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.     

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.     

扰动与钝化剂对水/沉积物系统中磷释放及磷形态的影响

考察了扰动与钝化剂对滇池重污染底泥的磷释放的影响.结果表明,钝化剂(PAM+聚铝)有显著的抑制沉积物的磷释放和捕捉上覆水中含磷颗粒的效果.加钝化剂后,上覆水的总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和溶解性无机磷(DIP)分别比未加钝化剂组低50.0%～89.8%,85.5%～97.9%和96.5%～100.0%.扰动促进了沉积物的磷释放,这是因为扰动导致泥水混合程度增加;扰动导致沉积物氧化还原状态的改变.5d后扰动组的磷开始释放,而未扰动组在第52d仍未释放.沉积物中释放的磷主要是磷酸盐.扰动促进了DIP的释放,扰动后DTP/TP、DIP/DTP及DIP/TP均增加.投加的铝盐的量在试验期间导致的上覆水中残余铝的含量在安全范围内.扰动对上覆水中残余铝的含量影响不大.     

低温下不同钝化剂抑制底泥磷释放的性能研究

对比研究了5℃水温条件下,3种钝化剂(锁磷剂、硫酸铝和聚铝)抑制滇池重污染底泥磷释放效果的影响。滇池冬季水温在5℃上下浮动,因此5℃部分代表滇池冬季水温条件。结果表明,随着时间的推移,上覆水磷浓度增加,底泥磷释放速度减缓。3种钝化剂中,锁磷剂在抑制沉积物磷释放,及捕捉上覆水中含磷颗粒方面,较硫酸铝、聚铝表现出更优的效果:锁磷剂对TP/DTP释放抑制率比硫酸铝高16.74%,16.93%,比聚铝高9.17%,6.43%。主要原因是:锁磷剂中含有镧化物,可与磷酸根生成溶解度极低的磷酸镧沉淀;且其十分稳定,可使磷长期被钝化于沉淀底泥中,不产生二次释放。差异性分析表明,硫酸铝、聚铝和锁磷剂对TP及DTP释放抑制效果没有差异(P0.05)。经济比较分析:在同等工程量的前提下,达到相同的沉积物磷释放抑制效果锁磷剂经济效益最佳,锁磷剂所需费用为硫酸铝的71.74%,为聚铝的44.44%。     

沉积物扰动持续时间对悬浮物中磷形态数量分布的影响

为了探讨沉积物扰动时间(分别扰动10 min和9 h)对悬浮物中形态磷转化的影响,以太湖月亮湾沉积物和上覆水为对象,开展室内模拟试验,分析悬浮物中不同形态磷间的转化过程.结果表明,扰动时间越长,上覆水溶解性总磷(DTP)含量越高.对照试验中,上覆水中DTP含量远高于扰动试验.磷形态分析表明,随着试验时间的延长,扰动作用下(10 min,9 h),铁铝结合态磷(Fe/Al-P)占总磷(Tot-P)的质量分数逐渐降低,第10 d分别降至42.5%(10 min)和38.1%(9 h).试验结束,则有所升高.相反,钙结合态磷(HCl-P)占Tot-P的质量分数则在第10 d分别达到最大(48.9%,10 min)和(53.7%,9 h).这说明沉积物扰动促进了悬浮物中易释放态磷向难释放态磷的转化.     

原位技术控制湖泊沉积物中磷释放的研究

通过实验室模拟试验研究曝气供氧、沸石覆盖和硝酸钙等原位控制东洞庭湖沉积物磷释放技术效果,试验结果表明:好氧时,曝气供氧对上覆水磷浓度的控制效果较差,当溶解氧320%,水中磷浓度不随溶解氧含量的增加而增加,控制效果依次为:硝酸钙原位处理>沸石覆盖>曝气3未处理;厌氧时,控制效果依次为:硝酸钙原位处理>曝气>沸石覆盖>未处理;扰动条件下,控制水体中磷浓度效果依次为:投加硝酸钙原位处理>沸石覆盖>曝气>未处理,但硝酸钙处理在不同水力作用下保持上覆水磷浓度稳定性不如沸石覆盖;沸石覆盖和硝酸钙原位处理都增大了水体耗氧量,其中以硝酸钙处理最为显著,可使水体复氧功能减弱.     

