典型城内过富营养湖泊沉积物和间隙水中各形态磷的相关性研究
沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系
沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系黄清辉;王东红;王春霞;马梅;王子健【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2003(023)006【摘要】应用乙二胺四乙酸法对长江中下游太湖、巢湖和龙感湖等3个湖泊表层沉积物中磷的形态进行连续提取和测定.结果发现,在表层沉积物中,3个湖泊钙磷的百分含量比较接近,占总磷的30%左右,太湖和巢湖铁磷的百分含量显著高于龙感湖,而龙感湖有机磷的相对含量较高,可达40%～50%.这3个湖泊沉积物中有机磷形态差别十分明显,其中太湖沉积物中的有机磷主要以酸可提取有机磷形式存在,巢湖沉积物中酸可提取有机磷约占总有机磷的一半,而龙感湖的有机磷大部分与腐殖酸结合.沉积物中酸可提取有机磷的释放可能又是一个导致湖泊富营养化的重要过程.【总页数】4页(P583-586)【作者】黄清辉;王东红;王春霞;马梅;王子健【作者单位】中国科学院生态环境研究中心,环境水化学国家重点实验室,北京,100085;中国科学院生态环境研究中心,环境水化学国家重点实验室,北京,100085;中国科学院生态环境研究中心,环境水化学国家重点实验室,北京,100085;中国科学院生态环境研究中心,环境水化学国家重点实验室,北京,100085;中国科学院生态环境研究中心,环境水化学国家重点实验室,北京,100085【正文语种】中文【中图分类】X524【相关文献】1.城市浅水湖泊沉积物磷形态分布及其与间隙水磷的关系 [J], 李璜;徐颖;朱明珠;方盛荣2.西湖北里湖沉积物磷形态分布及其与间隙水磷的关系 [J], 鲁佳妮;董春颖;刘静静;孙培德3.城市滨海湿地表层沉积物磷形态与相关关系分析 [J], 潘齐坤;罗专溪;颜昌宙;张丹丹4.长江中下游湖泊沉积物氮磷形态与释放风险关系 [J], 张路;范成新;王建军;陈宇炜;姜加虎5.典型城市浅水湖泊沉积物磷形态的分布及与富营养化的关系 [J], 王超;邹丽敏;王沛芳;林志评因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
典型富营养化湖泊沉积物中不同磷形态的迁移转化研究
目录摘要 ................................................................................................................................................ I II Abstract........................................................................................................................................... I V 第一章绪论. (1)1.1 研究背景 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 湖泊中磷的不同形态及意义 (2)1.2.2 磷的不同化学形态的提取方法的发展 (4)1.2.3 磷酸盐提取检测方法 (5)1.2.4 薄膜扩散梯度技术 (6)1.2.5 有机磷的提取与表征方法 (7)1.2.6 湖泊中碱性磷酸酶的研究进展 (9)1.3 研究意义 (9)1.4 研究内容 (10)1.5 技术路线 (11)第二章研究区域概况与研究方法 (12)2.1 研究区域概况 (12)2.2 样品的采集与处理 (13)2.3 样品分析 (13)第三章湖泊沉积物中的磷形态分布 (14)3.1 引言 (14)3.2 实验材料与方法 (15)3.2.1 样品采集与预处理 (15)3.2.2 SMT分级提取法 (15)3.2.3 分析方法 (16)3.3 实验结果分析 (16)3.3.1 湖泊沉积物中磷含量变化 (16)3.3.2 沉积物中不同形态磷的变化 (17)3.4 结果与讨论 (19)3.5 本章小结 (20)第四章沉积物中铁结合的磷的迁移转化及重要作用 (21)4.1 引言 (21)4.2 实验材料与方法 (22)4.2.1 样品采集与处理 (22)4.2.2 氧气渗透动力学实验 (22)4.2.3 铁结合的磷的氧气培养实验 (23)4.2.4 P形态连续提取 (24)4.3 分析与测试 (24)4.3.1 测试方法 (24)4.3.2 样品分析与检测 (24)4.3.2.1 扫描电子显微镜（SEM） (24)4.3.2.2 57Fe-Mössbauer光谱 (25)4.3.2.3 总元素组成和硫化物含量 (25)I4.3.3 数据分析方法 (25)4.4 实验结果分析 (26)4.4.1 氧气动力学实验结果 (26)4.4.2 沉积物剖面中磷库的变化 (27)4.4.3 Fe2+和DRP在间隙水中的扩散 (28)4.4.4 SEM-EDS分析 (29)4.4.5 57Fe-Mössbauer光谱 (30)4.5 结果与讨论 (33)4.5.1 氧气动力学的影响 (33)4.5.2 