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.      

五大连池表层沉积物中不同形态磷的分布

选取东北地区典型湖泊五大连池为研究对象,采用连续提取方法测定了磷酸二钙(Ca2-P)、磷酸八钙(Ca8-P)、磷灰石(Ca10-P)、铝磷(Al-P)、铁磷(Fe-P)和闭蓄态磷(O-P),研究了表层沉积物中不同形态磷的含量及各形态磷之间的相关性.结果表明,沉积物中总磷含量在519 mg/kg～1 338.03 mg/...     

大辽河水系沉积物剖面磷的形态和分布特征

用柱状采样器在大辽河水系采集4个沉积物柱,利用选择性连续提取法研究了沉积物中磷的形态,探讨了磷与铁、铝、钙和有机质含量之间的关系及磷的生物有效性.结果表明,大辽河水系沉积物总磷(TP)含量在323～2 619 mg·kg~(-1)之间.除浑河剖面25～47 cm深度外,钙结合态磷(Ca-P)含量最高,约占TP的40%以上.其次为铁结合态磷(Fe-P)和残渣态磷(RES-P),各占TP的15%～25%.第三为闭蓄态磷(RS-P)和铝结合态(Al-P),各占TP的5%～10%. 溶解与弱结合态磷(S/L-P)的含量仅占TP的0.5%以下.浑河剖面25～47 cm深度,P的大量积累导致Fe-P、Al-P含量升高,分别占TP的19.6%～34.1%和6.2%～23.4%;而Ca-P占TP的含量下降,为TP的14.6%～35.6%.河流下游(大辽河)沉积物较上游(浑河和太子河)沉积物含有较高的S/L-P、Al-P和Fe-P,因此有较高的释放风险和生物可用性.相关分析表明,除浑河剖面25～47 cm深度外,沉积物Fe结合P(Fe-P+RS-P)、Ca-P 和RES-P分别与沉积物Fe、Ca和有机质含量正相关,但Al-P与Al的含量不相关;而且,TP含量与Fe、有机质含量正相关,与Al、Ca含量不相关.大部分沉积物中Fe与TP的摩尔比为20.9～33.9,表明有进一步固定磷的能力. 磷的生物有效性分析结果表明,大辽河水系沉积物中潜在生物有效磷含量在67.99～1 450.86 mg·kg~(-1),对水体富营养化构成潜在威胁.     

磷酸钙对铀矿下游水系沉积物中铀的钝化效果

利用Ca3(PO4)2对模拟铀污染土壤进行钝化处理,分析了Ca3(PO4)2投加量对其中有效态铀的钝化效果,基于此,采集粤北某铀矿下游水系沉积物,利用逐级化学提取法开展了Ca3(PO4)2固定前后铀赋存形态研究.结果 表明:沉积物中铀主要赋存于铁锰氧化物结合态中,添加Ca3(PO4)2可降低沉积物中有效态铀的含量.溪流...     

氧化还原循环过程中沉积物磷的形态及迁移转化规律

为研究沉积物在氧化还原循环过程中磷循环迁移转化机制,通过控制实验模拟分析氧化还原条件下,上覆水理化性质变化特征、沉积物各形态磷变化及机制研究,并量化沉积物中磷的重新分配和沉积物磷酸盐的释放通量影响。结果表明,(1)氧化还原电位Eh和pH体系、硫体系、碳体系以及与磷相关性密切的铁体系变化规律具有周期性,并对解释沉积物-水两相界面磷的迁移转化机制有重要作用;(2)在氧化还原循环过程中,各形态磷含量随着氧化还原条件和时间变化,根据水-沉积物磷素变化量化分析可得,可还原态磷(BD-P)和铁铝结合态磷(NaOH-rP)是可逆地重新分配到弱吸附态磷(NH4Cl-P)、聚磷/有机磷(NaOH-nrP)、残渣态磷(Rest-P)和间隙水溶解性活性磷(SRP)中,且沉积物中变化量93.7%的磷在还原反应时不会释放到水体中;(3)上覆水总磷(TP)浓度变化的92%为上覆水的SRP,表明水-沉积物在该循环过程中以水溶性磷交换为主;(4)根据Fick第一定律得,还原阶段磷扩散通量最大值为0.58mg·(m2·d)-1,而氧化阶段第7d扩散通量约为0.16~0.22mg·(m2·d)-1;氧化反应阶段,扩散通量随时间逐渐降低,还原阶段的变化趋势相反,表明还原状态会加速沉积物磷的扩散程度,而曝氧降低了沉积物磷扩散通量。     

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.     

