富营养湖泊沉积物中磷组分对硫酸盐的响应

采用室内模拟实验于厌氧条件下持续6周,研究不同外源硫酸盐浓度下南湖沉积物和上覆水之间的硫酸盐转化及还原情况,采用31P核磁共振(31P-NMR)研究沉积物磷组分所受影响.结果表明,硫酸盐输入促进了上覆水中pH值的升高,而氧化还原电位则呈相反的变化趋势.上覆水中SO24-浓度随时间推移而降低,但间隙水中SO24-浓度的增加幅度并不与上覆水中降低幅度一致,表明沉积物中SO24-发生了转化.沉积物的硫酸盐还原指数随SO24-输入浓度的增大而增加,沉积物中硫酸盐还原菌(SRB)的数量在第2周达到峰值,输入硫酸盐的S500和S1000处理中SRB数量远远高于未加硫酸盐的对照(CK).利用31P-NMR测定了南湖沉积物NaOH-EDTA萃取物中各种磷化合物的相对含量,南湖沉积物中的磷组分主要有正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸盐,且正磷酸盐含量占绝对优势(占总磷的84.10%～95.54%),沉积物中其它磷组分含量顺序为磷酸单酯>磷酸二酯>焦磷酸盐.从总趋势来看,硫酸盐促进了沉积物中正磷酸盐的释放,且在硫酸盐还原菌数量较高时使沉积物中磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸盐含量增加.     

外源硫酸盐对武汉南湖表层沉积物磷形态的作用

采用室内模拟实验,选取武汉市南湖表层沉积物及相应上覆水,研究了硫酸盐的输入对沉积物磷形态的影响.结果表明,硫酸盐输入水体后提高了沉积物磷的迁移活性,导致上覆水中总磷(TP)、溶解性正磷酸盐(SRP)含量升高,上升幅度随硫酸盐输入量的增加而增加.硫酸盐扩散到沉积物后,先是生成酸可挥发性硫(AVS),进而转变成铬还原硫.硫酸盐输入提高了沉积物pH值,而使Eh降低.沉积物不同磷形态对外源硫酸盐的响应有所差异,二钙磷(Ca2-P)含量随输入硫酸盐浓度的增加而增加,含量最高的铁磷(Fe-P)为800mg/kg左右,占总磷的51.4%~56.6%,受硫酸盐的影响极显著(P<0.01),在沉积物中含量降低而向上覆水中释放.上覆水中溶解性铁和TP、SRP均呈显著正相关.硫酸盐对沉积物中闭蓄态铁磷(O-Fe-P)也产生显著影响(P < 0.05),总体而言是促进其释放.     

基于液相31P核磁共振技术的不同地理区域湖泊沉积物生物质磷(Biogenic-P)形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法,研究了我国不同地理区域湖泊表层沉积物中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明,不同地理区域湖泊表层沉积物磷含量差异较大,湖泊沉积物中的总磷在184.37～1089.41 mg·kg~(-1)之间,青藏高原的青海湖总磷含量最高,达到1089.41 mg·kg~(-1).使用~(31)P-NMR技术在湖泊沉积物中共检测到4类磷化合物,其中生物质磷检测到3类磷化合物,分别为:磷酸单酯(Mono-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P),其中以磷酸单酯为主,含量在5.57～399.18 mg·kg~(-1)之间.随着我国外源性磷的有效控制,内源性磷成为了磷主要的来源,在磷的内源负荷中,生物质磷矿化释放的磷将会影响水体整体生产力,本研究基于液相~(31)P核磁共振技术,对我国不同区域湖泊沉积物中磷形态的分布有了一些新的认识,可为深入认识磷在不同区域湖泊中转化提供支持,有助于深入研究不同区域湖泊磷生物地球化学循环过程,同时为认识我国不同区域湖泊沉积物中磷形态特征提供数据支持.     

