三峡库区消落区周期性干湿交替环境对土壤磷释放的影响

以三峡库区消落区典型江段万州断面为试验基地,以释磷能力较强的紫色土为对象,根据三峡水库消落带的"干湿交替"空间和时间特征,进行万州断面土壤磷释放的实验室模拟试验,分析了周期性"淹水-落干"干湿交替对土壤磷释放的影响.研究发现,在"淹水-落干"干湿交替条件下各形态磷在水土界面释放的活性为:Ca2-P,Fe-P＞Cas-P,Al-P＞O-P＞Ca10-P;T-P在每次淹没时释放量递增,从第1次的15.4 mg·kg-1,到第3次26.5 mg·kg-1;磷在持续淹水状态下释放的主要动力为Ca2-P在水相的溶解和还原状态下Fe-P的释放,其中Ca2-P活性最高,由淹水初期的14 mg·kg-1降至5 mg·kg-1左右;而干湿交替条件下P的释放主要是氧化-还原条件变换下Fe-P的形态转换.淹水并不会使O-P释放,但可以使O-P活化,使其在落干氧化时转化为Fe-P,在下一次淹水时释放.研究发现每次淹水时土壤的有效磷水平都略有增加,每次落干时较上次落干时有效磷水平降低.     

组合型生态浮床对上覆水和沉积物之间氮磷的影响

在天鹅湖水体中构建以水生植物和陆生喜水植物为实验植物,浮法控制器、水循环增氧系统和造浪-输送系统为辅助设备的组合型生态浮床.组合型生态浮床运行期间改变了水体的理化环境,影响了上覆水-沉积物中氮磷形态的迁移转化,跟踪监测在组合型生态浮床影响下上覆水和沉积物TN、NH4+-N和TP含量的浓度变化规律,探讨了在组合型生态浮床作用下,DO、Eh、pH对上覆水和沉积物中营养盐的影响,以及上覆水和沉积物中氮磷之间以及和各环境因子之间的相互关系.结果表明,实验期间上覆水中TN、NH4+-N和TP的去除率分别达到61.92%、63.09%和80.0%.沉积物中TN和NH4+-N的去除率分别达到23.79%和37.04%,沉积物中TP含量上升了43.71%.组合型生态浮床对上覆水环境因子如DO、Eh、pH等产生不同程度的影响,处理区上覆水中DO和Eh均高于对照区,DO由原来的8.7～8.9 mg·L-1上升到9.3～10.4 mg·L-1,Eh由原来的163～178 mV上升到191～198 mV,通过提高上覆水中DO和Eh有效抑制沉积物磷的释放并促进沉积物对上覆水中磷的吸附.pH的波动性较小,维持在7.51～8.32之间,并未促进沉积物磷释放.上覆水中TN、TP和NH4+-N以及与沉积物中的TN、NH4+-N之间呈极显著正相关,与沉积物中的TP极显著负相关;pH与上覆水和沉积物中的TN、TP和NH4+-N都无相关性;上覆水中的DO与Eh显著正相关,与沉积物中的TP显著负相关.     

沉水植物黑藻对不同磷化合物的转化与吸收

研究了以磷酸二氢钾、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、甘油磷酸钠、三磷酸腺苷钠(ATP-Na)为磷源的Hoagkand培养液培养黑藻(Hydrillaverticillata)时,上覆水中磷浓度、碱性磷酸酶活力、氧化还原电位(Eh)和黑藻体内磷含量的变化.结果表明,黑藻对各试验组上覆水中总磷影响差异不大,但对活性磷影响差异较大.各磷化合物转化为活性磷的速率顺序为磷酸二氢钾>ATP-Na>甘油磷酸钠>焦磷酸钠>六偏磷酸钠.上覆水及间隙水中聚合有机磷酸盐和聚合无机磷酸盐浓度是碱性磷酸酶活力的重要影响因子.不同磷化合物对上覆水Eh值有重要影响.黑藻对各种磷化合物均能吸收,吸收速率大小为ATP-Na>磷酸二氢钾>焦磷酸钠>甘油磷酸钠>六偏磷酸钠.     