氧化还原循环过程中沉积物磷的形态及迁移转化规律

为研究沉积物在氧化还原循环过程中磷循环迁移转化机制,通过控制实验模拟分析氧化还原条件下,上覆水理化性质变化特征、沉积物各形态磷变化及机制研究,并量化沉积物中磷的重新分配和沉积物磷酸盐的释放通量影响.结果表明:(1)氧化还原电位Eh和p H体系、硫体系、碳体系以及与磷相关性密切的铁体系变化规律具有周期性,并对解释沉积物-水两相界面磷的迁移转化机制有重要作用;(2)在氧化还原循环过程中,各形态磷含量随着氧化还原条件和时间变化,根据水-沉积物磷素变化量化分析可得,可还原态磷(BD-P)和铁铝结合态磷(Na OH-rP)是可逆地重新分配到弱吸附态磷(NH4Cl-P)、聚磷/有机磷(Na OH-nrP)、残渣态磷(Rest-P)和间隙水溶解性活性磷(SRP)中,且沉积物中变化量93. 7%的磷在还原反应时不会释放到水体中;(3)上覆水总磷(TP)浓度变化的92%为上覆水的SRP,表明水-沉积物在该循环过程中以水溶性磷交换为主;(4)根据Fick第一定律得,还原阶段磷扩散通量最大值为0. 58 mg·(m~2·d)-1,而氧化阶段第7 d扩散通量约为0. 16～0. 22 mg·(m~2·d)-1;氧化反应阶段,扩散通量随时间逐渐降低,还原阶段的变化趋势相反,表明还原状态会加速沉积物磷的扩散程度,而曝氧降低了沉积物磷扩散通量.     

金盆水库沉积物磷的来源及分布特征

为探究分层型水源水库沉积物中磷的来源与分布特征,以西安金盆水库为对象,针对2017年3～11月金盆水库水体、沉降颗粒及沉积物柱状样品总磷(TP)含量及形态分布特征进行研究.结果表明,金盆水库主库区表层沉积物总磷含量及形态分布受水体颗粒磷(PP)沉降作用明显,相关系数r~2=0. 877 5;同时表层沉积物总磷含量还受到沉积物内部生物地球化学的共同作用. 6～8月金盆水库水体藻类剧烈繁殖演替,繁殖过程中大量失去活性、死亡的藻类不断向底部水体沉积,形成以藻类等颗粒磷为主导的内源污染,沉降颗粒总磷含量达(753. 51±17. 11) mg·kg~(-1),表层沉积物总磷含量随之增加,以铁铝结合态非活性磷(NaOH-nrP)为主; 9～11月进入汛期,径流水体携带大量泥沙等负荷较大的污染物汇入水库,使得水体颗粒磷浓度相应增大,然而由于单位质量泥沙中总磷含量占比较小,导致径流过程中表层沉积物总磷含量逐渐降低,泥沙径流过程中颗粒磷以无机态的钙磷(Ca-P)和残渣态磷(rest-P)为主,二者约占沉积物总磷(TP) 55. 8%～66. 2%,受颗粒沉降影响相对较大.活性磷(SRP)、铁锰螯合态磷(BD-P)和铁铝结合态活性磷(NaOH-srP)这3种形态磷较活跃,在环境条件的变化(主要是氧化还原条件)下发生一系列迁移转化,受沉积物内部生物地球生物化学过程作用明显.     

