氧化还原电位及微生物对水库底泥释磷的影响

为了解上覆水环境以及生物作用对水库底泥释磷作用的影响,本研究通过选取石砭峪水库底泥作为贫营养水库底泥代表,在实验室模拟了不同物理化学条件及不同微生物条件下水库底泥静态释磷过程.实验期间调查了上覆水处溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、pH等条件的影响,定期监测了上覆水中的溶解性正磷酸盐(PO3-4)、总磷(TP)、亚铁离子(Fe2+),反应开始前与结束后测定了底泥中不同持留形态的磷组分,其中包括铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、总磷(TP),同时测定了反应前后底泥中碱性磷酸酶活性(APA).实验证明,ORP0 mV的强还原性条件能够促进底泥中的磷大量释放,同时伴随着大量的Fe2+进入上覆水中.底泥中释放的磷是以Fe/Al-P和IP为主,并且进入水体中的磷大部分是PO3-4,占超过水体中TP的50%以上.底泥中微生物的活动能够促进OP的分解和转化,对底泥中其他形态的磷转化为PO3-4进入水体影响不大.同时微生物也可以吸收上覆水中除PO3-4之外的磷营养进入底泥中储存起来.     

东昌湖表层沉积物的磷赋存形态

对东昌湖表层沉积物,应用Ruban等在欧洲标准委员会框架下发展的淡水沉积物磷形态分离法(SMT)测定铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙结合态磷(Ca-P)、无机磷(IP)、有机磷(OP)和总磷(TP),分析TP与总氮(TN)和总有机碳(TOC)之间的相关性,结果表明,东昌湖表层沉积物的总磷含量在428.67—933.95 mg.kg-1之间,平均含量为597.78 mg.kg-1;沉积物的磷以IP为主,占TP的70.06%—91.08%,以OP为辅,占TP含量的12.31%—26.40%.IP中以Ca-P为主,占TP含量的64.67%—94.51%,Fe/Al-P仅占TP的2.57%—10.40%,从各形态磷占TP的百分比来看,Ca-P>OP>Fe/Al-P.东昌湖表层沉积物向上覆水体释放磷的潜力不大.东昌湖沉积物TP含量与梁子湖、太湖、洪泽湖、东湖和南四湖的TP含量相当,低于玄武湖和滇池;Fe/Al-P含量比我国其它湖泊要小1—2个数量级;Ca-P含量较国内其它湖泊的Ca-P含量高.表层沉积物的TP与TN、TOC之间呈极显著正相关关系,TP分布受到TN和TOC的输入影响.     

农业小流域源头区池塘底泥磷形态和吸附特征

选择开慧河小流域源头区为研究对象,分析3类池塘(近年来由农田改建的人工塘为第Ⅰ类,受人为影响大的山边塘为第Ⅱ类,受人为影响小的山边塘为第Ⅲ类)的水质、底泥理化性质和底泥磷吸附特性。结果表明,3类池塘底泥的全磷、草酸提取态磷、不同形态无机磷(NH4Cl-P除外)以及生物可利用性磷(BAP)含量从大到小依次均为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类,与3类池塘水质状况相一致。无机态磷中不同形态磷含量从大到小依次为金属氧化物结合态磷(NaOH-P)、钙结合态磷(HCl-P)、可还原态磷(BD-P)和弱吸附态磷(NH4Cl-P),其中,NaOH-P是主要赋存形式(占68.51%)。BD-P含量和HCl-P含量分别与活性铁(Feox)含量呈显著正相关(P0.01),NH4Cl-P含量和NaOH-P含量分别与活性铝(Alox)含量呈显著正相关(P0.05)。采用Langmuir方程拟合吸附数据得出:Ⅰ类(塘1、6和12)、Ⅱ类(塘10和11)和Ⅲ类(塘3)池塘底泥吸附/解吸平衡磷浓度(C0EP)、磷最大吸附量(Smax)和磷吸附键能参数(Kc)分别为0.02~0.12 mg·L-1、526.32~826.45 mg·kg-1和0.31~1.11 L·mg-1。其中,塘6底泥Smax和Kc最小,C0EP最大,潜在磷释放风险大;塘10和11具有较高的Smax、Kc及较低的C0EP值;塘3底泥对磷的吸附能力介于Ⅰ和Ⅱ类塘之间。可见,研究区人类活动输入外源污染物在一定程度上影响了池塘底泥磷含量和吸附特性,在控制农业小流域源头磷污染的同时应考虑磷的流入负荷及水体底泥的磷吸附能力。     