淹水过程不同土层磷的释放研究

采用土槽模拟实验研究了淹水土壤不同土层磷释放特征及影响因素。实验结果表明:淹水土壤不同土层磷释放呈锯齿状交替变化,但释放量有很大差异,中层释放量最低,上和下层释放量较高,最大磷浓度分别为0.0336mg/L和0.0517mg/L;而不同土层溶液中的亚铁和总铁量正好与之相反,中层铁释放量最大,上层次之,下层最低,且中层释铁量明显高于上层和下层;不同土层溶液随淹水时间pH趋于中性,Eh降低,其中中层溶液Eh下降的幅度大;淹水土壤溶液中各种不同形态铁的氧化物,如因水解和氧化形成的水铁矿以及蓝铁矿在一定程度上影响了土壤磷的释放;同时淹水增加了磷的扩散,地下水有一定量的磷累积。     

武汉东湖底泥释磷特点

为了探讨东湖底泥的释磷状况 ,采用实验室模拟法研究了环境条件变化对东湖底泥沉积物磷释放的影响以及底泥磷的形态分布与底泥释磷量的关系 .结果表明 :升高水温和扰动上覆水均能加速磷释放 .上覆水中性时(pH =7.4) ,底泥释磷量最低 ;在较高或较低 pH值时 ,底泥释磷量倍增 .厌氧条件下底泥释磷量是好氧条件下的30倍 .研究还显示 ,底泥中不同形态的磷与底泥磷释放量有不同程度的相关性 ,其中可溶性磷和铁磷与底泥磷释放量高度相关 (r>0 90 ,P<0.01) .     

自然光照对淹水条件下三峡库区消落带典型土壤磷释放影响

为研究淹水条件下光照对土-水界面磷释放的影响,以三峡库区消落带典型土壤为对象,通过室内自然光照试验,讨论了铁还原及有机质降解对磷释放的影响,分析光照对淹水土壤磷释放的影响机制.结果表明,光照对淹水土壤磷释放存在一定程度的抑制作用,光照作用下淹水紫色潮土上覆水体中TP浓度范围为0.018~0.033 mg·L-1,避光处理为0.02~0.057mg·L-1,灰棕紫泥光照下TP浓度范围为0.028~0.045 mg·L-1,避光处理为0.04~0.084 mg·L-1.光照引起淹水土壤中铁氧化物的变化可能是光照抑制磷释放的重要原因.光照导致土壤中铁氧化物饱和程度降低,铁还原和无定形铁生成受阻进一步加深了光照对磷释放的抑制影响.CO2和CH4反映淹水土壤有机质分解情况,光照降低有机碳的转化效率,加速土壤中无机电子受体的消耗,解释了光照作用下铁氧化物的变化.由此可见,光照对淹水土壤磷释放的抑制与淹水土壤中铁还原和有机质分解密切相关.     

淹水条件下三峡库区典型消落带土壤释放DOM的光谱特征:紫外-可见吸收光谱

消落带土壤在淹水发生时释放溶解性有机质(DOM),是上覆水体DOM的重要来源.但同时对淹水释放DOM进行定量定性分析的报道并不多见.本文以三峡库区典型消落带为研究对象,通过模拟实验,利用紫外-可见吸收光谱,研究了厌氧淹水和正常淹水条件下,淹水土壤释放DOM的光谱特征.结果表明,消落带4个区域土壤淹水均呈"快速释放-下降-动态平衡"释放规律;释放速率和通量计算表明,DOM释放呈现出"源-汇动态交换"特征.对比两种淹水处理,尽管溶解性有机碳(DOC)和有色溶解性有机质(CDOM)无显著差异,但厌氧淹水DOM芳香性(SUVA280)高于正常淹水,而光谱斜率比值(SR)对不同淹水条件不敏感.同时,厌氧淹水时,DOC和CDOM的相关性也明显高于正常淹水.另外,各区域土壤淹水释放DOM存在差异,以忠县石宝寨土壤释放强度最高,尽管土壤有机质含量是影响各区域土壤淹水释放DOM差异的重要原因之一,但其他地化因素仍需考虑.因此,仅仅关注DOC浓度变化并不足以完全描述DOM的释放特征.     