铁结合磷的来源识别 (34)4.5.3 铁结合磷的迁移转化 (36)4.5.4 Fe-P的中间体作用 (37)4.6 本章小结 (38)第五章沉积物有机磷的来源识别与迁移转化 (39)5.1 引言 (39)5.2 实验材料与方法 (40)5.2.1 样品采集 (40)5.2.2 沉积物P形态连续分析 (40)5.2.3 溶液31P-NMR光谱分析 (41)5.2.4 总有机碳（TOC）、总氮（TN）和C与N稳定同位素的测量 (41)5.2.5 碱性磷酸酶活性（APA）和酶动力学参数测量 (42)5.3实验结果分析 (43)5.3.1 C/N质量比以及δ13C和δ15N对沉积物剖面的影响 (43)5.3.2 沉积物岩芯中磷组分的浓度和变化 (44)5.3.3 沉积物中的APA和酶动力学参数 (47)5.4 结果与讨论 (47)5.4.1 沉积藻类是沉积物中含磷有机物的来源 (47)5.4.2 Po组分之间的关系 (49)5.4.3 APA对沉积物中Po的调节作用 (53)5.5 本章小结 (55)第六章结论与展望 (57)6.1 结论 (57)6.2 创新点与不足 (58)6.2.1 创新点 (58)6.2.2不足 (58)参考文献 (59)致谢 (74)作者简介 (75)II摘要磷（P）的过量输入而引起的淡水湖泊富营养化在世界范围都是一个严重的水环境问题。
湖泊沉积物中磷释放的研究进展
土壤 (Soils), 2004, 36 (1): 12~15湖泊沉积物中磷释放的研究进展 高 丽 杨 浩 周健民 （土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京 210008）摘 要沉积物是湖泊营养物质的重要蓄积库，也是湖泊内源性P的主要来源。
沉积物中部分固定的P 可通过分解或溶解作用而释放磷酸盐到沉积物间隙水中，然后通过扩散作用或表层沉积物的再悬浮作用而释放到上覆水体中。
本文就目前对沉积物P释放的影响因素及释放机制的研究进展作一简要概述。
关键词湖泊沉积物；释放；间隙水扩散；释放机制中图分类号 X524沉积物是湖泊营养物质的重要蓄积库，也是湖泊内源性P的主要来源。
不少湖泊调查资料表明，当入湖营养盐减少或完全截污后，沉积物营养盐的释放作用仍会使水质继续处于富营养化状态，甚至出现“水华”[1、2]。
P是造成湖泊水质富营养化的关键性的限制性因素之一[3]，沉积物中营养盐的释放对水体的营养水平有着不可忽视的影响，研究富营养化湖泊沉积物P的释放行为对于湖泊水质的治理和预测具有非常重要的指导意义。
湖泊沉积物-水界面是水体和沉积物之间物质交换和输送的重要途径，对于浅水湖泊而言，来自各种途径的营养物，经过一系列物理、化学及生物释放作用，其中一部分沉积于湖泊底部，成为湖体营养物的内负荷。
在一定条件下，由于风力和湖流引起湖泊底部沉积物的扰动使沉积物处于再悬浮状态，这种再悬浮状态会强烈的影响P在沉积物-水界面间的再分配，部分营养元素可从沉积物中向上层水体释放，使水体营养负荷增加[4]。
P在沉积物-水界面循环受溶解释放以及间隙水扩散两个过程的控制。
１ Ｐ的释放 沉积物P的释放涉及到的过程有解吸附、分解、配位体交换以及酶水解作用。
当沉积物中P以可溶无机P形式存在时，可通过扩散、风引起的沉积物再悬浮、生物扰动以及平流（如气体沸腾）等方式进入上覆水体[5]。
影响沉积物P释放的因子很多，现概括如下：１．１ 沉积物中Ｐ含量和形态沉积物中P的结合态及形态之间的相互转化是控制沉积物P迁移和释放的一个主要因子，这也是目前国内外研究P释放的一个热点。
滇池沉积物间隙水中氮_磷形态及相关性的研究
物总磷 、总氮的内源负荷分布与特征 ( 高 丽等 , 2004 ;田升平等 ,2002) 以及各种不同赋存形态磷释 放的潜力 (夏学惠等 ,2002) ,而尚未见到关于表层沉 积物间隙水中营养盐分布 、浓度及其与湖水交换方 面的研究. 氮 、磷在沉积物2水界面发生着剧烈的生 物地球化学反应 ,这对沉积物和水体有重要的影响. 沉积物间隙水中可溶态营养物质氮 、磷穿过沉积物2
中部 ( Ⅲ) 2126
0139 01118 01023
01012
南部 ( Ⅳ) 2114
0141 01124 01025
01012
112 采样点的布设 方 涛等 (2004) 已详尽研究了有关滇池水体中
氮 、磷营养盐及水华的空间分布. 为了更好地将沉积 物中间隙水的资料与相对应水体资料对比 、分析以 进一步研究氮 、磷在沉积物2水界面的交换过程 ,使 用 GPS 定位在全湖设置 40 个采样点 ,并且将滇池划 分为西北部 、北部 、中部 、南部 4 个区域开展研究 ,同
1392
环 境 科 学 学 报
25 卷
水界面向上覆水传送是沉积物中营养盐释放的重要 途径 ( Enell et al . , 1988 ;王雨村等 ,2002) ,是影响湖 泊水质的重要因素. 了解湖泊沉积物间隙水中的营 养盐浓度及其分布有助于更好地了解营养盐在泥2 水界面的交换过程 ,表层沉积物直接与水体接触 ,更 易受外界影响 ,已有研究表明间隙水中污染物分布 特征与湖泊内源负荷有直接关系 (范成新等 ,2000) . 因此 ,本文通过对滇池沉积物间隙水中营养盐形态 与浓度进行分析研究 ,结合滇池水体中营养盐浓度 的分布情况 ,研究沉积物的内源污染与滇池富营养 化的相互影响 、相互作用 ,为滇池治理提供进一步的 理论参考.