镧改性沸石改良太湖底泥的磷吸附特征

采用镧改性沸石对太湖底泥进行改良,通过吸附试验分析镧改性沸石改良太湖底泥的磷酸盐吸附特征.结果表明,Langmuir和Freundlich等温吸附模型可以较好地描述太湖底泥对水体中较高浓度磷酸盐(1～15 mg·L-1)的吸附平衡,根据Langmuir吸附方程,未改良太湖底泥对水体中磷的最大吸附容量为791 mg·kg-1,镧改性沸石添加量为10、25和50 g·kg-1的改良太湖底泥对水体中磷的最大吸附容量分别为937、1 037和1 505mg.kg-1.准二级动力学模型可以较好地描述太湖底泥对磷酸盐的吸附动力学过程.太湖底泥对磷酸盐的去除能力随pH值增加而降低,其对磷酸盐的吸附属于自发和吸热过程.改良太湖底泥对磷酸盐的吸附能力明显高于未改良太湖底泥,并且其吸附能力随镧改性沸石添加量的增加而增加.镧改性沸石添加量为10～50 g · kg-1的改良太湖底泥的磷吸附-解吸平衡浓度为0.129～0.241 mg·L-1,明显低于未改良太湖底泥(0.386 mg·L-1).被改良底泥中镧改性沸石所吸附的磷以NaOH-P和HCl-P等较稳定的形态存在,厌氧状态下不易释放.     

镧改性膨润土对长荡湖底泥磷的释放机制

在监测常州长荡湖水样和沉积物磷形态与含量的基础上,开展了在温度、pH、溶氧度等不同环境因子背景下镧改性膨润土对底泥磷释放的抑制效果研究.通过对比监测上覆水体磷的浓度、底泥磷的形态变化,考察了镧改性膨润土对水体磷的钝化效果以及底泥磷的固定作用.结果表明,镧改性膨润土可以很好地抑制底泥释磷,抑制底泥的释放率达到了55%—75%.温度和溶氧度的变化对镧改性膨润土的抑磷率无影响,而强酸碱(pH=4、pH=10)环境相较与中性环境(pH=7)抑磷效率减少15%;沉积物中Ex-P和Fe/Al-P等活性态磷含量下降了55%—60%,而Ca-P等稳定态磷含量上升1—1.1倍,说明镧改性膨润土可以改变沉积物磷的形态,由不稳定态转化为稳定态,提高了底泥对磷的滞留能力,降低了对上覆水释放的风险.利用镧改性膨润土控制长荡湖水体磷污染具有较好的应用前景.     

规模猪场沼液沉淀池底泥中磷形态变化特征

以规模猪场污染物排放定位监测点为依托,利用SMT法系统研究二级串联沉淀池0～10和10～20 cm深度底泥中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、NaOH提取态磷(NaOH-P)和HCl提取态磷(HCl-P)浓度变化特征。研究发现,0～10 cm深度底泥中各形态磷含量均高于10～20 cm深度底泥,且沉淀池I沉淀池Ⅱ。在沉淀池I的底泥中,各形态磷含量由大到小依次为HCl-P、NaOH-P和OP。在沉淀池Ⅱ的底泥中,各形态磷含量由大到小依次为OP、NaOH-P和HCl-P。HCl-P(惰性磷)占比均表现为0～10 cm深度高于10～20 cm深度,沉淀池I沉淀池Ⅱ,说明更深层底泥和二级沉淀池底泥中的磷活性更高。该研究可为提高沼液贮存池底泥中磷的安全合理利用提供参考。     