太湖沉积物中解磷细菌分布及其与碱性磷酸酶活性的关系

分析了太湖沉积物中解磷细菌的丰度, 测定了不同季节、不同采样点、不同取样深度沉积物中碱性磷酸酶的活性, 探讨了解磷细菌分布与碱性磷酸酶活性的关系.结果表明,解磷菌在表层沉积物中普遍存在, 随着深度的增加, 数量逐渐减少.解磷菌的种类秋季最多,冬季最少, 但解磷能力较强的菌大部分出现在夏季.碱性磷酸酶活性范围为0.001～0.006 mmol·(g·min)^-1, 酶活性呈现较为明显的季节变动, 不同采样点间酶活性差异较大, 随深度的增加, 碱性磷酸酶活性逐渐降低.各采样点碱性磷酸酶在0～12　cm活性较高且变化较大, 12　cm以下深度酶活性较低, 基本稳定在0.001 mmol·(g·min)^-1左右.沉积物中碱性磷酸酶活性与解磷菌数量有一定相关性, 相关系数为0.50～0.85.     

九龙江流域上游浅水湖泊富营养化机制

基于对九龙江上游龙潭湖富营养化水体和沉积物现状的监测结果,通过与国内富营养化深水湖库和流域下游大型富营养化浅水湖泊进行对比,深入探讨了流域上游浅水湖泊富营养化发生的原因及主导机制.流域上游浅水湖泊具有外源污染物输入较少的特点,较下游大型浅水湖泊更易受温度等气候条件和沉积物氧化还原状态的影响,以及外源输入总磷控制具有较强的滞后效应,因此对流域上游浅水湖泊富营养化的控制必须重视内源营养盐释放,特别是结合态磷的内源释放问题.     

基于液相31P核磁共振(NMR)技术的巢湖沉积物中有机磷形态研究

利用改进的沉积物有机磷提取方法和液相31P核磁共振(NMR)分析方法,研究了巢湖表层沉积物有机磷形态.结果表明:西部湖区表层沉积物总磷含量高于东部湖区,其平均含量分别为(1089.82±108.14) mg·kg-1和(497.80±51.59) mg·kg-1;东部湖区沉积物中有机磷百分含量(31.88％±2.41％)高于西部湖区(20.86％±1.65％);表层沉积物主要磷份组成包括膦酸盐(Phon-P)、正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P);磷酸单酯为有机磷的主要组分,平均含量占总磷的22.12％±5.32％;磷酸单酯和DNA百分含量东部湖区大于西部湖区,磷酸单酯百分含量分别为25.99％±2.29％和16.30％±1.06％,DNA百分含量分别为5.61％±0.24％和3.85％±1.01％.31P核磁共振技术可以有效的应用于巢湖等富营养化湖泊沉积物磷形态分析;巢湖表层沉积物以无机磷为主,有机磷种类丰富,以磷酸单酯为主.     

外源输入对底泥疏浚新生表层磷恢复及迁移的影响

外源输入对底泥疏浚新生表层磷恢复及迁移转化的影响尚不清楚,阐明该问题对于底泥疏浚实施后流域尺度上的外源控制及管理具有重要的意义.本研究以太湖梅梁湾沉积物为研究对象,采用野外原位模拟疏浚的方法研究在有无外源颗粒物输入条件下,疏浚前后新生泥水界面磷的迁移转化过程,并探讨疏浚对内源磷释放的控制效果.结果表明,疏浚后阻止外源颗粒物输入对沉积物总磷(TP)和总氮(TN)的控制产生着积极的影响;疏浚显著降低了表层沉积物潜在可移动磷的含量,有外源颗粒物输入组潜在可移动态磷(Mobile-P)含量显著高于无外源组,变化的Mobile-P以铁结合态磷(Fe-P)为主,有机磷(Org-P)次之,弱结合态磷(Lb-P)含量较低不足总磷的1‰;实验210d后,有外源颗粒物输入疏浚组间隙水PO_4~(3-)-P浓度低于未疏浚组,无外源疏浚组显著低于未疏浚组(P 0. 05);无外源疏浚组间隙水PO_4~(3-)-P浓度保持着较低的水平,其余组间隙水中PO_4~(3-)-P浓度呈现先增加后减小的趋势,间隙水PO_4~(3-)-P浓度与其对应分层沉积物中Fe-P含量显著正相关;冬春季间沉积物的源-汇功能发生了转变,沉积物对上覆水由汇转变成为源;疏浚措施降低了底泥内源磷释放速率,可有效控制其内源磷释放,阻止外源颗粒物输入对疏浚控制内源磷负荷起到了较好的促进作用.     