阳离子对磺胺嘧啶在河流沉积物中吸附特性的影响

采用OECD Guideline批量平衡法,研究磺胺嘧啶在大凌河义县段沉积物中不同Ca2+离子浓度(0.01、0.03、0.05、0.08和0.1mol/L Ca Cl2溶液)和阳离子类型(0.01 mol/L的Ca Cl2、Mg Cl2、Na Cl、KCl溶液)对磺胺嘧啶在河流沉积物中吸附特性的影响。研究表明不同价态阳离子的竞争吸附能力为价态越高,竞争能力越强:M+(Na+、K+)M2+(Ca2+、Mg2+)。不同Ca Cl2浓度下,磺胺嘧啶在河流沉积物吸附中随着阳离子浓度的增加吸附量减小。沉积物中磺胺嘧啶的最大吸附量与沉积物的阳离子交换量呈正相关。     

巢湖沉积物有效磷的原位高分辨分析研究

将两种原位被动采样技术——高分辨平衡式间隙水(HR-Peeper)与氧化锆薄膜梯度扩散技术(Zr-oxide DGT)相结合,分别对巢湖西半湖7个点位溶解态反应性磷(cPW)和有效磷(cDGT)进行原位测定分析,cPW和cDGT在大部分沉积物剖面的分布相似或局部相似,说明不同深度沉积物固相有效磷组分对间隙水SRP的缓冲能力较接近.利用界面扩散通量和cDGT/cPW比值(R)表征沉积物磷的活性,从巢湖湖心向南淝河入湖口方向,界面以下6 mm的cPW、cDGT和扩散通量的变化基本一致,均呈递增趋势,表明沉积物磷的污染水平在增加;R值变化较小,说明沉积物界面处的缓冲能力差异不明显.     

曝气加氢氧化钙复合技术抑制底泥磷释放及对底泥微生物多样性的影响

底泥磷释放是导致水体富营养化的主要原因之一,本文通过在样泥中分别投加0、0.01和0.02 mol·L-1Ca(OH)2溶液,同时进行微臭氧曝气(0.6 g·min-1),研究了曝气加氢氧化钙复合技术抑制底泥磷释放的效果及对底泥微生物多样性的影响.结果显示,投加0.02 mol·L-1Ca(OH)2组上覆水中总磷(TP)浓度的最终值与对照组相比,抑制率达到34%;从各形态磷的角度进一步分析发现,与对照组相比,该组底泥中可溶性磷和铁磷含量分别降低了92%和60%,其最终转化为钙磷是该技术的关键.通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCRDGGE)研究发现,各试验组微生物相似性在65%~85%之间;Berger-Parker优势度指数、Margalef丰富度指数、Shannon多样性指数变化不明显,表明该技术不会影响底泥微生物多样性.     

Positive remediation on sedimentary P by combination of capping with calcium hydroxide and oxidation with perhydrol

The capping is called passive remediation because the sedimentary P was released and then immobilized by the capping materials. However, the release depends on the environmental conditions. Therefore, a hypothesis was proposed that the oxidant was used to accelerate sedimentary P release and the capping material was used to capture those released P. It is positive remediation to reduce sedimentary P amount. The results show that soluble reactive phosphorus（SRP） concentration in the overlying wat...     

秦淮河干流沉积物磷形态沿程分布特征

应用化学连续提取法,分析了秦淮河干流14个表层沉积物样品的磷形态沿程变化特征及其影响因素.结果发现,秦淮河干流由上游至南京市区段,随城市化程度的提高,河流沉积物总磷和各种形态磷沿程增加的趋势十分明显.Ca-P和Fe-P平均含量分别占TP的26.8%和25.7%,是主要的磷形态.易吸附态磷(L-P)在TP中的比例最低,但在城区由于TP的高度富集,其含量均超过15 mg·kg-1.沉积物中的总磷含量在城区河段显著增加,但只有很少部分转化为稳定形态的磷,人口密集区生活污水等各种来源排放的磷仍然深刻影响着城市河流的水环境质量.随城市化程度的提高,秦淮河中下游沉积物样品中钙富集的趋势明显,与之相对应的是沉积物Ca-P含量均超过200 mg·kg-1,相关分析和通径分析结果表明,二者之间存在成因上的联系.钙的富集提高了沉积物的固磷能力,将上覆水体中的磷转化为钙结合态磷.城区河流沉积物中钙含量的升高,对于河流生态系统磷的迁移转化有重要影响.     