零价铁原位控制底泥磷释放及联合磁性分离除磷技术

水体富营养化是常见的世界性水体生态系统障碍问题之一,给人类生产、生活造成了广泛而严重的影响,同时也是造成世界各地结构性缺水的重要原因之一。底泥磷释放是水体富营养化的重要原因,但目前常用的控磷技术往往成本较高,内源磷再释放风险仍然较大。该研究按铁-泥质量比1.00%、3.33%、5.00%、10.00%,分别向富磷底泥投加的铁粉来模拟零价铁控磷过程,通过分析3、7、14、21、28、35d内底泥磷形态的变化趋势,研究零价铁控磷过程及磁性分离除磷技术的应用前景。结果表明:底泥中水溶性磷、弱结合态磷是水体磷元素的主要来源,零价铁对底泥中高生物活性的弱吸附态磷(NH4Cl-P)去除率最高可达75%,对水溶性磷的去除率可达90%以上,向富磷底泥投加零价铁能够原位富集、降低内源磷生物有效性,阻断底泥向水体释磷的过程;零价铁原位控制底泥磷释放主要依赖于零价铁氧化形成的铁离子和铁氧化物与磷酸根的沉淀和共沉淀过程,加入零价铁后水溶性磷和弱结合态磷主要向铁结合态(Fe-P)转化,联合外加磁场后大部分可随铁粉拔出,最终达到安全高效地去除水体和底泥表层中高生物有效性磷的目的。该方法可以有效解决挖掘清淤、疏浚等控磷方法高成本、易反复的问题,为高效原位治理水体富营养化,保障湖泊、水库生态环境安全提供有价值的技术方法。     

猪和奶牛粪污厌氧发酵中固相磷形态变化分析

采用H2O、NaHCO3、NaOH和HCl连续抽提法分析了猪和奶牛粪污厌氧发酵前后固相磷的形态和含量。结果表明,猪粪厌氧发酵后的出料(沼液)固相中酸溶磷(HCl-P)所占比例为85.50%,较进料显著提高(P0.05);NaHCO3提取态磷(NaHCO3-P)、残留磷、水提取态磷(H2O-P)和NaOH溶性磷(NaOH-P)所占比例分别为5.83%、4.71%、2.15%和1.81%,均较进料有不同程度降低。牛粪厌氧发酵后排放的沼液固相中HCl-P、NaHCO3-P、H2OP、残留磷和NaOH-P所占比例分别为53.73%、19.62%、12.66%、8.60%和5.39%,均较进料无显著变化。沼液固相中各形态无机磷占总磷的比例为60.98%~100.00%。厌氧发酵运行结束后,猪粪沼渣固相中各形态磷含量由高到低依次为HCl-P、NaHCO3-P、残留磷、H2O-P和NaOH-P,分别占沼渣固相总磷的87.43%、5.17%、4.33%、1.79%和1.28%;牛粪沼渣固相中各形态磷含量由高到低依次为HCl-P、NaHCO3-P、H2O-P、残留磷和NaOH-P,分别占沼渣固相总磷的69.74%、9.91%、8.75%、8.30%和3.30%。猪粪经厌氧发酵后,磷由液相向固相转移,而固相中水溶态磷向难溶态磷转化;牛粪沼渣中的磷较猪粪沼渣中的磷更难被作物吸收利用。     