江苏西部湖泊沉积物营养盐赋存形态和释放潜力差异性分析

为了探索湖泊沉积物对上覆水中氮磷营养盐特别是磷(P)浓度的影响,研究了江苏西部10个湖泊沉积物P形态、吸附解吸作用和间隙水、上覆水之间扩散通量.对P形态的分级提取研究表明,各湖泊沉积物中P以无机磷为主,无机磷中生物可利用P占总磷(TP)比例较低.与苏北西部湖泊相比,苏南西部湖泊沉积物中Fe-P含量相对较高.江苏西部湖泊沉积物中氮主要以NH4+-N扩散为主,且大部分湖泊氨由上覆水向沉积物扩散,而洪泽湖、石臼湖和玄武湖NO3--N由沉积物向上覆水扩散.偏酸(pH<4)和偏碱(pH>10)条件下均有利于湖泊沉积物P的释放,除玄武湖外,其他湖泊在偏碱条件下P的释放量大于偏酸条件.沉积物对P吸附量随着温度的升高而增大,通过修正的Langmuir方程对湖泊沉积物磷吸附等温线进行拟合得到最大吸附量(Qm)、Langmuir吸附常数(k)与原有吸附态P(QNAP)参数,结果显示洪泽湖和玄武湖沉积物对P的最大吸附量较小,较易发生内源P释放.     

太湖草藻型湖区磷赋存特征及其环境意义

研究草藻型湖区上覆水和沉积物磷赋存特征及环境意义有助于明晰磷在沉积物-水界面的迁移转化过程,对于深入理解不同类型湖区的富营养化过程及富营养化湖泊的治理具有重要现实意义.在太湖典型草藻型湖区进行四季多点采样,分析草藻型湖区水体及沉积物中不同磷形态的时空差异,并揭示其环境意义.结果表明:①藻型湖区上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性无机磷(DIP)和颗粒态磷(PP)显著高于草型湖区,时间分布上大都表现出夏秋高于冬春的特点,PP是TP的主要组成部分,占比71. 8%～89. 6%.叶绿素(Chl-a)浓度与上覆水中磷赋存形态呈相似的时空分布特征.②藻型湖区表层沉积物TP含量为372. 38～529. 64 mg·kg~(-1),草型湖区为304. 29～454. 27 mg·kg~(-1),藻型湖区表层沉积物TP含量明显高于草型湖区,冬季沉积物TP含量最高,夏季最低,这与外源污染的输入以及不同环境条件下内源磷在沉积物和上覆水间的迁移转化有关.③沉积物中不同磷赋存形态数量分布由小到大依次均为:NH_4Cl-P、Fe-P、Org-P、Res-P、Al-P和Ca-P.表层沉积物Mobile-P(NH_4Cl-P+Fe-P+Org-P)在TP中的占比藻型湖区为9. 10%～16. 93%,略高于草型湖区8. 11%～13. 50%,Res-P在TP中占比藻型湖区为10. 06%～14. 97%,草型湖区为11. 02%～20. 28%.藻型湖区内源磷释放风险大,不利于磷的固定与埋藏.不同类型的湖区富营养化程度明显不同,在磷的释放与埋藏中也表现出不同变化特点.藻型湖区因其较高的内源磷负荷和释放潜力,值得特别关注.     

