反复扰动下磷在沉积物和悬浮物以及上覆水间的交换

以太湖梅梁湾和月亮湾沉积物为研究对象,分析了沉积物反复扰动下磷在沉积物、悬浮物、上覆水间的交换规律.结果表明,反复扰动下,上覆水中TP和PP浓度降低;DTP则是在第8 d达到平衡浓度,分别稳定在0.019 mg·L-1(梅梁湾)和0.039 mg·L-1(月亮湾);DIP则发生了释放,随后降低,DIP的释放主要与沉积物中NH4Cl-P含量最大有关.第8 d达到平衡浓度,分别稳定在0.013 mg·L-1(梅梁湾)和0.028 mg·L-1(月亮湾).与上覆水中溶解氧的变化规律吻合.另外,扰动过程中梅梁湾上覆水DTP和DIP均明显高于月亮湾.由于扰动作用,悬浮物和沉积物上不同形态磷(NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P)数量分布发生明显变化.扰动过程中,梅梁湾悬浮物上NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P含量逐渐降低,而同一时间段上覆水中不同形态磷含量同样降低,但沉积物上NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P含量逐渐增加.尽管月亮湾的趋势不如梅梁湾显著,但总体趋势一致,暗示悬浮物在磷交换过程中所起的媒介作用.     

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.     

扰动对悬浮颗粒物粒径及上覆水中磷形态分布的影响

为了探讨底泥扰动下上覆水中悬浮物粒径分布规律及该分布规律对水体中溶解性形态磷的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物作为实验对象,开展室内模拟实验.结合乌氏粒级标准分析了扰动下的水体中粒径变化情况以及上覆水中不同磷形态的变化规律.结果表明,扰动后的水体中,悬浮物粒径分布发生明显变化,其中小粒径颗粒(0~10μm)、中粒径颗粒(10~20μm)、大粒径颗粒(≥20μm)的平均占比分别升高、降低、不变.说明中小粒径颗粒物质有向大粒径转化的趋势.另外,在磷形态方面,随着粒径分布的周期性变化,DTP/TP、DIP/TP存在同样的周期性上升规律,数据显示DTP、DIP的变化并不明显,这说明扰动导致悬浮颗粒物对于磷的持留能力提高.另一方面,扰动下DTP/TP和DIP/TP平均值分别为19%和13%,其远低于对照实验(80%和69%),说明扰动引起的小粒径聚集与絮凝成大粒径颗粒的现象有利于上覆水中溶解性形态磷的吸附与沉降,并转化成颗粒态磷,进而延缓水体富营养化的发展进程.     

京杭大运河(苏州段)内源磷形态分布及其对扰动的响应

以京杭大运河(苏州段)不同外源汇入断面的沉积物和上覆水为实验材料,研究了扰动条件下上覆水、沉积物中不同形态磷数量分布及形态转化过程.结果表明,污水厂尾水排放口处的沉积物内源磷更容易释放,且扰动期间上覆水中不同形态磷(TP、PP、DTP、DIP)均处于较高水平,明显高于风景区和居民区,此外,也归因于水丝蚓的生物扰动.但随着扰动次数的增加,上覆水中各形态磷含量呈降低趋势.扰动显著改变了上覆水中形态磷分布规律,DIP/DTP、DIP/TP及DIP/DTP比值呈降低趋势,并在第11 d以后趋于稳定,但在有水丝蚓扰动下,改变幅度变小.扰动导致沉积物中不同形态磷含量发生变化,NH_4Cl-P含量明显降低,Fe/Al-P明显增加,其中,污水厂尾水排放口沉积物中NH4Cl-P和Fe/Al-P的变化幅度最大.     