三峡库区支流库湾消落带土壤磷形态赋存特征及其释放风险

三峡库区消落带经历反复的淹水-落干循环影响,消落带土壤磷迁移转化过程加快,可能加剧支流库湾水体富营养化.采集了三峡库区腹心支流库湾典型消落带土壤,测定磷赋存形态与磷素饱和度(DPS)等,分析磷释放风险.结果表明,(1)消落带土壤ω[总磷(TP)]、ω[无机磷(IP)]和ω[有机磷(OP)]均值分别为771.80、485.33和166.30 mg·kg^-1,IP和OP均以非活性形态磷为主.(2)消落带土壤形态磷的赋存格局受落干-淹水方式影响,Ex-P和NaHCO₃-Po含量显著高于对照土壤,Fe-P、HCl-Po和Fulvic-Po含量沿高程下降而显著降低(P<0.05),反复的干湿交替促进了消落带土壤活性磷的生成和中等活性磷的释放和积累.(3)消落带土壤生物ω[有效磷(Bio-P)]为49.19～148.78 mg·kg^-1,占TP的质量分数为7.71%～24.78%,磷素饱和度(DPS)为5.85%～22.00%.目前,支流库湾消落带土壤整体磷释放风险较低,170 m高程土壤需要重点关注.Fe-P、HCl-Po和...     

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.     

三峡库区消落带典型草本植物淹水浸泡后可溶性有机碳的释放特征

三峡库区消落带出露时草本植被生长旺盛,每年9月底蓄水后植物被淹没并开始腐解,导致有机体分解释放大量可溶性有机碳(DOC),可能对水质产生负面影响.研究选取三峡库区消落带典型草本植物,通过室内模拟浸泡实验,测定上覆水中DOC浓度变化过程,计算其释放速率与通量,旨在查明消落带草本植物淹水后DOC的释放特征,为库区植被修复与管理提供基础数据.结果表明,几种典型草本植物浸泡后上覆水的DOC浓度变化反映出草本植物淹水后DOC释放呈先增后减,后期趋于平稳的变化过程,在15 d左右达到峰值,表明消落带草本植物淹水浸泡后DOC随植物腐解快速释放,随后释放基本稳定,几种典型草本植物的DOC释放过程符合动力学过程.草本植物浸泡后DOC的释放浓度(最大为苦蒿的486.88 mg·L-1±35.97 mg·L-1,最小为稗子的4.18 mg·L-1±1.07 mg·L-1)、释放量(最大为苦蒿的50.54 mg·g-1,最小为水蓼的6.51mg·g-1)存在显著差异,主要受植物基质的影响,特别是植物基质的C/N值.实验浸泡植物的DOC释放量与相应草本植物基质的C/N值呈显著线性关系.     

采煤沉陷积水区土壤覆水初期氧化还原反应过程与磷迁移转化的耦合研究

以淮南潘谢某采煤沉陷积水区为研究对象,通过设计室内模拟实验,对其农业耕作层土壤初期覆水条件下的氧化还原过程进行了考察.在此基础上研究了磷(P)自农业土壤内部向"水-土"界面迁移转化潜能,模拟实验持续近4个月.同时,实验采取土壤理化性质分析和孔隙水表征相结合的方法进行,土壤主要分析了淹水前后有机质含量(OM)、铁氧化物、P含量及其赋存形态等相关变化,而孔隙水则分析了pH、氧化还原电位(E_h)、溶解无机碳(DIC)和有机碳(DOC)、Fe²⁺、NO₃^--N、SO₄^2--S,较为保守元素Cl^-作为其他可变指标的参考.结果发现,研究过程中观察到了微生物活动所对应的不同氧化还原过程,1~2周后土柱内部的NO₃^--N和SO₄^2--S由于呼吸作用趋于耗竭,孔隙水Fe²⁺持续升高,并伴随着活性磷(DRP)的释放.此后整个体系氧化还原反应趋于平衡,在"水-土"界面观察到了明显的Fe"泵升"现象,弱吸附态磷(NH₄Cl-P)和有机磷(OP)有向金属氧化物结合态磷(NaOH-P)迁移转化的趋势,但孔隙水内部DRP能否向表层迁移短时间内不能确定.     

