滇池沉积物中磷的释放行为研究

滇池分为草海和外海两个水体,且草海污染较外海严重,但是外海的藻类爆发的频率和强度都高于草海。通过实验室模拟,研究了滇池草海与外海沉积物中磷的释放行为及其藻类爆发程度不同的原因。结果表明,两个沉积物中磷的释放动力学都表现了非单一的扩散过程,拟二级动力学模型可以较好描述释放过程。草海比外海总磷高7倍,但是在水中的释放只高2倍。对两个沉积物而言,由于与表面附着的磷有竞争作用,溶解胡敏酸的加入都显著增大了磷的释放。与草海相比,外海的水交换速率慢、水深浅、沉积物有机质含量低、内源磷释放强以及对外源磷缓冲能力弱,这些特征都是有利于藻类爆发的条件。研究表明抑制滇池藻类爆发要同时考虑对外源磷和内源磷的控制。     

滇西北剑湖沉积物磷形态、空间分布及释放贡献

采用连续分级提取法提取了剑湖沉积物中弱吸附态磷(NH_4Cl-P)、可还原态磷(BD-P)、铁铝氧化态磷(NaOH-rP)、有机质结合态磷(NaOH-nrP)、钙结合态磷(HCl-P)和残渣态磷(Res-P)6种形态的磷,并对表层(0~10 cm)沉积物磷形态水平空间分布、沉积柱芯(0~75 cm)磷形态垂向空间分布和释放贡献特征进行了分析.结果表明:表层沉积物6种磷形态平均含量差别较大,其含量由高到低排序为HCl-PRes-PNaOH-rPNaOH-nrPBD-PNH_4Cl-P;HCl-P含量是NH_4Cl-P的72倍,3种稳定磷形态(HCl-P、Res-P和NaOH-rP)含量是3种潜在可移动磷形态(NaOH-nrP、BD-P和NH_4Cl-P)含量的6.5倍.NH_4Cl-P、BD-P、NaOH-nrP和NaOH-rP含量的变异系数明显高于HCl-P和Res-P含量的变异系数.尽管表层沉积物6种磷形态的水平空间分布特征不尽相同,4条主要入湖河流入湖口区6种磷形态含量平均值之和是湖周浅水区的1.40倍,但能指示出入湖河流是外源磷污染物输入的主要通道.虽然沉积柱芯6种磷形态垂向空间分布特征各异,6种磷形态入湖口区表层平均含量分别是底层的1.60、1.87、1.87、1.61、1.18和1.15倍,其他湖区表层平均含量分别是底层的1.18、1.34、1.39、1.41、0.97和0.83倍,但除HCl-P和Res-P在其他湖区为随深度增加而缓慢递增外,基本上能反映出6种磷形态含量在入湖口区随深度增加而递减的程度都远强于其他湖区.外源磷输入和人为活动影响是3种潜在可移动磷形态和NaOH-rP的主要因素,流域地质背景是HCl-P和Res-P的主要影响因素.6种磷形态在入湖口区快释放贡献率多为负值,表示以滞留状态为主,慢释放贡献率全为正值,表示都为释放状态,滞留贡献最大和释放贡献最大的都是NaOH-rP;其他湖区快释放贡献率和慢释放贡献率多为正值,表示都以释放状态为主,NaOH-rP释放贡献最大,Res-P滞留贡献最大.     

滇池福保湾沉积物不同形态磷的垂向分布

应用SMT连续提取法分析滇池福保湾柱状沉积物的磷(P)形态,探讨P形态的垂向分布特征.沉积物中总磷 (TP)含量高,最高达4　200 mg/kg, 无机磷 (IP)是TP的主要部分,占TP的52%～91%, 铁/铝结合态磷 (Fe/Al-P)是IP的主要部分,占IP的55%～94%.同一湖区不同采样点的沉积物P形态的垂向变化不同,湖湾北端近河口处和南端远离河口处的沉积物中Fe/Al-P, IP, 有机磷 (OP)和TP含量随深度增加而增加,6～11 cm 层的含量最高,这与近年来入湖河流污染负荷削减和河堤阻隔导致P入湖量减少有关.河口处沉积物的钙结合态磷 (Ca-P)含量随深度增加而增加,最南端沉积物的Ca-P含量随深度增加而减少.离河口较远的沉积物中,Fe/Al-P, IP, OP,TP和Ca-P均随深度增加而减少.各点沉积物P形态的变化受该点人类活动带来的入湖污染物量的影响较大,距河口最远处的沉积物中P形态随深度变化不如其他点明显.      

