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.     

贵州草海沉积物磷形态分布及释放风险分析

以草海湖区表层沉积物为研究对象,采用Hupfer改进后的化学连续提取法分析20个采样点沉积物中磷形态特征,通过不同磷吸附释放风险指数评估草海的潜在生态风险,并探讨影响磷形态和吸附释放的因素.结果表明,草海湖区表层沉积物总磷(TP)含量为780.95～1229.42mg·kg^-1,存在轻度污染;磷形态含量分布表现为NaOH-NRP>Res-P>HCl-P>BD-P>NaOH-SRP>NH₄Cl-P,TP与HCl-P、BD-P和NaOH-NRP均呈显著正相关(p<0.001).草海沉积物生物有效磷(BAP)含量为486.71～812.86 mg·kg^-1,占TP的59.18%～69.38%,内源磷负荷相对较大.沉积物磷吸附释放相关指数的变化范围分别为：磷吸附平衡浓度(EPC₀):0.001～0.839 mg·L^-1(明显高于上覆水SRP);磷吸附指数(PSI):35.47～159.40(mg·L)·(100 g·μmol)^-1     

持续干燥对消落带沉积物磷形态和吸附特征的影响

以澜沧江流域功果桥库区消落带沉积物为研究对象,研究了持续干燥状态下磷形态和等温吸附变化特征。结果表明:持续干燥对磷和铁形态有显著影响,弱吸附态磷(NH_4Cl-P)、铝结合态磷(NaOH-rP)无机磷(IP)和结晶度较高的碳酸盐铁(Carb-Fe)含量增加,而可还原态磷(BD-P)、聚磷/有机磷(NaOH-nrP)和还原铁氧化物(Ox-Fe)含量减少;沉积物等温吸附特征也有显著变化,最大吸附磷酸盐总量(Q_(max))和吸附系数下降,表明重复短暂的湿润和干燥周期会导致磷的沉积亲和力不断下降,从而增加沉积物内源磷向水体释放的潜在性。     

滇池湖滨带沉积物磷的空间分布

采集了滇池湖滨带的表层和柱状沉积物,研究分析了湖滨带沉积物中总磷、钙磷和铁铝结合态磷的空间分布和垂向分布特征。结果表明,滇池湖滨带表层沉积物总磷含量高,个别点位高达10604.64mg/kg,总磷含量均值为2452mg/kg,沉积物受磷污染严重;不同区域沉积物磷的含量差别较大;表层和柱状沉积物中的钙磷含量都高于铁铝结合态磷,这是滇池湖滨带不同于其他湖泊的地方;柱状沉积物各种磷形态含量在垂向分布上的波动较大,但钙磷和铁铝结合态磷含量水平与总磷具有一致性;13个采样点有12个点的沉积物铁铝结合态磷含量都低于钙磷,两者比值<0.5,钙磷是总磷的主要组成部分,应该考虑环境酸化引起的磷释放风险。     

凹凸棒黏土覆盖对沉积物磷赋存形态的影响

通过实验室模拟实验,研究了800℃热处理凹凸棒黏土覆盖对沉积物中磷的赋存形态影响,采用连续化学提取法和31P核磁共振(31P NMR)分析了覆盖过程中磷的形态变化,并借助扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)对磷的形态转化机理进行初步探讨.结果表明,热处理凹凸棒黏土覆盖使沉积物表层中的活性磷平均含量从308.6mg/kg降低到241.1mg/kg,钙磷的平均含量从204.9mg/kg 增加到257.3mg/kg. 31P NMR分析发现,黏土覆盖使有机磷中的DNA-P、焦磷酸盐和单脂磷的含量分别减少47.0%、36.8%和31.3%.扫描电镜能谱分析发现,沉积物表层附着的白色絮状物质主要为钙结合态磷.以上分析初步表明,磷形态转化机制是由于材料中具有较高的活性钙含量,竞争吸附沉积物中的活性磷,材料覆盖沉积物表层后改变了沉积物界面环境,促进了表层沉积物的活性磷向钙结合态磷(Ca-P)转化.     

