湖泊沉积物内部因素对沉积物-水界面磷交换的影响

湖泊沉积物既可充当湖泊水体营养盐的汇也可转变为源,而磷则是富营养化的制约性因子。沉积物-水界面的磷交换过程与沉积物本身的物理化学特征直接相关。本文对沉积物-水界面磷交换动态的内部影响因子及其作用进行了综合分析,并分别论述了沉积物粒级分布、磷的存在形态、电子受体、有机物等对沉积物-水界面磷交换过程的影响与作用。     

磷在富营养化湖泊沉积物-水界面的循环

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。     

巢湖沉积物-水界面磷酸盐释放通量研究

采用现场采样与室内测试方法,对调水后巢湖沉积物-水界面磷酸盐释放通量进行了研究。结果表明,夏季巢湖表层水、底层水、间隙水磷酸盐浓度变化范围分别为0.02～0.16、0.02～0.17、0.01～0.08mg.L-1,均值分别为（0.03±0.04）、（0.04±0.04）mg.L-1和（0.03±0.02）mg.L-1。秋季6个取样点表层水、底层水磷酸盐含量的变化范围均为0.03～0.06mg.L-1,均值为（0.04±0.04）mg.L-1,显著高于夏季对应样点浓度。而秋季间隙水磷酸盐浓度平均值为（0.015±0.003）mg.L-（1变化范围0.01～0.02mg.L-1）,与夏季对应样点相比差异不显著。夏季沉积物-水界面磷酸盐释放通量的变化范围为-27.46～6.27μgP.m-.2d-1,平均值为-1.54μgP.m-.2d-1。秋季磷酸盐释放通量变化范围为-10.61～-3.77μgP.m-.2d-1,均值为-6.19μgP.m-.2d-1,与夏季对应样点释放通量差异显著（α=0.05,P=0.002）。情景模拟表明,排除外源污染的影响,当引入长江水磷酸盐浓度介于0.003～0.009mg.L-1时,巢湖调水后替换水体可在7.2a左右达二次富营养化。     

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.     

奥地利Wallersee沉积物—水界面铁锰的循环和迁移特征

对奥地利Wallersee沉积物中铁、锰的分布特征进行了分析，说明Wallersee沉积物中铁的循环比锰微弱，铁氧化物的还原作用受到了溶解氧和锰氧化物的双重控制。输入沉积物中的铁大部分都保存于沉积物中。锰氧化物的还原虽然也受到溶解氧的制约，但其还原作用仍比较激烈，孔隙水中有特征的还原峰，只不过峰位下移，所以铁对环境的敏感程度比锰高，沉积物中的铁具有环境记录意义，而锰不具有环境记录意义。铁氧化物中无定形铁氧化物优先还原，晶体铁氧化物可以向无定形铁氧化物转化，参与各种反应。     

巢湖沉积物磷的形态及其与间隙水磷的关系

采用磷形态的连续提取法,研究了巢湖沉积物中磷的地球化学形态及间隙水中总溶解性磷（DTP）、可溶性磷酸盐（DIP）、可溶性有机磷（DOP）含量的垂向分布特征。结果表明,西湖区的沉积物总磷含量明显高于东湖区。表层沉积物中活性磷含量占总磷的44％-81％,金属氧化物结合态磷（NaOH—P）作为活性磷的主要存在形式,在西湖区含量比例达到47％-60％,对磷释放起重要贡献;磷形态剖面表明,西湖区的金属氧化物结合态磷、可还原态磷（BD—P）含量高于东湖区。金属氧化物结合态磷、可还原态磷、钙结合态磷（HCl-P）受人类活动影响较大,有机磷（Org—P）受外源磷污染影响很小;BD—P、NaOH—P随深度增加而减小,说明巢湖近期磷负荷有增加的趋势;DTP、DIP、DOP在水-沉积物界面的浓度梯度反映它们有自间隙水向上覆水扩散的趋势;巢湖间隙水不同形态磷与BD—P、NaOH—P显著相关（α=0．01）。这项研究可为巢湖内源污染和富营养化的控制与治理提供理论参考。     

湖泊沉积物中磷释放的研究进展

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。     

小型浅水湖泊表层沉积物对磷的吸附特征及其影响因素

[目的]分析城市小型浅水湖泊表层沉积物对磷的吸附特征及影响因素,为城市小型浅水湖泊富营养化控制和生态环境修复提供参考依据。[方法]在室内模拟条件下,从表层沉积物对磷的吸附动力学与等温吸附两个角度分析了孔目湖表层沉积物对磷的吸附特征,同时运用磷吸附量计算公式探讨不同pH值下孔目湖表层沉积物对磷吸附行为的影响。[结果]表层沉积物对磷的吸附动力学过程分为快吸附和慢吸附2个阶段,快吸附阶段主要发生在0～1h内,而慢吸附阶段主要发生在1～3h;表层沉积物对磷的吸附等温线在高浓度下同时符合Langmuir模型、Freundlich模型和D-R模型,而在低浓度下符合Linear模型;在酸性或中性环境条件下,表层沉积物对磷的吸附效果更好。[结论]富营养化严重的小型浅水湖泊,表层沉积物有向上覆水释放磷的趋势,且上覆水和沉积物中磷酸盐含量的多少均会影响表层沉积物对磷的吸附特征和动态平衡状态的变化。     

