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.     

长江河口水库沉积物磷形态、吸附和释放特性

为了对长江河口青草沙水库沉积物磷形态分布、磷吸附特性和磷释放特性进行分析,2011年4月~2012年1月对沉积物进行实地调查分析.磷形态分析结果表明沉积物总磷含量范围为535.07~910.9 mg·kg-1,以无机磷为主,有机磷含量相对较低.无机磷主要以钙结合态的磷存在,钙结合态磷占总磷的75.57%.磷吸附特性结果表明沉积物磷的等温吸附特征符合修正的Langmuir模型,沉积物磷的最大吸附量为9.78~39.84 mg·kg-1,沉积物-水界面平衡浓度EPC0(equilibrium phosphorus concentration)范围为0.024~0.12 mg·L-1,均高于上覆水体中相应的磷含量,因此,沉积物有向上覆水体释放磷的趋势.磷的释放特性结果表明沉积物最大释放量为11.03 mg·kg-1,在6 h左右达到最大值.沉积物磷释放量来自沉积物的铁/锰结合态的磷、钙结合态磷和有机磷,其中,铁/锰结合态磷和沉积物释放量呈相关性(P0.01).总体上,青草沙水库沉积物呈现释放状态,影响水库水体磷含量.     

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.     

湖泊沉积物有机磷释放动力学特征及水质风险

为揭示湖泊沉积物有机磷释放特征及对水质影响,选取我国云南高原及长江中下游6个湖泊沉积物,研究了溶解态有机磷(DOP)和溶解态无机磷(SRP)释放动力学差异及有机磷形态与溶解性有机质(DOM)特征对沉积物磷释放影响,并探讨了沉积物DOP释放的水质风险.结果表明：(1)沉积物DOP和SRP释放动力学过程相似,均遵循二级动力学模型,首先是快速释放阶段,随后慢速释放,释放曲线逐渐平缓并达到最大释放量.(2)沉积物有机磷释放与有机磷形态和有机质有关.活性有机磷(LOP)和中活性有机磷(MLOP)是快速释放阶段主要向上覆水释放的DOP形态.释放后期LOP和MLOP占总有机磷(DTP)比例下降,而非活性有机磷(NLOP)比例增加;同时DOM腐殖化程度和芳香性随磷释放过程逐渐升高,DOM活性不断降低,导致DOP释放速率呈先快后慢趋势.(3)与SRP相比,DOP释放量较大,占DTP总释放量的47%～77%,释放风险较高;湖泊营养水平较高,沉积物DOP释放量较大,水质下降风险也较高.因此,湖泊沉积物磷释放不仅应关注无机磷释放,也应关注有机磷释放,否则会低估沉积物磷释放量及水质风险.     

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.     

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.      

黄河中下游沉积物对磷酸盐的吸附特征

研究了黄河中下游12个沉积物的临界磷平衡浓度(EPCo),以此判断沉积物是磷"源"还是磷"汇".用修改后的Langmuir 等温吸附模型对吸附实验数据进行了拟合.结果得到最大吸附容量(PAC).Langrnuir吸附平衡常数(k).利用所得拟合参数通过公式计算方法得到EPC0、原有交换态磷(NAP)以及固·液分配系数Kp值并考察了环境因子(pH、离子强度)对吸附作用的影响·沉积物的EPCo均大于上覆水体中的磷浓度,沉积物有向上覆水体释放磷的能力.吸附容量与总有机碳(TOC)含量有较好的正相关关系.pH<6.0,沉积物释放磷并且随着pH增大吸附量增加很快;69.7.吸附量略有增高.随着Ca2 离子强度的增加,沉积物对磷的吸附量减小.     

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.     