三峡库区澎溪河底泥及消落区土壤磷的形态及吸附特性研究

沉积物是自然水域的重要生态组成部分,是形成湖泊、水库富营养化的关键因素之一.为研究三峡库区澎溪河流域沉积物中磷的赋存形态特征及迁移转化规律,采用连续提取法对澎溪河底泥3个断面及消落区3种土壤类型中磷赋存形态进行分析,并通过等温吸附实验研究了磷的吸附规律,确定了零净吸附磷浓度(EPC0).结果表明,澎溪河底泥中的总磷含量在0.80～1.45 g·kg-1之间,赋存形态以无机磷为主,其中钙结合磷和蓄闭态磷比例在80%以上,铁铝结合磷含量较低,该流域底泥受自然岩石状态及沉积环境的影响较大,而人为活动对其影响较小;消落区土壤总磷含量在0.65～1.16 g·kg-1之间,磷的赋存形态也以无机磷为主,冲积土和紫色土也以钙结合态磷和蓄闭态磷为主,水稻土中则以蓄闭态磷含量最高.澎溪河高阳、黄石和双江3个断面底泥的EPC0分别为0.08、0.13和0.11 mg·L-1,消落区冲积土、紫色土和水稻土的EPC0分别为0.08、0.09和0.04 mg·L-1.EPC0值与沉积物中总磷、pH、Ca-P、黏粒含量呈正相关性,其中与pH和Ca-P相关性显著.根据澎溪河上覆水中磷浓度的季节变化,初步判定底泥及消落区土壤在夏秋季节为磷的"汇",在冬春季节则成为其"源".EPC0高于水体富营养化临界值,底泥及消落区土壤中磷的释放依然是不可忽视的潜在问题.     

过氧化钙重塑底泥对水中磷酸盐的吸附作用

本研究模拟原位覆盖CaO₂流失后状态,以修复后表层2cm底泥为研究对象,通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDX）对底泥修复前后表面进行观察和元素分析,发现CaO₂重塑明显改变了底泥结构,去除底泥表面附着的大部分有机物和铁锰氧化物,提高底泥颗粒孔隙率,增加底泥表面Ca²⁺含量;CaO₂重塑使底泥内源磷更加稳定,TP含量减少约20%,潜在活性磷含量减少约30%,Ca-P和Res-P含量明显增加,同时厌氧环境下重塑底泥磷释放量明显小于原始底泥,表明CaO₂重塑极大降低了底泥内源磷释放风险;Langmuir模型与Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型相比,更适用于描述CaO₂重塑底泥对水中磷酸盐的等温吸附行为,CaO₂重塑明显提高底泥对水中磷酸盐的吸附能力,其最大磷吸附量由1.44 mg·g^-1增加到20.91 mg·g^-1,其对水中磷酸盐的吸附机制由化学吸附转变为物理化学吸附共同作用,此外准二级动力学模型可以较好地描述CaO₂重塑底泥对水中磷酸盐的吸附动力学过程,且CaO₂重塑显著提高底泥对水中的磷酸盐的吸附速率.     

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.      

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.     

骆马湖泥-水界面磷铁硫原位同步变化特征

利用薄膜梯度扩散（DGT）原位采样装置获取了骆马湖全湖8个典型湖区泥-水界面（SWI）活性磷（P）、铁（Fe）、硫（S）垂向分布信息，据此定量估算三者交换通量.结果表明，骆马湖沉积物剖面P、Fe、S浓度范围分别为0~2.05，0~11.10和0.01~0.63mg/L，并在微小尺度呈高度空间异质性.在水平方向上活性P、Fe主要表现为西北湖区高于东南湖区，而活性S则未表现出明显的分布规律；就垂直剖面而言，活性P、Fe、S自界面向下呈升高趋势，并在60mm深度内出现峰值，且活性P和Fe剖面呈明显的同步变化特征；活性P、Fe在多数点位具有显著的正相关性（r>0.65，P<0.01），且各采样点沉积物中的总铁与总磷比值[w（∑Fe）/w（∑P）]均高于15，这表明Fe的地球化学循环过程对于骆马湖内源磷释放起重要控制作用；8个采样点样品中活性P、Fe、S交换通量分别为0.066~0.698，1.671~5.592和0.007~0.071mg/（m²·d），表明P、Fe、S由沉积物向水体释放.西北湖区表现出较高的P通量和活性P浓度，这可能会增加南水北调过程中水质污染的风险，应予以重视.以上结果支持了P、Fe耦合释放机制，明确了骆马湖SWI的活性P、Fe、S迁移特征.