北京六湖泊表层底泥磷吸附容量及潜在释放风险

利用沉积物磷吸附指数(PSI)和磷吸附饱和度(DPS)研究了北京前海(QH)、青年湖(QNH)、昆明湖(KMH)、紫竹院湖(ZZYH)、陶然亭湖(TRTH)、红领巾湖(HLJH)表层沉积物的磷吸附容量,分析了沉积物中磷的吸附饱和度(DPS)与其他指标的相关关系,并讨论了不同城市湖泊沉积物中磷的潜在释放风险.结果表明:6湖沉积物的PSI为14.9~83.3 (mg×L)/(100g·μmol),平均值为34.6 (mg×L)/(100g·μmol);DPS为7.97 %~50.5 %,平均值28.9 %,PSI与DPS显著负相关.PSI与草酸铵提取的磷、铝(Pox,Alox)含量均为显著负相关,草酸铵提取的铁(Feox)是影响PSI的主导因素.DPS与沉积物中草酸铵提取的磷(Pox)含量显著正相关,主要受沉积物中原有吸附态磷的影响.此外,磷释放风险指数(ERI)计算结果表明QH、QNH、ZZYH、TRTH中的表层沉积物磷潜在释放诱发富营养化的风险均为高度风险.     

海州湾表层沉积物磷的吸附容量及潜在释放风险

利用磷吸附指数（PSI）、磷吸附饱和度（DPS）和磷释放风险指数（ERI）研究了2016年10月和2017年5月海州湾表层沉积物的磷吸附容量及潜在释放风险.结果显示,2016年秋季PSI变化范围为99.58~199.39[mgP/（100g）]/[μmol/L],DPS变化范围为23.118%~34.289%;2017年夏季PSI变化范围是130.29~198.57[mgP/（100g）]/[μmol/L],DPS变化范围为25.545%~42.135%,两次调查中PSI和DPS均表现出相反的平面分布趋势.PSI和Al_ox、Fe_ox呈显著正相关,说明Fe_ox和Al_ox是影响海州湾表层沉积物吸附磷的主要因素,且Fe_ox占主导作用;DPS与Al_ox和Fe_ox分别表现出了显著负相关性和极显著负相关性,说明Al_ox和Fe_ox含量的增大会降低表层沉积物的磷吸附饱和度.2016年10月磷释放风险指数（ERI）的变化范围为11.59%~34.18%,2017年5月磷释放风险指数（ERI）的变化范围为12.86%~32.34%,从2次调查结果整体来看,海州湾表层沉积物的磷释放风险为中度风险.     

沉积物磷形态空间分布特征及释放风险评估——以沱江流域为例

为阐明沉积物磷赋存形态的空间分布特征及潜在释放风险,提供更准确合适的风险评估指标, 分析了沱江干流及其支流12个样点表层沉积物的磷赋存形态,测定了水溶性磷(WSP)及磷平衡浓度(EPC0),计算沉积物磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)及其衍生的磷释放风险指数(ERI).结果表明,沉积物5种形态磷含量顺序为:铁/铝结合磷(CDB-P,60.63%)>钙磷(Ca-P,30.84%)>有机磷(OP,3.92%)>亚铁磷(Fe(Ⅱ)-P,3.48%)>松散态磷(Loosely-P,1.13%).CDB-P是沉积物磷的主要存在形态(0.468~2.287mg/g),由上游至下游逐渐降低,这主要与上游工业污染有关.DPS、EPC0和PSI在空间分布上均呈现由上游至下游逐渐增大的趋势,变化范围分别为44.28%~80.39%、0.012~0.084mg/L和0.153~1.526L/g;上游大部分采样点ERI均超过了25%;各指标综合表明:上游存在较高的磷释放风险.回归分析与相关性表明,EPC0与上覆水磷、CDB-P、OP、有机质(OM)以及粒径均呈极显著相关性,且相关性远高于其他指标(ERI,DPS,PSI,WSP).因此,EPC0是评估沱江流域沉积物磷释放风险潜力更准确高效的指标,Fe/Al含量、粒径的增加以及有机质的减少会增加磷释放风险,因此应控制工业污染以及农业面源污染的输入.     