沉积物扰动频率对悬浮物中形态磷数量分布的影响

实验模拟了沉积物在不同扰动频率条件下的悬浮过程,研究了悬浮物中不同形态磷的数量分布规律,并且探讨了形态磷数量分布对生物有效磷(BAP)的影响。结果表明,扰动作用下上覆水中溶解性磷酸盐(DIP)含量低于对照试验,与较小频率(0.015 mg/L)相比,较大扰动频率下DIP平衡浓度(0.011 mg/L)略低。弱吸附态磷(NH4Cl-P)含量降低,铁铝结合态磷(Fe/Al-P)和钙结合态磷(HCl-P)则有所增加,但是容易释放的非闭蓄态Fe/Al-P(藻类可利用磷)则有所降低。随着扰动时间延长,藻类可利用态磷(AAP)占Fe/Al-P的百分比逐渐降低。试验结束,该值分别降至39.52%(扰动频率较小)和27.68%(扰动频率较大)。说明闭蓄态Fe/Al-P含量有所增加。基于Fe/Al-P的迁移活性,采用NH4Cl-P与AAP估算BAP是合理的。扰动作用下,BAP占Tot-P的百分比逐渐降低,试验结束,BAP占Tot-P的百分比分别降至36.71%(扰动频率较小)和29.67%(扰动频率较大)。     

南海东北部珠江口盆地沉积物中古菌群落垂向分布研究

本文利用高通量测序及荧光定量PCR技术对南海东北部珠江口盆地柱状沉积物的表层（0~1 cm）、中层（20~21 cm）和底层（40~41 cm）3个样品中古菌群落结构及其垂向分布进行了研究。结果表明,沉积物中的古菌主要可被划分为奇古菌门、Woesearchaeota、深古菌门和广古菌门。表层样品中的古菌群落多样性和丰富度最低,类群Marine Group I（MGI）占绝对优势,中层和底层样品中的古菌则以MGI、Group C3、Marine Benthic Group B、Thermoplasmata为主要类群。执行氨氧化功能的亚硝化侏儒菌属（Nitrosopumilus）是研究区域的优势类群,预示该区域的氮代谢过程较为活跃。定量结果表明,古菌丰度为2.00×107~8.20×107copies/g,且随深度增加呈下降趋势。研究结果可为进一步探讨南海沉积物中的古菌群落特征提供依据。     

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.      

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.     

引黄对受水河段沉积物微生物群落的影响

人类活动可明显降低地表水体水环境质量,同时对水生态系统产生深刻的影响.本文基于16S rRNA高通量测序技术,研究了引黄调水对汾河受水河段沉积物微生物群落组成、结构和多样性的影响,探讨了引水对沉积物中微生物群落的影响机制.结果表明,黄河水的引入使汇入口处沉积物中微生物群落多样性水平升高,并带来新微生物物种硫杆菌属、厌氧绳菌属和亚硝化单胞菌属,新增菌种不仅在下游逐渐适应环境,而且通过上溯扩张使汇入口上游河段沉积物微生物群落发生改变.引黄间歇期受水河段沉积物微生物群落逐渐恢复,优势菌转化为芽孢杆菌,乳球菌的丰度相应增加,硫杆菌属消失.丛毛单胞菌在汾河受水河段沉积物环境中较为稳定,而硫杆菌、芽孢杆菌和乳球菌容易受到引黄的影响,其主要环境影响因素为水体矿物质含量及沉积物有机质、全氮、碱解氮和全钾.间歇期支流汇入使芽孢杆菌退化,丧失绝对优势地位,而蓝藻大量繁殖成为优势种.引黄期支流汇入后,硫杆菌属和厌氧绳菌属分别成为汇入点下游的优势菌和亚优势菌.     

抚仙湖不同来源沉积物磷形态垂向分布特征

采用连续萃取法(SEDEX)对抚仙湖岸带代表不同污染来源的5个样点和湖心沉积物中磷形态的分布特征及垂向变化特征进行分析.结果表明,沉积物中无机磷(IP)是总磷(TP)的主要组成部分,占TP的70.46％ ±8.06％;磷形态以碎屑磷灰石(CAP)和闭蓄态磷(Org-P)为主,分别占TP的41.65％±17.04％和29.53％±8.06％,而可交换态磷(Ex-P)含量最低,仅占TP的2.42％±1.45％.不同点位TP含量和各形态磷分布特征不同,以磷矿开采污染为主的东大河口沉积物总磷含量及各形态磷含量远高于其它污染来源的沉积物,其中CAP含量达(131.46±84.78)μmol·g-1.沉积物磷形态垂向特征表征了流域人类活动对抚仙湖的污染历程.东大河口沉积物各形态磷含量随深度变化剧烈,尤其是CAP在8～14 cm随深度增加突然增大后又急剧降低,且均在11 cm处达最大值,这与抚仙湖流域磷矿开采兴起到矿点关闭的历史相吻合.湖心沉积物磷形态分布特征显示了湖岸各种污染来源“汇”的特点.     

