黄河中游表层沉积物中无机磷的化学形态研究
化学连续提取法对太湖沉积物中磷的各种形态测定
第 3期
世
界
地
质
Vo L 3 2 No . 3
S e pk 201 3
2 0 1 3年 9月
GL OBAL GEOL OGY
文 章 编 号 :1 0 0 4— 5 5 8 9( 2 0 1 3 )0 3— 0 6 3 4— 0 6
化 学连 续提取 法对太湖沉 积物中磷 的各种形态测定
Ab s t r a c t :T h e S MT s e q u e n t i a l e x t r a c t i o n me t h o d w a s a p p l i e d i n mo r p h o me t r y o f p h o s p h o r u s c o n t a i n词:s M T法;磷 ; 赋存 形态 ; 太湖
中图分类号 :P 5 7 5 . 9 文献标识码 :A d o i :1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 4 - 5 5 8 9 . 2 0 1 3 . 0 3 . 0 2 4
g 。
Mo r p h o me t r y o f p h o s p h o r u s i n t h e l a k e s e d i me n t s o f Ta i h u b y c h e mi c a l s e q u e n t i a l e x t r a c t i o n me t h o d
杨柳 ,唐振 ,郝 原芳
沈 阳地 质 矿 产 研 究 所 ,沈 阳 1 1 0 0 3 2
摘要:为确 定太湖 沉积物 中磷 的各种形态含量 ,本文应 用 S M T连 续提取 法对太湖梅 梁湾表层 沉积物样 品和 淡水沉积 物标 准物质 B C R- 6 8 4中磷 的各种形态进行测定。结果表明 S M T法具 有一定的适 用性 和 准确性 。太湖 沉积物 中磷 形态测定结果表明无机磷是 太湖沉积物 中磷 的主要赋存形 态 ,占总有 效磷 的 5 9 . 2 2 % ,无机磷含 量 中非磷灰石 态磷含量 为 1 3 9 g / g ,大于磷灰石 态磷含量 1 1 3
黄河干流表层沉积物磷形态研究王峰
2012年11月内蒙古科技与经济N ov ember2012 第21期总第271期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.21T o tal N o.271黄河干流表层沉积物磷形态研究王 峰1,陈茂林2,张 志2,郭博书2(1.山西省电力公司电力通信中心,山西太原 030001;2.内蒙古师范大学化学与环境科学学院,内蒙古呼和浩特 010022) 摘 要:采用改进的Rut t enberg法研究内蒙古段黄河干流表层沉积物中磷形态的分布特征,计算了生物可利用磷,并探讨了磷对河流和海洋产生的可能影响。
关键词:磷的形态;表层沉积物;内蒙古;黄河 中图分类号:X522(226) 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)21—0057—04 磷是海洋生物赖以生存的生源要素之一,在合适的光照、温度、pH值、硅及其他营养物质充分的条件下,藻类光合作用的总反应式为:106CO2+ 16NO3-+HPO42-+122H2O+18H++能量+微量元素→C106H263O110N16P+138O2[1]。
根据L eibig最小因子定律,植物的生长取决于外界供给它们养分最少的一种或两种因子,通常认为地球拥有丰富的碳资源,因此氮、磷元素往往成为浮游植物生长的限制因素,氮不足可由生物固定海水中的氮气获得,所以,磷更易成为限制因素。
由于浮游植物大约以16∶1的比例吸收氮、磷,低于或高于这一比例就会形成氮或磷限制,所以,1958年Redfield提出大洋水中氮、磷比为16∶1[2],一直沿用至今。
孟春霞2004年调查了黄河口及邻近海域的氮、磷比值[3],黄河口邻近海域水体中N∶P比值为111,其中表层水体中N∶P比值为150,底层水体N∶P比值为53。
黄河口内水体中N∶P比值为684,高于20世纪80年代黄河下游可溶性无机氮(DIN)与可溶性无机磷(DIP)的DIN/DIP的平均值503[4]。
沉积物磷形态及影响因素研究进展
沉积物磷形态及影响因素研究进展作者:张奇来源:《绿色科技》2017年第10期摘要:指出了磷是多数淡水湖泊的营养控制性因子,沉积物中的磷向上覆水体释放会对水体中磷含量产生重要影响。
不同形态的磷有着不同的释放强度,而且影响因素也有所不同。
对沉积物磷形态及其影响因素的相关研究进行了总结,分析了其中存在的一些问题,并对以后的发展提出了展望。
关键词:沉积物;磷形态;影响因素中图分类号:P512.2文献标识码:A 文章编号:16749944(2017)100135041 引言沉积物是湖泊生态系统三大环境要素之一,通常是勃土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物,经过长时间物理、化学和生物等作用及水体传输而沉积于水体底部所形成[1]。
人类活动产生的污染物随地表径流、降水等进入湖泊,经过一段时期积累,逐步埋藏形成沉积物[2],因此沉积物营养物质的含量和分布特征,是了解和研究区域营养物质沉积历史和环境变迁的一种重要依据[3]。
沉积物是水体中营养物质的“汇”和“源”[4],当外源营养物质不断注入湖泊,营养盐在湖泊沉积物中逐步积累,使沉积物成为了上覆水体中营养物质的“汇”[5]。
但是当外部环境发生变化时,被沉积物吸附的营养物质能通过解析、溶解等作用返回上覆水体,会对湖泊水质恶化产生重要的影响,此时沉积物便成为上覆水体营养物质的“源”[6]。
磷是绝大多数淡水湖泊的营养控制性因子[7],沉积物中的磷,特别是“活性”的含磷组分的再生活化,可能导致沉积物向水体的磷释放,形成湖泊系统磷负荷的重要内源[8],因此湖泊沉积物中磷形态分析研究有助于认识沉积物-水界面之间磷的交换机制和沉积物内源磷负荷机制[9],也是了解水体沉积物磷地球化学循环的重要途径[10]。
因此笔者总结了沉积物磷形态及其影响因素的研究进展,以期找到现存的一些不足之处,并为沉积物磷形态的相关研究提出些许展望。
2 沉积物磷形态提取方法沉积物中磷以无机磷(IP)及有机磷(OP)两大类形式存在,其中无机磷的存在形式还可以进一步分为易交换态或弱吸附态磷、铝结合磷、铁结合磷、钙结合磷[11];OP由于分离和鉴定困难,许多学者将有机磷看作一个形态[12],实际上有机磷又可以分为糖类磷酸盐、核苷酸、腐殖质和富里酸部分、磷酸酯、膦酸盐[13],不同形态IP 和OP的释放机制,稳定性及生物有效性差异甚远[14]。
沉积物中磷的赋存形态及其分析方法
沉积物中磷的赋存形态及其分析方法孙霖娇;张季雨;邵玉;龚然;胡志新【摘要】磷是水体富营养化的主要限制性因子,分析水体沉积物中磷的不同赋存形态,对水体富营养化状况的深入研究具有重要意义.介绍了沉积物中无机磷和有机磷赋存形态的分类,总结了沉积物中磷的提取方法和测定方法,提取方法包括Willimas 法、Hieltjes-Lijklema法、Golterman法、Ruttenberg法和SMT法等,测定方法包括流动分析技术、核磁共振技术和毛细管电泳技术等,并就其优、缺点进行简要分析.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2018(046)022【总页数】2页(P31-32)【关键词】沉积物;磷;赋存形态;分析方法【作者】孙霖娇;张季雨;邵玉;龚然;胡志新【作者单位】南京工程学院环境工程学院, 江苏南京 211167;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室, 江苏南京 210008;南京工程学院环境工程学院, 江苏南京 211167;南京工程学院环境工程学院, 江苏南京 211167;南京工程学院环境工程学院, 江苏南京 211167;南京工程学院环境工程学院, 江苏南京211167;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室, 江苏南京210008【正文语种】中文【中图分类】X524磷是水体富营养化的主要限制性因子,当磷的含量过高,会加速水体富营养化进程[1]。
水体沉积物是磷的蓄积库,磷在沉积物中能够与铁、铝、钙等元素以及有机质以晶体或无定形的形式结合,其结合强度、释放机制、迁移转化能力、生物可利用性和对上覆水体释放的潜力不同,因而不同赋存形态的磷对水体富营养化的影响存在一定差异[2]。
1 沉积物中无机磷形态分类无机磷主要指吸附在沉积物上的溶解态磷酸盐、与水体中的铁、钙、铝等金属离子结合以不同形态存在的磷。
天然水体中磷的主要来源是水生生物的代谢废物、残骸,含磷矿物的侵蚀溶解以及人类活动的排放。
黄河上中游表层沉积物磷的赋存形态特征
磷是一 种 重要 的生源要 素 , 是 引起水 体 富营 也 养 化 的重要 因素 l J 在海 。 】 。磷 陆相 互作 用 中的迁移 与循 环会 直接影 响到 水体 的初 级生产 力 ,并 因此影 响 到全球 碳循 环 。沉 积物 是磷输 送 、积 累和 再生 J 的重要 场所 ,对 磷 的循 环 过程有 着重 要 的影响 I J 4。 沉积 物 中能参 与界面 交换及 生 物可利 用 的磷 ,其含 量取 决于沉 积 物 中磷 的形态 [。不 同结 合态 磷 在沉 6 J
