根表铁膜在人工湿地磷去除中的作用及基质的影响

本研究构建了基质铁含量分别为10.68％、23.52％、44.20％和pH分别为7.0、7.3、7.9的3个水平潜流人工湿地实验系统,在对污水进行5个月处理后,分析了各系统不同区域植物根表铁膜形成量及植物、基质、根表铁膜中磷的分配量,以期阐明植物根表铁膜在人工湿地磷去除中的作用及基质的影响.结果表明,经过5个月的污水处理,3个系统植物根表都出现了明显的铁膜,形成量在15 ～35 g·kg-1(以根干重计)之间,铁膜的形成量受到基质铁含量和pH共同影响,基质铁含量的增加,同时pH不增加或增加幅度较小时,铁膜形成量会相应增加;但若含铁基质材料碱性较强时,基质铁含量增加导致pH大幅增加时,根表铁膜形成量则不随基质铁含量增加而增加3个系统铁膜中磷含量都在20g·kg-1(以根干重计)左右,相差不大,铁膜磷含量受基质对磷的竞争和植物吸收转移影响.各系统中,铁膜单位磷含量远高于植物和基质,并且分配在铁膜中的磷总量既高于植物地上部分也高于地下部分,甚至与植物地上和地下部分总和接近,表明铁膜在人工湿地中是一个重要的磷吸附截留部位,对人工湿地磷的去除具有重要作用.     

处理微污染河水的人工湿地中磷的去除特征及吸附形态分布

通过在野外条件下构建两座潜流人工湿地,考察了湿地对微污染水体中磷的净化效果,以及湿地填料对4种主要形态磷的吸附特征.结果表明,湿地对总磷(TP)的平均去除率在30％左右,颗粒性总磷(STP)去除比例略高于溶解性总磷(DTP).两个湿地中TP的出水负荷随其进水负荷的升高线性增大,而磷的单位面积去除负荷与进水负荷呈对数关系,迸水负荷超过1000 g·m-2·d-1后,去除负荷没有发生明显变化.4种主要形态磷的吸附量关系表现为钙镁磷(Ca/Mg-P,12582和11052 mg)＞铁铝磷(Fe/Al-P,5312和5750 mg)＞弱吸附磷(Plabile-P,2054和1207 mg)＞腐殖质磷(Humic-P,-362和-136 mg).湿地3层填料对Humic-P和Plabile-P的吸附能力有限,且伴有解吸现象,而Ca/Mg-P和Fe/Al-P的吸附主要发生在卵石和碎砖层,碎石层对湿地中磷的去除贡献较低.栽种植物对湿地中填料对磷的吸附影响较小.     

三峡水库消落区土壤理化特征及磷赋存形态研究

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT)对三峡水库腹心地带(巫山-重庆主城区段)淹没消落区土壤磷的赋存形态进行了分级测定,并分析了各形态磷之间,以及各形态磷与样品理化特征(如全氮(TN)、有机质(SOM)、酸碱性(pH)、氧化还原电位(ORP))之间的相关性.结果表明,研究区域内,淹没消落区土壤全磷含量在0.28～1.32g·kg-1之间,平均值为0.63g·kg-1;无机磷和有机磷平均含量分别为0.46g·kg-1和0.13g·kg-1,占全磷百分比分别为72.3%和21.7%,淹没消落区土壤中的磷以无机磷为主,有机磷为辅,从各形态磷含量及相对含量的变化范围来看,表现为钙结合态磷>有机磷>铁铝结合态磷,土壤全磷含量增加主要来自钙结合态磷部分,其次是有机磷.淹没消落区土壤活性磷组分(铁铝结合态磷和有机磷之和)含量分布范围在0.04～0.39g·kg-1之间,平均值为0.20g·kg-1,占全磷比例达到33.0%,消落区土壤活性磷组分在适宜的环境条件下会成为水体的二次污染源,淹没消落区土壤磷对水体富营养化的潜在影响不容忽视;淹没消落区土壤全磷与无机磷和钙结合态磷,有机磷与铁铝结合态磷、全氮及有机质有显著相关性,表明钙结合态磷为无机磷和全磷的主要赋存形态,有机磷、铁铝结合态磷、全氮和有机质同源;有机磷同土壤酸碱性呈显著正相关,同氧化还原电位呈显著负相关,表明土壤酸碱性和氧化还原电位的变化可影响有机磷的含量与分布.     