河蚬或藻存在下组合扰动对内源磷迁移的影响

为阐明河蚬(Corbicula fluminea)或铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)存在下,物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和迁移转化的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物为研究对象,分析了上覆水、间隙水、沉积物中不同形态磷的变化规律.结果表明,与摇蚊幼虫扰动和组合扰动相比,河蚬或藻类的出现都会使得上覆水中不同形态磷(总磷、溶解性总磷、溶解性磷酸盐、颗粒态磷)显著增加.河蚬或藻类均导致间隙水DIP明显降低,并致使DIP峰值区域向更深处迁移(3~4cm变为4~5cm),而对照试验则相反.与对照试验相比,河蚬或藻存在下组合扰动均导致0~4cm沉积物NH₄Cl-P含量及其占总磷百分比降低,Fe/Al-P含量及其占总磷百分比增加,并且河蚬或藻对NH₄Cl-P降低和Fe/Al-P增加的影响基本一致.在多种扰动因素存下,摇蚊幼虫对上覆水中DTP和DIP贡献最大,后者可能源于摇蚊幼虫显著降低了间隙水中DIP含量及沉积物中NH₄Cl-P含量.这暗示了在组合扰动基础上叠加河蚬或者藻类,均进一步促进了内源磷再生和迁移.     

巢湖西部河口区沉积物氮磷分布特征与原位扩散通量估算

选取巢湖西部重污染入湖河口区,研究表层沉积物氮磷污染特征,并运用Fick定律估算沉积物-水界面氮磷原位扩散通量.结果表明:南淝河、派河、十五里河河口表层沉积物总氮平均含量达到2208.17 mg·kg~(-1),氮形态以有机氮为主,占比达到90%以上.表层沉积物总磷平均含量为704.59 mg·kg~(-1),其中铁铝结合磷、活性有机磷和钙镁结合磷分别占比27%、28%和18%.河口区水体氨氮浓度从上覆水到孔隙水中总体呈上升趋势,沉积物表层(0~5 cm)孔隙水中氨氮平均浓度为25.42 mg·L~(-1),是上覆水中的7倍.沉积物孔隙水中硝氮与正磷酸盐浓度在垂向上随深度的增加呈先上升后降低的趋势,在沉积物-水界面附近达到浓度最高值.3个河口沉积物孔隙水中氮磷营养盐均向上覆水扩散,其中氨氮扩散通量分别为25.87、74.85与18.08 mg·m~(-2)·d~(-1).硝氮与正磷酸盐扩散通量较低,范围分别在1.38~2.78和0.011~0.024 mg·m~(-2)·d~(-1)之间.总体上看,巢湖西部河流入湖河口区表层沉积物氮污染严重,且存在较高的氮磷营养盐释放风险,应是巢湖富营养化控制过程中重点关注的区域.     

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.     

硝酸钙抑制底泥磷释放的模拟研究

在实验室模拟了硝酸钙对底泥磷释放的影响、环境效应及作用机制。结果表明,硝酸钙可有效降低孔隙水和上覆水中溶解活性磷(SRP)的浓度,且对于红枫湖底泥来说,抑制磷释放的硝酸钙Ca(NO3)2·4H2O最佳用量为187.5g/m2。实验表明硝酸钙的使用是安全的,既可保证上覆水中氨氮浓度满足III类水的要求,也不会造成水体重金属的污染。硝酸钙抑制底泥磷释放作用机制如下:1)硝酸钙在底泥脱氮微生物的作用下发生反硝化作用,在硝态氮被消耗的同时,溶解有机碳亦被氧化降解;2)硝酸钙将底泥中的Fe2+氧化为Fe3+,促使铁氧化物及氢氧化物的形成,最终使孔隙水及上覆水中SRP的浓度大幅降低。因此,硝酸钙可有效抑制底泥内源磷的释放,是一种高效的底泥内源磷释放原位钝化剂,可为湖泊底泥磷污染提供有效的治理手段。     

光合细菌投加量对湖泊污染修复的作用效应

富营养化湖泊的微生物修复具有良好的发展前景。采用室内模拟实验,选取武汉市墨水湖表层沉积物及相应上覆水,研究了光合细菌投加量对湖泊污染修复的作用效应。结果表明:经过10 d的处理,随着PSB投加量的增加,上覆水及沉积物的各项指标均呈现下降的趋势。与对照相比,投加1%PSB,上覆水中CODMn降低了31.6%,氨氮和总氮含量分别降低了52.4%、20.5%,溶解性磷和总磷含量分别降低了83.7%、63%;沉积物的总氮、总磷含量也明显下降,沉积物有机质含量降低了60.3%。PSB投加百分比与上覆水CODMn、总氮、总磷含量及沉积物总磷呈显著的负相关关系(P<0.05),与上覆水氨氮及沉积物有机质之间呈极显著的相关性(P<0.01)。证明利用富营养化水体修复接种光合细菌可以起到有效降低水体营养水平的目的。     

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。     

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.      

