巢湖表层沉积物中磷赋存形态的时空变化

以巢湖表层沉积物为对象,采用欧洲标准测试委员会框架下发展的SMT分离方法分析总磷（total phosphorus,TP）、有机磷（organic phosphorus,OP）、无机磷（inorganic phosphorus,IP）、铁铝磷（NaOH-P）、钙磷（HCl-P）等磷形态的含量,利用ArcGIS 9.2和地统计学软件GS＋5.3进行空间数据和插值处理,探讨了巢湖表层沉积物中磷的形态分布特征及来源.结果表明：①沉积物中TN、TP和有机质含量的季节变化较小,在空间上均表现出西半湖含量高于东半湖的分布特点;C/N比率在21.35～28.19之间（平均值为24.94）,表明巢湖的入湖污染物主要以面源污染为主.②巢湖表层沉积物中TP含量的变化范围为528.90～1 385.71 mg.kg-1,IP为主要赋存形态（占TP的质量分数为55.78%～79.86%）.③巢湖表层沉积物中,OP含量为169.05～841.24 mg.kg-1,东、西半湖OP含量分别为376.02 mg.kg-1和406.53 mg.kg-1（占TP的质量分数为47.49%和36.28%）;NaOH-P含量为33.77～411.37 mg.kg-1,东、西半湖含量分别为108.37 mg.kg-1和276.30 mg.kg-1（占IP的质量分数为21.73%和33.12%）;HCl-P含量为194.95～477.45 mg.kg-1,东、西半湖HCl-P含量分别为321.71 mg.kg-1和338.08mg.kg-1（占IP的质量分数为64.50%和40.53%）,是IP的主要组成部分.④冬春季节OP含量高于夏秋季节,而夏秋季节HCl-P和NaOH-P含量高于冬春季节.     

巢湖沉积物磷铁硫形态记录及其环境变化指示

分析了巢湖表层和柱状沉积物中磷（P）、铁（Fe）和硫（S）元素的形态组成、分布、相互关系及其指示的湖泊环境变化.西半湖S3采样点位柱状沉积物总磷（TP）记录表明,巢湖西半湖区自20世纪60年代开始受人类活动影响逐步明显,其中钙磷（Ca-P）指示的流域径流输入增加早于铁铝磷（Fe/Al-P）指示的居民生活污水输入;西半湖区沉积物15~0cm有机质埋藏持续增加伴随着pH值的逐步升高,指示了水体富营养化导致藻类生产力（光合作用）提高并显著影响pH值;而东半湖S7采样点位柱状沉积物磷形态则记录了东半湖区不同的环境变化特征.巢湖沉积物活性铁组分以Fe （Ⅱ）为主,S3和S7沉积剖面Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）值整体均呈上升趋势且与Fe （Ⅲ）同步变化,表明其比值由Fe （Ⅲ）变化驱动;Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）指示沉积物上层为弱氧化性,其余层位为还原性环境.沉积物还原性无机硫（RIS）以酸可挥发性硫（AVS）为主,沉积物高有机质含量、低元素硫和还原条件降低了AVS向黄铁矿硫（CRS）的转化.巢湖沉积物中与P,S结合的Fe占比很小,高Fe/P和Fe/S比值会抑制沉积物磷的释放,导致柱状剖面P,Fe和S之间的相互作用关系整体上并不显著.     

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.     

特大城市河流表层沉积物磷形态分布及有效性:以成都市为例

为研究河流沉积物内源污染与人类活动的响应关系,采集成都市内33个点位的河流表层沉积物,采用SMT和DGT方法监测沉积物中各形态磷及生物有效性磷含量,结合多元统计方法分析其空间分布特征,计算沉积物及其孔隙水中有效态磷的释放通量。结果表明,成都市河流表层沉积物各形态磷存在空间差异性;成都市河流表层沉积物TP的平均含量为1132.41mg·kg-1,高于成都市土壤背景值365.00 mg·kg-1,Ca-P为最主要磷形态,平均占TP的70.58%;研究区域可划分为3类,第1、3类的磷形态结构差异大,而第2类小,且第1、3类各形态磷含量普遍高于第2类;w(DGT-P)分别与水体w(DTP)、具有生物有效性的w(Fe/Al-P)和w(OP)均有良好的相关性,DGT技术可作为快速原位检测沉积物生物有效磷含量的可靠方法;有效态磷释放量较高的为N8W11N2,分别为20.05、17.13、14.79 mg·(m2·d)-1,其释放能力与人类活动密切相关。     

太湖西岸湖滨带沉积物氮磷有机质分布及评价

采集了太湖西岸湖滨带的表层沉积物,研究了沉积物中氮、磷和有机质的空间分布并进行评价.结果表明,表层沉积物氮、磷和有机质含量基本上呈由近岸向远岸递增的趋势,各点表层沉积物有机质平均含量7 124.00 mg.kg-1,介于2 261.78～11 963.10 mg.kg-1;总氮平均含量819.20 mg.kg-1,介于343.20～1 390.12 mg.kg-1;总磷平均含量379.39 mg.kg-1,介于197.46～570.85 mg.kg-1.沉积物中C/N值为9.5.沉积物中有机质及营养盐来源于湖中藻类和水生高等植物.采用有机指数和有机氮评价太湖西岸湖滨带沉积物的环境质量,有机指数平均为0.037,有机氮为0.044%,总体上属于尚清洁范畴.远岸端点位沉积物有机指数及有机氮含量均较高,存在转为有机污染的风险.     