磷 形态 的研究 ,国外有 一些 报道 …J 国内研究 较 ,但
少 。河流是 向海 洋输 送磷 的主要 途径 之一 ,其沉 积 物 中磷形 态 的分布 ,会 影响 到河 流 中磷 的界 面交换 及 生物利 用 , 而影 响到 磷 的输 送 、 环 和海一 进 循 陆相 互作 用 。黄河是世 界 上泥沙 含量 最大 的河 流 ,也是 受 人类活 动影 响最 大 的河 流之 一 。流域 内广 泛分 布 城市 和农业 区 , 较多 的点/ 有 面源磷 输入 l 。黄河流 j 引
生态环境学报 2 1 ,96: 3 816 0 0 1() 15 —32
Ec o nd En r n e a inc s olgy a vio m nt 1 Sc e e
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黄 河 上 中游 表层 沉 积物 磷 的赋 存 形 态 特 征
《土壤中的解磷微生物研究文献综述4200字》
土壤中的解磷微生物研究文献综述目录土壤中的解磷微生物研究文献综述 (1)1.1 前言 (1)1.2 土壤中的磷 (2)1.2.1 土壤中的磷的存在形式及动态变化 (2)1.2.2 我国磷肥的应用现状 (2)1.3 解磷微生物的研究概况 (2)1.3.1 微生物在磷素循环中的作用 (2)1.3.2 解磷微生物的的种类 (3)1.3.3 解磷微生物的解磷机制 (3)1.3.4 解磷菌肥研究现状 (4)1.3.5 矿区土壤中解磷细菌研究现状 (4)参考文献 (4)1.1 前言磷是生物生长发育的必需元素之一,动物和微生物可通过捕食或分解代谢来补充,而植物体内的磷元素主要来自植物根部对土壤中可溶性磷元素的吸收。
其含量的多少直接影响植物的生根、幵花、固氮以及光合作用等生命活动[1]。
土壤中的磷素有95%以上以难溶性盐的形式存在。
由于具有溶解度极低、不易被吸收的特性,导致我国一半以上的耕地存在着土壤或植物的缺磷现象。
磷素的缺乏常会导致作物的生长发育受限,目前国家主要采取增施化学磷肥[2]等措施。
磷肥的不合理施用造成了磷矿资源过量开采[3,4]、环境污染[5,6]以及当季磷肥利用率较低等一些列的问题。
至今磷仍然是我国农业生产中重要的限制因素之一,因此研究更加高效无害的新型磷肥,提高磷肥使用效率,是提高我国乃至全球农业发展虐待解决的问题之一。
目前为止,多种解磷微生物已经在农业生产中得到了应用,但仍旧存在着菌株定殖能力较弱,溶磷效果不佳等问题。
由于土壤中磷素成分多样复杂,因此筛选具有多重解磷能力且对恶劣生态环境适应性较强的微生物,仍是解磷菌肥开发的一项重要的基础性工作[7]。
本研究以辽宁省大连市某水镁矿尾矿表层土壤中筛选出的兼具溶磷效果和环境适应能力强的细菌菌株为研究对象,探讨了其对钙磷、铝磷、铁磷以及有机磷等四种不同类型难溶性磷的降解性能,为今后开发和利用解磷菌肥提供参考依据,对节约磷矿资源,缓解相关的面源污染等问题具有重要的现实意义。
大亚湾表层沉积物中磷的形态分布特征
大亚湾表层沉积物中磷的形态分布特征何桐;谢健;余汉生;方宏达【摘要】沉积物中不同形态的磷具有不同的生物有效性和地球化学行为,它们的含量和分布特征包含着许多环境地球化学信息.因此,对沉积物中磷的地球化学形态的研究具有重要的环境地球化学意义.采用SEDEX法将大亚湾表层沉积物中不同形态的磷分离开,继而分析表层沉积物中不同形态磷的含量、分布特征及其影响因素.结果表明,表层沉积物中总磷的含量较高,平均高达341.87 mg/kg;无机磷所占的比例很高,平均达85.11%,平均含量为290.81 mg/kg;有机磷的平均含量为51.05mg/kg.表层沉积物中的碎屑态磷是无机磷的主要赋存形态,平均占无机磷的47.67%;其次为自生磷灰石及钙结合态磷,平均占无机磷的34.79%;铁结合态磷和吸附态磷分别仅占无机磷中的10.23%和7.31%.其中,潜在的生物有效性磷(包括Ads-P、Fe-P和OP)平均占总磷的29.40%.在空间分布上,各站间不同形态磷的含量差异与污染物的陆源输入、沉积物性质等因素有关.【期刊名称】《中山大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2010(049)006【总页数】6页(P126-131)【关键词】磷形态;分布特征;生物有效性磷;表层沉积物;大亚湾【作者】何桐;谢健;余汉生;方宏达【作者单位】国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院,广东,广州,510300;国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院,广东,广州,510300;国家海洋局南海环境监测中心,广东,广州,510300;国家海洋局南海环境监测中心,广东,广州,510300【正文语种】中文【中图分类】P736.2;P762.33海洋中的磷作为重要的生源要素,不仅直接影响着海洋的初级生产力,而且磷与碳的关系密切,对海洋碳循环的影响巨大,直接与全球气候变化和全球生态环境变化相关[1]。
近年来,特别是IGBP核心计划JGOFS、GLOBEC、LOICZ、SOLAS等实施以来,对磷的生物地球化学有了系统深入的了解,具体体现在磷与海洋生物泵的关系,以及碳-氮-磷的耦合特征等方面,这些研究为深入研究磷的生态学功能奠定了基础[2]。
水体沉积物中磷形成规律
水体沉积物中磷形成规律1 引言随着国家政策支持和引导力度的加大,太湖富营养化的治理逐见成效,对太湖富营养化的研究也逐步由外源性的污染控制转移到对内源性污染的关注,但外源性污染的控制依然不容忽视.太湖流域污染性工业已经得到一定控制,但流域内生活污水、农业面源污染仍未得到有效的控制,而这些污染物均通过入湖河流排入到太湖中.太湖流域内村镇级的河流特别是断头浜均与入湖河流水系相通,而这些河流长期受到沿岸农业面源污染、生活污水和人畜废水的影响,蓄积了大量的营养物质,底泥淤积严重,有些则形成黑臭河流,对下游河流及湖泊的水体生态系统构成重要的影响;此外,这些河流平时成为环保部门监测和治理的盲点区域,第一手资料仍然十分匮乏,因此,要从污染源头抓起,使外源性污染得到一定控制.沉积物是磷等营养物质的重要蓄积库,既可作为“汇”收集来自上覆水体中沉降、颗粒物、运输等多种途径带来的污染物;也可在特定的环境条件下,沉积物作为“源”将污染物再次释放到上覆水体中,从而引起水体二次污染.因此,对深受外源性污染影响的村镇级的河流特别是断头浜给予关注外,其河流的内源性污染也不容忽视.沉积物作为内源性污染的重要来源之一,是构成黑臭河流中重要的一部分.掌下浜(北段)是太滆南运河下游的自然支流之一,沿途与数条断头浜相连,流域内由于农村居住分散,加上农村集体经济实力有限,缺乏有效管理和技术处理能力,基本无完整的生活污水收集系统和处理设施,农村生活污水、农业退水直接排入现有排水沟渠塘及河道,导致河流污染日益严重,加上河道沉积物中污染物含量高,严重影响了太湖水质.同时,目前对湖泊、入湖河流、入湖河口、城市内河及湖泊的外源性污染控制的研究较多,但对农村地区的黑臭河流、断头浜的沉积物污染状况从外源和内源两方面研究相对较少.因此,笔者从太湖流域农村黑臭河流中选取掌下浜(北段)作为典型研究区域,分析河道沉积物中磷形态的分布特征及相关性,从日益加重的外源性污染和不容忽视的内源性污染两方面给予评价,以期为河流污染现状和治理及太湖富营养化防治提供基础数据.2 研究区域及方法2.1 研究区域概况掌下浜(北段)为太滆南运河下游的一条天然支流,全长约3 km,河段主要位于江苏省宜兴市周铁镇内,由北向南注入太滆南运河.河流两岸土地以农业用地和居住用地为主,随着区域经济的发展和居民生活水平的提高,日益增长的生活污水和农业退水均未经处理直接排入河流,导致河流污染日益严重.2.2 采样点设置及样品采集采样点的布设结合河流的特点,特别是农村村落分布及断头浜交汇处,从上游到下游共设13个采样点,样点具体布设如图 1所示.于2014年10月对掌下浜(北段)进行现场观测与采样,采用口径为9 cm的柱状采样器(HYDROBIOS,德国)采集未经扰动的沉积物柱状样品,每个采样点均随机采集3个样品,沉积物现场以5 cm分层,混匀后立即装入聚乙烯自封袋中,并同时运用有机玻璃采水器采集相应点位距离水面30 cm深处的河水,一同放入冷藏箱中4 ℃保存,送往实验室处理.沉积物样品送至实验室后采用孔径1 cm的铁筛对底泥进行粗筛,以除去植物残体和贝类等大颗粒物质,对筛过的底泥进行充分混匀,经冷冻干燥机(LABCONCO冻干机,美国)冻干后,玛瑙研钵充分研磨,过100目筛,放入玻璃瓶置于阴凉干燥处备用.采集的柱状沉积物均分为3层,即表层(0~5 cm)、中层(6~10 cm)、底层(11~15 cm).图1 采样点位示意2.3 理化指标测定上覆水体指标包括总氮(TN)、总磷(TP),采样点位置及上覆水体部分理化指标如表 1所示.沉积物中磷形态分析采用欧洲标准测试测量组织提出的SMT(The St and ards,Measurements and Testing Programme)协议来进行沉积物的磷形态提取.SMT法将磷分为5种形态:总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、氢氧化钠提取态磷(Fe/AlP)、盐酸提取态磷(CaP),具体步骤如图 2所示.