广州市流花湖表层底泥磷的形态与生物可利用性

应用经改进的Psenner连续提取法对广州市流花湖表层底泥中的磷进行了连续提取和测定。结果表明,流花湖底泥中总磷含量在1.28~2.15 mg/g,流花湖总磷含量最高在L2点,最低在L3点。湖泊表层底泥总磷主要由金属氧化物结合态磷、有机磷和钙结合态磷组成,可还原态磷和弱吸附态磷仅占很少部分。不同形态磷的含量顺序是金属氧化物结合态磷NaOH-P>有机磷Org-P>钙结合态磷HCl-P>可还原态磷BD-P>弱吸附态磷NH4Cl-P。底泥中生物可利用性磷的含量达0.76~1.00 mg/g,平均含量为0.91 mg/g,占总磷的45.47%~64.71%。说明流花湖底泥的磷有较好的生物可利用性,将为水体藻类大量繁殖提供潜在的有利条件,因此在湖泊治理恢复过程中,应该采样有效的措施来控制底泥磷的内源释放。     

广州流花湖底泥磷的垂直变化特征

广州流花湖是典型的城市景观浅水湖泊。应用经改进的Psenner连续提取法,分析了广州市流花湖底泥中各形态磷的垂直分布。结果表明,不同采样点底泥的理化性质和磷的形态垂直变化存在较大的差异;不同形态磷的质量分数由小到大的顺序是NaOH-P,Org-P,HCl-P,BD-P,NH4Cl-P,其中NaOH-P和Org-P是底泥磷的主要赋存形态,分别占底泥总磷质量的47.28%和24.23%,说明了流花湖底泥人为污染较严重;底泥生物可利用磷的质量分数在0.50～1.45 mg.g-1,平均质量分数为0.93 mg.g-1,约占总磷的58.57%,表明流花湖底泥的磷具有较好的生物可利用性,将为水体藻类大量繁殖提供潜在的有利条件。流花湖底泥中有机磷、金属结合态磷和生物可利用磷垂直方向上的分布变化规律较复杂。     

几种改性磷肥肥效研究初报

在与过磷酸钙生产类似的亚艺条件下,在磷矿粉中加入一定比例的添加剂,研制出3种改性磷肥。化学分析结果表明,在改性磷肥有效磷中,水溶性磷比例下降。盆栽试验结果显示,在等质量施肥条件下,3种改性磷肥均有较大幅度的增产,且植株吸磷量和磷含量有显著的增加。     

北京市房山区农田表观磷平衡分析

农田土壤养分的积累使潜在农业非点源污染负荷增加,为对农田磷素优化管理、水环境质量改善及环境政策制定提供科学依据,通过OECD土壤表观磷素平衡模型,以2001、2003、2005和2007年北京市房山区农田的磷素平衡核算框架和数据库为基础,结合GIS技术对该区域磷素平衡强度进行了分析.结果表明,化肥是房山区农田养分中磷素投入最重要的来源,化肥平均磷投入量随着时间的增加而增大,从2001年的111.34 kg·hm~(-2)增加到2007年的407.42 kg·hm~(-2),局部地区已远超过华北地区和全国平均水平.房山地区农田磷素输入总量和土壤表观磷平衡总量在2001-2007年表现为先降低后增加,而磷的输出量一直呈下降趋势;平均磷素投入量和平衡强度以较大速率逐年递增.区域表观磷素平衡量具有明显的空间变异特征,2001-2007年房山地区农田磷素盈余趋势表现为南高北低,中部和南部的磷素平衡强度一直在持续增加,特别是东南部和西南部地区增加速度较快.磷素平衡的驱动力的变化是造成磷素平衡空间差异得直接原因,总体表现为种植业驱动型盈余>双驱动型盈余>养殖业驱动型盈余.     