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".     

太湖流域农村黑臭河流沉积物中磷形态的垂向分布特征

为揭示太湖地区农村黑臭河流表层沉积物中磷形态的分布特征及各形态磷之间的相关性,本文以宜兴市周铁镇掌下浜(北段)为例,沿河流从上游到下游河口共采集了13个表层沉积物样,应用SMT法(The Standards,Measurements and Testing Programme)对柱状沉积物中磷形态进行了分析,并对有机质与各磷形态及其之间进行相关性分析.结果表明:在垂向分布上,沉积物中各形态磷含量随深度加深总体均呈现下降趋势;总磷(Total Phosphorus,TP)的平均含量为659.33~4379.31 mg·kg-1,无机磷(Inorganic Phosphorus,IP)构成沉积物中磷的主要部分,占TP的66.59%~88.25%;盐酸提取态磷(Hydrochloric acid extractable phosphorus,Ca-P)占TP的44.17%~71.47%,占IP的62.17%~83.70%,是构成IP的主要部分.有机质含量与各形态磷之间皆表现出显著的正相关性,反映出垂向沉积剖面上有机质是磷形态含量的重要影响因素.IP、Ca-P、OP(Organic Phosphorus,有机磷)与TP均具有显著的相关关系,表明沉积物中TP含量的增加,主要来自Ca-P,其次是OP;沉积物中OP与Fe/Al-P(NaOH extractable phosphorus,铁铝磷)、Ca-P含量也具有显著的正相关关系,表明OP含量对Fe/Al-P、Ca-P的含量均有影响;Ca-P与Fe/Al-P含量之间存在显著的相关性,说明沉积物中Fe/Al-P的还原释放对Ca-P的形成具有一定的影响.     

连环湖区域小东湖表层沉积物营养盐变化特征与污染评价研究

于2010年8月赴连环湖小东湖采集表层沉积物样品.在对小东湖表层沉积物总氮(TN)、总磷(TP)及磷形态、有机质(OM)、粒度指标测试分析的基础上,探讨小东湖表层沉积物营养元素变化特征及影响因素,并采用有机指数与有机氮指标对小东湖表层沉积物的污染状况进行评价.研究结果表明,TP平均含量为535.75 mg/kg,接近于富营养化严重的太湖和巢湖,小东湖表层沉积物Ca-P、IP、TP受<4 μm、4~16 μm、>64 μm粒级含量影响较大,Fe/Al-P和OP受粒度影响较弱.小东湖有机指数为Ⅱ等级,属于较清洁范畴,有机氮指标达到Ⅳ等级,为有机氮污染.     

巢湖西部河口区沉积物氮磷分布特征与原位扩散通量估算

选取巢湖西部重污染入湖河口区,研究表层沉积物氮磷污染特征,并运用Fick定律估算沉积物-水界面氮磷原位扩散通量.结果表明:南淝河、派河、十五里河河口表层沉积物总氮平均含量达到2208.17 mg·kg~(-1),氮形态以有机氮为主,占比达到90%以上.表层沉积物总磷平均含量为704.59 mg·kg~(-1),其中铁铝结合磷、活性有机磷和钙镁结合磷分别占比27%、28%和18%.河口区水体氨氮浓度从上覆水到孔隙水中总体呈上升趋势,沉积物表层(0~5 cm)孔隙水中氨氮平均浓度为25.42 mg·L~(-1),是上覆水中的7倍.沉积物孔隙水中硝氮与正磷酸盐浓度在垂向上随深度的增加呈先上升后降低的趋势,在沉积物-水界面附近达到浓度最高值.3个河口沉积物孔隙水中氮磷营养盐均向上覆水扩散,其中氨氮扩散通量分别为25.87、74.85与18.08 mg·m~(-2)·d~(-1).硝氮与正磷酸盐扩散通量较低,范围分别在1.38~2.78和0.011~0.024 mg·m~(-2)·d~(-1)之间.总体上看,巢湖西部河流入湖河口区表层沉积物氮污染严重,且存在较高的氮磷营养盐释放风险,应是巢湖富营养化控制过程中重点关注的区域.     

