Organic matter and pH affect the analysis efficiency of P-NMR

Solution ³¹P nuclear magnetic resonance spectroscopy (³¹P-NMR) is a useful method to analyze organic phosphorus (Po), but a general procedure for the analysis method is lacking. The authors used solution ³¹P-NMR, which was found to be an effective method for analysis of Po in Haihe River sediment, to analyze the Po in the surface sediment in Eastern China at the regional scale, and found that the NaOH-ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) extraction rate was affected by environmental factors. At the regional scale, the extraction rate showed a positive relationship with loss on ignition, when the extraction rate was lower than 60%. The extraction rate had no relationship with the loss on ignition when the extraction rate was higher than 60%. The extraction rate showed a negative relationship with pH, which means that the extraction rate was higher in acidic sediment and lower in alkaline sediment. The ratio of TC/TN (the ratio of total carbon to total nitrogen) was considered to represent the origin of organic matter in the sediment. The extraction rate was high when the TC/TN ratio was lower than 20, meanwhile the extraction rate decreased as the TC/TN ratio increased. The results show that the origin of organic matter in sediment significantly affects the NaOH-EDTA extraction rate. This study will give theoretical support for building an effective and general solution ³¹P-NMR analysis method.     

基于液相31P核磁共振分析的沉积物样品制备方法研究

液相31↑P核磁共振（phosphorus-31 nuclear magnetic resonance,31↑P-NMR）是近年来用于分析沉积物有机磷组成的新技术.本研究围绕31↑P-NMR分析沉积物样品的制备过程（包括样品前处理方法、提取时间、提取剂比例、样品浓缩等）进行探讨.结果表明,采用风干的沉积物样品进行提取,...     

南四湖表层底泥有机质及氮磷时空比较分析

依据2006、2007、2010和2011年4次南四湖水质与底质空间分布监测数据,采用综合统计与比较方法对南四湖表层底泥有机质及氮磷的时空变化特征进行分析研究。结果表明,南四湖湖区底泥有机质、TN和TP含量的平均值依次为4.12%、0.27%和0.088%,南四湖底泥有机质、TN和TP含量总体处于较高水平。2010-2011年比2006-2007年枯水期南四湖湖区底泥有机质和TN含量有所下降,但底泥TP含量有所升高;南四湖分湖区底泥有机质、TN和TP含量的平均值都呈现由北向南递减趋势,但底泥有机质和TN含量在昭阳湖(下)出现最小值而后回升再递减,底泥TP含量递减幅度较小;老运河和洸府河口底泥有机质、TN和TP含量的平均值远高于其它河口及湖区平均值;2011年监测南四湖入湖河口底泥有机质、TN和TP含量的平均值与湖区底泥相应含量的比值依次为0.63、0.50和0.96,湖区平均高于入湖河口底泥的相应含量,说明南四湖湖内底泥对有机质、TN和TP的富集作用比较突出。     

利用31P核磁共振技术优化太湖沉积物有机磷的化学提取方法

以太湖沉积物为研究对象,采用钼酸铵比色方法与液相31P-核磁共振技术(31P-NMR),研究不同浓度NaOH及NaOH与EDTA不同配比(NaOH-EDTA)对沉积物有机磷的提取及31P-NMR组成分析的影响.结果表明:不同浓度NaOH或不同配比的NaOH-EDTA,其提取沉积物总磷和有机磷量均随溶液pH值的增加而增加...     

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.      

城市内河表层沉积物氮形态及影响因素

采用连续分级提取法对许昌市清潩河河道10个表层沉积物样品中氮形态含量进行测定, 分别得到离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可提取态氮(WAEF-N)、强碱可提取态氮(SAEF-N)、强氧化剂可提取态氮(SOEF-N)和非可转化态氮(NTN), 探讨了不同形态氮分布特征、影响因素及其对河道水环境潜在的风险. 结果表明,沉积物中总氮(TN)含量为2140~9470mg/kg, 与沉积物有机质含量沿河道变化趋势基本一致; 可转化态氮(TTN)的优势形态从上游至下游逐渐由IEF-N向SAEF-N再向SOEF-N转化, 逐渐趋于稳定; IEF-N含量受沉积物有机质、pH值及上覆水体氨氮和悬浮物含量影响, 且与TN极显著相关, 说明清潩河沉积物TN含量可以作为河道内源污染风险判断的重要指标; 此外上覆水体较高的COD含量对SAEF-N和NTN的沉积、较高的氨氮含量对IEF-N和TN的释放以及总磷含量对NTN活性的增强等都产生影响.因此, 在开展清潩河水环境综合整治时, 需考虑水相与沉积物相的相互作用, 同步开展治理工作.     