华阳河湖群沉积物内源磷释放风险及控制策略

为研究沉积物内源磷释放对浅水湖泊水体总磷的影响,以华阳河湖群为对象,根据不同季节全湖水质监测数据,分析总磷的空间和季节性分布特征;结合沉积物间隙水磷浓度数据,采用浓度梯度扩散模型估算湖泊沉积物内源磷静态释放量;基于2019年在线水质监测站连续数据,分析典型沉积物再悬浮过程内源磷释放对水体总磷贡献及估算其年累积释放量.结果表明:①华阳河湖群现场监测总磷浓度变化范围为0.014~0.297 mg/L,龙感湖与黄大湖总磷浓度空间变幅大于泊湖;②典型再悬浮过程中内源磷动态释放对水体总磷的贡献可达75%,华阳河湖群内源磷的年释放量在1.129×104~1.684×104 t之间;③静态的内源磷年释放量为12.92 t,仅占动态释放量0.1%.研究显示:华阳河湖群总磷浓度时空差异较大,内源磷释放对总磷短期波动具有重要作用,静态释放量对全年内源磷释放量的贡献几乎可以忽略;严格控制入湖营养盐通量的同时,恢复草型湖泊生态系统以控制内源释放已成为解决华阳河湖群水环境问题的重要管理决策方向.      

洪湖国际重要湿地沉积物磷空间分布特征及释放风险

洪湖国际重要湿地沉积物磷不同空间分布研究发现,洪湖入湖口沉积物TP含量范围为781.31~1955.84 mg·kg^-1,平均值为（1287.21±437.28）mg·kg^-1;湖区沉积物TP含量范围为438.33~1554.04 mg·kg^-1,平均值（718.10±238.15）mg·kg^-1.入湖口沉积物TP含量显著高于湖区沉积物（P<0.05）,养殖围垸沉积物TP含量高于湖面沉积物,但无显著差异（P>0.05）.湖区西北和东北区域沉积物TP含量高于西南区域,四湖总干渠入湖口沉积物TP显著高于螺山干渠入湖口（P<0.05）,四湖总干渠磷输入可能是洪湖沉积物磷主要来源.洪湖不同类型采样点的沉积物磷形态组成存在显著差异,入湖口沉积物磷形态以Fe/Al-P和Ca-P为主,而湖面沉积物以OP和Ca-P为主,空间磷形态组成变化与人类活动影响和水生植物分布有关.通过沉积物Fe/Al-P和OP估算沉积物生物有效磷（BAP）含量,以BAP占TP比例来估算洪湖沉积物磷释放风险,BAP/TP为39.8%~69%,均值为（56.5±7.23）%,存在较高的磷释放风险.OP和BAP与上覆水TP显著相关（P<0.01）,BAP与上覆水正磷酸盐相关性最高,表明上覆水磷浓度可能与沉积物Fe/Al-P和OP向上覆水释放有关.     

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.     

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.     

洞庭湖区典型内湖表层沉积物中氮、磷和重金属空间分布与污染风险评价

为了解洞庭湖区内湖表层沉积物中氮、磷和重金属污染空间分布及其生态风险,分别对南湖、黄盖湖、冶湖、鹤龙湖、洋沙湖、湘阴东湖、华容东湖等7个内湖进行现场调查及表层沉积物采样,采用主成分分析法、相关分析法分析了氮、磷和重金属的来源,同时运用综合污染指数法（FF）、地积累指数法（I_geo）与潜在生态风险指数法（RI）评价内湖的污染现状及其生态风险.结果表明:①南湖w（TN）高于洞庭湖区土壤背景值,累积倍数为0.03倍;华容东湖、南湖、冶湖、湘阴东湖、洋沙湖、黄盖湖w（TP）均高于洞庭湖区土壤背景值,累积倍数分别为1.94、1.63、0.84、0.53、0.28、0.26倍;各内湖中w（Cd）、w（Hg）、w（Cu）、w（Pb）、w（Cr）、w（Zn）、w（Ni）均高于洞庭湖沉积物背景值,累积倍数平均值分别为1.09、2.29、1.24、1.62、0.66、0.44、1.78倍.②主成分分析与相关性分析表明,第1主成分TN、Cu、Cr、Ni的质量分数主要受农业生产及养殖业影响,第2主成分Cd、Hg、Pb、Zn的质量分数受工业活动影响最大,第3主成分TP、As、Sb的质量分数主要受生活污染影响.③综合污染指数表明,南湖表层沉积物氮、磷面临重度污染,华容东湖、黄盖湖面临中度污染,湘阴东湖、鹤龙湖、洋沙湖面临轻度污染.④地积累指数表明,南湖表层沉积物重金属面临严重污染,黄盖湖、鹤龙湖面临重污染,湘阴东湖、华容东湖、冶湖面临偏中度污染,洋沙湖面临轻度污染.⑤潜在生态风险指数表明,南湖、湘阴东湖表层沉积物重金属面临较高风险,其余5个内湖面临中等风险.研究显示,洞庭湖区内湖表层沉积物不同程度受氮、磷及重金属污染,南湖综合污染尤为严重,内源污染应引起重视.      