不同水源补给情形的溪流沟渠沉积物磷形态及释放风险分析

2015年5~12月,在合肥地区3条分别以城市污水厂尾水、食品加工废水和农业排水-地下水渗流为主要补给水源的溪流沟渠上,按季节采集表层沉积物样,分析沉积物磷赋存形态;通过磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)和磷释放风险指数(ERI)计算,评估溪流沟渠沉积物的磷潜在释放风险,并以非参数检验方法,对3条溪流沟渠开展差异性分析.结果表明:1关镇河支渠和陶冲小溪流水体磷素污染严重,3条溪流沟渠磷污染程度排序为:关镇河支渠陶冲小溪流磨店小溪流,其中关镇河支渠沉积物TP平均含量为1 376.95 mg·kg-1,分别是磨店小溪流和陶冲小溪流的2.94和1.91倍;2 3条溪流沟渠沉积物中各形态磷含量差异显著,且在含量高低排序方面存在一定差异性;3 3条溪流沉积物的PSI值季节性变化特征明显,而且每条溪流沟渠所有采样点变化规律基本一致,即总体上都表现出秋季最高,冬季次之,春、夏季基本相当且相对最低的变化特征;4由PSI、DPS及ERI评估得到的磷释放风险特征基本一致,相应的磷释放风险高低排序为:关镇河支渠陶冲小溪流磨店小溪流;5差异性分析表明,3条溪流沟渠几乎在所有指标上存在显著的差异性.     

贵州草海沉积物磷形态分布及释放风险分析

以草海湖区表层沉积物为研究对象,采用Hupfer改进后的化学连续提取法分析20个采样点沉积物中磷形态特征,通过不同磷吸附释放风险指数评估草海的潜在生态风险,并探讨影响磷形态和吸附释放的因素.结果表明,草海湖区表层沉积物总磷（TP）含量为780.95~1229.42 mg·kg^-1,存在轻度污染;磷形态含量分布表现为NaOH-NRP＞Res-P＞HCl-P＞BD-P＞NaOH-SRP＞NH₄Cl-P,TP与HCl-P、BD-P和NaOH-NRP均呈显著正相关（p＜0.001）.草海沉积物生物有效磷（BAP）含量为486.71~812.86 mg·kg^-1,占TP的59.18%~69.38%,内源磷负荷相对较大.沉积物磷吸附释放相关指数的变化范围分别为：磷吸附平衡浓度（EPC₀）：0.001~0.839 mg·L^-1（明显高于上覆水SRP）;磷吸附指数（PSI）：35.47~159.40 （mg·L）·（100 g·μmol）^-1;磷吸附饱和度（DPS）：3.64%~16.51%;磷释放风险指数（ERI）：3.03%~39.57%.草海沉积物磷释放风险存在显著的空间异质性,以较低释放风险为主,县城-西海码头区域为高释放风险区域.主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）显示：草海湖区表层沉积物各形态磷受理化性质、酶活性影响,其中Zn、Cd、Pb、中性磷酸酶（NP）、碱性磷酸酶（AKP）、总氮（TN）影响比重较大;Fe_ox、Al_ox,NH₄Cl-P、BD-P和过氧化氢酶（CAT）与草海沉积物磷的吸附释放指数均显著相关.总体来看,草海自身的生态环境和周边的人类活动是显著影响沉积物中磷形态及磷吸附释放的主要因素.     

洱海表层沉积物吸附磷特征

试验研究了洱海表层沉积物吸附磷动力学与等温吸附过程,探讨了总有机质与总钙对沉积物吸附磷参数的影响. 结果表明:①洱海表层沉积物对磷的吸附动力学过程均可分为2个阶段,即快速吸附阶段和慢速吸附阶段. 快速吸附阶段主要发生在0～0.5 h内,而慢速吸附阶段主要发生在0.5～5 h,所有沉积物均在5 h内基本达到吸附平衡. ②不同采样点沉积物对磷的Q_max(最大吸附容量,为904.60～1 420.34 mg/kg)及MBC(最大缓冲容量,为477.33～2 300.95 L/kg)均以西岸沉积物明显高于东岸,但其EPC₀(吸附-解吸平衡浓度,为0.015～0.068 mg/L)则相反. ③沉积物总有机质和总钙含量与其Q_max和V_max(最大吸附速率)呈显著正相关,但与EPC₀呈显著负相关. ④洱海表层沉积物吸附磷参数V_max和Q_max明显高于长江中下游浅水湖泊沉积物,而参数EPC₀较低. 因此,洱海沉积物释放风险较大但现今释放量较小,与洱海沉积物总有机质和总钙含量较高有关.      