氧化还原循环过程中沉积物磷的形态及迁移转化规律

为研究沉积物在氧化还原循环过程中磷循环迁移转化机制,通过控制实验模拟分析氧化还原条件下,上覆水理化性质变化特征、沉积物各形态磷变化及机制研究,并量化沉积物中磷的重新分配和沉积物磷酸盐的释放通量影响.结果表明:(1)氧化还原电位Eh和p H体系、硫体系、碳体系以及与磷相关性密切的铁体系变化规律具有周期性,并对解释沉积物-水两相界面磷的迁移转化机制有重要作用;(2)在氧化还原循环过程中,各形态磷含量随着氧化还原条件和时间变化,根据水-沉积物磷素变化量化分析可得,可还原态磷(BD-P)和铁铝结合态磷(Na OH-rP)是可逆地重新分配到弱吸附态磷(NH4Cl-P)、聚磷/有机磷(Na OH-nrP)、残渣态磷(Rest-P)和间隙水溶解性活性磷(SRP)中,且沉积物中变化量93. 7%的磷在还原反应时不会释放到水体中;(3)上覆水总磷(TP)浓度变化的92%为上覆水的SRP,表明水-沉积物在该循环过程中以水溶性磷交换为主;(4)根据Fick第一定律得,还原阶段磷扩散通量最大值为0. 58 mg·(m~2·d)-1,而氧化阶段第7 d扩散通量约为0. 16～0. 22 mg·(m~2·d)-1;氧化反应阶段,扩散通量随时间逐渐降低,还原阶段的变化趋势相反,表明还原状态会加速沉积物磷的扩散程度,而曝氧降低了沉积物磷扩散通量.     

江苏省西部湖泊水环境演变过程与成因分析

根据江苏西部主要湖泊水环境质量实测数据,采用综合营养状态指数〔TLI(Σ)〕法对其富营养化程度进行综合评价,结果表明,目前江苏西部大部分湖泊处于富营养化状态.其中,白马湖富营养程度最低〔TLI(Σ)为45.16〕,处于中营养;玄武湖营养程度最高(61.93),属于中度富营养.洪泽湖和邵伯湖的水质为劣Ⅴ类,其他湖泊除白马湖外水质均处于Ⅳ～Ⅴ类之间.从近年江苏西部湖泊的水质变化看,只有骆马湖和玄武湖水质呈现转好的趋势,ρ(TN)和ρ(TP)有所下降.大部分西部湖泊水质呈恶化趋势,洪泽湖、高邮湖和固城湖ρ(TN)不断上升,邵伯湖和石臼湖ρ(TP)也不断上升.不同湖泊水环境变化的成因有所不同,洪泽湖水质受上游河流污染以及农业面源污染影响较大.由于江苏西部湖泊的地理、水文和环境条件的差异,不同湖泊存在不同的营养盐基准.相对于非过水性湖泊,洪泽湖等过水性湖泊的氮磷营养物基准相对较高.      

鄱阳湖枯水期沉积物磷释放特征及对水位变化响应

通过研究鄱阳湖枯水期不同高程沉积物磷释放热力学和动力学特征,试图建立沉积物磷释放与水位间响应关系,进一步揭示由于江湖关系变化导致的水位下降对鄱阳湖沉积物磷释放风险影响.结果表明:(1)鄱阳湖沉积物高程越高,即出露时间越长,中部和"五河"尾闾区沉积物EC0、DTP、DOP和SRP最大释放量及初始释放速率(0~5 min释放速率)越大,而北部湖区因采砂活动等影响,变化不明显.(2)鄱阳湖水位的持续下降引起的沉积物出露时间延长和出露面积增加,导致全湖沉积物DTP、DOP和SRP最大释放量分别增加了91、81和34 t,虽然该增加量对全湖磷负荷贡献较小(占外源P输入负荷的4.1%、3.7%和1.5%),但"五河"尾闾区沉积物磷释放增加强度为全湖平均值的3倍,意味着随江湖关系的持续变化,来年丰水期鄱阳湖沉积物磷将会集中释放,尤其是"五河"尾闾区等重点敏感区域,其沉积物磷释放量的增加将进一步加大鄱阳湖局部湖区水质下降风险.     