湖泊沉积物中磷形态与水体富营养化关系研究
湖泊沉积物中磷形态与水体富营养化关系研究环境科学学院摘要：研究湖泊沉积物中磷的赋存形态及其与湖泊富营养化的关系，对防治湖泊的富营养化等环境问题具有重要作用。
本次工作中，应用连续提取化学提取法对芜湖市3个湖泊表层沉积物中磷的形态进行连续提取和测定.结果发现,在表层沉积物中,不同湖泊铁磷含量介于20ug/g-55ug/g，有机磷含量介于14ug/g-35ug/g。
凤鸣湖沉积物中铁磷含量可达35%~45%，可以发现铁磷在所有湖泊中所占比例最大，并且这3个湖泊沉积物中有机磷含量差别十分明显。
实验证明，沉积物中铁磷和有机磷与水体磷含量有良好的相关性。
关键词：湖泊；沉积物; 磷形态; 水体富营养化Study on Relation between phosphorus forms in the sediments and lakeeutrophicationXxxx College of Environmental ScienceAbstract：Study on the existing forms of phosphorus in sedments from lake and relation with lake eutrophication is very important for understanding and researching the environment problem about lake eutrophication etc. In this research, the forms of phosphorus in the surface sediments were extracted and determined sequentially with the sequential extraction method in Lake Fengming, Lake Jinghu and Lake Jiuliantang in Wuhu city . The Fe-bound P content range from 20ug/g to 55ug/g , organic phosphorus range from14ug/g to 35ug/g ,while the related content of Fe-bound P in Fengminghu was higher, reaching 35%~45%. We found Fe-bound P is the dominant form in the sediments of these three lakes. The forms of organic phosphorus in the sediments of these three lakes differed markedly. Iron-bound phosphorus and organic phosphorus are important constituent of the total phosphorus in the surface sediments .The union analysis on total phosphorus content in different lakes may discover that very close linear relations exist between total phosphorus in the water and iron -bound phosphorus、organic phosphorus which exist in the surface sediments of the lakes.Key words： lakes ; sediment ; phosphorus forms ; water eutrophication 1引言伴随着国民经济迅速发展，近年来日益严重的湖泊水体富营养化问题，使人们对湖泊环境中营养元素(氮、磷等)的含量、分布和迁移转换规律极其关注。
湖泊水体与沉积物中磷形态分布相关性分析
湖泊水体与沉积物中磷形态分布相关性分析卢小慧;李奇龙;刘阳;叶潇潇;曾丹辉;虎博文;蒋丹琦【摘要】以南京玄武湖和河海大学东湖为例,采取钼酸铵分光光度法和SMT分级提取法测定湖底沉积物和上覆水中总磷和各形态磷含量,以探究不同的湖底沉积物与水体中磷含量的分布及其关联性.试验结果表明:湖底沉积物中磷含量受人为作用、植被情况、水力条件、地理位置等因素影响,OP含量远高于IP含量,IP中以NaOH-P为主体,约占40％～50％,HCl-P含量较少但更稳定,不易被固定吸附;上覆水体中TP含量与湖底沉积物中TP、Ad-sP、NaOH-P含量呈明显正相关关系,与OP和HCl-P含量无明显相关性,表明湖泊沉积物-水界面磷交换过程中以活性磷占主要交换量.该研究表明湖底沉积物磷负荷与水体磷含量密切相关,为从内源治理水体富营养化提供了理论依据和研究方向.【期刊名称】《安全与环境工程》【年(卷),期】2016(023)004【总页数】7页(P56-62)【关键词】玄武湖;东湖;沉积物;上覆水;磷形态;相关性分析【作者】卢小慧;李奇龙;刘阳;叶潇潇;曾丹辉;虎博文;蒋丹琦【作者单位】河海大学地球科学与工程学院,江苏南京211100;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京211100;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京211100;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京211100;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京211100;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京211100;河海大学水文与水资源学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】X703水体富营养化是当今世界面临的一个严重的环境问题，是水华现象发生的物质基础。
富营养化的主要指标有营养因子、环境因子和生物因子三类，其中营养因子是富营养化的根本原因，而在营养因子中，氮、磷对水的富营养化起关键性作用[1]。
氮、磷是藻类等浮游生物生长的最主要的限制因素，水体中氮、磷的含量直接决定了藻类的繁殖速率[2]。
《2024年干旱区浅水富营养化湖泊氮、磷营养盐时空分布及迁移通量研究》范文
《干旱区浅水富营养化湖泊氮、磷营养盐时空分布及迁移通量研究》篇一一、引言在现今全球环境变化的背景下，湖泊的富营养化现象越来越受到科研工作者的关注。
尤其对于干旱区的浅水湖泊，由于其水体浅而表层养分易聚集，成为生态环境治理的重点和难点。
本文以某干旱区浅水富营养化湖泊为研究对象，对湖泊中氮、磷营养盐的时空分布及迁移通量进行研究，以期为该湖泊的生态修复和环境保护提供科学依据。