底泥间歇扰动-沉降过程对静止水体中生物有效磷的影响

通过模拟试验研究了底泥间歇扰动-沉降过程(每天底泥扰动10 min,然后静置沉淀1 430 min,共持续17 d)上覆水中生物有效磷(BAP)的变化规律.结果表明,每次底泥扰动后0 h,BAP含量显著升高,并在第1 d(第1次扰动)达到最高值(2.82mg.L-1);然而,随着静置沉淀时间的延长(1、6、24 h),BAP呈逐渐下降的趋势.另外,随着底泥扰动次数的增加,各采样时段(0、1、6、24 h)的BAP均明显降低,但每次扰动后0 h时的BAP含量仍远高于其它时段(1、6、24 h),这主要是由于底泥扰动导致BAPP的"瞬间释放"所致,试验过程中此时段的BAPP/BAP平均值高达95.3%.随着静置沉淀时间的延长,这一比值逐渐降低.试验开始后的第5 d,每次底泥扰动后0、1、6、24 h时的TDP达到平衡浓度(0.053、0.062、0.051、0.045 mg.L-1),而且TDP在BAP中所占的比重也逐渐降低.说明底泥扰动抑制了BAPP向TDP的转化,"延缓"了静止水体富营养化发展进程.底泥中内源磷形态分析也表明,底泥扰动后,难释放态磷占总磷的百分比由原底泥中的72.8%升至77.3%,其主要与闭蓄态铁铝结合态磷含量增加有关.说明底泥扰动促使易释放态磷向难释放态磷转化.     

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.     

藻类与扰动共存下水体中不同形态磷的数量分布规律

以太湖梅梁湾的沉积物和上覆水为研究材料,研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)与扰动共存下,水体中不同形态磷的数量分布以及不同藻类对水体中形态磷分布的贡献.结果表明,无论扰动与否,上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性磷酸盐(DIP)、生物有效磷(BAP)均呈降低趋势.但是,在扰动和无扰动条件下,铜绿微囊藻和羊角月牙藻对DTP和DIP的吸收能力恰好相反.水体中磷的消失主要归于颗粒物质的物理化学吸附和藻类的生物利用作用,但扰动与否两者对磷消失的贡献率明显不同.无扰动状态下,铜绿微囊藻和羊角月牙藻对DTP和DIP的吸收能力均在60%左右;而扰动状态下,两者对DTP和DIP的吸收能力分别下降至40%和25%.磷在沉积物不同形态磷间的数量分布也发生明显变化.无论扰动与否,NH_4Cl-P与钙磷(Ca-P)均有所降低,Fe/Al-P则增加,但扰动下NH_4Cl-P与Ca-P下降幅度与Fe/Al-P升高幅度均更大.与铜绿微囊藻相比,羊角月牙藻更有利于Ca-P的释放和Fe/Al-P的形成.     

不同扰动强度下城市重污染河道底泥对磷吸收和固定的影响

以重污染河道底泥和上覆水为材料,研究了周期性加入外源磷条件下,不同扰动强度下底泥吸附和固定磷的作用机制.结果表明,扰动可以增加底泥对外源磷的吸附,而且扰动强度越大,底泥对外源磷吸附效率越高.另外,尽管加入的磷以溶解性磷酸盐(DIP)形态存在,但扰动强化了DIP向颗粒态磷(PP)的转化,从而降低了水体中生物可利用磷含量.内源磷形态分析表明,弱吸附态磷(NH4Cl-P)呈降低趋势,而铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙结合态磷(HCl-P)和残渣磷(Res-P)均呈增加趋势,但以Fe/Al-P增加幅度最大(占总磷的百分比超过80%,以3种扰动强度下平均值计).结合到非闭蓄态Fe/Al-P中的外源磷逐渐增加占Fe/Al-P净增加量的百分比分别为37.49%(100 r·min-1)、42.32%(200 r·min-1)、54.24%(300r·min-1),导致闭蓄态铁铝结合态磷净增加量占总磷净增加量的百分比随扰动强度增加有所降低,同样,钙结合态磷的变化趋势也基本一致.说明在较短的时间尺度上和较大的扰动强度下,连续加入的外源磷主要以易释放态磷形式存在,即底泥对外源磷的吸附以暂时性的持留为主.     

沉积物扰动持续时间对悬浮物中磷形态数量分布的影响

为了探讨沉积物扰动时间(分别扰动10 min和9 h)对悬浮物中形态磷转化的影响,以太湖月亮湾沉积物和上覆水为对象,开展室内模拟试验,分析悬浮物中不同形态磷间的转化过程.结果表明,扰动时间越长,上覆水溶解性总磷(DTP)含量越高.对照试验中,上覆水中DTP含量远高于扰动试验.磷形态分析表明,随着试验时间的延长,扰动作用下(10 min,9 h),铁铝结合态磷(Fe/Al-P)占总磷(Tot-P)的质量分数逐渐降低,第10 d分别降至42.5%(10 min)和38.1%(9 h).试验结束,则有所升高.相反,钙结合态磷(HCl-P)占Tot-P的质量分数则在第10 d分别达到最大(48.9%,10 min)和(53.7%,9 h).这说明沉积物扰动促进了悬浮物中易释放态磷向难释放态磷的转化.     