磷形态的测定采用钼锑抗分光光度法.有机质含量以沉积物分别在105 ℃及450 ℃下灼烧所得烧失量(LOI)表示.表1 采样点上覆水体部分理化指标图2 沉积物磷形态分级和测定2.4 数据分析实验所有数据均为3次平行取得的平均值.采用Excel2013进行整理,使用SPSS 18.0和Origin 8.0进行数据分析和相关图件制作.使用SNK检验进行差异显著性分析(p<0.05表示差异显著,p<0.01表示差异极显著).3 结果与讨论3.1 沉积物总磷和各组分磷的垂向分布特征3.1.1 钙结合态磷(CaP)CaP主要是与Ca结合的磷,是沉积物中较惰性的磷组分,也是一种难溶于水的化合物,它对湖水复磷贡献较小,常被认为是生物难利用性磷.CaP主要包括自生成因或生物成因的自生磷灰石磷,以及与自生碳酸钙共沉淀或外源输入的各种难溶性的磷酸钙矿物,如羟基磷灰石、过磷酸钙等.这些矿物在沉积物中稳定性很高,通常被认为是生物难利用磷,较难与活性磷成分进行形态转化,因此,也不易在沉积剖面中进行上下层间的迁移,是沉积物早期成岩过程的最终产物之一.在人为磷输入量较高的湖区,沉积物中 CaP 的含量应该较高.从图 3a中可以看出,各采样点沉积物中的Ca P含量在垂直剖面上总体呈现下降趋势.表层含量最大值出现在S13号采样点处,平均含量达到2484.84 mg · kg-1;底层(10~15 cm处)最小值出现在S2号采样处,平均含量达到392.73 mg · kg-1;在S10号采样点处含量降幅最大,表层CaP平均含量达到2102.40 mg · kg-1,底层(10~15 cm处)达到581.73 mg · kg-1,下降幅度达到72.33%.在采样点S8和S13的沉积物中,CaP的相对含量最高,分别占测定TP的58.91%和53.91%,也是沉积物中IP的主要组成部分(70.87%和67.87%).表层沉积物CaP含量高可能是由于河流两岸以居民聚居区和农田为主,河水带入大量的农业灌溉用水和生活污水,农业灌溉用水中含有大量的磷肥和未被利用的农药,加上动植物残骸随降雨径流带入河流,使得河流表层沉积物CaP含量相对较高.随着沉积深度增加,CaP含量在垂直剖面上表现出下降的趋势,说明掌下浜(北段)短暂的沉积历史内,钙磷的转化不是沉积磷早期成岩作用的优势过程.此外,这也与已有的一些研究结论并不相同.由于各研究采用的是不同的分级分离方法,得到的磷形态并不一致,导致结论不同也是可能的.从图 4可以看出,沉积物中CaP的平均含量占TP的比例达到57.13%,说明CaP构成了沉积物TP的主要部分,同时说明CaP是沉积物中主要的无机磷形态.图3 各采样点磷形态垂向分布(a.CaP ,b.Fe/AlP ,c.OP ,d.TP ,e.IP)图4 各采样点磷形态垂向分布含量占TP 的比例3.1.2 铁铝结合态磷(Fe/AlP)铁铝结合态磷(Fe/AlP)主要是指通过物理和化学作用吸附在铁、铝氧化物和氢氧化物胶体表面上的磷,深受沉积物粒度及pH 、氧化还原电位等环境因子的影响.大多数研究认为,铁铝结合态磷的迁移转化过程是沉积物向上覆水体释放磷的主要机制之一,因此,被认为是沉积物中主要活性磷组分,对沉积物水界面磷的循环起到主要作用.同时,Fe/AlP 在各种磷形态中占有重要的地位,这部分磷的来源与人类活动有关,主要来源于生活污水和工业废水,所以Fe/AlP 可以反映出区域磷污染的情况.从图 3b 中可以看出,各采样点沉积物中的Fe/AlP 含量在垂直剖面上从底层到表层总体呈现增加趋势,Fe/AlP 的相对含量在不同采样点存在明显差异.其中,在S6号采样点处含量降幅最大,表层Fe/AlP 平均含量达到320.55 mg · kg -1,底层(10~15cm)达到83.15 mg · kg -1,下降幅度达到74.06%.在S5号采样点处Fe/AlP 平均含量出现逆增长,Fe/AlP 平均含量由表层的72.27mg · kg -1增加到底层的78.45mg · kg -1,增长幅度仅到8.55%.在采样点S8和S13的沉积物中,Fe/AlP 的相对含量较高,分别占测定TP 的8.4%和8.19%.究其原因,由于铁存在氧化还原平衡,容易受到氧化还原电位变化的影响.随着沉积深度的增加,有机质降解消耗溶解氧,导致溶解氧随深度增加而不断降低,使沉积环境相应变得还原,沉积物还原能力也随之大大增强,氧化还原电位降低,沉积物中的三价铁随之被还原为二价铁,胶体状的〖Fe(OH)3〗x变成可溶性的Fe(OH)2,吸附在上面的磷随着二价铁的溶出而释放到间隙水中,然后依靠浓度梯度向上覆水中迁移释放,在氧化还原电位较高的表层沉积物中形成矿物而沉淀,表层沉积物对磷酸根迁移的屏蔽效应造成在沉积物表层的富集.底泥中存在的厌氧细菌也会促进这一过程的进行.另外,随着沉积深度的增加,非晶矿物逐步变得有序化,铁的氧化物和氢氧化物与磷结合能力随之逐渐减弱,这也可能是铁磷含量随深度增加而降低的原因.沉积物中铝磷含量同样随着沉积深度的增加而呈现降低的趋势,可能受到如沉积物粒度和沉积物粘度,以及其形成时间和沉积物成因等环境因子的影响,但关于其机理一部分人认为这可能与其氧化物在沉积物中的循环相关,随着深度的增加,沉积环境由氧化转向还原,Fe/AlP随着其氧化物被还原溶解而逐渐释放或向其它形态磷转化;另一部分人则认为Fe/AlP对沉积物中磷的吸附与释放虽然有很多相似之处,但铝氢氧化物不受氧化还原电位的影响,而且对水体和沉积物中的磷是永久性吸附.沉积物Fe/AlP 的分布规律及迁移机制还需进一步深入研究.3.1.3 有机磷(OP)有机磷(OP)包括由陆源性排放物质组成的难降解性有机磷部分和由死亡的水生生物尸体组成的可降解性有机磷部分.其中,可降解有机磷部分可以在早期成岩过程中随有机质的降解而释放,甚至向其它结合态磷转化.有机磷作为湖泊沉积物中重要的组成部分,是不容忽视的潜在生物有效磷源,对湖泊富营养化具有重要作用.有机磷在沉积物中的含量是由多种因素控制的,如输入量、沉积特性、早期成岩作用及生物作用等,被认为部分可被生物所利用,与人类活动有关,主要来源于面源污染.由图 3c可以看到,各采样点OP含量(除 S3、S5外)随深度增加而逐渐减小,其中,在S9号采样点处含量降幅最大,表层OP平均含量达到537.14 mg · kg-1,底层(10~15 cm)达到140.01 mg · kg-1,下降幅度达到73.93%.下降幅度最小出现在S5号采样点处,OP平均含量为152.26~143.69 mg · kg-1,下降幅度仅到5.63%.表层OP平均含量相对较高可能与河流两岸长期不断排放的生活污水和农业退水,以及地表径流将作物秸秆、有机生活垃圾带入河流,使大量有机质沉降在沉积物表层发生降解有关,造成表层有机磷含量偏高.此外,OP平均含量随着沉积深度增加而减少可能是OP己经部分出现分解释放,有一部分随着沉积深度的增加,沉积物中溶解氧含量随之降低,厌氧程度越高,而厌氧条件加剧了有机质的矿化作用,OP进入泥-水界面后转化为其他形态,很可能分解成为可溶性的小分子有机磷或溶解性正磷酸盐,溶解组分经过间隙水自下而上迁移扩散,转化为其它可生物利用的磷,从而影响上覆水的质量.3.1.4 总磷(TP)和无机磷(IP)掌下浜(北段)沉积物中TP含量及IP含量在剖面上的变化(除S3、S4、S5号采样点外)总体表现出自底层到表层逐步增加的趋势(如图 3d和3e所示),表现出“表层富集”现象.在各采样点,沉积物中TP含量较高,平均含量达到2050.13 mg · kg-1;表层沉积物中TP含量最大值出现在S13号采样点处,达到4379.31 mg · kg-1,但降幅最大的出现在S7号采样点处,表层TP含量是沉积物底层(10~15 cm)的3.18倍,降幅达到68.55%.无机磷(IP)是湖泊生态系统中非常重要的磷形态.沉积物中IP平均含量达到1625.30mg · kg-1;表层沉积物中IP平均含量最大值和最小值分别出现在S13号和S5号采样点处,分别为3484.57 mg · kg-1和545.37 mg · kg-1,含量降幅最大的出现在S2号采样点处,表层TP含量是沉积物底层(10~15 cm)的3.57倍,降幅达到71.96%.从图 3d、3e和图 4中可以得出,沉积物TP、IP含量垂向变化趋势基本与CaP一致,而且CaP又在TP、IP中比例均达到最大,说明沉积物中TP含量主要受其中IP含量影响,而IP含量主要受其中CaP含量影响.沉积物中TP含量所表现出的“表层富集”一种普遍存在的现象,一些人认为这主要是外源污染严重而导致沉积物表层磷含量的增加: 还有一些人认为这可能是由于沉积物中磷的地球生物化学作用而导致其向表层迁移所致越大.TP含量在垂直距离上表现出逐渐降低的原因可能是河流流速缓慢,低栖动物较少,河流中水生植物较少,根系对沉积物中TP含量影响较小;此外,受到生活污水排放量的增加和农业面源污染加大的影响,大量的外源营养物质不能够及时扩散被悬浮物质吸附就直接沉淀下来.3.2 有机质含量与各形态磷的相关关系沉积物中有机质是极为重要的胶体之一,是与重金属及其有机质污染物发生吸附、分配和络合等作用的活性物质,同时也是反映沉积物有机营养程度的重要标志.掌下浜(北段)各采样点位沉积物中垂向剖面上有机质含量的变化如图 5所示.从图 5可以看出,各采样点沉积物中有机质的平均含量位于均7.25%~9.46%之间,比对长寿湖沉积物有机质含量研究结果高出3~4倍,与对南四湖沉积物有机质含量研究结果相似,与对太湖西岸湖滨带沉积物有机质含量研究结果相似但变化范围相比较小.