二、研究区域与方法本研究选取某干旱区浅水富营养化湖泊为研究对象，通过对湖泊的采样分析，结合地理信息系统和统计分析方法，研究氮、磷营养盐的时空分布及迁移通量。
具体方法如下：1. 采样方法：在湖泊的不同区域和不同季节进行采样，确保样本的多样性和代表性。
2. 分析方法：对样本进行氮、磷营养盐含量的测定，包括总氮（TN）、总磷（TP）等指标。
3. 地理信息系统应用：结合地理信息系统分析营养盐的空间分布和迁移规律。
4. 统计分析方法：采用数理统计方法对数据进行分析，探究营养盐的分布特征及迁移通量。
三、氮、磷营养盐的时空分布特征1. 氮营养盐时空分布：通过采样分析发现，湖泊中氮营养盐含量在不同季节和不同区域存在明显差异。
夏季由于光照充足、水温升高，有利于藻类生长和氮素循环，因此氮营养盐含量较高；而在冬季由于藻类活动减弱，氮营养盐含量相对较低。
空间上，湖岸附近由于人类活动频繁，氮营养盐含量较高，而湖心区域相对较低。
2. 磷营养盐时空分布：磷营养盐的分布与氮类似，但略有不同。
在夏季和秋季，由于藻类大量繁殖，对磷的需求增加，因此湖水中磷营养盐含量相对较高；而在冬季和春季，由于藻类活动减弱或休眠，磷营养盐含量相对较低。
空间上，湖岸附近的农田和城市污水排放是磷营养盐的主要来源。
四、氮、磷营养盐的迁移通量研究通过对湖泊水体中氮、磷营养盐的迁移通量进行研究，发现主要迁移途径包括水体流动、风力输送、生物活动等。
其中，水体流动是氮、磷营养盐迁移的主要途径，尤其是在干旱季节，水流缓慢，有利于营养盐在湖内的迁移和扩散。
磷在富营养化湖泊沉积物_水界面的循环_高丽
第35卷第4期2004年8月 土 壤 通 报Chinese Journal of Soil Science Vol.35,No.4Aug.,2004磷在富营养化湖泊沉积物-水界面的循环高 丽,周健民(中国科学院南京土壤研究所,江苏南京 210008) 摘 要:沉积物中部分固定的磷可通过分解或溶解作用而释放磷酸盐到沉积物间隙水中;再生的磷可能释放到上覆水体中,或在沉积物中作为一种自生相而再沉淀,或被沉积物的其它组分所吸附。
本文描述了磷在沉积物-水界面的迁移过程,并对影响磷循环的因子及其磷自沉积物释放的机制作一简要概述。
关 键 词:磷循环;湖泊沉积物;吸附;释放;间隙水扩散作用中图分类号:X524 文献标识码:A 文章编号:0564-3945(2004)04-0512-04 湖泊沉积物是湖泊营养的内负荷,沉积物中磷的释放是湖泊水体中磷的重要来源之一,对水体的营养水平有着不可忽视的影响[1,2]。
当入湖营养盐减少或完全截污后,沉积物营养盐的释放作用仍会使水体处于富营养化状态,甚至出现“水华”(湖泊水质呈富营养状态时,水面藻类增殖,成片成团地覆盖湖水表面,这一现象被称为水华)。
磷是造成湖泊水质富营养化的关键限制性因素之一[3,4],研究磷在沉积物-水界面的循环对于湖泊富营养化的治理起着关键的作用。
沉积物中的磷主要来自上覆水体中颗粒的沉降和吸附作用,其中一部分作为惰性物质而简单地以最初的形式埋葬在沉积物中,其余的则通过分解或溶解作用释放磷酸盐到沉积物间隙水中;间隙水中的磷可能释放到上覆水体中,或在沉积物中作为一种自生相而再沉淀,或被沉积物的其他组分所吸附。
磷在沉积物-水界面循环受沉积物吸附、释放以及间隙水扩散三个作用的控制。
1 沉积物吸附作用沉积物对水体磷酸根的吸附,主要是沉积物中的粘土、铁铝氧化物、碳酸钙等矿物颗粒对磷酸根的专性吸附,其中尤以铁铝氧化物的吸附作用最为强烈。
此外还有微生物通过吸收同化而产生的磷的生物固定。
水生植物对不同程度富营养化景观水体中氮磷的修复效果研究
水生植物对不同程度富营养化景观水体中氮磷的修复效果研究王春阳１，姚倩１，２＊（１．西安文理学院 生物与环境工程学院，陕西 西安 ７１００６５；２．西安市植物逆境生理与生态修复技术重点实验室，陕西 西安 ７１００６５）摘要：以沉水植物黑藻、漂浮植物凤眼莲、挺水植物香蒲、浮叶植物睡莲为研究对象，在实验室配置轻、中、重度富营养化水体，探究４种植物对不同程度富营养化水体中氮磷的修复差异。
结果表明，与黑藻和睡莲相比，凤眼莲和香蒲对富营养化水体中的氮磷均有很好的修复效果。
香蒲对富营养化水体中总氮（ＴＮ）的去除效果最佳，其次为凤眼莲；凤眼莲对富营养化水体中总磷（ＴＰ）的去除效果最佳，其次为香蒲。
４种植物对不同程度富营养水体中氮磷的修复效果均表现出“中促高抑”的趋势。
关键词：景观水体；富营养化程度；修复效果；植物优选引言随着社会经济的飞速发展，城市化进程不断加速，人类生活和生产污水排放日益增多，大量氮、磷等营养物质进入水体，导致水体富营养化。
水体富营养化是当今社会面临的重要环境问题之一，特别是一些城市景观水体，虽具有美化市容、防灾防旱、改善生态环境和调节区域气候等多种功能，但大多处于静态、封闭或半封闭状态，水流缓慢、水循环薄弱、设计不合理、水质管理不完善、补给水质量控制不严格等是这类水体频发富营养化的主要原因［１］［２］。
针对城市景观水体富营养化现象，常见的修复方法有３种，即①物理修复，通过采用源头控制、底泥清淤、循环曝气、机械除藻等方式控制内源污染，增加水体流动性；②化学修复，通过添加化学试剂达到磷的沉淀和消灭藻类的效果；③生物修复，通过引入动植物同化吸收营养物质，或者使其与浮游藻类等水体富营养化产物建立竞争、捕食关系，从而抑制水体富营养化产物生长［１］［３～５］。
其中，生物修复因具有成本低、操作简单且在治理过程中不会破坏原有生态环境的优点而受到广泛关注［４］。
水生植物修复是生物修复中的核心组成部分，修复机理主要为水生植物的同化吸收及其与微生物的协同作用［６］。
东湖沉积物和间隙水中不同形态磷的垂直分布_李小平
图 ２ ３个样点沉积物 ＴＰ 的垂直分布 Ｆｉｇ．２ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｏｆ ＴＰ ｉｎ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ
ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｓｉｔｅｓ
表 １ 采样点上覆水 ＴＰ 和 ＳＲＰ 的浓度（ｍｇ／Ｌ） Ｔａｂ．１ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＰ ａｎｄ ＳＲＰ ｉｎ Ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ
Ｆｅ－Ｐ：又 被 称 为 碱 提 取 磷 ，主 要 是 与 铁 的 氧 化 物 或氢氧化物发生共 沉 淀 的 磷 酸 盐，它 们 通 过 表 面 键 相结合，是不稳 定 和 可 溶 的。 由 于 铁 存 在 氧 化 还 原 平 衡 ，当 三 价 铁 被 还 原 为 二 价 铁 时 ，结 合 的 磷 随 着 二 价铁的溶出而被释 放 到 间 隙 水，进 而 在 浓 度 梯 度 作 用下进入上覆水体［１６］，３个样点 中 Ｆｅ－Ｐ 占 ＴＰ 的 比 例 均 为 最 大 （３８．８５％ ～５９．１４％ ）。 这 一 结 果 与 大 多 数淡水湖 泊 一 致 ，但 ［１５～１８］ 是 与 南 京 莫 愁 湖 不 ［１９］ 一