环渤海芦苇湿地磷的吸附容量及释放风险评估

滨海湿地地处陆海交汇的关键带,是磷的"汇"、"源"和"转化器",在全球磷循环过程中扮演着十分重要的角色,其对水体磷素的截留能力日益受到关注.本文以环渤海地区芦苇湿地沉积物为研究对象,利用批处理实验研究了湿地磷的吸附容量和释放风险.结果表明,湿地沉积物磷的最大吸附容量（Q_max）为693.7~2117.2 mg·kg^-1,平均值为1468.6 mg·kg^-1,Q_max的大小顺序为七里海湿地 > 北大港湿地 > 南大港湿地 > 辽河三角洲湿地 > 寿光滨海湿地 > 黄河三角洲湿地.环渤海湿地沉积物磷吸附主要受Ca、Mg和TOC含量的影响.环渤海湿地磷吸附饱和度（DPS）和释放风险指数（ERI）分别为0.28%~4.50%和0.53%~10.10%,结果表明除寿光滨海湿地磷释放风险为中度风险外,其它湿地磷释放风险较低.总之,环渤海地区芦苇湿地沉积物具有较强磷吸附能力,沉积物为水体磷的"汇",沉积物释磷风险较低.建议在环渤海污染治理过程中充分发挥滨海湿地对磷的净化拦截作用,以降低陆源污染对近海水环境的影响.     

长江中下游浅水湖沉积物对磷的吸附特征--吸附等温线和吸附/解吸平衡质量浓度

研究了长江中下游几个浅水湖泊表层沉积物磷吸附等温线和沉积物对磷的吸附/解吸平衡质量浓度.结果表明沉积物对磷的吸附等温线同时符合Langmuir模型和Freundlich模型.据Langmuir模型计算,沉积物对磷的吸附容量为0.122～0.893 mg/g,且吸附容量与Al2O3,TFe2O3和有机磷(O-P)的含量均有较好的正相关关系.沉积物对磷的吸附存在吸附/解吸平衡点,不同沉积物在该点质量浓度为0.02～0.45 mg/L,有较大差异.该值与沉积物中总磷及无机磷有很好的正相关关系,与铁/铝磷及有机磷和有机质含量也有较好的正相关关系,而与钙磷及氧化钙只有较弱的正相关关系.结果还表明富营养化严重的湖泊,沉积物有向上覆水释放磷的趋势.     

黄河口湿地表层沉积物中磷赋存形态的分析

于2009年4月在黄河口湿地采集表层沉积物,利用改进后的SEDEX方法对沉积物样品进行了磷形态的分析.结果表明,表层沉积物中总磷含量变化范围为12.12~25.37μmol·g-1,平均值为20.70μmol·g-1,其中自生磷灰石磷和碎屑磷灰石磷为表层沉积物中磷的主要赋存形式.中值粒径与各形态磷含量密切相关,弱吸附态磷、自生磷灰石磷、活性有机磷含量与中值粒径呈显著负相关关系;碎屑磷灰石磷含量与中值粒径呈显著正相关关系.有机质含量影响各形态磷在沉积物中含量,弱吸附态磷、活性有机磷、自生磷灰石磷含量均随TOC含量增加而升高.包括弱吸附态磷、活性有机磷和铁结合态磷在内的生物可利用磷含量变化为1.15~6.74μmol·g-1,平均值为4.27μmol·g-1,占总磷的摩尔分数为6.35%~30.4%.     

三峡水库主要支流沉积物的磷吸附/释放特性

以三峡水库主要支流寸滩、小江、大宁和香溪表层沉积物为对象,通过连续提取法分析4种沉积物磷的赋存形态,模拟研究了pH和温度对不同沉积物磷吸附/释放的影响.结果表明,寸滩、小江、大宁和香溪表层沉积物磷赋存形态均以无机磷为主(占总磷含量的59.29%～78.82%),其中钙结合态磷(Ca-P)含量大于铁/铝结合态磷(Fe/Al-P).上覆水pH值对沉积物磷释放有明显的影响,中性条件下磷释放量最低,酸性条件下由于占优势的Ca-P大量溶解导致磷释放量大于碱性条件,因此,水体酸化易增加三峡主要支流(寸滩、小江、大宁和香溪)的磷释放风险.pH值变化亦明显影响沉积物对于磷的吸附,pH在6～8范围内,4种沉积物对于磷的吸附量保持在较高的水平,吸附量从大到小的顺序为:小江大宁寸滩香溪.偏酸性条件(pH6)下过多的H 与固体表面竞争溶解态活性磷(SRP);偏碱性条件(pH>8)下大量的OH->与SRP竞争沉积物表面的吸附位,故这-pH值范围内(pH<6或pH>8)磷的吸附量明显减少.磷在4种沉积物上的吸附为吸热过程,不同温度下(278K、293K、303K)沉积物对P的吸附均符合修正后的Langmuir模型,标准吸附热为18.92～46.63 kJ·mol-1其中,磷从水体分配到大宁河沉积物中的标准吸附热最大.     