城市富营养湖泊沉积物中磷负荷及其释放对水质的影响

以南京玄武湖为研究对象,探讨了城市富营养湖泊沉积物中磷的分布、化学形态和负荷量:通过模拟实验深入研究了溶解氧、pH值、温度、扰动等环境因子对沉积物中磷的释放影响．进而得出磷释放速率．并对pH值影响作出校正,计算出沉积物中磷对湖水释放量,为玄武湖富营养化防治提供科学依据。      

典型城市浅水湖泊沉积物中磷与铁的形态分布及相关关系

应用改进的SEDEX法和BCR法对3个典型城市浅水湖泊(玄武湖、大明湖和莫愁湖)表层沉积物中的磷和铁的形态进行了测定与分析,并探讨了二者之间的相关关系.结果表明,玄武湖、大明湖和莫愁湖沉积物中Al-P含量都较低(<1%),Fe-P质量分数分别为17.10%～27.88%、16.68%～27.06%和0.06%～0.17%,分布顺序与湖泊富营养化程度相符.Ex-P和ACa-P、De-P含量的分布顺序均为大明湖＞莫愁湖＞玄武湖,其中钙磷的质量分数为32.51%～75.39%,是湖泊沉积物磷的主要赋存形态;3个城市湖泊沉积物中的铁元素主要以残渣态(F4)存在,占总量的69.17%～99.88%.其中,玄武湖沉积物中的F1和F2态的含量较高,占总量的6.46%～17.35%,可能与玄武湖频繁的蓝藻暴发有密切关系;TP与铁的F1、F2和F3态相关系数分别达到-0.95、-0.94、-0.81,呈极显著负相关(p＜0.01).Ex-P、Al-P、Or-P与F1、F2态相关显著,与它们性质活泼,易受环境条件影响有关.ACa-P、De-P是生物难利用磷,但二者却与F1、F2和F3态存在显著负相关关系,其反应机制还有待深入研究.     

呼伦湖表层沉积物有机质的释放效应分析

沉积物有机质是湖泊物质循环的重要组成部分之一,研究沉积物有机质的赋存和迁移转化特征对于湖泊生态保护具有重要意义.以位于我国寒旱区的蒙新湖区典型代表湖泊——呼伦湖为例,利用连续提取法、三维荧光激发发射矩阵光谱-平行因子法（EEMs-PARAFAC）和碳稳定同位素（δ13C）、碳氮比值（C/N）指标测定,并结合室内模拟试验,研究了呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征、释放效应及影响因素.结果表明:①呼伦湖表层沉积物有机质含量在26.67~38.09 g/kg之间,其主要组分为胡敏素（HM）,HM占沉积物有机质的相对比例为74.1%.沉积物有机质主要来自于陆源,陆源相对贡献率在80%左右.②沉积物室内静态释放模拟试验结果表明,沉积物有机质释放会导致上覆水中溶解性有机质（DOM）浓度和组分均发生改变,上覆水中溶解性有机碳（DOC）浓度由30.85 mg/L升至37.57 mg/L,类腐殖质组分所占比例升高.沉积物有机质释放还导致上覆水中氮磷浓度升高,其中溶解性总氮（DTN）和溶解性总磷（DTP）的浓度分别升高了0.89和0.16 mg/L.③近年来,呼伦湖流域温度升高,导致呼伦湖沉积物有机质的释放效应增强.研究显示,虽然呼伦湖沉积物有机质主要以难降解组分为主,但是其释放效应对水体碳、氮、磷浓度的影响仍然不容忽视.      

蓝藻暴发对巢湖表层沉积物氮磷及形态分布的影响

以巢湖表层沉积物及上覆水体为对象,于蓝藻暴发前(4月)和蓝藻暴发期(7月)采集水样及沉积物样品,分析了氮磷及其形态赋存特征,并探讨了沉积物氮磷及其形态与蓝藻暴发的关系.结果发现,蓝藻暴发时,巢湖表层沉积物总磷减少,总氮增加,同时削弱了磷在空间上分布的异质性.从氮磷形态来看,蓝藻暴发未造成巢湖表层沉积物氮形态(NH4+-N、NO3--N和Org-N)含量和比例的明显波动,但却造成了活性磷(弱吸附态磷和铁铝结合态磷之和)含量及比例的下降,钙结合态磷(Ca-P)以及有机磷(OP)含量及比例增加,生物有效性磷(AAP)的含量的减小.相关性分析表明,上覆水中叶绿素a(Chl-a)的浓度与铁铝结合态磷(Fe/Al-P)以及有机磷(OP)的含量显著相关(P<0.05),却与氮形态(铵态氮,硝态氮和有机氮)相关性不显著.巢湖沉积物磷(Fe/Al-P及AAP)对巢湖水体蓝藻暴发具有促进作用,而氮及其形态对蓝藻暴发作用较弱.     

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.      

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.