农田施用水葫芦对水稻磷素吸收利用的影响

为促进农田流失养分的循环利用,2009、2010年以粳稻品种运2645为供试材料,设计农田施用水葫芦(将晒干水葫芦按4 500 kg hm-2农田施用)、不施用水葫芦处理和施氮(N)量为120 kg hm-2(LN)、240 kg hm-2(NN)处理,研究其对水稻不同生育时期磷(P)素含量、吸收、分配和利用效率的影响.结果表明:1)农田施用水葫芦后,水稻不同生育时期植株含P率显著提高,各生育时期P素吸收量显著提高;2)农田施用水葫芦对水稻不同生育时期P素在茎鞘、叶片和穗中分配比例均无显著影响;3)农田施用水葫芦后,除够苗期外,水稻不同生育时期P素干物质生产效率极显著降低,P素籽粒效率显著降低,但P素收获指数无显著变化;4)农田施用水葫芦后,水稻产量显著提高;5)增施N肥后,水稻不同生育时期的植株P素含量和吸收量多得到显著或极显著的增加,P素干物质生产效率和P素籽粒生产效率多明显下降;6)水葫芦×N处理对稻株P素吸收利用多无显著互作效应;农田施用水葫芦使水稻植株含P率、P素吸收量显著提高,使P素干物质生产效率和P素籽粒生产效率多显著降低.     

厌氧除磷同步脱氮及影响因素研究

采用鸡粪污泥为种泥,在厌氧混合连续流反应装置内进行厌氧还原磷产生磷化氧功能菌的富集,进行硝酸盐、硫酸盐、不同碳源和氮源条件下厌氧除磷效率的研究,并考察磷化氧的生成与硝酸、总磷、氨氮去除的关系.结果表明,(1)SO_4~(2-)-S适宜的投加量为26 mg·L~(-1),不投加NO_3~--N.水中含有氧化态的无机物在厌氧条件下与磷争夺[H]导致厌氧除磷的效率下降.(2)合适的碳源为葡萄糖1 000 mg·L~(-1),纤维素不适合作为碳源,合适的氮源为蛋白胨500 mg·L~(-1),水中含有的还原糖和有机氮源促进磷化氧的生成.(3)pH值控制在6.5～7.0的范围,最适宜的生长温度在35℃左右.(4)氨氮的去除率随着总磷的去除率而增加,在厌氧条件下可达到同时脱氮除磷的效果.磷的去除由厌氧除磷菌还原磷生成磷化氧完成,氨氮由生成氮气或生成蛋白质来去除.     

热带胶园土壤磷素形态和生物有效性

采用Hedley的磷素分级方法研究热带胶园土壤磷的形态,结果表明、热带胶园土壤磷主要以ResidualP、NaOH－Po和NaOH－Pi形态存在;各种形态磷的损失质量分数均高于38％;其中ResidualP和NaOH－Po的损失量最高,分别占全磷损失量的52％和16％,它们是长期耕作条件下热带胶园土壤磷两种最重要的有效磷源。     

土壤磷素循环及其对土壤磷流失的影响

农业非点源磷的输出是造成地表水富营养化的主要因素之一,弄清土壤磷的流失机理可为进一步控制农田径流磷的流失提供理论依据.文章总结了国内外在土壤磷素循环研究成果,并对其加以评述,在此基础上分析了土壤磷素循环对研究土壤磷的径流流失的重要作用.关健词土壤磷;循环;流失     

不同氮肥与磷肥的互作效应

利用盆栽试验研究了潮土中不同氮肥与磷肥的互作效应，结果表明：不同氮肥与磷肥的配合施用对潮土中油菜的生长和养分吸收有显著的交互作用。生长初期，施氮并不能促进、甚至会抑制油菜的生长，氯化铵较其它氮肥作用突出。随着生长期的延长，氮肥对油荣生长的促进作用逐渐显现，但氯化铵的促进作刚仍低于其它氮肥。植株养分累积受不同氮肥影响的规律与植株干物质累积表现的规律基本一致。土壤有效磷含最受不同氮肥影响较小，而水溶性磷含量因施用不同氮肥表现出显著的差异，特别是在生长初期的土壤中。相关分析结果表明，油菜生长初期的干物质质量与土壤水溶性磷含量达到极显著相关（r=0．727^＊＊）。因此推测，不同氮肥对油菜生长的影响可能因氮肥降低土壤中磷的有效性所致，这些结果对今后的合理施肥提供了重要的参考依据。     

