积物中铁、磷的地球化学特征

对太湖西部大浦口河口区沉积物中的w(Fe2+),w(TP)和w(Fe-P)及间隙水中ρ(Fe2+)和ρ(PO₄3-)的空间及垂向分布特征进行了测定分析. 结果表明,上覆水中,河道的各项指标均大于湖区及河口,而在河道与河口沉积物中w(TP)基本相似,均小于湖区. 在河口沉积物垂向剖面上,存在约5,9及11 cm 的3个明显变化阶段. w(Fe-P)占w(TP)的16.7%～47.8%,与ρ(TP)的相关性较好(R0.526),但与其他指标的相关性并不明显. Fe-P是重要的磷形态,厌氧状态下有向间隙水解析扩散的潜力,并形成Fe3+与Fe2+间的转换. 间隙水中ρ(PO₄3-)与w(Fe-P)/w(TP)和ρ(Fe2+)存在非对应性,但与ρ(Fe)呈显著相关(R0.853).河口区PO₄3-的迁移转化受多种因素的作用,复杂的水动力活动和地球化学作用是主要控制因素.      

蠡湖水环境综合整治工程实施前后水质及水生态差异

为探讨水环境综合治理工程措施对蠡湖水生态环境的改善效果,对工程实施前后蠡湖水生态环境的变化及趋势进行了分析. 结果表明,水环境综合治理工程实施后,蠡湖水质明显好转,水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)和ρ(Chla)年均值显著下降(P<0.01),ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(Chla)分别由综合治理前 (1992—2002年平均值) 的5.77、0.19 mg/L和59.90 μg/L降至综合治理后的3.13、0.13 mg/L和27.12 μg/L,ρ(COD_Mn)则由7.09 mg/L降至5.00 mg/L以下;表层沉积物中w(OM)、w(TN)和w(TP)分别由2001年的40.40、1.19、2.61 g/kg降至2012年的19.60、1.16、0.59 g/kg;2012年生态修复工程区内初步形成了一个水生植物较为完整的生态系统. 综合整治后,水质改善效果明显,但部分水体感观指标〔如ρ(TSS)、SD(透明度)〕改善效果不明显,底栖动物优势种群仍为耐污种,生态系统完全恢复还需时日. 因此,有必要进一步开展以提高透明度、恢复沉水植物为核心的生态优化调控,促进蠡湖由藻型浊水稳态向草型清水稳态转变.      

微生物对冰封期湖泊沉积物中有机磷降解释放的影响

以寒旱区湖泊乌梁素海为研究对象,以有机磷降解过程中的形态转化为主线,探讨了冰封期内底物添加与灭菌处理对有机磷释放特征的影响.结果表明,180 d冰封期内,灭菌处理(T_N)上覆水中可溶性总磷酸盐(DTP)和可溶性正磷酸盐(DIP)及可溶性有机磷(DOP)的质量浓度均高于底物添加处理(T_M),揭示T_M体系中厌氧微生物的同化利用降低了上覆水中磷的质量浓度;同时微生物驱动下铁的异化还原作用也是影响水-沉积物界面有机磷释放的重要机制.释放周期内,沉积物中活性有机磷(LOP)、总活性磷(TLP)的含量均减少;T_M体系的中等活性有机磷(MLOP)含量先减少后增加,非活性有机磷(NLOP)的含量先增加后减少;T_N的MLOP含量波动性增加,NLOP的含量波动性减少.释放初期(0~60 d),T_M的MLOP含量高于T_N,而NLOP的含量低于T_N;释放中末期(60~180 d),T_M的MLOP含量低于T_N,而NLOP的含量高于T_N.揭示释放中沉积物MLOP与NLOP之间存在相互转化的可能性.释放过程中,T_M沉积物有机磷的相对含量降低,无机磷的相对含量增高,呈现有机磷向无机磷转化的趋势,沉积物有机磷约有6.1%转化为无机磷,揭示了冰封期内,微生物可加速沉积物有机磷向无机磷的转化,提高了磷的生物可利用率,增加了沉积物磷向上覆水释放的风险.     