Ｗａｔｅｒ ｏｆ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｓｉｔｅｓ（ｍｇ／Ｌ）
采样点
１号 ２号 ３号
ＴＰ ０．１３２ ０．０３４ ０．２４５
ＳＲＰ ０．０３７ ０．０２２ ０．００９
ｐＨ ８．７８ ８．７４ ８．６７
ＤＯ ５．５０ ５．１０ ５．１５
２．３ 东 湖 沉 积 物 不 同 形 态 磷 的 垂 直 分 布 （见 图 ３） ＬＰ：主要指被沉积物矿物颗 粒 表 面 吸 附 的 磷 酸
关 键 词 ：沉 积 物 ；间 隙 水 ；磷 ；垂 直 分 布 ；东 湖 中 图 分 类 号 ：Ｘ３７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４－８２２７（２０１３）０１－０１０４－０６
磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究_吕昌伟
磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究_吕昌伟磷是水体中存在的一种重要的营养元素，它在湖泊生态系统中起着关键的作用。
然而，过量的磷会导致湖泊富营养化，引发水华和缺氧等环境问题。
因此，研究磷在湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布对于理解磷循环和湖泊富营养化的机制具有重要意义。
磷在湖泊沉积物中的吸附特征受到多个因素的影响，包括沉积物的物理和化学性质、水体中的磷浓度和pH值等。
磷在沉积物上主要通过两种机制进行吸附：化学吸附和物理吸附。
化学吸附是指磷通过离子交换和表面配位等作用与沉积物表面形成化学键，而物理吸附则是指磷以物理吸附的方式附着在沉积物表面上。
这两种吸附机制都与沉积物的特性密切相关。
磷在湖泊沉积物上的形态再分布是指磷在沉积物垂直剖面上的分布情况。
研究表明，磷在沉积物中的分布主要受到沉积速率和沉积物中有机质含量的影响。
较快的沉积速率会导致磷在沉积物表层积累，而较高的有机质含量则会促进磷的吸附和积累。
此外，湖泊富营养化也会加速磷的形态再分布，使得磷向沉积物中更深的层次迁移。
针对磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布，研究者进行了一系列的实验和调查。
例如，通过采集不同类型湖泊的沉积物样品，利用批次吸附实验和同步辐射X射线荧光光谱等技术，研究人员发现，湖泊沉积物中的有机质含量与磷的吸附能力密切相关。
有机质含量较高的沉积物具有较强的磷吸附能力，容易积累较高的磷含量。
此外，研究还发现，湖泊富营养化会导致磷在沉积物中的迁移和再分布，使得磷向沉积物更深的层次迁移。
综上所述，磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究对于理解磷循环和湖泊富营养化的机制具有重要意义。
这些研究结果不仅可以为湖泊富营养化的防治提供科学依据，还可以为湖泊生态系统的恢复和管理提供参考。
水环境中磷的赋存形态及其分析方法研究进展
２０１０年１０月Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１０岩 矿 测 试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．２９，Ｎｏ．５５５７～５６４收稿日期：２０１０ ０５ １０；修订日期：２０１０ ０７ １６基金项目：国家自然科学基金资助项目（４０１０３００９，４０５７３０４４）；四川省杰出青年基金资助项目（２００６０６１６００４）；四川省学术与技术学科带头人基金资助项目（［２００５］３９０）；国土资源地质大调查———地下水污染测试技术研究项目资助（１２１２０１０６３４６０７）作者简介：吴怡（１９８２－），男，四川成都人，博士研究生，从事环境污染化学方面研究。
Ｅ ｍａｉｌ：ｙｅｅｎ．ｗｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ。
通讯作者：邓天龙（１９６６－），男，四川仪陇人，教授，博士生导师，从事矿产资源综合利用和环境污染化学研究。
Ｅ ｍａｉｌ：ｔｌｄｅｎｇ＠ｉｓｌ．ａｃ．ｃｎ。
文章编号：０２５４５３５７（２０１０）０５０５５７０８水环境中磷的赋存形态及其分析方法研究进展吴 怡１，邓天龙１，２，３ ，徐 青１，郭亚飞１，２，廖梦霞１（１．成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都 ６１００５９；２．天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 ３００４５７；３．中国科学院盐湖研究所，青海西宁 ８１０００８）摘要：文章归纳总结了近年来国内外在水环境中磷的赋存形态这一领域的研究进展，着重介绍了水体和沉积物中磷赋存形态的分类、不同形态磷的前处理及其提取、分析测定方法，概括了其研究现状，并对以后的发展趋势作了展望。
这对于深入揭示水环境中磷的赋存形态及其环境与生物地球化学循环有着重要的指导意义。
关键词：水环境；沉积物；磷；赋存形态中图分类号：Ｘ８３０．２；Ｏ６５５．６；Ｏ６１３．６２；Ｐ６４１ 文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＳｐｅｃｉａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎＡｑｕａｔｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＷＵＹｉ１，ＤＥＮＧＴｉａｎ ｌｏｎｇ１，２，３ ，ＸＵＱｉｎｇ１，ＧＵＯＹａ ｆｅｉ１，２，ＬＩＡＯＭｅｎｇ ｘｉａ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５９，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｒｉｎｅＳｃｉｅｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５７，Ｃｈｉｎａ； ３．ＱｉｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳａｌｔＬａｋｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｘｉｎｉｎｇ ８１０００８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｎｓｔｕｄｙｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｐｅｃｉｅｓａｎｄｉｔｓｓｐｅｃｉａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｈｅａｑｕａｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｎｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｐｅｃｉｅｓｉｎａｑｕａｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓ，ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｐｅｃｉｅｓａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｐｅｃｉｅｓｗｅｒｅｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｐｅｃｉａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｉｎｔｈｉｓａｒｅａａｒｅａｌｓｏｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｉｎａｌｌ，ｉｔｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｐｅｃｉｅｓｅｘｉｓｔｅｄａｎｄｔｈｅｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｙｃｌｅｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎａｑｕａｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．５３ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｗｅｒｅｃｉｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｑｕａｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ 磷是水生生态系统重要的生源要素之一，是动植物包括藻类生长、提供细胞能量不可缺少的营养元素［１－２］，也是细胞内一切生物化学作用的能量来源。
巢湖沉积物总磷含量及无机磷形态的研究
第21卷第4期2007年8月水土保持学报Journal of Soil and W ater Conservati onV ol.21N o.4A ug.,2007 巢湖沉积物总磷含量及无机磷形态的研究Ξ王绪伟1,王心源1,2,封 毅2,薛纪萍1(1.安徽师范大学环境科学学院,安徽芜湖241003;2.安徽师范大学国旅学院,安徽芜湖241003)摘要:以巢湖为研究对象,分析研究了巢湖沉积物总磷含量的水平、垂直分布以及磷的无机形态。
表明结果:巢湖表层沉积物中的总磷含量范围在013～111m g g间,平均含量为0155m g g。
总磷含量的水平分布有由北向南递减的趋势,河口沉积物总磷的垂直分布出现变化程度的差异。
巢湖沉积物无机形态的磷主要以Fe-P、Ca-P为主,两者之和为总磷的80%以上,但Fe-P与Ca-P表现出相异的空间变化特征。
关键词:巢湖; 沉积物; 磷形态;中图分类号:X524;X13113 文献标识码:A 文章编号:100922242(2007)0420056204Study on Con ten t of Tot a l Phosphorus and For m s ofI norgan i c Phosphorus i n Sedi m en ts of Chaohu LakeWAN G Xu2w ei1,WAN G X in2yuan1,2,FEN G Yi2,XU E J i2p ing1(11Colleg e of E nv ironm ent S ciences,A nhui N or m al U niversity,W uhu241003;21Colleg e of T erritorial R esources and T ouris m,A nhui N or m al U niversity,W uhu241003)Abstract:L evel and vertical distributi ons of to tal content of pho s pho rus and phos phorus s peciati on in the sedi2 m en ts in Chaohu lake w ere exa m ined and analyzed1T he results show ed that the con ten t of total pho s phorus in the surface sedi m en t w ere ranged from013m g g to111m g g,and the average content w as0155m g g1T he trend of level distributi ons decreased gradually from north to s outh1V ertical distributi on s in the sedi m ents of the river mouth ex isted the difference of change degree1T he iron and calcium bounded pho s phorus w ere the p reponderan t for m s in the surface sedi m ent,w h ich the to tals occup ied above80%of the total pho s phorus1But Fe-P and Ca-P had the character of contrary s pace distributi on1Key words:Chaohu lake; sedi m ents; phos phorus s peciati on沉积物是湖泊营养物质的重要蓄积库,营养物质在沉积物中不断累积,成为湖泊内负荷的主要来源[1～2]。
东湖典型区域沉积物及间隙水中碳氮磷时空分布特征研究的开题报告
东湖典型区域沉积物及间隙水中碳氮磷时空分布特征研究的开题报告一、研究背景和意义沉积物是湖泊生态系统中重要的有机质和养分储存库，对湖泊生物生态系统的结构和功能具有重要的影响。
在环境污染与全球气候变化优势下，湖泊水环境质量受到严重威胁，此时湖泊沉积物扮演了重要的地球科学研究对象。
东湖是位于湖北省武汉市的市区内最大的淡水湖泊，居于武汉市鄂东地区，是武汉市民休闲观赏的重要场所，也是武汉市区产业与农业用水的重要水源。
而近年来东湖水环境质量发生了明显的变化，这种变化是否与沉积物中碳、氮、磷等元素在时空上的分布特征有关，需要进行深入研究。