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.     

刚毛藻分解对上覆水磷含量及赋存形态的影响

在荣成天鹅湖刚毛藻暴发区域采集新鲜沉积物和刚毛藻进行室内模拟试验,定期监测上覆水中溶解氧(DO)、pH和电导率等理化参数,分析水体总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)、可溶性磷(SRP)、溶解性有机磷(DOP)和颗粒态磷(PP)的含量变化,并探讨了刚毛藻分解对沉积物磷释放的影响.结果表明,刚毛藻分解过程中上覆水DO含量明显降低,其中30 g藻+水+沉积物处理基本维持在厌氧状态(0～0.17 mg·L-1);各处理水体pH值略有降低,加藻处理约降低了1个单位.刚毛藻分解使上覆水总磷及各形态磷含量大幅上升,且随藻量的增加,上升幅度变大,其中TP含量变化在0.04～1.34 mg·L-1之间.藻+水处理上覆水中磷的形态以DOP和PP为主,而藻+水+沉积物处理SRP含量明显升高.结果说明,刚毛藻分解过程中自身可释放大量的磷,且释放形态以PP和DOP为主;另一方面,藻类分解可明显促进沉积物中磷的释放,从而使得上覆水SRP含量大幅增加.     

河蚬或藻存在下组合扰动对内源磷迁移的影响

为阐明河蚬(Corbicula fluminea)或铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)存在下,物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和迁移转化的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物为研究对象,分析了上覆水、间隙水、沉积物中不同形态磷的变化规律.结果表明,与摇蚊幼虫扰动和组合扰动相比,河蚬或藻类的出现都会使得上覆水中不同形态磷(总磷、溶解性总磷、溶解性磷酸盐、颗粒态磷)显著增加.河蚬或藻类均导致间隙水DIP明显降低,并致使DIP峰值区域向更深处迁移(3~4cm变为4~5cm),而对照试验则相反.与对照试验相比,河蚬或藻存在下组合扰动均导致0~4cm沉积物NH₄Cl-P含量及其占总磷百分比降低,Fe/Al-P含量及其占总磷百分比增加,并且河蚬或藻对NH₄Cl-P降低和Fe/Al-P增加的影响基本一致.在多种扰动因素存下,摇蚊幼虫对上覆水中DTP和DIP贡献最大,后者可能源于摇蚊幼虫显著降低了间隙水中DIP含量及沉积物中NH₄Cl-P含量.这暗示了在组合扰动基础上叠加河蚬或者藻类,均进一步促进了内源磷再生和迁移.     

扰动强度对太湖沉积物中磷释放及其形态转化的影响

通过室内试验模拟了太湖沉积物在不同扰动强度下的悬浮过程,研究了沉积物扰动强度对磷释放及其形态转化的影响.结果表明,较高扰动强度下(相当于太湖风速12 m.s-1),水体中不同形态磷(总磷、颗粒态磷、溶解性总磷)含量均高于较低扰动强度(相当于太湖风速8 m.s-1).其中,两者分别扰动1h后,总磷和颗粒态磷分别达到0.950 mg.L-1、0.384 mg.L-1和0.882 mg.L-1、0.328 mg.L-1,该水平保持到试验结束.然而,溶解性总磷则呈逐渐降低的趋势.这主要归因于悬浮物的吸附和微生物的快速利用.较高和较低扰动强度下,悬浮物上总磷(Tot-P)分别增加了10 mg.kg-1(平均值)和60 mg.kg-1(平均值).较高扰动强度下铁铝结合态磷的变化恰好说明了形态磷间存在转化趋势.因为铁铝结合态磷增加了85.7 mg.kg-1(平均值),明显高于Tot-P的实测值(10 mg.kg-1,平均值)和理论值(27 mg.kg-1,平均值),说明有其它形态磷转化成铁铝结合态磷.弱吸附态磷和钙结合态磷含量的降低正说明这一点.这显示在扰动状态下,不同形态磷之间至少发生了以水为媒介的间接性转化.     