在现场采样时发现各采样点河流均淤积严重,黑臭底泥淤积最严重的可达1 m 以上,沉积物中有机质的重要来源有可能是河流两岸的生活污水、农业退水和各种生物残体的分解.除S3、S5、S10采样点外,其余采样点沉积物中有机质含量均随沉积深度的增加而降低,其中,降幅最大的出现在S2号采样点处,由表层的8.05%降到底层的5.14%;此外,表层有机质含量最大值同样出现在S9号采样点处,表层最小值出现在S3号采样点处,有机质含量仅达6.72%.由表 2可知,沉积物中有机质与各形态磷的相关性并不一致.沉积物中有机质在空间分布上与TP 与IP含量均具有显著的相关性(p<0.01),相关系数分别为0.94和0.92,说明沉积物中LQI的矿化分解过程中产生的有机酸与其他的螯合剂将部分无机固定态磷释放为可溶态的磷,有机质中富里酸聚阴离子与磷酸盐阴离子产生吸附竞争,通过专性吸附进入矿物离子,由此促进沉积物中磷的释放.此外,沉积物中有机质含量与CaP也显著相关(p<0.05,n=13),与OP和Fe/AlP的相关性不显著,表明沉积物中TP含量主要来自于CaP,其次是Fe/AlP和OP.图5 各采样点垂直剖面上有机质含量的变化表2 沉积物样品中有机质、总磷和各形态磷含量之间的相关关系3.3 沉积物各形态磷相关性分析沉积物中磷的质量比受沉积物性质、水力条件、生物作用及人类干扰等多种因素的影响.了解沉积物中各形态磷之间的相关关系及各形态磷与物理化学因素之间的关系,有利于认识磷形态分布特征,能够为总结沉积物中磷迁移转化规律提供依据,从而更好地为入湖河流治理及管理服务,本文中各形态磷含量之间的相关关系如表 2所示.TP和IP、CaP具有显著的相关性(p<0.01),相关系数均达到0.98以上,与OP也具有显著的相关性(r=0.88,p<0.05,n=13).TP与IP之间存在显著的相关性(r=0.99,p<0.01, n=13),说明沉积物中TP的含量主要是由IP控制;而TP和CaP、IP和CaP含量同样均呈显著的相关性(r=0.98,r=0.99 p<0.01,n=13),由此进一步表明沉积物中 TP 含量的增加,主要来自CaP,其次是OP,也说明CaP构成了IP的主要部分,同样也映证了近年来河流两岸农业废水和生活污水排放量日益增加的现状,使得采样区域富营养化现状不断加剧,河流水体中不断增加的磷向沉积物迁移,造成沉积物中磷的不断增加并在沉积物中沉淀下来.在各形态磷中,OP与Fe/AlP、CaP 均呈显著的正相关关系(相关系数分别为0.80、0.88,p<0.01,n=13),表明沉积物中OP含量对Fe/AlP、CaP的含量均有影响,与其部分可被生物利用的特征较为符合,但从实验结果看,对CaP的影响要稍大一些.CaP与Fe/AlP之间也存在显著的相关性(r=0.95, p<0.01,n=13),说明Fe/AlP的还原释放对CaP的形成,特别是对自生磷灰石磷形成具有一定的影响。
黄河中下游表层沉积物磷的赋存形态特征
少。河流是 向海洋输送磷的主要途径之一 ,其沉积 物 中磷形 态 的分布 ,会 影 响到河 流 中磷 的界 面交 换 及生 物利用 , 而影 响 到磷 的输送 、 进 循环 和海 一 相 陆 互作 用 。黄 河是 世界 上泥 沙含量 最大 的河 流 ,也 是 受人 类活 动影 响最 大的河 流之 … 。流域 内广泛分 布 城市 和农 业 区 , 有较 多 的点/ 源磷输 入 l 黄河 流 面 l 。 经水 土 流失严 重 的黄土 高原 ,周 边还分 布着 五大 沙 漠 ,每年借 水力 和风 力有 十多亿 吨 含磷 沙土进 入河 中l 。因此 , l 引 考察黄河沉积物磷形态的分布特征对 解 黄 河 流 域 乃 至 更 大 范 围 内磷 的地 球 化 学 循 环 有着 重要 意义 。
备用。 同时取 Ⅲ适 量沉 积物 白然 卜 , 术棒 分 敞 , 燥 川 过8 0日筛 ( 近 一然状 念 ) 作 Fl 接 , 各实验 样 加 儿滴 氯仿 抑菌 ,然 后送 垒实 验 测定 采 水顷
样 的 同时现 场监测 上覆 水水 质指环 ,诈取 定 水
参 数 。所有采 样点 均使用 令球 l星定位 系统 ( S) GP 进 行定位 采 集 ,采 样点 位置 及水质 状 况 & 1
摘 要 :利用淡水沉积物 中磷形态的标准测试程序(MT ,研究 r黄河 r 卜 l S ) I 游 0个沉干{ I J 物样品 l 的峨仔彤 念 化 律 1 I 磷
布特征 , 并分析了沉积物中磷 的来源 和释放潜力 。 研究结果表明 , 黄河 中下游沉积物 l总磷(P 的 硅 为 8 . 18 f J T) 5 ~2 . g 0 2mgk , 无机磷( ) I 的含量范 围在 5 . 8 . mgk ~ P 24 00 ・g ,有机磷( P 的含世范 J在 2 .~ 82mgk ’  ̄ 0) 书 『 8 4 4 ・g。 河沉积物 向上覆水体释放磷 的潜力不大 。 关键词 :黄河 ;沉积物 ;磷形态 ;磷形态的标准测试程序 (MT S )
水环境中磷的赋存形态、分析方法及除磷技术研究进展
水环境中磷的赋存形态、分析方法及除磷技术研究进展摘要: 本文归纳了近年来人们在水环境中磷这一领域的研究进展,着重介绍了水层和沉积层中磷赋存形态的分类、提取及分析测定方法,概括了当今除磷技术研究现状,对水体中的磷污染做出了科学的分析及处理指向,并对以后的发展趋势作了展望。
这对于探索全球磷循环、揭示生态环境演化、有效减轻由磷带来的环境污染具有重要的科学意义。
关键词:水环境; 沉积物; 赋存形态;除磷技术Research Progress on Speciation Analysis of Phosphorus and dephosphorization technology inAquatic EnvironmentAbstract:This paper summarizes the in recent years people in water environment phosphorus in the study of this field, this paper introduces the progress in sedimentary phosphorus layers and the classification of geometrical shape, extraction, and determination methods, summarized the current research situation, dephosphorization technology of phosphorus pollution in water made scientific analysis and treatment on the later point, are discussd. This to explore global phosphorus circulation, reveal ecological environment evolution, effectively reduce the environment pollution brought by phosphorus has important scientific significanceKeywords: water environment; Sediment; Geometrical shape; Dephosphorization technology 一、前言磷是生物体不可缺少的元素之一,也是水生生态系统重要的生源要素之一。
长江中下游浅水湖泊沉积物中磷的形态及其与水相磷的关系
等[8] 在 Ruttenberg 提出的沉积物磷分级提取方法[9] 的基础上 ,将土壤中磷的分级提取方法融合
进去 ,使磷的形态意义更加明确. 本研究采用李悦等[8] 的方法 ,并略作改动. 具体改动点为 :1)
为更好地避免因风干等过程引起的形态变化 ,采用新鲜沉积物直接进行磷的形态分析 ,而非采
用风干沉积物样 ;2) 由于步骤过于繁琐 ,且在前期对太湖 、巢湖 、龙感湖等长江中下游浅水湖泊
Fractionation of phosphorus in sediments and its relation with soluble
phosphorus contents in shallow lakes located in the middle and lower
reaches of Changjiang River , China
解连续提取法的精度 ,对洞庭湖 (水体总磷含量最高) 沉积物样品各分析了 4 个平行样. 就分级
提取的磷的形态意义而言 ,一般来说 ,闭蓄态磷主要是紧密包裹在铁 、铝等矿物颗粒中的磷 ,较
难释放 ;碎屑钙磷主要是包含在沉积物中的原生矿物颗粒中的一部分磷 ,一般也较难为生物利
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3期
朱广伟等 :长江中下游浅水湖泊沉积物中磷的形态及其与水相磷的关系
383
用 ;自生钙磷主要是沉积物中的由于生物作用沉积 、固结的颗粒磷 ,如羟基磷灰石等 ,这部分磷 一般也较难被生物利用 ;有机磷主要是沉积物中各种动 、植物残体 、腐殖质类有机物中含有的 磷 ,只有在有机物矿化以后才能被释放出来 ,也相对较难被生物利用. 交换态磷 、铝磷 、铁磷则 相对较易释放而为生物所利用几种形态 ,本研究称这 3 种形态为“活性磷”.