基于液相31P核磁共振技术的河流沉积物有机磷提取剂选择研究

以高磷污染河流沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术研究了沉积物中有机磷提取剂的选择和提取过程.结果表明:前提取以BD和EDTA效果最佳,TP和Po的提取量分别为(322.87±13.81)和(119.76±16.00)mg·kg-1、(24.91±15.25)和(20.90±2.58)mg·kg-1,2种提取剂均促进了NaOH的提取效率,前提取后NaOH提取液中TP和Po的提取量分别达到(2271.20±75.63)和(2477.40±112.71)mg·kg-1、(152.04±1.55)和(186.93±20.53)mg·kg-1;对顺磁性离子Fe和Mn而言,利用BD和EDTA+Na2S2O4作为前提取剂可以提取更多的Fe离子,提取液中的浓度分别为(5116.57±24.32)和(10677±215.61)mg·kg-1;EDTA和EDTA+Na2S2O4提取剂对Mn的去除效量较高,提取液中浓度分别为(243.02±2.80)和(266.61±1.61)mg·kg-1.液相31P-NMR图谱显示,上述提取剂处理后均可得到正磷酸盐、焦磷酸、磷酸单酯、磷脂和DNA 5种磷形态,其中EDTA可提高沉积物中正磷酸盐、焦磷酸盐、磷脂和DNA的含量.综合考虑:利用EDTA和NaOH两步提取可实现较高的Po提取量和较低的顺磁性离子干扰,并得到理想的核磁共振图谱,从而保证沉积物中有机磷液相31P-NMR分析的科学性和有效性.     

有机质对土壤气相抽提去除四氯化碳效率的影响

某重要岩溶地下水源地因附近农药厂排放含四氯化碳污水而受到严重污染,实验采用土柱通风试验模拟土壤气相抽提(SVE),研究环境温度为20℃,通风速率为40mL/min,土壤含水率10%,而土壤有机质含量分别为3.02%和0.13%条件下的两种供试土壤中四氯化碳污染物的去除过程.结果表明,土柱通风能有效去除土壤中的四氯化碳污...     

太湖湖滨带底泥氮、磷、有机质分布与污染评价

采集了环太湖湖滨带表层(0~10cm)底泥,研究分析了湖滨带底泥中有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)的空间分布特征,并对太湖湖滨带底泥进行营养评价.结果表明,湖滨带底泥中OM含量在1.42%~9.96%之间,空间分布趋势为:东太湖>竺山湾>贡湖>梅梁湾>南部沿岸>东部沿岸>西部沿岸; TN含量在458~5211mg/kg之间,空间变化趋势为东太湖>竺山湾>东部沿岸>贡湖>南部沿岸>梅梁湾>西部沿岸; TP含量在128.56~1392.16mg/kg之间,空间变化趋势为竺山湾>梅梁湾>东太湖>南部沿岸>贡湖>东部沿岸>西部沿岸,OM与TN分布趋势相似,TN与OM之间极显著正相关(r = 0.903, P<0.01),TP与OM之间弱相关(r = 0.073, P<0.332).结合综合污染指数和有机指数评价法可知,太湖湖滨带底泥环境质量整体较好,氮、磷污染除东太湖和竺山湾属重度污染外其他各区属轻中度污染;有机污染除东太湖外大部分区域属较清洁区.     