物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和形态转化的协同作用

为探讨物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和形态转化的协同作用,选取了苏州某富营养化河道为研究对象.利用室内静态培养试验和Rhizon间隙水采样技术,着重对比了单纯的摇蚊幼虫扰动和组合扰动下,上覆水、间隙水、沉积物中磷形态数量分布的变化规律.结果表明,组合扰动下,上覆水中不同形态磷含量(TP、PP、DTP、DIP)均处于较高水平,明显高于摇蚊幼虫扰动.这可归因于微生物活性的显著增加.与摇蚊幼虫扰动相比,组合扰动下,间隙水中DIP和Fe2+浓度的降低幅度和降低范围明显更大.这主要是由于物理扰动和底栖生物扰动产生的叠加效应,导致溶解氧渗透深度增加.另外,0~2 cm沉积物中,NH4Cl-P含量明显降低,Fe/Al-P明显增加,并且,NH4Cl-P和Fe/Al-P的变化幅度均在组合扰动下最大.这暗示了物理扰动和底栖生物扰动对磷再生和迁移产生的叠加效应.     

沉积物短期扰动下BAPP再生和转化机制

以太湖梅梁湾的沉积物和上覆水为材料,研究了沉积物不同扰动方式条件下,悬浮物中不同形态磷数量分布的变化特征,并且探讨了其对悬浮物中可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的影响.结果表明,扰动使得上覆水中溶解性磷酸盐(DIP)的含量有所降低,与反复扰动相比,持续扰动作用下的下降幅度略大.试验期间,悬浮物中弱吸附态磷(NH4Cl-P)、钙结合态磷(Ca-P)与残余磷(Res-P)占总磷(Tot-P)的百分比平均值分别增加了2.97%、12.23%、4.09%(持续扰动)和3.53%、10.35%、2.07%(反复扰动),非闭蓄态铁铝结合态磷(Fe/Al-P)则分别下降了5.55%(持续扰动)、1.78%(反复扰动),说明扰动促进了易释放态磷向难释放态磷的转化.然而,悬浮物上BAPP含量却未相应降低,反而升高,分别从20.68%(初始状态)升高至49.27%(平均值,持续扰动)和57.92%(平均值,反复扰动).这表明单纯地以悬浮物中的NH4Cl-P、非闭蓄态Fe/Al-P等易释放态磷来估算BAPP是不合理的.     

底泥扰动下藻类对不同形态磷在水体中分布的影响

研究了反复扰动与藻类共存条件下,水体中溶解性磷、颗粒态磷、生物有效磷的分布规律,并分析了颗粒物质物理化学吸附与藻类生物利用对水体中磷消失的贡献率.结果表明,扰动抑制了水体中藻类生长,叶绿素a增加量仅为3.53μg/L(初始30μg/L)和4.80μg/L(初始120μg/L),而无扰动下该值分别为21.36μg/L (初始30μg/L)和14.49μg/L (初始120μg/L).并且,溶解氧水平和pH值均低于无扰动状态.扰动导致水体中总磷和颗粒态磷显著增加,但溶解性总磷(DTP)和溶解性磷酸盐(DIP)均有所降低.对于DTP而言,扰动状态下,颗粒物质吸附占90%,而无扰动下,则降低至60%,相应地,藻类生物利用则增加至40%.无论扰动与否,BAP基本处于稳定状态,而BAPP占BAP的百分比则有所增加.扰动状态下BAPP占PP的百分比明显低于无扰动状态.这暗示了扰动对水体中磷迁移和转化的作用大于藻.     

沉积物悬浮频率对水体颗粒态磷生物有效性的影响

通过室内试验模拟沉积物在不同频率下的悬浮过程,研究了悬浮频率对颗粒态磷生物有效性的影响.结果表明,沉积物悬浮导致颗粒态磷的生物有效性显著降低,30d时,藻类可利用态磷（AAP）占悬浮物总磷（Tot-P）的百分比仅为初始状态（56.75%）时的26.24%（悬浮频率较小）和20.04%（悬浮频率较大）.内源磷形态分析表明...