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.      

不同土地利用方式下侵蚀泥沙中磷释放风险评价

采集紫色土丘陵区典型小流域不同土地利用方式(包括林地、水田、旱地、农村居民点等)下的侵蚀泥沙和降雨径流样,测定泥沙的生物有效磷(Olsen P)、磷吸持饱和度(DPS)和降雨径流的溶解性活性磷(SRP).结果表明,泥沙Olsen P和DPS与降雨径流SRP平均浓度呈显著的折线关系.通过折线模型计算出侵蚀泥沙磷释放的风险阈值为Olsen P 32mg/kg和DPS 28%.当泥沙Olsen P和DPS大于其阈值时,磷向水体释放的环境风险大大增加.不同土地利用方式下侵蚀泥沙中磷的释放环境风险差异显著.农村居民点沟渠泥沙的磷释放风险较大,是径流水体的磷源,林地和水田沟渠泥沙是径流水体的磷汇,旱地和综合沟渠泥沙属于潜在的磷释放源.泥沙磷的释放潜力取决于泥沙来源和泥沙理化性质.     

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.     

星湖底泥磷含量剖面特征及其生物可利用性研究

通过对星湖底泥柱状样的采集与分析,研究了星湖底泥中磷的赋存形态、垂向变化规律及生物可利用磷的特征。结果表明,TP随深度增加而降低,含量0.25 mg·g^-1～1 mg·g^-1,生物可利用性磷的含量为0.1mg·g^-1～0.45 mg·g^-1,占TP比例较高;间隙水中磷酸盐含量明显高于湖水,相对于湖水呈可释放状态。若外界氧化还原条件发生变化,底泥磷的释放可成为影响星湖富营养化的主要因素之一。     

巢湖十五里河沉积物磷平衡浓度对外源碳的响应及释放风险

2017年7月至2018年5月,在巢湖十五里河干流的城乡梯度方向,按照每两个月采样1次的频率,采集5个点位的表层沉积物样,分析沉积物磷形态,解析磷平衡浓度及对外源碳(乙酸钠)的响应,并对沉积物磷释放风险进行评估.结果表明,十五里河水体磷素污染严重,沉积物总磷含量平均为915. 04～1 205. 31 mg·kg~(-1),且沿城乡梯度方向缓慢下降,而生物有效性磷含量则保持稳定;外源碳降低了沉积物EPC_0值(下降约29%),也改变了各采样点EPC_0值大小排序;上覆水SRP浓度高于EPC_0值所占比例为66. 7%,而且磷吸附解吸平衡饱和度EPC_(sat)-20%所占比例约60. 0%,表明十五里河沉积物以磷吸附占优势,即沉积物总体上处于磷"汇"状态;外源碳的输入使得EPC_(sat)-20%所占比例由60. 0%上升为73. 3%,降低了沉积物磷释放风险水平.     

曝气加氢氧化钙复合技术抑制底泥磷释放及对底泥微生物多样性的影响

底泥磷释放是导致水体富营养化的主要原因之一,本文通过在样泥中分别投加0、0.01和0.02 mol·L-1Ca(OH)2溶液,同时进行微臭氧曝气(0.6 g·min-1),研究了曝气加氢氧化钙复合技术抑制底泥磷释放的效果及对底泥微生物多样性的影响.结果显示,投加0.02 mol·L-1Ca(OH)2组上覆水中总磷(TP)浓度的最终值与对照组相比,抑制率达到34%;从各形态磷的角度进一步分析发现,与对照组相比,该组底泥中可溶性磷和铁磷含量分别降低了92%和60%,其最终转化为钙磷是该技术的关键.通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCRDGGE)研究发现,各试验组微生物相似性在65%~85%之间;Berger-Parker优势度指数、Margalef丰富度指数、Shannon多样性指数变化不明显,表明该技术不会影响底泥微生物多样性.