牛谷河表层沉积物氮、磷、有机质的分布及污染评价

以牛谷河沿河及西河入牛谷河口布置的36个采样点为研究对象,采用SMT法、元素分析仪法、重铬酸钾法和筛析法对表层沉积物总磷（TP）、总氮（TN）、有机质（OM）和粒度进行监测,分析其空间分布规律及TN、TP、OM的相关性,并运用综合污染指数法和有机污染指数法对牛谷河表层沉积物污染现状进行评价。结果表明:牛谷河表层沉积物中TN、TP、OM的均值分别为697.18,920.31 mg/kg和4.47%,TN、OM空间上表现为中游高于上下游（A、B段>C、D段）,TP则为中下游高于上游（A、B、D段>C段）;各段表层沉积物中C/N表明:C、A、D段有机质主要来自外源,B段内外源基本平衡;综合污染指数和有机污染指数均值分别为1.38和0.19,2种评价结果均显示牛谷河表层沉积物为轻度污染状况,其中TP的污染指数（S_TP）均值达到1.36,为重度污染;指标间的Pearson相关性分析表明,TN、TP、OM三者间均呈显著正相关（P<0.01）。     

潮间带沉积物粒度空间分异及其与TC、TN的空间相关性分析

以辽河口潮间带典型区域作为研究对象，借助现场调查、实验分析、地统计分析和数理统计分析方法，分析了沉积物粒度组成、特征与沉积物营养元素的空间分异之间的相关关系，结果表明:沉积物粒度组成、特征参数在空间分布上呈现由陆向海的梯度变化趋势；沉积物TC和TN在空间分布上与沉积物粒度组成及分选特征具有较强的相关性；发现沉积物粒度参数能够对营养元素进行有效的指示，黏土物质对TC指示作用要强于TN，而分选系数对TN的指示作用要强于TC。本文研究证实了沉积物对环境要素的指示作用，同时也验证了在区域小尺度沉积物对营养元素空间分布的影响。     

底泥预处理对磷等温吸附特征及磷形态的影响

以校园河流底泥为材料,研究了通过不同预处理对有机质去除后,底泥对磷的等温吸附特征以及底泥中磷的赋存形态的转化.结果表明,对底泥曝气预处理强化了底泥对磷的吸附能力,最大吸附量(S_max)达到714.3mg/kg.不同底泥灼烧后,最大吸附量为天然底泥的1.64～2.25倍,且明显高于未灼烧底泥.对底泥曝气与对水曝气预处理使易被生物利用态磷向难被生物利用态磷转化,易被生物利用态磷较预处理前分别减少了7.02%和0.23%,而空白试验底泥的易被生物利用态磷则增加了4.85%.底泥灼烧后,SMT法不适合分析磷的赋存形态.底泥预处理后,酸性或碱性均促进了磷的释放.底泥灼烧后,在pH5～6条件下,磷的释放量低于未灼烧底泥.     

渤海中部海域表层沉积物生源要素分布特征及其环境评价分析

于2015年5月在渤海中部海域采集30个表层沉积物样品,对总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）、生物硅（BSi）、有机质（OM）、含水率（MC）进行了分析测定,通过分析渤海中部海域表层沉积物生源要素的分布特征,进一步揭示有机质物源的贡献以及海域生物地球化学等过程。渤海中部海域表层沉积物生源要素含量分别为TOC（0.21%~1.43%）、TN（0.01%~0.12%）、TP（0.01%~0.04%）、BSi（0.08%~0.46%）、OM（1.43%~9.42%）、MC（18.24%~47.70%）,TOC、TN、TP、OM和MC分布特征相近,总体呈现东低西高的分布特征,BSi则在渤海中部含量较高。TOC、TN摩尔比值显示渤海中部表层沉积物中有机质来自陆源和海源混合输入,以陆源输入为主;而TOC/BSi说明硅藻对渤海中东部海域总初级生产力贡献较大。沉积物质量评价显示渤海中部海域表层沉积物受到一定程度的污染,部分海域沉积物中TOC和TN含量超过加拿大安大略省环境和能源部沉积物质量评价标准的Ⅱ类标准。     