光照对湖泊沉积物磷释放及磷形态变化的影响研究

将采自太湖的沉积物移至实验室内进行磷释放模拟实验.通过对水-沉积物界面在不同照度下的磷释放趋势研究发现,照度与水-沉积物界面的磷释放量有明显的负相关性.而藻类计数的结果表明,照度与底栖藻类生物量存在正相关性.由此可以推断,光照对沉积物磷释放的影响主要表现为受照度控制生长的底栖藻类吸收沉积物中释放的磷,阻挡其进入上覆水中.不同照度下pH变化的研究结果表明,pH的升高趋势随照度的增强而升高,稳定后的水体偏碱性.通过对在不同照度下沉积物中总磷及磷形态变化规律研究发现沉积物中总磷减少量表现为无光＞中照度＞高照度;沉积物中磷出现无机态减少,有机态增加的现象;照度越高,沉积物中NaOH-P(Fe(Al)-P)减少量与HCl-P(Ca-P)减少量的比例越大.     

城市河网区河流沉积物磷形态分布特征及释放贡献

以嘉兴城市河网区为研究区域,在调查区域水质和沉积物磷空间变化特征的基础上,分析沉积物中各形态磷的垂直与空间赋存状态,通过吸附释放参数计算EPC₀值,明确了沉积物-水界面磷迁移影响因素和沉积物中活跃磷素的释放风险和贡献.结果表明,研究区域水质氮磷污染较为严重,沉积物TP含量均值呈北部河网区>西部河网区>南部河网区,基于单因子指数法的生态风险评价为Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级的样本比例分别为10.91%、25.45%和63.64%.沉积物各形态磷整体呈现TP>IP>HCl-P>NaOH-P>OP,沉积物生物有效磷（BAP）整体呈现Olsen-P>AAP>WSP>RDP;在沉积物垂直剖面中,部分位点受到外界因素的强烈影响垂向波动较大,整体上是随深度的递增而减小,这与近年来研究区域接收的外源磷积累过程在加重有关.相关性分析表明,沉积物磷吸附容量（Q_max）与铁铝氧化物呈显著相关性 （p<0.05）;释放参数EPC₀与TP、IP与HCl-P呈显著相关性 （p<0.05）.结合BAP形态,研究区域河流沉积物NaOH-P、HCl-P、AAP、Olsen-P及WSP存在较高的释放潜力.南部河网区沉积物主要呈现磷“源”角色,西部和北部河网区部分区域沉积物充当磷“源”角色.南部河网区在长短时间尺度下的磷主要释放形态为NaOH-P、HCl-P和OP,北部河网区在长时间尺度下主要释放磷形态为NaOH-P、HCl-P,西部河网区在短时间尺度下主要释放形态以HCl-P为主,在长时间尺度下3种磷形态的释放风险仍然较高.     

藻类生长对滇池不同区域沉积物磷释放的影响

选择滇池5个代表性研究位点,分别采集沉积物和水样,在藻类发生的重灾区采集藻类,通过野外取样和实验室模拟试验,研究分析了藻类生长对滇池不同区域沉积物磷释放的影响。结果表明,加入藻类明显提高了沉积物速效磷和总磷的释放量;去离子水处理的沉积物速效磷和总磷释放量明显高于滇池水处理;各区域沉积物中以海埂的速效磷释放量最高,昆阳的总磷释放量最高。     

滇池沉积物磷形态的水平分布特征

本文以滇池33个表层沉积物样品为试验材料,采用分级提取的方法逐步提取沉积物中铁磷、铝磷和钙磷,分析沉积物中各磷形态的水平分布特征,结果表明:滇池沉积物总磷浓度的水平分布呈现南北高、中间低的状况,总磷的平均浓度为2 728 mg/kg,局部浓度超过13 000 mg/kg;铁磷、铝磷含量相对较低,不足30%,钙磷和有机磷含量较高,占70%以上;H+浓度影响活性磷的状态,与沉积物铁铝磷显著相关;铁铝磷作为总磷的重要组成部分与总磷显著相关(R=0.701,p0.01)。     