外源硫酸盐介入下沉积物磷释放、解磷微生物及磷酸酶活性的变化

人类生产活动导致湖泊水体硫酸盐浓度日益增加,硫酸盐与沉积物中磷之间的关系引起关注.该研究以武汉东湖水和沉积物为研究对象进行实验室模拟,研究为期近一年且温度变化的条件下外源硫酸盐对沉积物释磷及微生物的作用.结果表明,硫酸盐输入使沉积物pH和氧化还原电位(E h)总体呈降低趋势.外源硫酸盐促进了沉积物磷的释放,输入硫酸盐(S500)与对照(CK)之间的上覆水存在显著差异(p0.01),S500的上覆水中总磷浓度最高值达0.33 mg·L-1,为对照的2倍.湖泊沉积物中有机磷解磷菌的数量高于无机磷解磷菌,上层沉积物解磷菌的数量和沉积物总磷的含量之间呈负相关.S500的沉积物中磷酸二酯酶活性高于磷酸单酯酶活性,且不同分层沉积物磷酸单酯酶活性和磷酸二酯酶活性之间的正相关性达到显著水平.温度升高,磷酸酶的活性逐渐增强,促使沉积物内源磷释放量增加.     

太湖草藻型湖区间隙水理化特性比较

选择了太湖具有代表性的草型湖区-东太湖和藻型湖区-梅梁湾进行间隙水和沉积物理化指标的研究.对间隙水中pH值、E_h、EC等参数进行了比较分析,并讨论了间隙水氧化还原特征对间隙水中氮磷营养盐、溶解性有机碳和无机碳的影响;对沉积物中形态磷与间隙水理化指标的相互关系做了初步分析.结果显示,草型湖区间隙水还原性高于藻型湖区,间隙水氮磷分布和氧化还原特征显著相关;沉积物中Fe-P含量与间隙水氧化还原特征及正磷酸盐含量均有显著相关关系.     

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．     

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.     

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.     

滇池草海沉积物磷形态、空间分布特征及影响因素

研究滇池草海沉积物中磷的分布特征、影响因素对研究草海水体富营养化具有重要的意义.研究表明:草海中各形态磷含量和空间分布特征呈现明显差异, O-P、Ca-P、Al-P、Fe-P平均含量分别为804.08、768.35、167.29、63.01mg/kg.沉积物磷形态平均含量O-P>Ca-P>Al-P>Fe-P.沉积物总磷及各形态磷在空间上存在差异, 滇池草海西南部、北部和东部区域中全P、O-P、Ca-P、Al-P、Fe-P各形态磷都属于高含量区域.沉积物理化性质与上覆水性质是影响沉积物中磷形态的重要因素.其中沉积物全磷与O-P(R2=0.741*)、Ca-P(R2=0.678*)呈现显著性正相关关系;pH值与Al-P(R2=0.714*)、Fe-P(R2=0.664*)呈现显著负相关关系;沉积物有机质与O-P呈显著正相关性(R2=0.758*).沉积物上覆水DO与Fe-P呈显著负相关(R2=0.750*),上覆水中叶绿素a和Al-P存在显著正相关关系(R2=0.601*).表明沉积物磷形态释放与沉积物中有机质、pH值有关;同时上覆水中溶解氧制约沉积物Fe-P释放,叶绿素a含量促进沉积物Al-P的释放.     

模拟滇池水质变化对沉积物氮磷释放的影响

通过添加配制的氮、磷含量达到地表水环境质量标准Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类试验水的模拟方法,研究上覆水水质变化对沉积物氮磷释放的影响。结果表明添加不同水质的试验水200 d后,上覆水TN含量变化与添加试验水的氮含量无关;而TP含量则随添加试验水磷含量增加而升高。长期持续添加Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类试验水后沉积物成为上覆水氮磷的源。