水位对密云水库消落区土壤磷通量影响的模拟研究

南水北调来水引起的水库水位变化导致消落区幅带变化,这直接会影响土壤中磷的转化及通量.本研究采集了陆相和水相分别离水界面1 m和2 m处的4种土柱样品,分别用来模拟消落区淹水和落干情景.在实验室内逐步模拟水位上升或下降,模拟期为9个月,并在每隔3个月的期间收集样品进行分析测试,以研究土壤中无机磷的转化规律.结果表明,密云水库受人为干扰相对较小,与三峡库区相比消落带土壤中总磷含量偏低.模拟过程中,土壤中的无机磷含量始终占总磷含量的50%以上,即无机磷为主要形态.淹水模拟过程中,不同土柱及不同深度的土壤中铁磷的变化复杂,反映了铁磷的含量易受pH、氧化还原电位、有机质等多因素影响.落干模拟过程中,土壤中铁磷和钙磷的变化最为明显,9个月的模拟期后,铁磷的含量较初始值下降了53%~71%,钙磷在土柱表层样品中的含量逐渐减小,而在中层和下层中的含量有所上升.无论是淹水还是落干过程,离水界面1 m内的陆相和水相消落区土壤中磷的转化最为活跃.在模拟的9个月期间,水库淹水期陆相1 m内消落带土壤总磷通量为82.3 kg,铁磷通量为-30.7 kg,铝磷通量为-44.8 kg,钙磷通量为222.6 kg,总无机磷通量为126.5 kg,即消落带土壤中铁磷和铝磷有所释放或转化,而钙磷、总无机磷和总磷皆有所增加.     

蒙脱石对有机物料施入土壤磷形态和有效性的影响

以冷砂黄泥和矿子黄泥为研究对象,猪粪沼渣为有机物料,分别添加0%、5%、7.5%和10%质量分数的蒙脱石,采用室内培养试验研究了蒙脱石对施有机物料土壤pH、磷形态和有效性的影响.结果表明,有机物料对两种土壤pH无显著影响,而蒙脱石使土壤pH显著提高.施加有机物料使两种土壤铝结合态磷(Al-P)含量和分布比例提高,铁结合态磷(Fe-P)含量培养后期提高、比例略有下降,闭蓄态磷(O-P)含量无明显变化、比例下降.有机物料对冷砂黄泥中钙结合态磷(Ca-P)的含量无明显影响、比例下降,却使矿子黄泥Ca-P含量和比例提高.在施加有机物料基础上添加蒙脱石后,冷砂黄泥Al-P和O-P含量和比例下降,Fe-P含量无明显变化、比例下降,Ca-P含量和比例大幅度提高;矿子黄泥Fe-P和O-P含量和比例下降,Al-P含量无明显变化、比例下降,Ca-P含量和比例大幅度提高.培养过程中,有机物料使冷砂黄泥和矿子黄泥有效磷含量分别提高了17.9%~38.0%和17.1%~33.7%,土壤磷的活化系数也显著提高,添加蒙脱石后使两种土壤有效磷含量分别降低8.8%~35.5%和1.1%~11.6%.相关分析结果表明,蒙脱石通过提高pH和Ca-P含量、降低Al-P含量降低冷砂黄泥磷的有效性,通过提高pH、降低Fe-P含量降低矿子黄泥磷的有效性,对冷砂黄泥磷有效性的影响较矿子黄泥大.     

三峡库区消落带干湿交替表层沉积物磷分布特征

通过研究分析经历完整反季节干湿交替周期的三峡库区消落带沉积物中磷的赋存形态及含量变化,揭示了消落带沉积物磷的源/汇转化趋势。结果表明:三峡库区消落带本底土壤、覆水沉积物以及落干沉积物无机形态磷分布均呈现一致规律,即钙磷>闭蓄态磷>铝磷>铁磷>可交换态磷,反映出三峡库区短期反季节干湿交替对无机形态磷分布规律影响不大。消落带反季节干湿交替有利于表层沉积物中活性较高的有机磷、活性磷累积,有利于相对稳定的闭蓄态磷、钙磷释放。     

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.      

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...     