接种Glomus versiforme对红三叶草利用有机磷的影响

以红三叶草为材料,利用三室隔网培养方法,研究接种菌根真菌Glmous versiforme对土壤有机磷及外加有机磷化合物植酸钠（Na-Phytate)、核糖核酸（RNA）和卵磷脂（Lecithin)的利用效率,植株生长7wk后收获测定植标干物重、含磷量和根系菌根侵染率,结果表明：接种菌根真菌能明显增加植株干物重、含磷量和吸磷总量,与各有机磷处理相比,无机磷（KH2PO4）处理生长效应最好,施用有机磷化合物各处理与CK相比均明显促进了植株生长,但不同有机磷处理之间没有显著差异,在植株吸磷量上,各接种处理均为相应CK处理的2倍以上,其中磷酸二氢钾处理吸磷量最高,菌根对照植物的根外菌丝虽然被限制在有限的空间内,但其吸磷量也达到不施磷的CK－M处理的2倍多,这说明由于菌根的形成植物能利用土壤因有的有机磷来满足自身生长的需要,表3参10     

东湖、汤逊湖和梁子湖沉积物磷形态及pH对磷释放的影响

文章采用淡水沉积物中磷形态标准测试程序(SMT)研究了东湖、汤逊湖和梁子湖沉积物中磷的形态分布,并比较了不同pH条件下沉积物磷释放特征的差异性。结果表明:东湖沉积物总磷质量分数最高,平均值1.232 mg.g-1,其次为汤逊湖(0.762mg.g-1),梁子湖沉积物总磷质量分数最低(0.572 mg.g-1);3个湖泊上覆水总磷质量浓度也表现出类似的变化规律,线性相关性分析显示上覆水中总磷质量浓度与沉积物总磷质量分数显著正相关。东湖和梁子湖沉积物总磷中无机磷和有机磷所占比例较接近,汤逊湖无机磷所占比例远低于有机磷。不同湖泊之间磷形态的分布并没有一定的规律性,湖泊的地理分布以及人为因素可能是造成磷形态差异的主要因素。当pH为2.0~7.0时,3个湖泊沉积物中溶解性活性磷(SRP)释放量均呈先增加后减小的趋势;当pH为7.0~12.0时,SRP释放量呈增加趋势。相关分析结果表明,SRP的释放与有机质的质量分数无显著相关性。方差分析结果显示3个湖泊沉积物在黏粒和粉粒组成上均没有显著差异(P>0.1),表明实验样品的粒径组成不是造成各个湖泊间磷释放差异的原因。不同pH条件下,SRP释放量与沉积物总磷质量分数显著正相关;酸性环境下,SRP释放量与酸式磷(HCl-P)的相关性优于碱式磷(NaOH-P),碱性环境下则刚好相反。     

静态条件下底泥中不同形态磷的变化规律

上覆水中磷被结合到底泥中时,不同形态磷的数量将会改变, 由此导致磷的释放能力和生物有效性被显著改变.以富营养化河道上覆水和底泥为材料,考察了静态条件下,底泥中不同形态磷的变化规律及其对磷的生物有效性的影响.结果表明, 潜在活性磷(PMP)含量显著增加,NH4Cl-P、BD-P、NaOH-nrP分别增加了297.68%、1O.73%、30.49%.难释放态磷则基本保持不变.潜在活性磷对生物有效磷的形成具有显著的影响,4种生物有效磷中的3种(WSP、Olsen-P、AAP)均与其在a<0.01水平上显著正相关,并且其对AAP形成的影响最为显著.因此推测,静态条件下,当上覆水中磷向底泥迁移时,首先会形成潜在活性磷和生物有效磷.