洱海沉积物有机质、铁、锰对磷的赋存特征和释放影响

利用SMT磷连续提取分级方法研究了洱海表层沉积物中磷的赋存特征,探讨有机质(OM),Fe和Mn对磷赋存形态及释放的影响,同时评估了洱海沉积物磷的释放风险. 结果表明:洱海表层沉积物w(TP)为710.3～1 961.2 mg/kg,其中w(Ca-P)最高(占36.9%～59.2%),w(OP)次之(占24.6%～36.9%),w(Fe/Al-P)最低(占9.8%～20.7%);w(OM)为25.0～119.6 mg/g,与w(TP)和w(Ca-P)呈显著负相关;w(总锰)为0.8～3.8 mg/g,w(总铁)为34.3～127.2 mg/g,均与w(TP)及其各形态磷含量呈显著正相关. 沉积物中w(Fe/Al-P)/w(Ca-P)比低于0.5,且w(总铁)/w(TP)远大于20,表明磷释放强度小,但w(TOC)/w(OP)<200,说明有机磷的潜在释放风险较大. w(TP)及其各形态磷含量均与无定形铁氧化物(Feo-Fep)含量呈显著正相关,而与结晶态铁氧化物(Fed-Feo)含量的相关性不显著,且全湖沉积物中的铁氧化物以Feo-Fep为主,表明洱海沉积物磷释放主要受Feo-Fep控制.      

基于液相31P核磁共振(NMR)技术的巢湖沉积物中有机磷形态研究

利用改进的沉积物有机磷提取方法和液相31P核磁共振(NMR)分析方法,研究了巢湖表层沉积物有机磷形态.结果表明:西部湖区表层沉积物总磷含量高于东部湖区,其平均含量分别为(1089.82±108.14) mg·kg-1和(497.80±51.59) mg·kg-1;东部湖区沉积物中有机磷百分含量(31.88％±2.41％)高于西部湖区(20.86％±1.65％);表层沉积物主要磷份组成包括膦酸盐(Phon-P)、正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P);磷酸单酯为有机磷的主要组分,平均含量占总磷的22.12％±5.32％;磷酸单酯和DNA百分含量东部湖区大于西部湖区,磷酸单酯百分含量分别为25.99％±2.29％和16.30％±1.06％,DNA百分含量分别为5.61％±0.24％和3.85％±1.01％.31P核磁共振技术可以有效的应用于巢湖等富营养化湖泊沉积物磷形态分析;巢湖表层沉积物以无机磷为主,有机磷种类丰富,以磷酸单酯为主.     

三峡水库沉积物不同赋存形态磷的时空分布

为了认识三峡水库沉积物磷的赋存状况,利用磷形态标准测试程序SMT法对干流和三条代表性支流(香溪河、大宁河、小江)的柱状沉积物进行了总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)的测定,结果表明干流沉积物TP含量为781~1026 mg·kg-1,支流沉积物TP含量为382~1085 mg·kg-1.TP主要由IP组成,OP所占比例较低;IP主要由Ca-P组成,Fe/Al-P所占比例较低.干流TP含量空间差异不显著,但各赋存形态磷的含量普遍高于支流,支流中香溪河磷含量高于大宁河和小江.垂直方向上各赋存形态磷含量在不同沉积深度没有明显规律;TP、IP、Ca-P三者变化趋势较一致,主要受Ca-P含量的影响.鉴于支流的独特水文条件,相比于干流,更应警惕支流沉积物磷的释放风险及其对水体的环境化学效应.     

太湖水体及表层沉积物磷空间分布特征及差异性分析

通过对水体不同程度富营养化湖泊——太湖全湖40个位点的高密度采样分析,得到太湖水体及表层沉积物各污染因子在太湖的空间分布特征图,结果表明,太湖水体中SRP、TP、TN及沉积物中TOC、TN、TP及P的各形态等在空间上表现出明显的分异性,水体中污染物主要分布于竺山湾、五里湖、梅梁湾及太湖西部等湖区,TN、TP最低值为0.05、0.88mg·L-1.沉积物中Fe-P的分布与水体中TP类似,含量在29.13～258.31mg·kg-1之间变化.Ca-P除主要分布于南部太湖及东太湖外,西北部湖区也见大量蓄积,最高值达357.68mg·kg-1.OP的高值分布于西北部湖区,最高值达371.91mg·kg-1.沉积物中IP占TP的含量高于OP,最高值高出OP含量约50%.IP中Fe-P的比例虽然低于Ca-P,但与水体中SRP、TP之间的高度相关性(R为0.49、0.64),指示Fe-P的内源释放为太湖水体中磷的重要来源之一.而沉积物中TOC与C/N、TN、TP及P的各形态之间的显著相关性,表明了高有机质含量更利于对营养盐的蓄积埋藏.太湖水体及表层沉积物各指标空间上表现出如此明显的区域性差异,除受不同湖区入湖污染源直接作用外,还和各参数不同的生物地球化学行为有关.     