动态条件下各形态内源磷释放动力学研究

实验在流量为3L/d,水通量变化率为1.17 L(水)/g(湿泥).d-1的动态条件下模拟自然条件下内源磷的释放过程,对内源磷的释放过程、形态变化以及释放速率进行考察。研究表明,内源磷释放可分为两个阶段:快速释放阶段,释放速率由铁磷释放决定;慢速释放阶段,释放速率由铁磷释放和钙磷释放共同决定。整个释放过程中内源磷形态分布有较大变化。动力学分析表明总内源磷释放在表观上符合4.5级动力学反应,铁磷释放在表观上符合5.4级动力学反应,钙磷释放在表观上符合一级动力学反应。     

天然红土与苦草联合控制沉积物中磷释放

运用天然红土和苦草（RS+VS）的原位联合修复技术,探究单一及联合修复对污染底泥磷去除的影响.结果表明,RS与VS联合对沉积物P的去除能力高于两者单一修复,在37d的批量实验中,覆盖RS+VS组沉积物释放到上覆水中的磷被抑制了91%,与无覆盖RS+VS组的底泥释放磷相比,上覆水中溶解态活性磷（SRP）从1.41mg/L降至0.12mg/L.RS+VS联合修复对沉积物磷的固定作用显著,将不稳定的亚铁磷（Fe （II）-P）和铁铝结合磷（CDB-P）转变成惰性的钙磷（Ca-P）,沉积物中的Ca-P含量增加了51%,Fe （II）-P,CDB-P分别降低了1%和24%,有效降低了底泥磷释放到上覆水的风险.综上,RS+VS联合可以应用于处理富营养化水域的内部磷负荷,实现两者协同去除沉积物磷,同时RS和VS两者价廉且广泛分布可作为一种潜在高效益的磷酸盐吸附剂应用于实际工程中.     

盐分和淹水增加对河口潮汐淡水沼泽湿地土壤磷形态和磷酸酶活性的影响

选取中国东南沿海闽江河口潮汐淡水沼泽湿地土壤作为研究对象,研究不同盐分(淡水对照、低盐处理、高盐处理)和不同淹水(CK、CK+15 cm、CK+30 cm)交互处理对土壤磷形态和磷酸酶活性的影响.结果表明,在闽江河口潮汐淡水沼泽湿地土壤中,无机磷是土壤总磷的主要赋存形态,约占总磷含量的68%~82%,有机磷含量约占总磷的18%~32%.无机磷以铁铝结合态磷为主(60%~66%),其次为钙结合态磷和闭蓄态磷.淹水处理对磷的总量和形态的影响有限,盐分变化对磷的总量和形态影响显著.低盐处理可增加铁铝结合态磷、闭蓄态磷含量及碱性磷酸酶活性,而高盐处理则对它们表现出抑制作用.随着盐分的增加,土壤总磷含量逐渐降低,土壤中钙结合态磷含量和磷酸盐含量将逐渐升高.相关分析表明,有机磷含量与土壤碱性磷酸酶活性呈负相关,无机磷含量与土壤碱性磷酸酶活性呈正相关.当盐分由淡水变化至低盐时,土壤磷的形态主要由有机磷向无机磷转化;而当盐分由低盐变化至高盐时,无机磷占比降低,有机磷占比增加.研究结果表明,碱性磷酸酶活性在磷形态对盐分和淹水的响应中发挥着重要作用.     

淹水落干下三峡水库消落带土壤无机磷形态转化特征

为探讨三峡水库消落带土壤无机磷的转化规律,通过布置原位浮台,将装有土壤的塑料盆悬挂在不同水深(0、2、5、15m)处,分别淹没30、60、180 d,落干180 d,研究淹没水深和时长对消落带土壤的理化性质及无机磷形态的影响.结果表明,淹水-落干循环中,土壤pH、有机质、全磷和有效磷含量均呈现先降低后升高的趋势.落干180 d后,土壤pH、有机质和全磷含量降低,有效磷含量升高.土壤淹水后,各形态无机磷占全磷的比例大小为Fe-PAl-PCa8-PCa2-P.淹水0 m、2 m时Ca2-P、Ca8-P随淹水时间持续下降,淹水5 m、15 m时随淹水时间先降低后升高.落干180 d后无机磷含量显著增加,随淹水深度的增加无机磷含量呈降低趋势;Al-P含量随淹水时间先降低后持续升高,随淹水深度变化趋势不明显;Fe-P含量随淹水时间和淹水深度变化无明显规律.