黄河内蒙古段表层沉积物可溶性磷的环境意义
第 1 期 总第 10期 6 7 20 0 8年 8月
内 蒙 古 科 技 与 经 济
I n rM o g l ce c c n lg & Ec n my n e n oi S in eTe h oo y a oo
No 1 t e 7 h su . 6,h l 0 t is e Au . 0 8 g2 0
嘛 测 量 量
2 2 DP 的 来 源 .
黄 河 自 宁 夏 石 咀 山 至 内 蒙 古 河 口 镇 ,全 63 m, 河 乌 海— — 磴 口段 北 岸 分 布 着 乌 兰 布 7k 黄 沙漠 , 河 巴彦 高 勒— 河 口镇 南 岸 , 河 十 大 黄 黄 兑 , 西 而 东 分 布 库 布 齐 沙 漠 , 长 3 O m, 河 自 全 7k 黄
黄河内蒙 古段表 积物可溶性 环境意义 层沉 磷的
杨 志虹 马 晓 宇2 郭博 书3 , ,
(. 辽市科尔沁区环保局 , 蒙古 通辽 080 ;. 头轻工职业技术学 院 轻化工系 , 蒙古 包头 1通 内 2002包 内 3 内蒙古师范大学 化学与环境科学学 院。 蒙古 呼和浩特 002 ) . 内 1 02 044 ; 10 5 摘 要 : 章 采 用 改 进 的 Ru tn eg 法 对 自 然 粒 度 下 新 鲜 的 黄 河 内 蒙 段 干 流 表 层 沉 积 物 及 不 同 粒 文 to b r 径 黄 河 上 游 主 要 入 河 沙 漠 颗 粒 物 中 可 溶 性 磷 形 态 分 布 特 征 进 行 了 研 究 , 算 了 两 类 颗 粒 物 中 生 物 可 利 计 用 磷 , 探 讨 了两 类 颗 粒 物 对 河 流 和 海 洋 产 生 的 可 能 影 响 。 并 关 键 词 : 溶 性 磷 ; 积 物 ; 漠 ; 河 可 沉 沙 黄 中图 分类 号 :5 2 X 2 文 献标 识码 : A 文 章 编 号 : 0 7 6 2 ( 0 8) 6 o 6 一 O 1 0 - 9 12 0 1 一 0 5 1 天 然 水 中 生 物 可 利 用 磷 包 括 溶 解 态 磷 和 颗 粒 态 磷 中潜 在 的 生 物 可 利 用 磷 , 中 溶 解 态 磷 是 水 生 态 其 系 统 中 初 级 生 产 力 可 直 接 利 用 的 形 态 。 通 常 情 况 下 , 游 植物 优 先摄 取 溶 解 态 磷 , 由 于 生物 摄 取 、 浮 当 稀 释或 地球 化学 过程 的作 用使 溶解 态磷 降到 一定水 平 时 , 分 颗 粒 态 磷 可 通 过 解 吸 、 解 或 生 物 过 程 的 部 溶 作 用转 化为 溶解 态而 被生 物所 利用 。 沉 积 物 中磷 的 形 态 , 括 不 稳 定 或 弱 结 合 态 磷 、 包 水 合铁 或铝 氧化态 结 合磷 、 结 合磷 、 性磷 和 有机 钙 惰 磷 等。不 稳定 或弱 结 合 态 磷 易 进 入 水 体 , 为 溶 解 成 性 磷 酸 盐 被 生 物 直 接 利 用 , 称 为 活 性 磷 酸 盐 , 以 也 所 磷 元 素 是 水 化 学 中 重 要 的 营 养 盐 之 一 , 究 沉 积 物 研 中 营 养 盐 的 形 态 分 布 特 征 具 有 重 要 的 环 境 意
黄河沉积中角闪石矿物晶体化学特征和成因分析
黄河沉积中角闪石矿物晶体化学特征和成因分析金秉福;岳伟;王昆山【摘要】The chemical composition of amphibole in the surface sediments of the Huanghe River is studied by means of the electron microprobe analysis. The cation coefficients of the 69 amphibole are calculated on the basis of oxygen measurement. Limited by the stoichiometry,the average coefficients of Fe3+ , Fe2+ and other relevant cation are estimated. According to the cation coefficients, the possible molecular formulas of the crystal structure and corresponding crystal - chemical characteristics are obtained. The results show that although the amphiboles of the Huanghe River have a large variation in the chemical composition, they are all characterized by high content's silicon, calcium, magnesium and low alkalinity. According to crystallochemical classification, the 69 amphiboles whose spices are relatively simple all belong to the calcic-amphibole. It contains ten kinds of hornblende; the projected spots are concentrating in the graphics of classification of the calatic amphiboles, including more than 50% of magnesiohornblende and small amount of edenite. The characteristics of crystallochemistry of these can provide i-rnidentification basis for distinguishing the Huanghe River sediments form other sedimentary body. The crystallo-chemistry-genesis illustration demonstrates that the 69 hornblendes are mainly derived from the intermediate-acidic magmatites, and then are metamorphic origin rocks. And the magmatic origin type of amphiboles is originated from a crust-mantle mixed source (mainly) and a mantle source (secondly) , while the metamorphic genesis origin type comes in metamorphic environments below middle pressures and middle temperatures. Amphibole in the Huanghe River whose species and features are most common indicate that their original sources are universal and stable, and can be used as standardized material in the upper crustal terrigenous sediments in northern China.%通过对黄河极细砂中普通角闪石单矿物的电子探针测试,采用以23个氧为标准,计算了69个角闪石的阳离子系数,由化学计量限制估算其Fe3+、Fe2+浓度平均值和相应的其他阳离子数值,产生它们可能的晶体结构分子式以及有关的晶体化学特征数值.研究表明:虽然黄河角闪石主要化学组成分异性较大,但都具有高硅、高钙、镁、低碱性的特征;晶体化学分类都属于钙角闪石组,出现10个角闪石种,种类相对简单,投影集中,以镁角闪石为主,占50%以上,其次是浅闪石,其晶体化学特征可作为与其它沉积体角闪石的鉴别依据;通过几种晶体化学图件判别,角闪石成因以中酸性岩浆岩为主,其次是变质成因,岩浆成因的角闪石的生成岩浆以壳幔混合源为主,幔源次之,变质成因的角闪石生成于中温、中压以下的变质环境.黄河角闪石以其最常见的种类和成因为特征,表明其原始来源的广泛性和稳定性,可作为我国北方上地壳陆源沉积物的标准化物质.【期刊名称】《海洋学报(中文版)》【年(卷),期】2013(035)001【总页数】13页(P131-143)【关键词】角闪石;晶体化学;成因分析;物源;黄河【作者】金秉福;岳伟;王昆山【作者单位】鲁东大学地理与规划学院,山东烟台264025;鲁东大学地理与规划学院,山东烟台264025;国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛,266061【正文语种】中文【中图分类】P736.21;O741 引言目前我国近海碎屑矿物研究主要以矿物种类和矿物组合为主,能推测出不同的沉积物大致成因和沉积环境[1-8],对物源来说不能明确阐明矿物的亲缘性。
地质学中的沉积物地球化学研究
地质学中的沉积物地球化学研究随着人类对地球资源的开发利用不断增多,对于地球物质构成与演化的研究变得越来越重要。
作为地球科学中的重要学科之一,地质学对地球物质的研究是必不可少的。
而沉积物地球化学作为地质学中的一门学科,研究的是地球表层或海洋中的沉积物中元素的分布、形态和属性等特征,这对于研究地球物质的演化过程,了解物质循环、气候变化等方面都有着重要的作用。
1. 沉积物地球化学的概念及研究内容沉积物地球化学是地质学和地球化学相结合的一门学科,研究的是地球表层或海洋中的沉积物中元素的分布、形态和属性等特征,探讨地球物质的演化过程。
沉积物中的元素和同位素组成能够反映地球环境的变化和地质作用的过程,因此对于研究地球化学循环、海洋环境、生物演化以及矿产资源的形成有着重要的意义。
沉积物地球化学研究内容主要包括:(1) 元素分布规律:探讨地球表层或海洋中沉积物中元素的空间分布规律、组成特征和相互关系,为了解地球表层物质演化历史提供基础数据。
(2) 元素形态与性质:研究沉积物中元素的化学形态、物理性质、家系对物质循环的影响以及地质、化学等因素对沉积物的影响等。
(3) 元素同位素组成:主要研究天然同位素组成在沉积物地球化学中的应用,如^13C、^15N、^18O等同位素的组成及其分布特征,以及稳定同位素与放射性同位素等在元素分布规律方面的应用。
沉积物地球化学是对地球表层活动的描述,通过对沉积物中元素、同位素组成的研究,可以有效反映地球表层环境的演化过程和变化。
而受到地球物质演化的影响,地球表层的化学组成也在不断变化,因此沉积物地球化学的研究具有广阔的研究前景。
2. 相关研究进展及应用随着研究技术的不断发展,沉积物地球化学的研究成果和应用也越来越广泛。
例如:(1) 研究地球氧气含量变化:通过研究古代沉积物中O2同位素变化情况,可以探究地球氧气含量的历史变化情况,了解地球气候变化的规律。
(2) 研究海洋生态系统:沉积物中元素含量和组成可以反映生物可获得资源的情况,因此对于研究海洋生态系统也有着重要的意义。
沉积物中磷的赋存形态及磷形态顺序提取分析方法_许春雪
岩矿测试 http: ∥www. ykcs. ac. cn
2011 年
European Commission when they developed the phosphorus reference materials in sediments: namely,the Williams method,Hieltjes-Lijklema method,Ruttenberg method and Golterman method. It summarizes the domestic and foreign scholars applied extractable method and determination method about phosphorus in sediments. The domestic scholars application methods are based on the foreign scholars used methods,expounding the geochemical significance of sequential extraction methods. Also reviewed are the release mechanism of phosphorus in sediments. Establishing sediments-phosphorus in water migration,circulation and transformation model which have great significance has been proposed because it could solve the problem of eutrophication fundamentally. Key words: phosphorus speciation; sediments; sequential extraction; eutrophication
黄河(黄河口、渤海、三门峡)沉积物中磷的赋存形态
均结果表示 。 各步骤见表 1 。
收稿 日期 : 20 0 8年 0 5月 2 9日.