环境治理工程对蠡湖水体中氮空间分布的影响

为评估蠡湖水环境治理工程措施对蠡湖水体营养状况的影响,于2012年4月及10月对蠡湖湖区及环湖河口共64个采样点进行了采样及分析,探讨了水体及表层沉积物中各形态氮的空间分布特征及其影响因素. 结果表明:蠡湖上覆水中ρ(TN)为0.82~3.20mg/L,平均值为1.35mg/L;间隙水中ρ(DTN)为1.28~5.36mg/L,平均值为2.51mg/L. 上覆水和间隙水分布趋势均为自西向东递增,并且环湖河口ρ(TN)显著高于湖区. 研究期间蠡湖NH₄+-N平均扩散通量为4.80mg/(m2·d),并且NH₄+-N扩散通量与表层沉积物中w(TN)和w(E-NH₄+-N)呈显著正相关. 2003年以来,经过一系列水环境治理工程后,蠡湖水质改善较为明显,但仍未从根本上解决蠡湖的富营养化问题,因此在外源污染得到严格控制的情况下,需加强对蠡湖水体沉水植物的恢复,优化调控蠡湖目前的生态系统结构.      

蠡湖水体悬浮物的时空变化及其影响因素

根据2012~2013年的现场调查资料和历史监测资料,分析了浅水湖泊蠡湖总悬浮物(TSS)的时空分布特征、组成、变化规律,并探讨了水体悬浮物的影响因素及其与氮、磷的关系.结果表明, ρ(TSS)的年内变化范围在1.00~78.00mg/L之间,平均值为17.35mg/L,空间上呈现东蠡湖大于西蠡湖,沿岸高于湖心区的分布趋势;季节变化表现为秋季>夏季>春季>冬季,且冬季显著低于其他季节;全湖水体中ρ(OSS)和ρ(ISS)所占ρ(TSS)的比例相当,分别为51.52%和48.48%,但组成比例空间差异较大,东蠡湖ρ(OSS)比例较大,而西蠡湖ρ(ISS)的比例较大.线性拟合表明, ρ(TSS)与ρ(PN)、ρ(TN)、ρ(PP)、ρ(TP)均具呈显著正相关(P<0.01).浮游藻类增殖、水生植物的残体以及底泥的再悬浮是影响水体ρ(TSS)的主要因素.     

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.      

洪泽湖不同湖区表层沉积物中磷的形态和分布特征

采用七步连续提取法对洪泽湖9个不同湖区的表层沉积物中总磷(TP)、有机磷(OP)及各种无机磷(IP)形态进行了分析,结果表明,所测洪泽湖表层沉积物中TP含量范围为630.6～1403.4mg.kg-1,以IP为主,占TP含量的67.7%～83.6%;OP含量占TP含量的16.4%～32.3%。受淮河、濉河河水注入的影响,所研究沉积物中TP、IP和OP含量的最大值均出现在靠近入湖口的临淮乡区。IP分为6种形态磷,即交换态磷(Ex-P)、铝结合磷(Al-P)、铁结合磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、自生钙磷(ACa-P)和碎屑钙磷(De-P),其中以De-P为主,其次是Fe-P,分别占TP的25.1%～37.3%和18%～35.5%,Ex-P、ACa-P和Al-P含量相对较低,Oc-P含量最低。Ex-P、Al-P和Fe-P作为洪泽湖表层沉积物中潜在的生物可利用磷,其总量占TP的22.5%～41.7%。相关分析表明,TP与IP之间存在着极显著的相关性,与OP的相关性较差,表明沉积物中TP的含量主要是由IP控制。     

高磷沉积物有机磷形态分布及释放动力学特征——以宜昌西北口水库为例

为探究高磷背景水库沉积物中有机磷(OP)的空间分布及OP释放动力学特征, 本文采用Ivannoff法对西北口水库沉积物中的OP进行分级提取, 通过沉积物OP释放动力学模拟实验, 探讨了表层沉积物OP的释放特征, 以及沉积物理化性质对其响应.结果表明, 西北口水库沉积物OP含量为210.3~455.2mg/kg, 平均含量为322.9mg/kg, 占总磷(TP)的18.3%.OP含量空间分布呈现库中(363.2mg/kg)>库首(339.3mg/kg)>库尾(266.1mg/kg)的变化规律, 垂向上随深度的增加而减小.西北口水库不同形态OP的含量表现为: 非活性有机磷(NOP)>中活性有机磷(MLOP)>活性有机磷(LOP), 其中NOP含量占OP的65.3%, 是西北口水库沉积物OP的主要存在形式.准一级动力学模型是描述西北口水库库首、库中和库尾沉积物OP释放动力学曲线的最优方程(R²=0.98~0.99, P < 0.01), 在0~1h表征为快速释放过程, 所释放的OP含量占最大释放量(Q_max)的55.68%~79.55%, 随后进入慢速释放过程, 逐渐达到Q_max, Q_max在1.4~3.1mg/kg之间.该水库沉积物中LOP和MLOP是主要向上覆水体释放的磷形态.