表面流人工湿地中硫丹的去除规律研究

硫丹是一种环境中广泛存在的有机氯类污染物,本研究探讨了3个不同浓度梯度的硫丹在表面流人工湿地各组成成分中的去除规律.利用索氏提取-气相色谱法分别测定水、植物、非根际基质以及根际基质中硫丹的含量.结果表明,人工湿地在去除硫丹方面具有很大的优势,30 d内硫丹在人工湿地的水、非根际基质、根际基质中的平均去除率分别为87.9%、63.0%、70.9%.在该系统中,α-硫丹比β-硫丹更加容易去除,主要累积的降解产物为硫丹硫酸酯.基质吸附对人工湿地去除硫丹有很大作用,3 d内,水中约80.0%的硫丹被吸附到基质中.植物对硫丹的去除有很大的促进作用,由于植物的影响,根际基质对硫丹的平均去除率比非根际基质高7.9%.     

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。     

扰动强度对太湖沉积物中磷释放及其形态转化的影响

通过室内试验模拟了太湖沉积物在不同扰动强度下的悬浮过程,研究了沉积物扰动强度对磷释放及其形态转化的影响.结果表明,较高扰动强度下(相当于太湖风速12 m.s-1),水体中不同形态磷(总磷、颗粒态磷、溶解性总磷)含量均高于较低扰动强度(相当于太湖风速8 m.s-1).其中,两者分别扰动1h后,总磷和颗粒态磷分别达到0.950 mg.L-1、0.384 mg.L-1和0.882 mg.L-1、0.328 mg.L-1,该水平保持到试验结束.然而,溶解性总磷则呈逐渐降低的趋势.这主要归因于悬浮物的吸附和微生物的快速利用.较高和较低扰动强度下,悬浮物上总磷(Tot-P)分别增加了10 mg.kg-1(平均值)和60 mg.kg-1(平均值).较高扰动强度下铁铝结合态磷的变化恰好说明了形态磷间存在转化趋势.因为铁铝结合态磷增加了85.7 mg.kg-1(平均值),明显高于Tot-P的实测值(10 mg.kg-1,平均值)和理论值(27 mg.kg-1,平均值),说明有其它形态磷转化成铁铝结合态磷.弱吸附态磷和钙结合态磷含量的降低正说明这一点.这显示在扰动状态下,不同形态磷之间至少发生了以水为媒介的间接性转化.     

利用磷脂脂肪酸(PLFAs)生物标记法分析人工湿地根际土壤微生物多样性

采用磷脂脂肪酸(PLFAs)生物标记法,分析了4组人工湿地分别栽种2种植物情况下植物根际土壤的微生物群落结构。结果表明:4组湿地植物根际土壤中PLFAs总量为1322～2769μg/g,PLFAs种类为18～30,湿地植物根际土壤中PLFAs主要包含饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸;植物根际土壤中细菌含量最高,其中好养菌含量显著高于厌氧菌。对PLFAs总量和湿地设计运行参数进行Pearson相关分析,PLFAs含量与基质孔隙率和进水水质呈显著正相关。     

长江河口水库沉积物磷形态、吸附和释放特性

为了对长江河口青草沙水库沉积物磷形态分布、磷吸附特性和磷释放特性进行分析,2011年4月~2012年1月对沉积物进行实地调查分析.磷形态分析结果表明沉积物总磷含量范围为535.07~910.9 mg·kg-1,以无机磷为主,有机磷含量相对较低.无机磷主要以钙结合态的磷存在,钙结合态磷占总磷的75.57%.磷吸附特性结果表明沉积物磷的等温吸附特征符合修正的Langmuir模型,沉积物磷的最大吸附量为9.78~39.84 mg·kg-1,沉积物-水界面平衡浓度EPC0(equilibrium phosphorus concentration)范围为0.024~0.12 mg·L-1,均高于上覆水体中相应的磷含量,因此,沉积物有向上覆水体释放磷的趋势.磷的释放特性结果表明沉积物最大释放量为11.03 mg·kg-1,在6 h左右达到最大值.沉积物磷释放量来自沉积物的铁/锰结合态的磷、钙结合态磷和有机磷,其中,铁/锰结合态磷和沉积物释放量呈相关性(P0.01).总体上,青草沙水库沉积物呈现释放状态,影响水库水体磷含量.     

人工湿地中磷的行为及其去除方法研究

人工湿地中磷是通过基质、微生物和植物的共同作用去除的,其中基质对磷的吸附和沉淀是人工湿地除磷的主要方面.构筑两个以碎石和细砂为填料的人工湿地模拟单元,一个种上芦苇,另一个不种任何植物,研究湿地对磷的处理效果.前期试验表明,种芦苇的湿地总磷去除率可以达到92%,其中,总磷的67.35%在湿地上部就得以去除,有相当一部分磷是由湿地中植物、微生物和基质的协同作用加速去除的.最后对人工湿地除磷存在的主要问题及对策进行了探讨.     

