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

以乌梁素海和岱海表层沉积物为吸附剂,开展了磷在沉积物上的吸附动力学和等温吸附实验研究,采用交叉型Langmuir模型描述了磷在2个湖泊沉积物上的吸附行为,并分析测定了等温吸附后沉积物中磷的形态分布。结果表明,不同浓度条件下沉积物对磷的吸附动力学过程基本相似,Elovich方程能较好地描述2个湖泊沉积物对磷酸盐的吸附动力学过程;Langmuir交叉型吸附等温式能较好地描述磷在岱海和乌梁素海沉积物上的等温吸附行为（R2=0.990）,模型中的k、Qm、EPC0、NAP等参数较好地反映了2个湖泊沉积物在成因、粒度及矿物组成等方面的差异;吸附磷的形态再分布揭示颗粒物所吸附的水相磷主要分布于Ex-P,且Or-P是沉积物中重要的潜在生物有效性磷源,对湖泊富营养化的作用不容忽视。     

东平湖表层沉积物中磷的吸附容量及潜在释放风险分析

利用沉积物磷吸附指数（PSI）和磷吸附饱和度（DPS）研究了东平湖表层沉积物的磷吸附容量,并讨论了沉积物中磷的潜在释放风险。结果表明,表层沉积物的磷吸附指数变化范围为30.3～45.2[mg P·（100g）-1]·（μmol·L-1）-1,表现出从湖心、湖东向湖北、湖南逐渐增大的扇形特征;而磷吸附饱和度变化范围为6.5%～24.1%,与磷吸附指数变化趋势恰好相反。磷吸附指数与沉积物中草酸铵提取的铁（FeOX）含量呈极显著正相关,与草酸铵提取的铁铝总量呈显著正相关,磷吸附饱和度与沉积物中草酸铵提取的磷（POX）含量呈显著正相关。此外,磷释放风险指数（ERI）变化范围为14.9%～67.5%,表明东平湖表层沉积物中磷释放诱发富营养化的风险处于高度风险范围。     

我国湖泊沉积物营养盐和粒度分布及其关系研究

通过现场采样及室内理化性质分析,研究了我国不同区域6个不同特征湖泊表层沉积物营养盐和粒度的分布及其相互关系。结果发现,浅水富营养化湖泊杞麓湖、巢湖的沉积物营养盐含量和水体富营养化程度一致,而深水湖泊泸沽湖、程海和青海湖的沉积物营养盐含量和水体的营养状态没有关系,尤其是贫营养湖泊泸沽湖,沉积物中TN、TP含量远远高于东部富营养化严重的浅水湖泊。研究湖泊的表层沉积物中TOC与TN和Po表现出显著相关关系,表明沉积物中氮主要以有机氮的形式存在,有机质是有机磷的重要载体。表层沉积物粒径主要集中在64μm以下,不同的湖泊表层沉积物表现不同的粒度分布特征,沉积物营养盐含量较高的杞麓湖、程海、泸沽湖和巢湖的沉积物粒径更细,细颗粒所占比例高低与其污染程度相一致。沉积物中TOC、TN、TP、Pi、Po与小于4μm的细颗粒都呈现显著的正相关关系,而与16～64μm的粒径范围呈现负相关关系。     

去除有机质对城市浅水湖泊氮磷释放特征的影响

[目的] 分析南昌市浅水湖泊象湖表层沉积物的释放特征及有机质对氮、磷释放的影响,为城市内浅水湖泊治理中富营养化控制提供理论依据。[方法] 通过释放动力学试验以及释放潜能试验研究了城市浅水湖泊氨氮（NH₄⁺-N）和溶解性活性磷（SRP）的释放特征,以及与通过H₂O₂去除有机质后的释放特征进行了对比。[结果] 去除前后的氮磷的释放速率都是先由一个较快的过程逐渐变慢最后趋于稳定达到最大释放量（Q_max）。去除有机质后NH₄⁺-N的释放平衡时间缩短,SRP则几乎不变。去除有机质后,NH₄⁺-N的最大释放量（Q_max）与有机质含量呈显著正相关,而SRP与有机质无显著相关性。[结论] 影响沉积物氮磷释放的因素多样,其中高等水生植物丰富的区域对磷的释放有明显的抑制作用。沉积物有机质的含量越高沉积物氮的最大释放量（Q_max）也越高,磷的的最大释放量（Q_max）则受有机质含量、活性、组成成分、吸附与结合的铁铝磷含量等因素共同影响。     