作者简介 : 李莹 ( 5一)女, 1 9 , 内蒙古乌 兰察布市人 , 9 副教授 , 研究方向:物理化 学
如 嚣常 i ∞ 0 ∞ ∞ 0 约 0 O . , 0 0 们
和粮食生产将严重地 受损 。但磷 也与环境退化 室温下风干后进行分析。 有关系 , 这主要足通过湖泊 、 海湾和非流动水体 1 沉积物 中磷 的化学连续提取 与分析 . 2 的富营养化过程造成 的。富营养 化 导致水体 巾 本实验采用了改进的化学连续提取法 , 提取 藻类蔓延、连片成簇 ,使水巾溶解氧急剧下 降, 了黄河沉积物 中的不 同形态 的磷 , 每次提取所用 水体变臭 【。 8 j 一 的萃取剂都不一样 , 共用了 7种萃取剂。由丁提
第3 0卷
文章编号
第4 期
集 宁 师 专 学 报
J u n l f iigT a h r olg o r a nn e c e sC l e oJ e
Vo . 0, 1 3 No. 4
20 年 l 08 月
De . 00 c2 8
10 — 20 )4 0 8 3 9 7 1 0 80 —0 3 —0 0 1 ( 7
进入淡水和咸水水体的磷源很 多。 污水 、 取 的流程过长 , ‘ T 而且 为了保证符步的提取效率 ,
业废水 、 去污剂、 排水 I : 壤侵蚀、 动物排泄物 、 本实验中每_级提取后残渣用饱和氯化钠溶液 二 0 0/ mi 并类植物残体 、肥料 以及大 _其 它物质都足进 和 次水各洗两次 。每次提 取后 ,以 30 r n 昂 = 0 n 残渣进入下一步提取 , 离心液 入水体来源。 富营养化是一个 臼然过程 ,自从有 离心分离 2 mi, 2 。 2 动植物 以米, 这个过程就 一商存在。 U 1 界上所有 用磷钼 蓝比色法测定其中磷 的含最 【 1 在一定 : 的煤、 原油 、 泥炭和沼泽都足通过甯营养化形成 酸性条件下 , 2 m 提取液加入钿锑抗试剂, 取 0l 在 的 例如:仪 明尼苏达 州就有 4 0 5 0多亩泥炭沼 3 0℃水浴 巾显色 3 mi , 7 2N 可见分 0 n后 在 2 。 c 波长在 7 O m处测 ln 泽地 , 泥炭储最达 6 8亿吨 ,含磷 5 0万吨 。 5 这 光光度 讣上用 lm 比色皿 , 些磷米 臼于’壤侵蚀 以及 动物 的分解等 自然过 定 。 l : 每个样 品平行测定 4次 , 数据用其测定的. 、 1 e
磷的研究
摘要:磷是水体浮游藻类生长和造成湖泊水体富营养化的重要控制因子之一,磷在表层沉积物中的赋存形态及其释放特性对于湖泊富营养化具有重要的影响。
本研究以水体表层沉积物为研究对象,研究表层沉积物的理化特征和磷的形态赋存特征,以及pH、扰动等环境条件对表层沉积物中磷释放的影响,以此探究了表层沉积物中磷的潜在释放对水体富营养化的影响。
在磷营养限制性湖泊,表层沉积物中的磷主要以无机磷的形式存在,各形态无机磷包括Cl-P,生物可利用磷在沉积物中的含量较高。
pH对内源P释Ca-P、Res-P、Al-P+Fe-P、NH4放的影响实验发现沉积物磷释放量整体表现出:碱性条件>酸性条件>中性条件。
在中性条件下,沉积物中的磷相对比较稳定,不易释放到水体中。
与中性条件相比,在酸性条件下,沉积物中磷的释放量因钙磷溶解有所增加;而在碱性条件下,因铁磷交换作用,沉积物中的磷向水体释放量较大。
扰动对沉积物中的TP的释放具有较大的影响,TP的释放量和释放速率均存在随着扰动强度的增大而呈显著增加的趋势。
扰动导致的沉积物的再悬浮并不会明显改变上覆水的酸碱环境,但是会促进易溶性阳离子的释放。
关键词:水体;表层沉积物;磷释放风险;富营养化1、问题的提出及研究意义水体富营养化是由于湖泊接纳过量的氮、磷等营养物质,使藻类等水生生物异常繁殖,水体透明度和溶解氧量降低,加速水体老化,使水体的生态系统和生态功能受到阻碍、破坏。
有关水体富营养化现象和水华爆发机制的研究在很大程度上依赖于对湖泊上覆水–沉积物界面营养盐,特别是营养限制因子——磷和氮的生物地球化学过程特点的理解和认识。
从外部输入湖泊中的磷以可溶性和不溶性的混合物进入水体,被动植物吸收利用或通过吸附、沉积作用转移到沉积物中,沉积物成为湖泊中重要的磷蓄积库,进入沉积物的磷不只是简单堆积,当温度、溶解氧、风浪扰动和光照等环境条件适宜时,沉积物中的磷进入沉积物间隙水中,进而通过扩散作用到上覆水体重新参加循环,因此,磷成为水体浮游藻类生长和造成湖泊水体富营养化的最重要控制因子之一,在富营养化的过程中起着十分重要的作用。
水源水库沉积物磷形态分布及其释放特征
水源水库沉积物磷形态分布及其释放特征黄廷林;延霜;柴蓓蓓;刘虹【摘要】Total phosphorus (TP) and distribution of phosphorus speciation in surface sediments collected from Tan-gyu Reservoir in Xi'an were analyzed, using the standard measurement and test (SMT)procedure of phosphorus forms in the freshwater sediments. Correlation coefficients between phosphorus forms and some water qualities of pore water and some other sediment geochemical characteristics were analyzed. The TP content in surface sediment of this reservoir varied from 1 215.03- 1 592.83 ug/g. The average content of Fe/Al-bound phosphorus (Fe/Al-P) was 241.34 μg/g. Among the other speciations of phosphorus, the content of Ca-bound phosphorus(Ca-P) was 711.98 μg/g and organic-phosphorus (OP) was 301.54 μg/g. From the correlatio n analysis, TOC was significantly and posi tively correlated to Fe/Al-P. The Fe/Al-P, which can be released into the overlying water when environment changes, is the potential threat to the reservoir eutrophication. When the oxidation-reduction potential decreases, the phosphorus which was once bonded with ferrous will be released into the pore water and the overlying water because of the dissolution of Fe (Ⅱ).%采用淡水沉积物中磷形态的标准测试方法(SMT),分析测定了西安市汤峪水库表层沉积物中总磷及各形态磷的含量分布特征,并对该分级测定结果与间隙水水质及沉积物其他理化性质进行了相关性分析.结果表明,该水库表层沉积物中总磷(TP)含量为1215.03~1592.83 μg/g;铁铝结合态磷(Fe/Al-P)平均值为241.34 μg/g,其余形态磷中,钙结合态磷(Ca-P)为711.98 μg/g,有机磷(OP)为301.54 μg/g.相关性分析方面, Fe/A1-P含量与间隙水中TOC浓度显著相关.环境变化会导致Fe/Al-P释放进入水体,当氧化还原条件降低时,结合态的磷会由于2价铁的溶出而释放到间隙水和上覆水中,是水库富营养化的潜在威胁.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2011(044)007【总页数】6页(P607-612)【关键词】水源水库;沉积物;理化性质;磷形态【作者】黄廷林;延霜;柴蓓蓓;刘虹【作者单位】西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室培育基地,西安710055;西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室培育基地,西安710055;西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室培育基地,西安710055;西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室培育基地,西安710055【正文语种】中文【中图分类】X524当水体环境条件发生变化时,沉积物中的氮、磷营养元素及其他污染物就可能释放出来进入水体,造成水质污染,成为水体的内部污染源,该过程亦称为内源污染.