蓝藻暴发对巢湖表层沉积物氮磷及形态分布的影响

以巢湖表层沉积物及上覆水体为对象,于蓝藻暴发前(4月)和蓝藻暴发期(7月)采集水样及沉积物样品,分析了氮磷及其形态赋存特征,并探讨了沉积物氮磷及其形态与蓝藻暴发的关系.结果发现,蓝藻暴发时,巢湖表层沉积物总磷减少,总氮增加,同时削弱了磷在空间上分布的异质性.从氮磷形态来看,蓝藻暴发未造成巢湖表层沉积物氮形态(NH4+-N、NO3--N和Org-N)含量和比例的明显波动,但却造成了活性磷(弱吸附态磷和铁铝结合态磷之和)含量及比例的下降,钙结合态磷(Ca-P)以及有机磷(OP)含量及比例增加,生物有效性磷(AAP)的含量的减小.相关性分析表明,上覆水中叶绿素a(Chl-a)的浓度与铁铝结合态磷(Fe/Al-P)以及有机磷(OP)的含量显著相关(P<0.05),却与氮形态(铵态氮,硝态氮和有机氮)相关性不显著.巢湖沉积物磷(Fe/Al-P及AAP)对巢湖水体蓝藻暴发具有促进作用,而氮及其形态对蓝藻暴发作用较弱.     

扰动强度对钝化剂抑制滇池沉积物磷释放的影响

选取滇池福保湾表层沉积物,以聚合氯化铝为钝化剂,研究了扰动强度对钝化剂抑制沉积物中磷释放的影响.结果表明,当扰动强度低于一定范围时,聚合氯化铝对沉积物中的磷有抑制作用,当转速为0,60,120r/min时,对应的水中磷浓度分别为初始值的62.5%,71.7%和83.4%;当转速达到240r/min时,沉积物会向水中释放大量磷,钝化作用完全被破坏,水中磷浓度为初始值的3.3倍.此外,在转速低于120r/min时,磷形态主要是以无机磷(DIP)为主的溶解性磷(DTP),而转速达到240r/min时,水中DTP/TP30%,DIP/DTP40%,即磷形态主要为不溶性磷,溶解性磷中以有机磷(DOP)为主.     

太湖不同湖区冬季沉积物细菌群落多样性

为了探究太湖不同营养水平湖区冬季沉积物细菌群落多样性,利用高通量测序对太湖水草区、湖心区和河口区共9个采样点表层沉积物细菌的16S rRNA基因进行序列测定.结果发现：不同湖区的物种丰富度和均匀度为水草区 > 湖心区 > 河口区;不同湖区优势细菌群落组成存在差异.其中,硝化螺旋菌门（Nitrospirae）和酸杆菌门（Acidobacteria）2类门水平优势细菌以及厌氧绳菌纲（Anaerolineae）和硝化螺菌纲（Nitrospira）2类纲水平优势细菌在不同湖区之间差异显著.冬季太湖沉积物细菌优势类群为绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）;在属分类水平上,主要优势类群为unidentified_Chloroplast和微囊藻属（Microcystis）.Cyanobacteria和Microcystis在所有采样点均有检出,平均丰度均以湖心区最高.对沉积物细菌群落与环境因子的关系进行冗余分析,结果表明：营养盐水平、水温和pH值均能影响沉积物细菌群落结构,NO₃^--N和水温是Microcystis的主要影响因子.     

马来眼子菜群丛对太湖不同湖区沉积物磷形态的影响

采用磷分级提取的方法对太湖贡湖湾、南部湖区马来眼子菜(Potamogeton malaianus)群落内外的沉积物样品进行了采集和分析,调查了沉积物中的不同形态磷的垂直分布状况,研究马来眼子菜群落对沉积物磷迁移转化的影响.结果表明:植物群丛对沉积物铁铝磷(Fe/Al-P)的影响在贡湖湾和南太湖表现不同.贡湖湾马来眼子菜群丛内部沉积物Fe/Al-P高于群落外部的27.6%,差异性显著(P<0.05);南太湖马来眼子菜群丛内部沉积物中Fe/Al-P均值低于群丛外部的47.4%,差异性显著(P<0.05).植物群丛对沉积物有机磷(OP)的影响在贡湖湾和南太湖表现相似,两湖区植物群丛外部沉积物中OP含量均值高于群落内部.马来眼子菜群丛对贡湖湾和南太湖沉积物中Ca-P有较明显的影响,植物的影响主要体现在表层0~15cm范围内,贡湖湾湖区沉积物Fe/Al-P和OP含量较高,在植物的影响下转化为Ca-P,因此Ca-P在表层沉积物中呈上升趋势;南太湖沉积物中Ca-P含量较高,在植物影响下Ca-P有一定量的释放,因此Ca-P在表层沉积物中呈下降趋势.     