磷和硅在湖泊沉积物上的释放特征及形态变化研究

以乌梁素海（WLSH）和岱海（DH）表层沉积物为吸附剂,开展了磷硅在2个湖泊沉积物上的释放实验研究,同时采用连续提取法探讨了释放后的磷硅形态变化。结果表明,磷和硅在2个湖泊沉积物上的释放行为均可用Elovich方程描述;0～20min为磷的快速释放阶段,此时段内约有75%的吸附磷迅速从沉积物上解吸并释放至上覆水中;0～2h为硅的快速释放阶段,此阶段内约有40%的吸附硅从沉积物上解吸并释放至上覆水中;总体上,沉积物中Ex-P、Al-P、Fe-P及IEF-Si、CF-Si具有较强的释放潜力。     

水生植物作用下浅水湖泊中营养盐（P、Fe、Mn）的分布特征及相关性研究

通过对骆马湖进行采样分析,探讨大型水生植物生长区的水体和沉积物中磷（P）、铁（Fe）、锰（Mn）的分布特征,并对浅水湖泊沉积物-水界面中Fe、Mn和P的含量进行了相关性分析,结果表明：大型水生植物生长区的TP、Fe、Mn含量均显著低于对照;沉积物孔隙水中各营养盐浓度均较上覆水高,表层沉积物出现富集现象;沉积物中营养盐的垂直变化存在差异,磷的赋存形式以无机磷的Ca-P为主。相关性分析显示,在大型水生植物作用下,沉积物中Fe和Fe-P、TP呈显著负相关,摩尔比Fe/P和Mn/P随深度的增加而增大,表明Fe和Mn在湖泊体系的磷迁移过程中具有重要影响。     

天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征

以荣成天鹅湖这一天然泻湖为研究对象,研究了6个样点沉积物对磷的吸附动力学曲线和等温吸附方程,并分析了沉积物理化性质与磷吸附参数间的关系.结果表明,天鹅湖不同区域沉积物对磷的吸附动力学均符合二级动力学方程,吸附反应主要在前10h内完成,且0～2h内反应迅速.根据Langmuir模型,6个样点沉积物对磷的理论吸附容量(Qmax)的范围为294.12～1 111.11 mg/kg,其中湖区北部和中部沉积物的吸附能力高于南部.沉积物对水体中磷的吸附解吸平衡浓度(EPC0)的变幅为0.002 ～ 0.033 mg/L,其与沉积物本底吸附态磷(NAP)呈较弱的正相关关系.本研究条件下,大部分样点的EPC0小于上覆水中磷的浓度,其中湖区西北部和东南部沉积物中磷具有向上覆水体释放的趋势.沉积物的NAP与总氮、有机质、活性铝和黏粒间均呈显著正相关,Qmax与铁铝结合态磷、有机质、活性铝和粉粒间呈显著的正相关关系.活性铝、有机质和粒度是影响沉积物磷吸附的主要因素.     

哈素海表层沉积物中内源磷的释放研究

以浅水湖泊哈素海为研究对象,开展了上覆水质、温度、pH、溶解氧、扰动和光照等环境要素对湖泊沉积物内源磷释放的影响试验研究。结果表明,温度升高、碱性条件、厌氧和强烈的扰动作用等均有利于内源磷的释放,而照度则间接地限制了沉积物释磷对上覆水中磷浓度的影响。HSH-2、HSH-5和HSH-6等3个站位TP的最大释放量在自然光照条件下分别为1.53、1.39和1.27 mg·kg^-1,避光条件下分别为1.77、1.52和1.52 mg·kg^-1;静置条件下分别为1.42、1.38和1.68 mg·kg^-1,R=60 r·min^-1时分别为1.75、1.50和2.00 mg·kg^-1,R=120 r·min^-1时分别为2.52、2.64和4.02 mg·kg^-1;在pH=11时释放量最大,分别为10.82、6.83和16.68 mg·kg^-1。各环境因子中,以pH和扰动对哈素海沉积物内源磷的释放影响最大。哈素海为浅水湖泊,在湖水咸化程度逐渐增高的条件下,将会导致湖泊沉积物内源磷的大量释放,从而将进一步加剧水体的富营养化。     