巢湖近代沉积物及其间隙水中营养物的分布特征

湖泊沉积物及其间隙水中的营养盐对于研究湖泊营养盐的生物地球化学和湖泊营养状态的历史变化具有重要的作用.系统研究了巢湖东、西湖区沉积物和间隙水中营养盐的剖面分布特征及其营养盐之间的相互关系.结果表明,巢湖近代沉积物中营养盐含量总体上随着深度的增加而降低,上层沉积物(1～15cm)中TOC(总有机碳)、TN(总氮)、TP(总磷)和Pi(无机磷)的含量都表现出明显的区域差异性,从西到东逐渐减小,含量的大小顺序为C1C3C16;东、西湖区下层沉积物(15～30cm)中TOC、TN和TP的含量差异不明显,分别在5mg.g-1、0.5mg.g-1和0.45mg.g-1左右变化;Po(总有机磷)在整个剖面上的分布则相反,总体上从西向东逐渐增大,含量大小顺序为C16C3C1.沉积物间隙水中的营养盐在空间上的分布规律与沉积物相似,西湖区两个点(C1、C3)沉积物间隙水中的营养物浓度总体上高于东湖区的C16点,大小顺序为C1C3C16,间隙水中的氮、磷酸盐、硅酸盐处于协同变化.间隙水中的氮与沉积物总氮含量密切相关;西湖区间隙水中的磷与沉积物磷含量密切相关,但在东湖区相关性不显著.表层沉积物间隙水中营养盐浓度都明显高于上覆水体,表明沉积物中的营养盐是水体营养盐的主要来源之一.     

杭州西湖“香灰土”沉积物轻、重有机质组成特征及其环境意义

为探索城市浅水湖泊高有机质含量沉积物中有机质污染特征及其与氮、磷等营养元素的关系,调查了西湖8个湖区沉积物柱状样不同深度泥层有机质含量及其轻、重组分和氮磷污染特征,通过与国内相关湖泊有机质组分的比较,定量刻画了西湖"香灰土"沉积物的有机质特征.结果表明,西湖沉积物属典型高有机质含量底质,不同湖区底泥有机质含量平均值为28~251 g·kg-1;不同湖区沉积物有机质含量差别很大,引水入口湖区比其他湖区的有机质含量明显偏低;垂向上,大多湖区有机质含量随深度增加而增加,反映出有机质在西湖丰富的沉积历史.有机质轻/重组分离研究表明,西湖沉积物中轻组有机质含量为0.57~9.17 g·kg-1,平均占总有机质的2.83%,重组含量为5.35~347.41 g·kg-1,平均占总有机质的90%;与玄武湖、月湖、太湖、白洋淀等浅水湖泊相比,西湖底泥轻组有机质含量与之相当,但重组有机质含量明显偏高,反映出西湖作为历史悠久的城市湖泊,有机质污染负荷高,底泥腐殖化程度高.西湖底泥轻组有机质与总磷、总氮显著相关,而重组有机质含量仅与总氮含量显著相关,与磷没有相关性,表明轻组有机质对氮、磷内源释放潜力具有较大的影响.研究表明,西湖"香灰土"型沉积物有机质含量高、重组有机质比例高,对内源氮磷释放的缓冲能力强,在西湖营养盐内源负荷控制及水体富营养化治理中应予以充分考虑.     

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。     

太湖营养状态对沉积物中总汞和甲基汞分布特征的影响

为探讨营养状态对太湖沉积物汞的分布及其甲基化的影响,以太湖不同营养水平的湖区为研究对象,采用PSA和GC-CVAFS方法,分别测定了沉积物总汞(THg)、甲基汞(MeHg)含量;另测定了沉积物有机质含量和水体总氮、总磷浓度.结果显示,太湖表层沉积物THg含量为32.30~150.28ng/g,均值为62.94ng/g,含量高低与营养化程度一致,其垂向分布主要受到人为活动和有机质的影响;MeHg含量为0.32~1.01ng/g,均值为0.51ng/g,不同营养水平的湖湾区MeHg含量差别不大,其分布受有机质的影响,高含量富集在表层,随深度的增加逐渐降低并趋于稳定;甲基化比率比较低主要是太湖水体溶解氧含量高抑制了甲基化过程.     

