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.      

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.     

派河清水廊道表层沉积物中磷的赋存形态特征及其环境指示意义

沉积物磷的赋存形态是河流内源释放的关键控制因素之一。以“引江济淮—江淮沟通”段清水廊道——派河为研究对象,分别测定了派河表层沉积物中总磷、无机磷和有机磷含量,并采用分级提取法分析了有机磷赋存形态,包括活性有机磷(labile organic phosphorus, LOP)、中活性有机磷(moderately labile organic phosphorus, MLOP)和非活性有机磷(nonlabile organic phosphorus, NOP),进一步探讨了不同磷形态的空间分布特征。结果表明:派河表层沉积物中总磷含量为471.17~1509.58 mg/kg,无机磷含量为421.83~1325.17 mg/kg,有机磷含量为103.29~221.79 mg/kg;派河沉积物各形态有机磷含量大小顺序总体上为NOP>LOP>MLOP,其中MLOP和NOP含量均表现为下游河段含量显著高于中上游河段(P<0.05)。同时,有机磷的赋存形态与沉积物的理化性质相关,NOP与阳离子交换量呈显著正相关(P<0.05);MLOP和NOP均与LOI(loss on ignition)呈显著正相关(P<0.05),表明沉积物中有机质含量和CEC可能会影响沉积物中有机磷的赋存形态。研究结果表明,“江淮沟通”工程的实施可能引起沉积物中磷的内源释放,建议工程实施后应在削减外源输入和内源控制的基础上加强流域生态监测,实施流域智慧管理等措施。     

三峡库区新生消落区沉积物磷形态分析

通过分析三峡库区新生典型消落区上覆水及沉积物中磷的赋存形态,揭示消落区沉积物中磷的分布特征和释放规律. 结果表明,不同类型的新生消落区沉积物磷的分布特征与消落区类型、原有使用背景、临时性使用情况等因素有关. 消落区类型对消落区上覆水ρ(总磷)的影响较弱. 消落区沉积物w(活性磷)与淹没状态相关,由露出到淹没状态活性磷逐渐减少,沉积物中w(钙磷)和w(闭蓄态磷)相对较恒定. 受水陆交替非稳态环境因素的影响,水陆交替沉积物w(总磷)相对较低. 消落区沉积物与上覆水中磷的迁移、转化主要以活性磷的释放和沉积为主.      

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.      

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.      

蠡湖表层沉积物中磷的形态与赋存特征及其生物有效性

采用连续分级提取法研究了蠡湖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DTP(溶解性总磷)的空间分布特征,讨论了各形态磷的生物有效性及其释放风险. 结果表明,蠡湖沉积物中的磷以IP(无机磷)为主,w(IP)占w(TP)的58.09%. IP中以生物可利用性差的Ca-P_i(Ca结合态无机磷)占优势,w(Ca-P_i)为(207.75±48.56)mg/kg,占w(IP)的48.97%;沉积物OP(有机磷)中以活性最差的NA-P_o(非活性有机磷)占绝对优势,w(NA-P_o)为(195.33±50.73)mg/kg,占w(OP)的67.09%. 间隙水中的磷以DIP(溶解性无机磷)为主,ρ(DIP)占ρ(DTP)的11.86%~86.13%,平均值为59.65%. 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)、WA-P_o(弱吸附态有机磷)、PA-P_o(潜在活性有机磷)的质量分数均与间隙水中ρ(DTP)呈极显著正相关(P<0.01),w(Ca-P_i)与间隙水中ρ(DTP)呈正相关(P<0.05),w(NA-P_o)与间隙水中ρ(DTP)无显著的相关性. 因此,即使在外源磷得到有效控制的情况下,沉积物中的IP及高活性有机磷的释放仍有可能导致湖泊富营养化状态维持不变.      