达里诺尔湖磷赋存特征及底泥释放影响因素

[目的]揭示封闭性内陆湖磷组成特点及底泥释放影响因素,为控制达里湖磷元素污染提供理论支持。[方法]对达里诺尔湖水体总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性无机磷(DIP),沉积物形态磷进行监测,并利用因子分析的方法对影响沉积物底泥释放的因素分类讨论。[结果]达里湖上覆水总磷(TP)均值2.00±0.02mg/L,间隙水TP均值2.50±0.02mg/L,沉积物TP在206.09~940.49mg/kg之间。沉积物中无机磷(IP)占TP的47.9%,是沉积物主要的磷形态之一。钙磷(Ca-P)是IP中含量最多的形态磷(217.76±47.01mg/kg),其次为铁铝结合态磷(Fe/Al-P,62.73±28.34mg/kg)和交换态磷(Ex-P,36.50±19.13mg/kg),有机磷(OP,200.28±135.13mg/kg)含量占TP的41.8%;通过因子分析法将影响底泥释放的因素分为三类:沉积物TP,Ca-P,Fe/Al-P和生物有效性磷含量归为沉积物磷因子;水体pH,DO,Eh值以及间隙水磷含量归为界面影响因子;湖水水深归为湖泊自身特征因子。[结论]达里湖存在沉积物磷底泥释放的风险,根据因子分析的结果可知,影响沉积物底泥释放的因素分为沉积物磷、水—沉积物界面理化指标和湖水水深3大类。     

连环湖敖包泡沉积物磷形态垂向分布特征

应用SMT连续提取法对连环湖敖包泡北部(AB1)和南部(AB2)柱状沉积岩芯中磷形态的含量和垂向分布特征进行对比分析,结合沉积岩芯年代测定,探讨了该湖区沉积物中磷的演化特征与人为污染历史以及内源磷的释放风险。结果表明,AB1、AB2沉积物中磷形态的含量和垂向变化不同,AB1沉积物中各形态磷含量均高于AB2,且随深度变化波动较大。20世纪40年代中期至1981年,AB1沉积物各形态磷和OM含量波动较大;AB2沉积物中Ca-P、IP、TP含量呈先增加后减少之势,Fe/Al-P、OP、OM含量变化较稳定。1981—2009年,AB1沉积物Ca-P、IP、OM含量变化较小,Fe/Al-P、OP、TP含量相对波动较大;AB2沉积物Ca-P、Fe/Al-P、TP含量不同程度上先增加后减少,IP、OP、OM含量变化均呈增加趋势。连环湖敖包泡沉积物磷人为来源以工业废水、居民生活污水和农药化肥的流失为主。湖泊北部磷含量高于南部,这与人类活动强度密切相关,敖包泡北部附近村落密集而南部没有村落。应用单一因子标准指数法对湖泊表层沉积物磷素进行生态风险评价表明,湖区北部表层沉积物总磷含量超标,存在一定的安全风险,同时AB1沉积物上部较底部活性磷(Fe/Al-P和OP)增加较多、且活性磷(Fe/Al-P和OP)是AB1沉积物磷增加的主要形态,因此连环湖敖包泡沉积物中磷向上覆水体释放的风险增加,对湖泊水体的富营养化的影响应予以关注。     

褐煤基材料对Cd~(2+)的吸附机制

为筛选稳定、高效、环境友好的重金属污染修复材料,利用批吸附试验研究了不同温度下褐煤、腐植酸、活性炭对镉(Cd~(2+))的吸附特征,采用非线性χ~2检验辅助决定系数判断等温线模型拟合度,用红外光谱对材料功能团进行了识别。结果表明,Temkin模型能最好拟合3种材料对Cd~(2+)的等温吸附过程,Langmuir和Freundlich模型也能较好拟合但与温度有关。吸附热力学参数表明,3种材料对Cd~(2+)的吸附为优惠发生的物理吸附,并且是自发的吸热过程,3种材料与Cd~(2+)之间均有较强的作用力。在温度294.55~313.15 K时腐植酸、褐煤和活性炭对Cd~(2+)的最大吸附量分别为36.14~44.09、29.63~38.20 mg·g~(-1)和21.04~30.34 mg·g~(-1),吸附量随温度升高而升高,吸附自由能随着温度升高而降低,说明升温吸附更容易发生。准二级动力学拟合数据最好,表明3种材料对Cd~(2+)的吸附存在着化学过程。褐煤基活性炭和褐煤基腐植酸具有丰富的孔隙结构。红外光谱图表明腐植酸和褐煤较大的吸附量与其含氧功能团种类较多以及在波数2 360 cm~(-1)和2 342 cm~(-1)附近吸收峰有关。因此,褐煤基3种材料对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程,腐植酸对Cd~(2+)的最大吸附量和吸附能力最大,用Temkin等温方程和准二级动力学曲线能最适宜描述褐煤基材料对Cd~(2+)的吸附特征。     