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.     

荣成天鹅湖沉积物有机磷的生物有效性及其时空动态

有机磷是沉积物磷的重要组成部分,有机磷经酶水解后可以提供活性磷.研究沉积物有机磷的生物有效性及其变化规律对于深入了解湖泊富营养化形成机制具有重要意义.本研究选取富营养化的海岸泻湖—荣成天鹅湖湿地为研究对象,通过采集表层沉积物,结合酶水解技术分析了有机磷的生物有效性及其时空变化规律.结果表明,天鹅湖沉积物有机磷含量为107.9~161.9 mg·kg~(-1),平均含量为125.3 mg·kg~(-1).其中潜在生物有效性磷即酶水解有机磷含量为21.8~100.3 mg·kg~(-1),平均含量为53.2 mg·kg~(-1),占有机磷含量的26%~56%.有机磷的潜在的生物有效性大小遵循:植酸磷(21.5 mg·kg~(-1))≈二酯磷(20.7 mg·kg~(-1))磷酸单酯磷(14.1 mg·kg~(-1)).酶水解有机磷(包括Monoester-P、Phytic-P)的含量呈夏秋低,冬春高的特点.有机磷空间分布不均衡,有机磷主要分布集北部入河口和南部藻类区域,这和不同方位污染物质的来源、水生动植物的分布和沉积物粒度等差异有关.相关性分析表明,金属氧化物(Al、Fe、Mg、Ca)是有机磷的主要结合介质,金属氧化物含量和形态变化将决定有机磷分解矿化和生物有效性.总之,有机磷的水解是水体活性磷的重要补偿途径,也是维持天鹅湖富营养化的重要机制.在水体磷污染治理过程中应把有机磷纳入评价范畴,应该防止沉积物有机磷的矿化分解.     

鄱阳湖不同高程沉积物中磷形态特征研究

选取了枯水期鄱阳湖10~13m高程共14个出露表层沉积物样品,通过研究其总磷(TP)及各形态磷含量与分布特征,试图揭示江湖关系变化导致的水位下降对鄱阳湖沉积物磷潜在释放风险的影响.结果表明,鄱阳湖表层沉积物总磷(TP)含量在214.5~736.0mg/kg之间, 平均含量为(428.6±154.3)mg/kg.空间分布呈“五河”入湖尾闾区(444.5mg/kg)≈湖心区(445.4mg/kg)>北部湖区(387.7mg/kg).各形态磷在空间上的差异相对较小,不同形态磷含量次序为活性磷(254.6±114.3mg/kg)>有机磷(105.0±49.2mg/kg)>非活性磷(69.1±26.3mg/kg).江湖关系变化引起鄱阳湖枯水期沉积物出露时间提前并且延长,进而导致不同高程沉积物总磷及其各形态磷含量差异明显,其含量变化趋势为12~13m> 11~12m>10~11m,即高程越高,沉积物总磷及其各形态磷含量越高.其中活性磷增幅最大,OP次之,非活性磷最小.而空间增幅表现出“五河”入湖尾闾区最为显著,湖心区次之,而北部湖区最小.     

聚磷生物膜反应器磷负荷提升过程中微生物种群分析

在同步去除及富集磷酸盐的基础上,通过研究水力停留时间(8 h、6 h、4 h)及不同的进水磷浓度考察磷负荷对于反应器的运行效能和微生物群落结构的影响,探究生物膜反应器所能承受的最大磷负荷,并探究微生物种群与工艺性能的响应关系,获取高效生物膜驯化的最优进水磷条件,以及分析该条件下的种群结构.结果表明,在驯化阶段,在磷负荷低于0.18 kg·m~(-3)·d~(-1)时,磷负荷的提升不会影响磷去除率,磷去除率保持在98.3%;当磷负荷达到0.24 kg·m~(-3)·d~(-1)时,磷去除率下降到84.3%,但P_(rel)/C_(upt)依旧从最初的0.06上升至0.121.MiSeq测序结果表明优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),从59.2%增长至83.5%,反应器中的优势聚磷菌科为红环菌科(Rhodocyclaceae),从11.8%增长至27.3%.在回收阶段,在保证好氧出水达标的情况下,磷酸盐浓度升高至56.4 mg·L~(-1),富集液浓度达到鸟粪石法回收磷的标准.通过增加进水磷负荷可使聚磷菌丰度提高,进而提高了回收液磷浓度.