三峡水库消落区土壤理化特征及磷赋存形态研究

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT)对三峡水库腹心地带(巫山-重庆主城区段)淹没消落区土壤磷的赋存形态进行了分级测定,并分析了各形态磷之间,以及各形态磷与样品理化特征(如全氮(TN)、有机质(SOM)、酸碱性(pH)、氧化还原电位(ORP))之间的相关性.结果表明,研究区域内,淹没消落区土壤全磷含量在0.28～1.32g·kg-1之间,平均值为0.63g·kg-1;无机磷和有机磷平均含量分别为0.46g·kg-1和0.13g·kg-1,占全磷百分比分别为72.3%和21.7%,淹没消落区土壤中的磷以无机磷为主,有机磷为辅,从各形态磷含量及相对含量的变化范围来看,表现为钙结合态磷>有机磷>铁铝结合态磷,土壤全磷含量增加主要来自钙结合态磷部分,其次是有机磷.淹没消落区土壤活性磷组分(铁铝结合态磷和有机磷之和)含量分布范围在0.04～0.39g·kg-1之间,平均值为0.20g·kg-1,占全磷比例达到33.0%,消落区土壤活性磷组分在适宜的环境条件下会成为水体的二次污染源,淹没消落区土壤磷对水体富营养化的潜在影响不容忽视;淹没消落区土壤全磷与无机磷和钙结合态磷,有机磷与铁铝结合态磷、全氮及有机质有显著相关性,表明钙结合态磷为无机磷和全磷的主要赋存形态,有机磷、铁铝结合态磷、全氮和有机质同源;有机磷同土壤酸碱性呈显著正相关,同氧化还原电位呈显著负相关,表明土壤酸碱性和氧化还原电位的变化可影响有机磷的含量与分布.     

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.      

滇池柱状沉积物磷形态垂向变化及对释放的贡献

选取了滇池外海北部、中部和南部柱状沉积物样品,结合上覆水磷和柱状沉积物有机质数据,研究了有机质(OM)及粒径组成对沉积物释放的影响,并探讨了不同形态磷对沉积物释放的影响及贡献.结果表明:1沉积物间隙水ρ(DTP)和ρ(SRP)均与OM、沉积物黏土(4.00μm)和粉砂粒(4.00~63.00μm)含量呈显著负相关,但与砂砾(63.00μm)含量呈显著正相关,表明沉积物有机质含量的增加显著降低了其间隙水中磷的质量浓度,且黏土和粉砂粒含量的增加也会降低间隙水磷的质量浓度,抑制了沉积物磷的释放.2滇池沉积物潜在可移动磷(BD-P和NaOH-nrp)与黏粒和粉砂砾均呈显著正相关,与砂砾呈显著负相关,表明黏粒和粉砂砾可能对沉积物磷的移动能力提升,砂砾可能对沉积物磷的滞留能力提升.3在较短时间尺度内,外海北部沉积物磷以释放为主,中部和南部以滞留为主;在较长时间尺度内,外海北部和中部沉积物磷以释放为主,南部的以滞留为主.控制滇池沉积物磷释放需要考虑不同磷形态特征及有机质和粒径的影响,采取相应措施以主要控制滇池北部沉积物磷的释放.     

三峡入库河流大宁河回水区消落带土壤氨氮释放动力学研究

在室内模拟条件下,通过消落带土壤氨氮释放动力学实验,研究了三峡入库河流大宁河消落带土壤氨氮释放动力学特征,并分析了样品组成特征对释放动力学的影响,结果表明:(1)一级动力学方程可以很好的拟合大宁河回水区消落带土壤样品氨氮释放动力学特征,前120分钟为快反应,氨氮释放速度较大,随后进入慢反应,逐渐达到最大氨氮释放量;(2)土壤样品释放动力学特征与总氮、总磷呈现较好的相关性,与有机质、样品氧化物组成、颗粒组成理化指标相关性较弱;(3)土壤样品释放动力学特征与可转化态氮呈现极显著正相关关系,与非可转化态氮的相关性较弱,这说明样品中氨氮的释放量主要受其可转化态氮含量控制。研究结果可为三峡库区支流大宁河回水区富营养化治理提供参考和理论依据。     