巢湖沉积物氮磷分布及污染评价

以巢湖为研究对象,分析了沉积物中氮磷等营养盐的分布特征及储量信息,并对巢湖沉积物氮磷污染指数进行评价.结果表明,巢湖表层沉积物总氮（TN）和总磷（TP）平均含量为1088 mg·kg^-1和585 mg·kg^-1,底层为666 mg·kg^-1和509 mg·kg^-1,表层总氮含量显著高于底层（P<0.01）;总氮、总磷与沉积物厚度空间分布特征为：西湖区 > 东湖区 > 中湖区,中湖区表层沉积物总氮和总磷含量与东湖区存在差异显著（P<0.05,P<0.01）;全湖沉积物总氮和总磷储量分别为1.58×10⁵t和0.98×10⁵t.TN与TP在西湖区和中湖区均表现出极显著正相关（P<0.01）,其中中湖区表层沉积物TN与沉积物厚度也呈显著相关,表明沉积物氮磷可能有相同的污染源,沉积物厚度影响了TN含量.全湖总氮污染指数（S_TN）、总磷污染指数（S_TP）和综合污染指数（FF）值分别为1.09、1.39和1.32,为轻度-中度污染,其中,西湖区表层沉积物TP为重度污染,东湖区为中度污染,中湖区为轻度污染,表明巢湖不同湖区污染差异较大,西湖区沉积物存在较大的安全风险,水体面临富营养化威胁.     

三峡库区澎溪河底泥及消落区土壤磷的形态及吸附特性研究

沉积物是自然水域的重要生态组成部分,是形成湖泊、水库富营养化的关键因素之一.为研究三峡库区澎溪河流域沉积物中磷的赋存形态特征及迁移转化规律,采用连续提取法对澎溪河底泥3个断面及消落区3种土壤类型中磷赋存形态进行分析,并通过等温吸附实验研究了磷的吸附规律,确定了零净吸附磷浓度(EPC0).结果表明,澎溪河底泥中的总磷含量在0.80～1.45 g·kg-1之间,赋存形态以无机磷为主,其中钙结合磷和蓄闭态磷比例在80%以上,铁铝结合磷含量较低,该流域底泥受自然岩石状态及沉积环境的影响较大,而人为活动对其影响较小;消落区土壤总磷含量在0.65～1.16 g·kg-1之间,磷的赋存形态也以无机磷为主,冲积土和紫色土也以钙结合态磷和蓄闭态磷为主,水稻土中则以蓄闭态磷含量最高.澎溪河高阳、黄石和双江3个断面底泥的EPC0分别为0.08、0.13和0.11 mg·L-1,消落区冲积土、紫色土和水稻土的EPC0分别为0.08、0.09和0.04 mg·L-1.EPC0值与沉积物中总磷、pH、Ca-P、黏粒含量呈正相关性,其中与pH和Ca-P相关性显著.根据澎溪河上覆水中磷浓度的季节变化,初步判定底泥及消落区土壤在夏秋季节为磷的"汇",在冬春季节则成为其"源".EPC0高于水体富营养化临界值,底泥及消落区土壤中磷的释放依然是不可忽视的潜在问题.     

洪湖国际重要湿地沉积物磷空间分布特征及释放风险

洪湖国际重要湿地沉积物磷不同空间分布研究发现,洪湖入湖口沉积物TP含量范围为781.31~1955.84 mg·kg^-1,平均值为（1287.21±437.28）mg·kg^-1;湖区沉积物TP含量范围为438.33~1554.04 mg·kg^-1,平均值（718.10±238.15）mg·kg^-1.入湖口沉积物TP含量显著高于湖区沉积物（P<0.05）,养殖围垸沉积物TP含量高于湖面沉积物,但无显著差异（P>0.05）.湖区西北和东北区域沉积物TP含量高于西南区域,四湖总干渠入湖口沉积物TP显著高于螺山干渠入湖口（P<0.05）,四湖总干渠磷输入可能是洪湖沉积物磷主要来源.洪湖不同类型采样点的沉积物磷形态组成存在显著差异,入湖口沉积物磷形态以Fe/Al-P和Ca-P为主,而湖面沉积物以OP和Ca-P为主,空间磷形态组成变化与人类活动影响和水生植物分布有关.通过沉积物Fe/Al-P和OP估算沉积物生物有效磷（BAP）含量,以BAP占TP比例来估算洪湖沉积物磷释放风险,BAP/TP为39.8%~69%,均值为（56.5±7.23）%,存在较高的磷释放风险.OP和BAP与上覆水TP显著相关（P<0.01）,BAP与上覆水正磷酸盐相关性最高,表明上覆水磷浓度可能与沉积物Fe/Al-P和OP向上覆水释放有关.     

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.