北运河沙河水库沉积物营养盐分布特征及其溯源分析

通过采集沙河水库表层(0～20 cm)沉积物样品,分析了沉积物中氮、磷、有机质的分布特征,并结合排污口附近和水库典型区域沉积物中有机质(Organic Matter, OM)和溶解性有机物(Dissolved Organic Matter, DOM)的荧光光谱特征、分子量分布特征(Molecular Weight Distribution, MWD),研究了点源污染对沙河水库沉积物营养盐分布的潜在影响.结果表明,表层沉积物间隙水中氨氮(NH~+_4-N)、磷酸盐(PO■-P)平均浓度及沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)的平均含量依次为(52.13±40.32)、(1.75±1.88) mg·L~(-1)与(2853.81±1501.93)、(1496.00±454.06) mg·kg~(-1).库区沉积物中TN、TP含量由库上游((1898.00±1047.54)、(1264.00±104.61) mg·kg~(-1))经库心区((2996.67±1405.13)、(1340.00±332.47) mg·kg~(-1))至库下游((4500.00±920.00)、(1750.00±10.00) mg·kg~(-1))依次增高.沉积物C/N比分析表明,点源污染区与库区沉积物中有机质来源于陆源与自生生物源的混合源.而三维荧光光谱和分子量分布的分析表明,点源污染区与库区沉积物中DOM的组成特性具有一致性,且主要来源于自生生物源.Pearson相关性分析表明,沉积物中营养盐(TN、TP)与有机质具有显著相关关系(p0.01).这些结果清楚地表明,点源污染区沉积物中高的营养盐、有机质含量是库区污染物累积的潜在重要来源.     

河流沉积物中有机磷提取剂(NaOH-EDTA)提取比例与机制研究

选择海河流域高磷污染河流滏阳新河沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术优化了沉积物中有机磷提取剂NaOH和EDTA的配比,探讨了提取剂对总磷(TP)、有机磷(P o)及金属离子的提取机制.结果表明,不同配比的NaOH和EDTA提取液提取同一沉积物,所提取的TP和P o的量差异较大,但P o的提取量均高于NaOH单独提取,主要原因为EDTA与Fe、Al等离子的结合促进了无机磷(P i)和P o的释放;TP在1.00 mol·L-1NaOH+75 mmol·L-1EDTA配比的提取液中获得最大提取量,为3.88 mg·g-1,P o在0.25 mol·L-1NaOH+50 mmol·L-1EDTA配比的提取液中提取量最大,为0.24mg·g-1;相同浓度NaOH提取液中金属离子Fe、Mn、Ca、Mg、Al提取量随EDTA浓度增大呈升高趋势,主要是通过螯合作用、金属离子与OH-形成化合物实现.其中,Fe、Mn、Ca提取浓度与提取液pH呈显著负相关(P<0.01),说明其与OH-形成沉淀化合物;Al离子由于既可以与OH-生成可溶性的偏铝酸盐又可以被EDTA螯合形成可溶性络合物,因此其浓度随提取液pH升高呈指数增长趋势(P<0.01);NaOH与EDTA混合提取剂核磁共振图谱优于NaOH提取液,在本研究中均可以检测到膦酸盐、正磷酸盐、磷酸单酯、磷脂、DNA和焦磷酸盐.综合考虑:对北方河流富含Fe和Al的河流沉积物,0.25mol·L-1NaOH与50 mmol·L-1EDTA可以作为理想的沉积物有机磷提取剂.     

西溪湿地底泥氮、磷和有机质含量竖向分布规律

利用特制的取样器从西溪湿地钻取连续完整的底泥试样,对不同深度底泥中总氮(TN)、总磷(TP)和有机质(OM)含量进行测试;通过TN、TP、OM在表层底泥、底泥孔隙水和上覆水体中含量变化的分析结果,并运用有机指数法对该湿地底泥的污染程度进行了评价.结果表明,该湿地60cm深度以内的底泥为轻度~中度污染,属于活性层;埋深大于60cm的底泥未受污染或者污染较轻,属于相对稳定层;TN、TP、OM在垂向上的变化呈显著相关关系.TN、TP在底泥孔隙水中的含量显著高于在上覆水体中的含量;由于存在浓度梯度,底泥孔隙水中的氮、磷及其他有机污染物会释放到上覆水体中去,只实施换水处理难以根除湿地水体富营养化的问题.对作为内污染源的底泥,疏浚应是一种更有效的治理措施,60cm活性层深度可作为该湿地疏浚参考深度.