太湖沉积物磷形态及pH值对磷释放的影响

对太湖不同营养水平和不同特征的 4 种沉积物的总磷、磷形态、粒径组成、化学组成进行了分析,模拟研究了不同 pH 值对上覆水体中总溶解性磷和溶解性活性磷含量的影响.结果表明,太湖沉积物样品总磷含量在 336.1～3408.01mg/kg,属于中富营养化到极富营养化水平.pH 值是影响磷释放的重要因素,碱性条件下,促进NaOH-P 的释放;酸性条件下,促进 HCl-P的释放.严重富营养化湖区沉积物的磷主要由无机磷组成,其中主要是 NaOH-P,该区中 pH值增加会导致磷释放量的大幅度增加,而 pH值下降对磷释放量的影响较小.中富营养化湖区沉积物的无机磷组成中,部分湖区 NaOH-P 含量高,部分湖区 HCl-P 含量高,所以该区中 pH 值变化对沉积物磷释放的影响,由于 NaOH-P 和HCl-P 含量不同而存在差异,NaOH-P含量较高,pH值增加会导致磷释放量的大幅度增加;HCl-P 含量较高,pH值下降会导致磷释放量的大幅度增加.     

滇池沉积物间隙水中氮、磷形态及相关性的研究

对滇池40个样点沉积物间隙水中的氮、磷形态与浓度分析研究结果表明，滇池沉积物间隙水中磷的区域分布特征与其在水体中的分布特征相似，滇池南部间隙水中无机磷浓度较高，有机磷的浓度极低，而北部有机磷浓度较高；间隙水中氨氮（NH4^＋ -N），浓度高出硝酸盐氮（NO3^- -N）浓度约2个数量级，间隙水中氮向上覆水的扩散主要以氨氮为主．滇池沉积物间隙水中氮、磷浓度远高于水体中氮磷浓度，有较强的释放趋势．进一步研究间隙水中氮、磷的关系则表明，沉积物间隙水中总磷和总氮未见明显相关性，但间隙水中总磷、有机磷均与硝酸盐态氮呈负相关．     

镜泊湖沉积物各形态磷分布特征及释放贡献

将镜泊湖分为北部湖区、中部湖区、东部湖区、西部湖区、南部湖区共设置23个表层沉积物采样点和10个沉积柱芯采样点,采用The Standards,Measurements and Testing Programme （SMT）法测定沉积物中总磷（TP）、无机磷（IP）、有机磷（OP）、铁/铝结合态磷（NaOH-P）、钙结合态磷（HCl-P）.分析镜泊湖沉积物各形态磷的来源、空间分布特征和对磷释放的贡献.结果表明,镜泊湖湖区沉积物各形态磷有3个主要成分,其中成分1主要代表生活污水和工业废水,主成分2主要代表农业污染,主成分3主要代表碎屑岩、自生磷灰石和含磷矿物质等;镜泊湖沉积物各形态磷的空间分布具有一定的空间差异性,分布特征受镜泊湖水文特征和人类活动影响较大.湖区沉积物各形态磷含量整体而言随深度的增加不同程度的下降;对沉积物不同形态磷的磷释放贡献进行分析,分析表明,镜泊湖各湖区沉积物短时间尺度内以滞留为主,但在长时间尺度下具有一定的释放风险.     

复合硫酸铝控制滇池内源磷释放的有效性

在滇池福保湾重污染区域修建两个6m×6m围隔,向其中投加适量硫酸铝,利用原位钝化技术控制内源磷释放。通过采集柱状芯样,采用室内静态模拟沉积物PO43--P的释放,测定表层沉积物松散结合态磷含量。对照围隔表层沉积物中松散结合态磷含量(27.68~38.55mg/kg)约为硫酸铝处理围隔(11.09~13.85mg/kg)的3倍。结果表明,投加硫酸铝可有效抑制底泥中PO43--P的释放,显著降低表层底泥不稳态磷含量。     