二、研究内容和目标本文以东湖为研究对象，通过对典型区域沉积物及间隙水中碳氮磷时空分布特征的研究，旨在全面了解东湖沉积物中主要有机和无机元素的时空变化规律，为东湖生态环境的保护和恢复提供科学依据。
具体研究内容包括：（1）采集沉积物样品及间隙水样品。
（2）测定样品中有机元素（TOC、TN）、无机元素（TP）、重金属离子等的含量。
（3）分析各种元素在沉积物及间隙水中的时空分布特征。
（4）探究沉积物元素含量与周边地区水环境变化之间的关系。
三、研究方法和技术路线按照上述研究内容的要求，本文将采用以下方法和技术路线进行研究：（1）采集沉积物样品及间隙水样品。
依据沉积物和水样布点测量和岸线样品测量绘制监测网格，采用钢土样器取径向深度为30 cm，横向隔长50 m的沉积物样品并进行定量分析，同时采取互比常年水位低0.5 m水深的30cm间隙水样品分析其中的有机质和无机质含量。
（2）各种元素分析。
利用元素分析仪测定样品中有机元素（TOC、TN）、无机元素（TP）等元素的含量，采用原子吸收光谱仪测定样品中重金属离子含量。
（3）多源地数据处理。
采用ArcGIS地理信息系统，结合GP工具箱完成自动提取、统计和绘制等操作。
（4）综合分析结果。
通过对结果进行综合分析和绘图，揭示各种元素在沉积物及间隙水中的时空分布特征，探究沉积物元素含量与周边地区水环境变化之间的关系。
城市浅水湖泊沉积物与上覆水之间磷的行为研究
磷、颗粒有机态磷、颗粒无机态磷和有机吸附结合态磷为 主, 且绝大多数磷是以非晶质或短序络合物呈共价键结 合, 这些络合物在成分上与某种形式经过水化的氧化铁 有关 [ 11~ 13]。沉积 物中磷的形态通常分为水 溶性磷、铝 磷、钙磷、还原态可溶性磷、闭蓄磷和有机磷等 7 种化学 形态 [ 14] 。在湖泊上覆水与沉积物之间, 一些可交换态磷 具有较高的活性, 容易被吸附到沉积物固体表面, 当水 体磷浓度发生变化时又解吸到水体, 始终保持吸附 - 解 吸的浓度平衡。这些磷的形态受湖泊的理化性质, 各种 形态磷结合态的性质、含量及环境因素的影响。
收稿日期: 2007- 03- 09 基金项目: 云南省昆明理工大学人才科研启动基金项目 (项目编号: 14118002 )。 作者简介: 吴文卫 ( 1979~ ), 男, 安徽枞阳人, 在读硕士研究生, 主要研究方向: 水污染生态修复。
6期
吴文卫等: 城市浅水湖泊沉积物与上覆水之间磷的行为研究
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50% ~ 100% [ 5, 17]。由于微生物的矿化作用, 将会导致沉 积物内源磷的释放, 从而引起或者加剧湖泊的富营养化。 在无微生物状态下, 沉积物中磷的释放几乎为零。 2. 2 磷的吸附与解吸 磷的吸附与解吸是上覆水体和 沉积物之间进行磷交换的一种重要的方式, 是影响其在 上覆水中浓度、迁移、转化和生物可利用性的重要过程, 对上覆水中磷的含量起着缓冲作用, 并在很大程度上影 响了水体的自净能力 [ 18] 。吸附与解吸反应是物理化学 过程, 其主要取决于氧化还原作用条件下的有机碳的供 给与生化需氧量。上覆水与沉积物之间磷的吸附与解吸 的过程受磷的浓度差的支配 [ 19] 。
K ey words: Sedim en t; O verly ing wa ter; Phosphorus behav ior; Bio log ica l cyc le; M un ic ipal shallow lake
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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文章编号:100428227(2006)0520490205典型城内过富营养湖泊沉积物和间隙水中各形态磷的相关性研究赵 颖1,2,王国秀1,章北平2(1.华中师范大学生命科学学院,湖北武汉430079;2.华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074)摘 要:研究了武汉市繁华市中心典型过富营养湖泊沉积物—间隙水体系磷形态的相关性。
对沉积物—间隙水中磷形态的连续提取分析发现,自然粒度下,沉积物中有机质含量与沉积物中有机/细菌聚合磷存在很好的线性相关性,说明沉积物中有机质是有机/细菌聚合磷的源;沉积物中总磷决定间隙水中总溶解性磷和溶解性磷酸盐的含量,并且总磷与间隙水中总溶解性磷和溶解性磷酸盐存在很好的相关性;沉积物中Fe2P和Al2P分别与间隙水中的Eh 和溶解性磷酸盐存在相关性,说明Eh的大小严重影响Fe2P和Al2P的含量,但是Fe2P和Al2P含量之和又主导着间隙水中溶解性磷酸盐的含量。
对典型市内过富营养湖泊的沉积物-间隙水体系中形态磷的相关性研究,旨在为控制这种典型过富营养湖泊沉积物中磷向水体释放提供理论参考。
关键词:城内过富营养湖泊;沉积物;间隙水;形态磷;相关性文献标识码:A 目前国内在沉积物—间隙水体系营养盐的迁移研究主要侧重在不同条件下(不同温度、p H值、盐度、搅动等),营养盐的释放规律、湖泊中营养盐释放通量以及不同条件下对磷形态的影响等,但是对湖泊间隙水与对应沉积物中主要营养盐(氮磷与各种其他的形态)的相关性研究却很少,国外文献报道也不多[1～5]。
本文针对典型市内过富营养湖泊的沉积物-间隙水体系中磷形态的相关性做了研究,旨在为控制这种典型过富营养湖泊沉积物中磷向水体释放提供理论参考。
1 样品采集和分析方法1.1 调查区域选择武汉市汉阳区月湖作为试验研究区域,该区属亚热带季风气候,全年四季分明,日照充足,雨量充沛。
年平均气温15.4℃～17.5℃,极端最高气温41.3℃,极端最低气温-18.1℃。
年均降水量1150～1450mm,最大年降水量2057.9mm,最小降水量730.4mm。
降雨集中在6～8月,约占全年降水量的40%左右。
月湖处于武汉市繁华的中心地带,东连龟山,北依汉水,南靠梅子山。
由于近十几年周边地区经济的高速发展,湖泊严重萎缩,面临着严重的沼泽化问题,现在湖面积仅为0.66km2,平均水深1.2m。
月湖的主要污染来源为生活污水,1994年以后工业废水排口基本封堵,现仍有约22处不规则生活废水排放口,每天接纳污水量约为1万t。
全湖除了一些凤眼莲外,没有任何其它大型水生高等植物,底栖动物密度如下:寡毛类为80ind/m2,螺类为10ind/ m2,水生昆虫为1100ind/m2。
其水质指标和叶绿素a参数见表1。
1.2 采样与测定采样时间为2004年6～8月连续7周,每周采样1次,以下报道的数据均为连续7次测样的平均值。
采样点分别按网格布点法分布在月湖的大月湖(图1)。
利用内径为6.0cm的柱状采泥器采集,自表层向下采集0～10cm深的沉积物样品装于聚氯乙烯塑料袋中,密封,便携式冰箱冷冻,取回实验室后于4℃保存,经自然风干后,研磨过100目筛,待测定。
有机质(OM)、总磷(TP)参照文献[6]测定。