基于沉积物中总氮和总磷垂向分布与吸附解吸特征的白洋淀清淤深度

针对白洋淀清淤示范区2种主要水体类型：开阔淀和鱼塘,采用沉积物总氮（TN）和总磷（TP）的垂向分布拐点法和吸附解吸平衡浓度法,开展了清淤深度确定研究.根据沉积物TN和TP含量垂向分布拐点法与吸附解吸平衡浓度分别确定的清淤深度是一致的.南刘庄示范区淀水体清淤深度为（50±10）cm,南刘庄示范区鱼塘水体清淤深度为（30±10）cm,采蒲台示范区鱼塘水体清淤深度为（30±10）cm.沉积物对NH₄⁺-N吸附/解吸平衡浓度（ENC₀）与交换态NH₄⁺-N含量和TN含量显著正相关;沉积物对溶解态活性磷（SRP）吸附/解吸平衡浓度（EPC₀）与沉积物交换态SRP含量和TP显著正相关.沉积物TN和TP含量可以预测沉积物对上覆水体释放氮、磷的风险.南刘庄和采蒲台清淤示范区沉积物有向上覆水释放氮、磷的趋势,沉积物是水体营养的来源.建议判别清淤深度TN控制值为750mg·kg^-1、TP控制值为500mg·kg^-1,沉积物剖面TN含量大于750mg·kg^-1、TP含量大于500mg·kg^-1,可设计为清淤层.     

宜昌市天福庙水库沉积物磷形态分布特征及其释放通量估算

为揭示天福庙水库沉积物中磷的形态及空间分布特征,探讨沉积物-水界面磷的释放通量及其主要影响因素,在天福庙水库库区内设立了6个采样点,采用SMT（磷形态标准测试程序）法测量其沉积物中磷的形态组成,对沉积物磷空间分布、间隙水及上覆水PO₄3-质量浓度变化特征进行了分析,估算了磷释放通量.结果表明:①库区沉积物中TP主要由Ca-P（钙磷）构成,TP在水库库尾和支流入库处具有较高的质量分数,分别为4 904.6、5 015.2 mg/kg.TP、IP（无机磷）、Ca-P时空动态具有一致性,磷矿石灰污染是重要原因.②孔隙水中PO₄3-质量浓度在沉积物表层1~3 cm内存在很高的峰值,达11.3 mg/L,各采样点均高于上覆水中PO₄3-质量浓度,存在向上覆水释放PO₄3-的风险,孔隙水中PO₄3-质量浓度与TP质量分数及磷形态相关.③采用孔隙水扩散模型法估算PO₄3-在沉积物-上覆水界面上的释放通量,库区沉积物磷释放通量范围为0.13~3.08 mg/（m2·d）,平均值为1.03 mg/（m2·d）,处于较高水平.研究显示,磷矿开采是干流沉积物磷来源和形态组成的重要原因,库区磷释放通量与水流扰动密切相关,坝前、支流交汇处、库尾是库区内源磷污染的主要区域.      

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.