滇池沉积物生物有效性氮和磷的分布及相互关系

利用化学连续提取法,对滇池8个采样点表层沉积物中的生物有效性氮和磷的分布进行了研究,并探讨了二者间的关系. 结果表明:滇池沉积物中w(TN)和w(TP)的分布特征具有显著差异,北部和南部因磷矿开采、外源污染输入导致其值较高,中部受水动力影响较大则其值相对较低;沉积物中生物有效性氮和磷包括离子交换态氮和磷(IEF-N,IEF-P)、弱酸可提取态氮和磷(WAEF-N,WAEF-P)、强碱可提取态氮和磷(SAEF-N,SAEF-P)以及强氧化剂可提取态氮和磷(SOEF-N,SOEF-P)等4种形态;各生物有效性氮对总的生物有效性氮的贡献顺序依次为w(SOEF-N)(68.1%～78.8%)>w(IEF-N)(10.1%～14.9%)> w(WAEF-N)(5.8%～8.9%)≈w(SAEF-N)(5.3%～8.7%),生物有效性磷的相对含量顺序依次为w(SAEF-P)(68.6%～75.2%)>w(SOEF-P)(23.4%～30.0%)>w(WAEF-P)(0.6%～1.8%)>w(IEF-P)(0～0.1%);生物有效性氮和磷具有正相关性,二者迁移转化的趋势可能具有一致性. 生物有效性氮和磷的比值分析表明,沉积物中生物有效性氮和磷的形态差异影响氮、磷的矿化和释放速率.      

南四湖表层底泥磷的化学形态及其释放规律

对南四湖8组表层底泥样品中的总磷及6组样品磷的化学形态进行了测试,同时,进行了不同的温度、pH及扰动条件下底泥磷释放实验。结果表明:表层底泥中总磷含量较高,0.801～1.483mg/g,其中,南阳湖和独山湖河流入湖口附近总磷含量高;磷主要以铁结合态磷Fe-P存在,含量0.745～1.332mg/g,占总磷TP的89.81%～95.48%,铝结合态磷Al-P含量为0.3781～1.0046μg/g,占TP的0.042%～0.088%,碎屑态磷Ca-P含量为6.6439～72.1862μg/g,占TP的0.582%～4.868%,闭蓄态磷Oc-P含量为0.6914～3.2624μg/g,占TP的0.042%～0.332%,交换态磷Ex-P,含量为4.7541～19.3843μg/g,占TP的0.321%～1.049%。有机磷Or-P含量在0.5869～9.2546μg/g,只占TP含量的0.057%～0.811%。南四湖表层底泥中无机磷占绝对优势,说明南四湖底泥主要以无机相沉积,因此底泥中的磷极易释放进入水相。磷释放与多种因素有关,释放实验表明,温度的升高和扰动作用有利于底泥磷的释放,酸性条件下底泥磷的释放量要大于碱性条件。     

武汉东湖底质磷释放对水体的影响

以超额磷负荷为评价指标,计算武汉东湖底质中磷的可释放量为439.4t,底质磷释放实验表明其释放速率为9.47mg/m2·d。东湖底质磷释放对水体磷水平的贡献达到25%。预测在无新外源输入条件下,其内源污染仍会使水体在近20年内保持高的磷水平。     

滇池典型湖区沉积物粒径与重金属分布特征

对滇池3个代表性湖区(草海、湖心区、外海南部)表层(0~10cm)沉积物的粒径组成进行了分析,测试了不同粒径沉积物的主要理化性质和Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Fe、Mn、Cd等8种重金属的质量分数,并对滇池沉积物中重金属质量分数的粒径效应作了校正. 结果表明:滇池表层沉积物粒径主要分布在<250μm的范围内;粉砂(4~<63μm)所占比例最大,平均达到60%;黏土(<4μm)次之,平均占19%. 随着粒径的减小,大部分重金属质量分数在不同粒径的沉积物中呈增加趋势. 重金属在细粒径(<63μm) 沉积物中所占比例平均达79%,显著高于其他粒径(63~<125、125~<250μm). Cr、Cd、Cu、Pb、Zn和Ni具有相似的富集特性,其质量分数高值均出现在粒径为4~<63μm的沉积物中,该粒径沉积物中6种重金属的质量分数分别为土壤背景值的2.04、9.77、4.35、5.11、3.47和4.60倍;而w(Fe)和w(Mn)在各粒径沉积物中无明显差异. 黏土校正结果与不同粒径沉积物黏土校正的理论计算值相差不大. 黏土校正与参比元素校正都适合校正滇池不同粒径沉积物的重金属质量分数.      