收稿日期:2005207208;修回日期:2005210226基金项目:国家自然科学基金项目(30470346).作者简介:赵 颖(1981～ ),女,黑龙江省宾县人,硕士研究生,主要从事水体污染控制研究.表1 2004年6月12日月湖水质与叶绿素a 参数Tab.1 Water Quality and Chlorophyl 2a Parameters of Lake Yuehu on J une 12,2004SD (cm )p H 值COND (ms/cm )SS DO (mg/L )NH 32N (mg/L )KN (mg/L )TP (mg/L )COD cr (mg/L )Chl.a (μg/L )209.00.43839.111.40.8323.710.93373.24264.5图1 月湖采样点分布图Fig.1 Distribution of Sampling Stations in Lake Yuehu参照Emil 和Psenner 2Hieltjes 的方法,将沉积物中磷的形态分为不稳定性磷(Labile 2P )、铁结合态磷(Fe 2P )、铝结合态磷(Al 2P )、有机/细菌聚合磷(Org/Bact 2P )、钙磷(Ca 2P )和残渣磷(Residual 2P ),每步提取完成后,提取液于4000r/min 速度下离心,然后经过0.45μm 的滤膜过滤,滤液直接用钼蓝比色法分析,残渣磷(Residual 2P )即为总磷与以上3种磷之差[7～9]。
由于不稳定性磷(Labile 2P )、铁结合态磷(Fe 2P )、铝结合态磷(Al 2P )、有机/细菌聚合磷(Org/Bact 2P )可以被生物利用,统称为活性磷[10],故本研究的重点在于研究可以被生物利用的活性磷部分。
由于不稳定性磷(labile 2P )含量一般很少,本研究不将其作为重点研究的磷形态。
将沉积物在4200r/min 速度下离心,上清液即为间隙水。
经过0.45μm 滤膜过滤后的上清液,用来测定可溶态磷(分为总溶解性磷和可溶性磷酸盐)、间隙水总磷(TP )、总溶解性磷(TDP )和可溶性磷酸盐(PO 3-42P )的测定方法参照文献[11]。
间隙水中Eh (氧化还原电位)采用氧化还原电位仪(YSI Model 95)测定。
2 结果与讨论通过近3个月的实地调查,9个采样点7次采样的调查结果每次的平均值及标准差结果见表2。
2.1 沉积物中OM 与Org/Bact 2P有机/细菌磷主要由藻类及浮游生物残体沉积在湖泊底部形成的。
由图2可知,有机质含量的变化趋势与有机/细菌磷含量变化趋势相似,一般来说有机质含量高一些,有机/细菌磷含量也相应高一些。
这可能是由于有机/细菌磷含量与外源磷负荷有关,生活污水的排入使得月湖沉积物中有机/细菌磷含量增加。
月湖的相对封闭环境促使有机质和磷在湖泊内的停滞和累积。
通过分析发现,有机质含量与有机/细菌磷含量之间存在下列关系:Y =0.0705X -0.2595 (R =0.83) 式中,X 为沉积物中有机质含量(%),Y 为沉积物中有机/细菌聚合磷含量(mg/kg )。
说明有机/细菌磷的源为沉积物中有机质,证明了月湖遭受的污染主要为有机污染。
表2 月湖沉积物和间隙水中各参数的数值(括号内为标准差)Tab.2 Data of Different Parameters in Sediments and Interstitial Water of Yuehu Lake (Standard Error in the Bracket )样点沉积物间隙水OM (%)TP (mg/g )Org/Bact 2P (mg/kg )Fe 2P (mg/kg )Al 2P (mg/kg )Eh (mv )TDP (mg/L )PO 3-42P (mg/L )112.48(0.39) 3.68(0.21)0.5877(0.065)338.20(51.34)138.20(40.90)265.65(47.39) 1.22(0.15)0.82(0.079)212.15(0.34) 4.2(0.23)0.5812(0.066)315.30(54.96)135.30(38.98)198.45(45.48) 1.58(0.18)0.88(0.087)311.6(0.29) 3.57(0.22)0.4315(0.049)286.30(58.79)76.30(42.34)213.15(48.93) 1.05(0.09)0.75(0.069)412.55(0.39) 3.98(0.26)0.6043(0.057)230.70(49.98)72.70(41.29)200(47.15) 1.48(0.15)0.68(0.068)513.51(0.28) 3.9(0.19)0.6671(0.056)378.80(53.45)158.80(40.06)310.35(45.73) 1.45(0.13)0.86(0.075)610.79(0.33) 3.87(0.13)0.5104(0.067)396.10(55.73)196.10(36.49)327.85(49.02) 1.42(0.12)0.87(0.077)712.23(0.30) 4.2(0.22)0.567(0.063)367.87(56.78)167.87(37.37)300.84(46.10) 1.48(0.18)0.94(0.074)811.25(0.28) 4.01(0.27)0.508(0.067)345.83(50.34)135.83(46.83)279.78(47.72) 1.49(0.17)0.90(0.087)912.2(0.36)3.79(0.28)0.558(0.061)306.89(52.25)106.89(44.44)245.45(45.59)1.34(0.14)0.84(0.085)194 第5期 赵 颖等:典型城内过富营养湖泊沉积物和间隙水中各形态磷的相关性研究图2 沉积物中有机质含量与有机/细菌磷含量Fig.2 Contents of Organic Matter and Org/Bact2phosphorus in Sediments2.2 沉积物中TP 与间隙水中PO 3-42P 和TDP 从图3看出,沉积物TP 含量增加时,间隙水PO 3-42P 含量也在增加。
调查还发现间隙水PO 3-42P含量(0.84±0.079mg/L )比往年湖水中PO 3-42P 平均含量(0.67mg/L )高,并且这种现象与采样的季节有关。
由于采样在6～8月,是藻类生长繁殖期(6月中旬左右),因此水体中磷受到水生浮游生物的影响较大,它们对磷的吸收,使间隙水PO 3-42P 的含量可能高于年平均含量,这也反映出月湖间隙水磷含量的季节性差异,PO 3-42P 的这种季节性差异可能是由于城区典型的有机污染物质类型造成,但是具体造成这种现象的机理过程有待进一步研究。
沉积物中磷经由间隙水向上覆水中释放,并且沉积物是上覆水磷的源已经得到了广泛认可[12],但从图3、4发现,沉积物中总磷与间隙水中磷酸盐与总溶解性磷都存在很好的线性关系,进一步验证了间隙水中磷酸盐随着沉积物磷含量的增加而增加的结果。
可见,要削减磷在上覆水中的含量,控制间隙水中易溶解性磷酸盐或者完全控制总溶解性磷的含量是一良策。