水中过量的磷将导致水体的富营养化,通常情况下磷是水体富营养化的主要限制因子.沉积物环境条件发生改变时,沉积物-水界面处发生磷的吸附与解吸作用,沉积物中磷的形态就会直接影响参与界面交换及生物可利用磷的含量.因此,分析测定沉积物中磷的不同形态及含量,对研究水体的富营养化问题是很必要的,也有助于研究水体中磷在沉积物-水界面的迁移转化[1-2].目前国内对沉积物中磷及其赋存形态的分析中,以海洋、河口、湖泊为研究对象的居多,对水源水库总磷及其赋存形态的研究相对较少.笔者采用淡水沉积物中磷形态的标准测试方法,对西安市汤峪水库沉积物中磷及其赋存形态进行了分析.考虑到国内外对沉积物中磷及其赋存形态与水库间隙水、对应沉积物其他理化性质的相关性研究较少[3],笔者对此及磷释放的特性也进行了研究,旨在为正确评价该水库的营养状况、改善水库水质提供科学依据.1.1 水库概况汤峪水库位于陕西省蓝田县汤峪镇,渭河盆地南缘偏东部,秦岭北麓.该水库是汤峪河在流出石门关时人工拦水筑坝而成,水库南北长大约1,500,m,最宽处约为400,m,湖面面积3.7,km2,设计最大水深为32.58,m,正常蓄水时最高水位为747.02,m,目前库区淤积库容高程725.0,m,总库容4.48×106m3,有效调节库容为3.29×106m3.汤峪水库建设之初主要用于水利灌溉,主要负责汤峪、史家寨、焦岱3个乡镇的灌溉,库区水资源还用于发展养鱼、种植、育林、农副产业等.近几年,由于当地供水紧张,将汤峪水库作为供水水源,目前净水厂正在修建当中.汤峪水库库区的主要污染来源为未作为供水水源之前景区宾馆、农家乐、上游居民等旅游服务生活设施排放的污水,此外降雨带来的氮、磷等污染物长期富集,沉积于库底,使沉积物颗粒中污染物含量不断增加.该水库库区及流域内地处深山河谷,坡陡谷深,在西北地区具有一定的代表性.1.2 样品的采集与处理采用彼得森抓斗式采样器采集西安市汤峪水库10个不同点位的沉积物样品密封于封口袋中,低温保存,采样点分布见图1.同一测点的沉积物样品,一组进行离心分离(4,000,r/min,10,min),分离出的间隙水经滤膜(0.45,μm)过滤后进行可溶性正磷酸盐(PO43-)、UV254和总有机碳(TOC)的测定;另一组样品经冷冻干燥后,研磨、过筛,置于密封袋中,低温保存备用.另留少许沉积物样品进行沉积物的粒度组成测定.1.3 沉积物基本理化性质分析沉积物中含水率与烧失量的测定采用烘干和灼烧法;用粒度分布测定仪测定沉积物的机械组成;用锌-镉还原-分光光度法[4]测定沉积物的总氮(TN);用重铬酸钾容量法测定沉积物的有机质含量.1.4 各形态磷的测定方法沉积物中总磷(TP)由高氯酸消解钼锑抗分光光度法测定[5],磷形态的分析则采用Ruban等[6]在欧洲标准测试委员会框架下发展的淡水沉积物磷形态分离SMT法,主要步骤如下.(1)称取200,mg沉积物样品,加入1,mol/L NaOH 20,mL,振荡16,h后离心;取10,mL上清液加入3.5,mol/L HCl 4,mL,静置16,h后离心,钼锑抗比色法测定上清液中的溶解态活性磷(SRP),得到铁/铝结合态磷(Fe/Al-P);提取后的残渣加入1,mol/L ,HCl 20,mL,振荡16,h后离心分离,测定上清液中SRP,得到钙结合态磷(Ca-P).(2)称取200,mg沉积物样品,加入1,mol/L HCl, 20,mL,振荡16,h后离心分离,测定上清液中SRP,得到无机磷(IP);残渣用12,mL去离子水洗涤2次后,在450,℃下灰化3,h,加入1,mol/L HCl,20,mL,振荡16,h后离心分离,测定上清液中SRP,得到有机磷(OP).1.5 间隙水水质测定指标沉积物间隙水经0.45,μm膜过滤后,用钼-锑-抗分光光度法,测定PO43-的含量,同时测定间隙水中UV254及TOC.1.6 静态模拟释放实验将10个采样点沉积物混匀做静态模拟实验,综合考察水库沉积物中污染物磷的释放对上覆水质的影响.静态模拟实验反应器采用容积为10,L的有机玻璃容器,顶部留有进气口、出气口.反应器内装有2.5,L水库底泥,沿壁小心注入7.5,L上覆水.在沉积物-水界面处留有取样口,装置外用黑色遮光材料包裹,避免光照对实验产生影响,整个系统密封,通过自然条件达到厌氧状态(实验过程中反应器界面处水温为室温,约20,℃;随着溶解氧浓度的变化及释放的进行,氧化还原电位由初始的180,mV左右下降至-190,mV左右).实验过程中除在线监测溶解氧(DO)浓度外,还定期测定多相界面处PO43-含量.并在实验前后分析测定了沉积物各赋存形态磷的变化.2.1 间隙水水质间隙水水质指标见表1.其中,间隙水中的PO43-平均质量浓度为0.043,mg/L,最高质量浓度为0.088,mg/L,而该水库上覆水中的PO43-平均质量浓度为0.018,mg/L,可见PO43-在沉积物-水界面上存在明显的浓度梯度,间隙水中含量远远高于上覆水中相应含量,由这一浓度梯度引起的扩散也是造成污染物释放的主要动力之一.间隙水中,TOC最高点为采样点6,此处UV254值也最大,表明该采样点有机污染较为严重.2.2 沉积物理化性质分析2.2.1 沉积物机械组成表2为该水库表层沉积物粒度分布情况.粒径组成对沉积物吸附磷有重要影响,因此,分析沉积物的粒度组成对于研究沉积物中磷的污染特征及释放特性具有重要意义.粒度分析结果表明,该水库粒径最小值为采样点8,该点处在水库的下游,水流流速缓慢.机械组成最粗的点为位于中上游的采样点4,中上游水流速度相对较快,大的颗粒容易沉降.2.2.2 沉积物其他理化性质水库表层沉积物其他理化指标见表1.样品中TN含量在1,392~2,591,µg/g,平均值为2,122,µg/g,其最大值出现在水库下游的采样点10,最小值出现在水库中游的采样点6.可见沉积物的TN含量在水库不同地点差异很大.沉积物样品中有机质含量在2.821%~5.254%,平均值为3.810%,最大值出现在采样点5,最小值出现在采样点4.含水率是用新鲜泥样直接烘干测定的,在所有分析样品中含水率最高点为采样点8,最低点为采样点2.而烧失量最大点为采样点5,最小点为采样点2.2.3 沉积物中各形态磷含量2.3.1 TP的含量分布分析结果表明(见表3),该水库表层沉积物中TP的含量为1,215.03~1,592.83,µg/g.总体趋势为沿程升高,中游TP值达到最大,到下游又有所下降.而该水库所有采样点的TP值都超过1,000,µg/g,与国内现有部分典型湖泊水库[7](云南滇池1,000~3,000,µg/g,密云水库760~910,µg/g,山仔水库400~750,µg/g)相比,该水库沉积物污染处于很高的水平.表层沉积物中磷的最高值出现在采样点4.该点位于此水库的中上游浅水区并且靠近岸边.一般情况下,靠近岸边的沉积物颗粒相对较粗,远离岸边的沉积物颗粒相对较细.研究表明,通常颗粒物的粒径越小,对底泥中的磷的吸附能力越强,越不利于磷的释放.采样点4粒径较粗,且底泥中磷含量很高,所以当环境发生变化时,该点磷释放的潜能很大.沉积物中磷的最低值出现在采样点1,即入库口处.2.3.2 表层沉积物磷赋存形态(1)Fe/Al-P.Fe/Al-P结合态是指被Al、Fe、Mn的氧化物及其水合物所包裹的磷,被认为是可为生物所利用的磷,同时是生物可利用磷的主要形式,且随着氧化还原条件的变化而变化[2,6].当氧化还原条件降低时,3价铁被还原为2价.Fe/Al-P 会由于2价铁的溶出而释放到间隙水进而扩散进入上覆水中,是IP的易释放形式.测定结果表明,水库表层沉积物中Fe/Al-P含量为165.09~327.07,µg/g,平均值为241.34,µg/g,占TP的12.61%~22.92%.最高值出现在采样点5,最低值在采样点1.当水环境的氧化还原电位降低时,Fe/Al-P结合态的磷就可能由于铁的还原溶解而释放到水中[8],提高水中磷的负荷.(2)Ca-P.Ca-P也称为磷灰石磷,主要由原生矿物颗粒中包含的磷通过生物作用沉积、固结的颗粒磷及CaCO3的吸附沉积磷组成,被认为是生物不可利用磷,是一种难释放磷形态[9],但易受低pH值的影响[10].检测结果表明,该水库沉积物中Ca-P含量在610.94~826.70,µg/g,平均值为711.98,µg/g,占TP的46.44%~60.24%.Ca-P在采样点3最高,采样点10最低.虽然该水库的平均pH值一般在8.0左右,但垂向分布不均匀,基本呈现表层高、底层低的分布规律.在稳定分层状态下,底层pH可降至6左右,其原因是由于水库稳定分层及耗氧导致底部的厌氧或缺氧环境,在厌氧条件下有机污染物厌氧分解产生的有机酸造成pH值的降低.因此,水库表层沉积物的弱酸性环境可能会导致磷的Ca-P结合态的溶解释放,对水库水中磷含量的提高具有一定的贡献潜值.(3)IP.该水库沉积物中无机磷含量在841.72~1 136.7,µg/g之间,最高值出现在采样点4,最小值出现在采样点10.从图中可以看出,IP含量变化与TP基本一致,占TP的67.85%~79.01%,这表明研究区域内沉积物中的磷以IP为主.