洪泽湖不同湖区表层沉积物中磷的形态和分布特征

采用七步连续提取法对洪泽湖9个不同湖区的表层沉积物中总磷(TP)、有机磷(OP)及各种无机磷(IP)形态进行了分析,结果表明,所测洪泽湖表层沉积物中TP含量范围为630.6～1403.4mg.kg-1,以IP为主,占TP含量的67.7%～83.6%;OP含量占TP含量的16.4%～32.3%。受淮河、濉河河水注入的影响,所研究沉积物中TP、IP和OP含量的最大值均出现在靠近入湖口的临淮乡区。IP分为6种形态磷,即交换态磷(Ex-P)、铝结合磷(Al-P)、铁结合磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、自生钙磷(ACa-P)和碎屑钙磷(De-P),其中以De-P为主,其次是Fe-P,分别占TP的25.1%～37.3%和18%～35.5%,Ex-P、ACa-P和Al-P含量相对较低,Oc-P含量最低。Ex-P、Al-P和Fe-P作为洪泽湖表层沉积物中潜在的生物可利用磷,其总量占TP的22.5%～41.7%。相关分析表明,TP与IP之间存在着极显著的相关性,与OP的相关性较差,表明沉积物中TP的含量主要是由IP控制。     

滇池表层沉积物中氨氮的释放特征

为研究滇池内源污染特征,于2013年在滇池全湖布设36个采样点,采集表层沉积物样品,并对沉积物中w(NH₄+-N)的分布及NH₄+-N释放动力学特征进行研究. 结果显示:滇池表层沉积物中w(NH₄+-N)为155.8～667.8 mg/kg,平均值为333.7 mg/kg,湖心区域最高. 0~5 min内NH₄+-N释放速率最大,可达到3.34～42.31 mg/(kg·min); 5 min后NH₄+-N释放速率逐渐降低,并在120 min左右基本达到释放平衡. 沉积物中NH₄+-N的释放潜能为17 147～34 163 mg/kg,NH₄+-N释放量随着水土质量比的增加而增大;滇池大部分区域NH₄+-N的释放潜能相对较高,特别是在草海北部以及外海盘龙江河口处. 滇池沉积物中NH₄+-N释放速率、释放潜能均高于长江中下游湖泊沉积物;与同为高原湖泊的洱海相比,其沉积物中NH₄+-N释放速率基本相当,但是NH₄+-N释放潜能却远高于洱海,表明滇池表层沉积物中NH₄+-N具有非常高的释放风险.      

滇池沉积物磷内负荷及其对水体贡献的研究

在滇池全湖选取 1 1 0个采样点 ,调查了沉积物磷的营养状况 ;外海不同方位选取 6个采样点 ,研究了沉积物磷的赋存形态、剖面分布及其对水体的贡献 .结果表明 ,滇池沉积物表层 ( 0～ 5cm)总磷含量主要变化在 2～ 3g·kg-1 ,最大值为 6 6 6g·kg-1 .沉积物剖面表明 ,表层总磷含量远高于底层 ,在 0～ 1 0cm总磷含量随深度增加而迅速降低 .在点 4、点 5和点 6 ,不同形态磷的含量顺序为NaOH P ,Org P >HCl P >BD P >NH4Cl P .滇池南部 (S1、S2 )沉积物钙结合态磷含量较高 ,表现为HCl P >NaOH P ,Org P >BD P >NH4Cl P(表层 0～ 2 0cm) .沉积物表层 0～ 1 0cm活性磷含量很高 ,且随深度增加含量急剧下降 ,滇池北部沉积物具有很大的释磷潜力 .可溶性磷在水 土界面的浓度梯度为沉积物磷向水体扩散提供了条件 ,在外源减少的情况下沉积物磷内负荷将在一定时间内成为滇池富营养化的主导因子