影响富营养化湖泊底泥氮、磷释放的因素

[目的]分析水体酸碱度、温度以及上覆水营养盐浓度,为合理评估环境因素对湖泊底泥氮、磷释放的影响提供科学依据。[方法]选择富营氧化比较严重的云南省昆明市城市景观湖泊翠湖为研究区域,通过控制不同pH值、温度和上覆水营养盐浓度来模拟影响底泥氮磷释放的因素。[结果](1)放置时间相同条件下底泥氮、磷释放量受到水体酸碱性的影响,中性环境下(pH=7.5)释放量高于酸性和碱性水体条件。底泥释放5,10h条件下,pH值为7.5时底泥磷释放量分别达到5.88,8.28mg/kg;pH值为7.5时底泥氮释放量分别达到22.8,38.4mg/kg;(2)底泥氮、磷释放量随着温度升高而增加。温度为20℃时底泥氮、磷的释放量分别达到28.62,3.75mg/kg;(3)底泥氮、磷的释放量均随着上覆水浓度增加而减少,随着放置时间延长而增加。放置时间5h上覆水氨氮浓度0.31mg/L底泥氮的释放量最大,达到21.63mg/kg。放置10h在氨氮为2.37mg/L时底泥氮的释放量达到最大值(39.22mg/kg);底泥磷释放量在上覆水磷浓度0.14mg/L时底泥总磷的释放量最大;放置时间为5,10h时分别达到4.25,4.91mg/kg。[结论]底泥中营养盐释放是一相当复杂的动态过程,水体酸碱度、温度或上覆水营养盐浓度是影响释放量的主要因素。     

洱海缓冲带典型入湖溪流沉积物磷形态的分布特征

[目的]了解洱海缓冲带典型入湖河流沉积物磷形态分布特征,为洱海生态系统修复提供科学依据。[方法]对洱海缓冲带3条典型入湖溪流茫涌溪、莫残溪、中和溪进行了沉积物的采集,并对其中总磷(TP)、无机磷(IP)、铁铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)4种磷形态的含量进行测定。[结果]3条溪流沉积物磷形态沿程变化趋势大不相同;洱海的缓冲带结构缺乏合理性,有待改进;土地的利用类型不同对洱海缓冲带入湖河流沉积物磷形态贡献率也就不同;入湖口沉积物磷形态含量从大到小均依次为:中和溪莫残溪茫涌溪;从磷形态组成来看,茫涌溪沉积物中的磷主要为Ca-P,莫残溪、中和溪则均以Fe/Al-P为主;磷形态的相关性分析表明,3条溪沉积物中TP含量的变化与Fe/Al-P,及有机磷(OP)呈极显著正相关。[结论]沉积物中OP的变化对Ca-P,Fe/Al-P的含量有一定影响。Fe/Al-P含量对IP含量有较高的贡献率。Fe/Al-P与Ca-P之间相关性较弱。     

Microbial activity facilitates phosphorus adsorption to shallow lake sediment

Purpose  

The phosphorus (P) level in sediments is one of the major indicators of the eutrophication of lakes. Little information is available on the effect of microbial activity on P adsorption in shallow lake sediments. In this study, we evaluated the effect of microbial activity on the adsorption of P to sediments in a shallow lake.     

荣成天鹅湖湿地沉积物对磷的吸附特征及影响因子分析

在荣成天鹅湖湿地的典型区域选取代表性样点,研究表层沉积物对水体中磷的吸附特征,并分析了环境因子、沉积物组成对磷吸附的影响.结果表明,当上覆水中磷浓度低于0.40 mg/L时,沉积物对磷的吸附量很低或呈负吸附状态;在高磷浓度条件下,等温吸附曲线可用改进的Langmuir模型来很好地拟合.本研究条件下湿地沉积物对磷的吸附容量(Q_(max))变幅为181.8～1 000.0 mg/kg.临界磷平衡浓度(EPC_0)变化在0.043～0.479 mg/L之间.沉积物对磷的最大吸附量与其本身的理化性质关系密切,主要影响因素为粘粒含量和粘土矿物种类,氧化铁铝和有机质含量起次要作用.环境因子对磷吸附的影响作用明显,各因子的影响顺序为:扰动>温度、盐度>pH.不同区域相比,湿地北部沉积物的吸附能力远高于南部砂质土.且后者的吸附特性更易受到环境因子的影响.