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)。     

互花米草入侵对胶州湾湿地土壤磷赋存形态的影响

为探讨互花米草入侵对滨海湿地土壤磷循环的影响,基于时空互易原则,选择胶州湾湿地互花米草区(SA区)和光滩区(MF区)为研究靶区,分析了互花米草入侵后湿地土壤中总磷(TP)、无机磷(IP)及其组分含量的差异性以及影响因素.结果表明,互花米草入侵后湿地土壤中TP(472.70 mg·kg^-1)和IP(239.00 mg·kg^-1)平均含量明显高于入侵前光滩区TP(386.19mg·kg^-1)和IP(212.68 mg·kg^-1)含量,增幅分别为22.40%和12.38%.研究区无机磷组分以钙磷(Ca-P)和铁磷(Fe-P)为主,分别占IP的45%～61%和31%～49%.互花米草入侵后,10～30 cm层土壤Ca-P含量显著降低(P <0.05),7月尤为明显;Fe-P含量显著增加(P <0.05),0～40 cm土壤层含量高于40～60 cm层(P <0.05),并且7月在10～40 cm土壤表现出明显富集现象.通过结构方程模型发现互花米草入侵后有机质(OM)对TP和Fe-P有显著正...     

三峡水库沉积物不同赋存形态磷的时空分布

为了认识三峡水库沉积物磷的赋存状况,利用磷形态标准测试程序SMT法对干流和三条代表性支流(香溪河、大宁河、小江)的柱状沉积物进行了总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)的测定,结果表明干流沉积物TP含量为781~1026 mg·kg-1,支流沉积物TP含量为382~1085 mg·kg-1.TP主要由IP组成,OP所占比例较低;IP主要由Ca-P组成,Fe/Al-P所占比例较低.干流TP含量空间差异不显著,但各赋存形态磷的含量普遍高于支流,支流中香溪河磷含量高于大宁河和小江.垂直方向上各赋存形态磷含量在不同沉积深度没有明显规律;TP、IP、Ca-P三者变化趋势较一致,主要受Ca-P含量的影响.鉴于支流的独特水文条件,相比于干流,更应警惕支流沉积物磷的释放风险及其对水体的环境化学效应.     

太湖流域农村黑臭河流沉积物中磷形态的垂向分布特征

为揭示太湖地区农村黑臭河流表层沉积物中磷形态的分布特征及各形态磷之间的相关性,本文以宜兴市周铁镇掌下浜(北段)为例,沿河流从上游到下游河口共采集了13个表层沉积物样,应用SMT法(The Standards,Measurements and Testing Programme)对柱状沉积物中磷形态进行了分析,并对有机质与各磷形态及其之间进行相关性分析.结果表明:在垂向分布上,沉积物中各形态磷含量随深度加深总体均呈现下降趋势;总磷(Total Phosphorus,TP)的平均含量为659.33~4379.31 mg·kg-1,无机磷(Inorganic Phosphorus,IP)构成沉积物中磷的主要部分,占TP的66.59%~88.25%;盐酸提取态磷(Hydrochloric acid extractable phosphorus,Ca-P)占TP的44.17%~71.47%,占IP的62.17%~83.70%,是构成IP的主要部分.有机质含量与各形态磷之间皆表现出显著的正相关性,反映出垂向沉积剖面上有机质是磷形态含量的重要影响因素.IP、Ca-P、OP(Organic Phosphorus,有机磷)与TP均具有显著的相关关系,表明沉积物中TP含量的增加,主要来自Ca-P,其次是OP;沉积物中OP与Fe/Al-P(NaOH extractable phosphorus,铁铝磷)、Ca-P含量也具有显著的正相关关系,表明OP含量对Fe/Al-P、Ca-P的含量均有影响;Ca-P与Fe/Al-P含量之间存在显著的相关性,说明沉积物中Fe/Al-P的还原释放对Ca-P的形成具有一定的影响.     