(4)OP.OP被认为可部分转化为生物可利用的磷形态,从而被生物所利用[11].该水库的OP含量在234.10~396.15,µg/g,占TP的15.32%~31.93%.最大值出现在采样点10,最小值出现在采样点5.研究发现,50%~60%左右的OP可转化为生物可利用的磷[11],可见OP对水体富营养化有较大影响.由表3还可以分析得出,该水库表层沉积物中的IP以Ca-P为主,占IP的75%左右.沉积物中Ca-P含量取决于库区地质-地球化学背景及水体的酸碱度,北方固有的碱性土壤地球化学特点决定了该水库的磷主要以磷灰石的形式存在[12].TP中以IP为主,且二者变化趋势基本一致.2.4 沉积物磷相关性分析分析沉积物中磷各形态与沉积物其他理化性质及间隙水水质之间的相关性,有利于认识磷形态的分布特征,从而更好地为水库治理及管理服务.表4对水源水库沉积物样品中各形态磷与沉积物其他理化性质及间隙水水质的相关性进行了分析,从表中可知,沉积物样品中大部分指标与磷各形态间相关性较弱;而Fe/Al-P含量与间隙水中TOC浓度显著相关.间隙水中PO43-浓度与Fe/Al-P 含量的相关性较其他形态磷密切,这表明沉积物中Fe/Al-P的含量对水中PO43-的含量贡献很大;沉积物粒度与IP和OP相关性较好,表明粒度是决定沉积物中磷含量的重要因素;沉积物中TN值与OP的相关性较好,说明沉积物TN对于OP有重要的影响;有机质与TP及其各形态磷间相关性较差,相比之下,TOC与Fe/Al-P的相关性最好,说明沉积物中Fe/Al-P与有机质是同源的,也表明该水库沉积物主要来自于具有良好植被地表的径流冲刷携带颗粒物、悬浮物在水库中的沉积,这与该水库上游流域的实际植被状况是一致的.2.5 沉积物中磷的释放特性沉积物中TP的含量与上覆水中磷的浓度密切相关,其原因是在浓度梯度、化学、生物化学等作用下,上覆水经常同底泥进行物质和能量的交换[13-14].实验条件见第1.6节,考察了PO43-浓度随溶解氧的变化而引起的变化,结果如图2和图3所示.图2与图3分别为反应器中溶解氧及上覆水中PO43-含量随时间变化的测定结果.从图中可以看出,实验初始状态PO43-质量浓度为0.01,mg/L,溶解氧质量浓度为4.06,mg/L.在实验进行5,d后,溶解氧质量浓度已经低于0.5,mg/L,水体进入厌氧状态,此时上覆水中的PO43-浓度开始增加,之后随着实验时间的延长,浓度迅速提高,到24,d时达到1.68,mg/L.在24~30,d间,PO43-浓度又有所降低,之后趋于稳定,平衡后PO43-浓度为0.74,mg/L.当水体溶解氧下降、出现厌氧状态时,沉积物-水界面处氧化还原电位降低,胶体状的氢氧化铁变为可溶性的氢氧化亚铁,此时磷酸根脱离沉积物而大量进入间隙水[15],并扩散进入上覆水.还原条件下磷的释放提高了上覆水中溶解性磷的浓度,其增加的幅度主要取决于氧化还原条件和沉积物-水界面处PO43-的浓度梯度.表5为释放实验前后测得的反应器表层沉积物中磷不同赋存形态的含量.结果表明,沉积物TP及其各形态磷都有不同程度的释放,其中Fe/Al-P的释放量较Ca-P释放量大.可见,厌氧条件有利于Fe/Al-P的释放.另外从相关性分析方面可以看出,沉积物中Fe/Al-P 的含量对水中PO43-的含量贡献很大,与静态实验所得结果相一致.(1)水库表层沉积物中TP和磷形态表现为含量较高.TP含量为1,215.03~1,592.83,µg/g,和许多大型水库相比,整个水库处在一个高营养环境.IP是沉积物中磷的主要成分,占TP的67.85%~79.01%.且TP与IP间变化趋势基本一致,这表明沉积物中TP的含量主要由IP控制的.(2)从相关性分析方面可见,沉积物样品中大部分指标与磷各形态间相关性较弱;而Fe/Al-P含量与间隙水中TOC浓度显著相关,说明沉积物中Fe/Al-P与有机质是同源的,且沉积物中Fe/Al-P的含量对水中PO43-的含量贡献很大.(3)Fe/Al-P的平均值为241.34,µg/g,含量相对较高,当水体环境发生变化时,这部分磷可能会溶解而释放磷酸盐到沉积物间隙水中,然后通过扩散作用而释放到上覆水体,从而对水体的富营养化构成潜在威胁.【相关文献】[1] Peng Jianfeng,Wang Baozhen,Song Yonghui,et al. 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黄河 中游表层沉积物 中无机磷 的化 学形态研 究
总 机磷 的绝大部分 , eP含量 极微 , F— 各形态尢机磷含 量的高低顺序为 : 钙结合态 磷(a P 、 C — )闭蓄态 磷(b—)铝结合态磷 ( l O sP、 A
P、 ) 吸附态磷 ( d— ) A s P 和铁结合态磷 ( e P ; C — (e P不确定 ) 其他各形态磷 的的含量均 随沉 积物粒度 变细而增高 F— )除 aPF— 外, 关键词 : 黄河 中游 ;沉积物 ;无机磷 ;彤态 ;粒度 中图分类号 : 3 3 文献标识码 : xl1 A 文章编号 :6 2 2 4 (0 6 6 10 — 4 17 — 0 32 0f hn el n i n e t c neInr noi N r l nvri , u h t 0 2 C ia C l g ef a &E v o m na Si c,n e gl o i sy H h o 0 2 , hn ) l oC i r l e Mo a ma U e t 1 0
p r o ew r h s h r s i u ain T ed s r ao g t eu p rs e m a k f l w v ri e s u c f h s h r si h l w at f h o l p o p o r l t . h e e ln h p e  ̄ a b n so l Ri e t o r eo o p o nt e Yel t d u c c o t Ye o sh p u o Rie , a d s l a i lso eYe lw Rie e o a re fp o p o s t n p r. T n e t n h y l g o h s h r si h vr n o i p r ce ft l v rb c mea c riro h s h r r s o t d t h o u a o u d r a d t e c c i fp o p o n t e s n u
李北罡 ,郭博 书
( 内蒙古师范大学化学与环境科学学院 , 内蒙古 呼和浩 特 0 02 ) 10 2
摘
要: 采用连续浸提法对黄河中游不 同粒级 表层 沉积物中无机磷的各种存在形态进行 了研 究。结果发现 , 黄河 中游 表层( m) 5c
沉积物中总无机磷 的含量 范围为 l 8 .8 1 6 . gg , 均为 l 6 .8t ・~ 在所有不同粒级 的表层沉 积物 中 C - 7  ̄ 79 t ・~ 平 1 0 4 8x 0 gg ; 3 6 x a P含量 占
n r e nwa eso h n n sefc i p l o p o u t i , t si o a t oo ti et r n i h t h e a iro h s h r si l o h r tr f ia a d i f t l a e - r d ci t i i mp r n b a nab t sg t n ot e b h vo f o p o n Ye- t C t e O vy t t ei i p u
Ab ta t T e p lo p o u t i f o es aw t r n e hwae sc n r l d b h s h r s af ci g t ec r o ix d u ewe n s r c : h ae — rd ci t o l e a e sa d f s tr vy sn r wa o t l y p o p o u , fe t a b n d o i e f xb t e oe n h l
s aa da r P o p o si e o e n i t n p re o r e n i es n u t p o p o scr u a in i o h m t r o u o n r e n i h s h r t c a a s o td f m v r d w t t a d d s, h s h r ic lt n . e wae f rc u t . u nh sr r i a hh u o n s o y f l wste wa f se n r go e e ti n e n o i - a d t r ol h yo t r e in d s r n I n rMo g l o we a— s n so m- Yelw v r— l w Rie u h - l w S a a d c n t u e l o Rie — Ye l v rmo t — o Yel e n o si t s a o t