三峡库区出露期消落带沉积物磷分布特征

为了揭示经历完整反季节干湿交替周期消落带沉积物磷的源汇转化趋势,分析了三峡库区出露期消落带沉积物中磷酸盐的分布特征及含量变化.结果表明,首次经历完整反季节干湿交替的消落带宏观上表现出沉积物总磷(TP)累积现象,但覆水沉积物TP>落干沉积物TP,表明夏季水库开闸放水排沙,且消落带夏季出露期降雨资源丰富,有利于出露消落带表层沉积物被冲刷排除.有机磷(Or-P)含量升高是导致首次经历完整反季节干湿交替的消落带沉积物总磷积累的主要原因.消落带反季节干湿交替有利于沉积物中活性较高的活性磷(Ac-P)、Or-P的累积,有利于相对稳定的闭蓄态磷(O-P)、钙磷(Ca-P)排出.     

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.     

浙江沿岸海域柱状沉积物中磷的赋存形态及特征研究

对浙江沿岸海域3个柱状沉积物进行了总磷测定并采用连续提取技术（SEDEX）测定了柱状沉积物中5种形态磷,运用210Pb法测定沉积速率并利用测年结果结合不同年份的一些气候或人类活动事件,分析了总磷、无机磷及5种形态磷的垂直分布特征和有机磷的降解。研究结果表明,不同站位各种形态磷的垂直分布特征不相同,这与沉积环境及成岩作用有关。3个柱状沉积物中的有机磷都在表层或次表层出现了快速下降的趋势,表明有机磷的降解主要发生在表层有氧区和次表层。     

三峡库区消落带干湿交替表层沉积物磷分布特征

通过研究分析经历完整反季节干湿交替周期的三峡库区消落带沉积物中磷的赋存形态及含量变化,揭示了消落带沉积物磷的源/汇转化趋势。结果表明:三峡库区消落带本底土壤、覆水沉积物以及落干沉积物无机形态磷分布均呈现一致规律,即钙磷>闭蓄态磷>铝磷>铁磷>可交换态磷,反映出三峡库区短期反季节干湿交替对无机形态磷分布规律影响不大。消落带反季节干湿交替有利于表层沉积物中活性较高的有机磷、活性磷累积,有利于相对稳定的闭蓄态磷、钙磷释放。     

海州湾秋季沉积物磷的形态分布及生物有效性

采用改进的连续提取法（SEDEX法）对2016年秋季（10月）海州湾的表层和柱状沉积物进行磷形态测定,研究不同形态磷的分布特征并分析其生物有效性.结果表明：表层沉积物样品总磷的含量为0.340~0.445mg/g,无机磷的含量为0.271~0.350mg/g;柱状沉积物中总磷的含量为0.367~0.614mg/g,无机磷的含量为0.302~0.443mg/g.总磷中以无机磷为主要赋存形态,无机磷中又以原生碎屑磷为主,各形态磷的含量大小顺序为;总磷（TP） > 无机磷（IP） > 原生碎屑磷（DAP） > 自生钙结合态磷（ACa-P） > 有机磷（OP） > 不稳态磷及铁结合态磷（Fe-P）.通过对磷的生物有效性研究发现,本次调查海域表层沉积物中的生物有效磷（BAP）含量为0.069~0.143mg/g,在TP中所占的百分比为19.44%~32.66%,平均值为24.17%;柱状沉积物的BAP含量为0.062~0.217mg/g,在TP中所占的百分比为16.11%~43.54%,平均值为30.77%,磷的释放风险较小.沉积物各形态磷与粒径的相关性结果显示,在柱状沉积物中,Fe-P、OP和ACa-P与细粘土、粗粘土和细粉砂为正相关性,而与粗粉砂、细砂和中砂则为负相关性,DAP则主要与粗粉砂、细砂和中砂表现出了极显著正相关性,与细粘土、粗粘土和细粉砂表现出显著负相关性,BAP与颗粒物粒径的相关性则具有一定的差异性,具体表现在不同粒径组成和平面分布上.     