洪湖国际重要湿地沉积物磷空间分布特征及释放风险

洪湖国际重要湿地沉积物磷不同空间分布研究发现,洪湖入湖口沉积物TP含量范围为781.31~1955.84 mg·kg^-1,平均值为（1287.21±437.28）mg·kg^-1;湖区沉积物TP含量范围为438.33~1554.04 mg·kg^-1,平均值（718.10±238.15）mg·kg^-1.入湖口沉积物TP含量显著高于湖区沉积物（P<0.05）,养殖围垸沉积物TP含量高于湖面沉积物,但无显著差异（P>0.05）.湖区西北和东北区域沉积物TP含量高于西南区域,四湖总干渠入湖口沉积物TP显著高于螺山干渠入湖口（P<0.05）,四湖总干渠磷输入可能是洪湖沉积物磷主要来源.洪湖不同类型采样点的沉积物磷形态组成存在显著差异,入湖口沉积物磷形态以Fe/Al-P和Ca-P为主,而湖面沉积物以OP和Ca-P为主,空间磷形态组成变化与人类活动影响和水生植物分布有关.通过沉积物Fe/Al-P和OP估算沉积物生物有效磷（BAP）含量,以BAP占TP比例来估算洪湖沉积物磷释放风险,BAP/TP为39.8%~69%,均值为（56.5±7.23）%,存在较高的磷释放风险.OP和BAP与上覆水TP显著相关（P<0.01）,BAP与上覆水正磷酸盐相关性最高,表明上覆水磷浓度可能与沉积物Fe/Al-P和OP向上覆水释放有关.     

三峡水库蓄水至175 m后干流沉积物磷蓄积特征及释放潜力

为揭示三峡水库首次蓄水至175 m后,干流柱状沉积物磷的蓄积特征及其影响因素,于2010年10月下旬采集了三峡水库干流云阳至秭归等5个断面柱状沉积物样品,分析了沉积物粒径、有机质、矿物成分、总磷等理化特征,采用分级提取法分析了柱状沉积物各形态磷分布特征,并对三峡水库柱状沉积物磷的释放贡献率进行估算.结果表明,三峡水库干流柱状沉积物p H在7. 3～7. 8间,总体呈中性.沉积物组成以粉砂为主,含量为49. 4%～78. 6%,黏土为20. 6%～50. 6%,含砂量低于4. 4%,各断面中值粒径沿深度呈现出阶段性地增加或降低趋势.沉积物有机质含量为12. 94～53. 43 g·kg~(-1),从云阳至秭归断面沉积物有机质含量略有增加,碳氮比在4. 00～11. 64之间.三峡水库沉积物总磷为861. 86～1 024. 54 mg·kg~(-1),同一断面沉积物总磷垂向变化较小,且没有随深度变化呈现规律性变化趋势.三峡沉积物磷形态以钙磷为主,约占总磷含量的47. 83%～73. 90%,其余各形态磷所占比例较小.不同断面间磷形态垂向变化趋势差异较大.可交换态磷、铝磷及铁磷在个别断面表层0～4 cm范围内含量相对较高,而在16～20 cm处大部分断面沉积物各形态磷均不随深度发生变化.在同一深度下,不同断面生物可利用磷(可交换态磷、铁磷、铝磷之和,Bio-P)的含量及相对含量沿程分布趋势较为明显,从云阳至秭归断面均表现为沿程增加趋势. Bio-P相对含量为2. 78%～7. 05%,整体而言,三峡水库干流沉积物内源释放风险较小.沉积物生物可利用磷与有机质含量呈显著正相关(P 0. 05,N=50),有机质的分布和转化将影响三峡水库沉积物中磷的迁移和转化.     

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.      

闽江河口短叶茳芏沼泽湿地沉积物磷的赋存形态和空间分布

对闽江河口区不同盐度短叶茳芏沼泽湿地沉积物中磷的赋存形态和分布特征进行了研究,探讨了河口沉积物中磷的来源及其影响因子.结果表明:1闽江河口湿地沉积物全磷(TP)含量介于607.91~807.60 mg·kg-1,平均值为726.29 mg·kg-1;有机磷(OP)含量介于120.44~166.63 mg·kg-1,平均值为139.43 mg·kg-1,约占TP的18.93%;无机磷(IP)含量介于479.65~647.56 mg·kg-1,平均值为586.86 mg·kg-1,约占TP的81.07%,IP是磷的主要赋存形态.2IP中,赋存形态以闭蓄态磷(O-P)和铁结合态磷(Fe-P)为主,分别占IP的39.97%和32.92%;其次是钙结合态磷(Ca-P)和铝结合态磷(Al-P),分别占IP的17.89%、9.22%.3在空间分布上,TP、OP、IP含量在由海向陆方向整体呈先降低后递增趋势;IP不同赋存形态在空间上也整体上呈现出以上趋势;垂直方向上,总体都表现为随土层深度波动降低,这在一定程度上反映了近年来河口湿地环境污染的加剧.4磷的赋存形态和空间分布特征是电导率、pH、容重、含水率和粒度等多因子综合作用的结果.     

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.