三峡入库河流大宁河回水区沉积物和消落带土壤磷形态及其分布特征研究

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序（SMT）对三峡入库河流大宁河回水区表层沉积物、消落带土壤不同形态P进行了分级测定,分析了各形态磷之间以及各形态磷与样品理化性质如有机质、主要氧化物组成之间的相关性.结果表明,沉积物总磷含量在483.4～848.4 mg/kg之间,平均为569.0 mg/kg,与长江中下游浅水湖泊表层沉积物总磷含量相比,大宁河回水区表层沉积物TP含量处于中下游水平,而消落带土壤中总磷含量在488.9～1 487.7 mg/kg之间,平均含量为813.3 mg/kg,远远高于沉积物样品总磷含量,显示了人类活动对消落带土壤P含量的影响.各种形态P在河流沉积物与岸边消落带土壤中分布特点不同: ① 河流沉积物中IP/TP（平均值55.7%）略高于消落带土壤（平均值49.4%）;② 河流沉积物中IP以Ca-P为主（平均比例为83.5%）, Fe/Al-P占IP比例仅为15%;消落带土壤Ca-P占IP平均比例为73.9%, 而Fe/Al-P占IP比例上升至22%;③ 河流沉积物中活性磷组分（OP+Fe/Al-P）平均含量为261.8 mg/kg,在TP中所占比例平均值为49%,而消落带土壤活性磷组分（OP+Fe/Al-P）平均含量为405.7 mg/kg,在TP中所占比例平均达到54%.消落带土壤中活性磷组分在适宜的环境条件下会成为水体的二次污染源,因此消落带土壤P对水体富营养化的潜在影响不容忽视.     

有机质对湖泊沉积物不同形态氮释放动力学影响研究

模拟研究了有机质对太湖贡湖和五里湖沉积物不同形态氮释放动力学的影响,并从沉积物有机质官能团、各形态可转化态氮含量以及离子释放量变化等方面对其机理进行了探讨.结果表明,随着沉积物有机质含量增加,其各形态氮释放平衡时间延长,释放量呈先快速增加后缓慢趋于平衡的趋势;氨氮最大释放量呈下降趋势,硝氮和溶解性有机态氮最大释放量呈先增加,后快速下降趋势;相比而言,污染严重的五里湖,有机质对沉积物各形态氮释放量的影响大于污染较轻的贡湖.随有机质含量增加,沉积物SOEF-N含量增加,IEF-N、SAEF-N和WAEF-N含量降低;HPO₄^2-和SO₄^2-释放量降低,溶解性有机碳释放量呈先增加后降低趋势.随着有机质含量增加,沉积物脂肪族官能团减少,极性官能团增加.沉积物有机质含量增加,通过改变其极性官能团,影响各种离子释放量和使可转化态氮向稳定态转化,抑制各形态氮释放.     

海河干流表层沉积物总磷、总铁和有机质的含量及相关性分析

采用深水表层沉积物采样器采集海河干流8个断面的表层沉积物,测定不同粒径表层沉积物的总磷(TP)、总铁(TFe)和有机质(OM)含量,并采用多元线性回归分析方法对TP与TFe和OM含量进行相关性分析.结果表明:海河干流表层沉积物的颗粒组成除光华桥断面分布较均匀外,其余各断面主要以砂粒(>54%)为主;沉积物的TP含量为29.00～78.99 μmol/g,TFe含量为595.67～719.91 μmol/g,w(OM)为3.77%～8.79%;同一断面不同粉砂粒之间的TP,TFe和OM含量没有显著性差异(P>0.05),而不同断面之间的差异十分显著(P<0.01).TP与OM和TFe的相关分析结果显示:除金刚桥、外环河桥与中心桥外,其余断面的TP与TFe和OM均具有良好的相关性(R2>0.85).