氧化势影响下的滇池沉积物孔隙水磷浓度变化

The sediment redox potential was raised in the laboratory to estimate reduction of internal available phosphorus loads, such as soluble reactive phosphorus （SRP） and total phosphorus （TP）, as well as the main elements of sediment extracts in Dianchi Lake. Several strongly reducing substances in sediments, which mainly originated from anaerobic decomposition of primary producer residues, were responsible for the lower redox potential. In a range of -400 to 200 mV raising the redox potential of sediments decreased TP and SRP in interstitial water. Redox potentials exceeding 320 mV caused increases in TP, whereas SRP maintained a relatively constant minimum level. The concentrations of Al, Fe, Ca^2＋, Mg^2＋, K^＋, Na^＋ and S in interstitial water were also related to the redox potential of sediments, suggesting that the mechanism for redox potential to regulate the concentration of phosphorus in interstitial water was complex.     

环境条件变化对滇池沉积物磷释放的影响

在实验室控制条件下,以滇池表层新鲜沉积物和湖水为材料,研究了氧化还原状况、水体扰动、pH值等环境因子对沉积物P释放的影响。结果表明,与好氧条件相比,厌氧状态大大促进沉积物中P的释放,最大释放量为3.96mg。随着湖水pH值的升高,沉积物的释P量明显增加,碱性条件下P释放量是中性条件的几百倍。水体扰动对沉积物P释放的影响不大。不同环境因子相比,湖水在碱性条件下(pH10.5)P的释放速率最大,高达68.04mg/(m2·d),厌氧条件次之,变化在7.73~8.91mg/(m2·d),对照和扰动条件下P释放速率很低。湖水pH值增加和氧化还原电位降低是滇池沉积物释P的主要机制。     

宁波南沙港养殖水域沉积物-水界面氮磷营养盐的扩散通量

在2007年1月—2007年11月分4个航次对宁波南沙港养殖水域上覆水和表层沉积物间隙水中的溶解无机氮（DIN）和活性磷酸盐（PO4^3--P）浓度进行了现场调查,并应用Fick第一定理对该养殖水域沉积物-水界面DIN和PO4^3--P的扩散通量进行了估算。结果表明,南沙港养殖水域上覆水中NH4^＋-N、NO3^--N、NO2^--N和PO4^3--P的浓度变化范围分别为1.07～11.73、0.01～121.43、0.06～3.79μmol·L^-1和0.42～4.16μmol·L^-1;间隙水中NH4^＋-N、NO3^--N、NO2^--N和PO4^3--P浓度年变化范围分别为24.00～219.51、4.02～1250.41、0.45～8.70μmol·L^-1和3.41～41.87μmol·L^-1;DIN和PO4^3--P的扩散通量平均值分别为1520.73μmol·m^-2·d^-1和22.33μmol·m^-2·d-^1,扩散方向总体表现为从沉积物向上覆水扩散,每年向养殖系统中输入的DIN和PO4^3--P量分别约为9.87t和0.32t,表明沉积物是南沙港养殖水域水体氮磷营养盐,尤其是DIN的重要的输入源。     

天鹅湖潟湖表层沉积物磷的吸附容量及潜在释磷风险

研究了天鹅湖潟湖表层沉积物对磷的吸附容量,分析了沉积物磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)及由这两个指标构成的磷释放风险指数(ERI),预测了不同区域沉积物磷的潜在释放风险。结果表明,沉积物的PSI变化范围为7.44~28.53 mg L/100 gμmol,湖北部和中部沉积物的PSI值较高;DPS与PSI的变化趋势相反,变幅为0.85%~4.99%,表现为湖南部和中部沉积物的DPS高于北部。沉积物的PSI与磷的理论吸附容量(Qmax)呈极显著正相关(P0.01),而DPS与沉积物各理化参数间的相关性较差。有机质(OM)、活性铝(Alox)和粘粒是表层沉积物对磷持留的主要影响因素。此外,天鹅湖潟湖表层沉积物的ERI变化范围为2.93%~44.70%,磷释放诱发富营养化的风险处于中度范围,其中东南部发生富营养化的风险较高     

恩施烟区土壤磷素与烤烟磷含量的关系

分析了湖北省恩施烟区土壤磷素与烤烟磷含量的状况及其相互关系,结果表明:恩施烟区土壤磷素含量偏低,全磷和速效磷含量分别为(0.63±0.23)gkg-1和(16.88±12.73)mgkg-1,二者之间存在极显著的正相关,相关系数为0.6353**。土壤全磷和速效磷含量在不同海拔高度、土层深度之间差异显著,海拔之间表现为:高海拔中海拔低海拔;土层之间表现为:0～20cm20～40cm40～60cm。烤烟磷素含量较低,平均为(1.68±0.32)gkg-1,在不同品种、海拔之间差异显著,品种之间表现为:云烟87K326云烟85,海拔之间表现为:高海拔中海拔低海拔。烤烟磷素含量在等级之间差异不显著,但随着叶位的升高,烤烟磷含量有升高的趋势。烤烟磷含量(y)与土壤速效磷含量(x)之间存在极显著的回归关系,y=0.1224+0.0026x,相关系数r=0.8582**。土壤速效磷含量分组后,随着土壤速效磷含量升高,烤烟磷含量也呈现出升高趋势。     

利用植物自身潜力提高土壤中磷的生物有效性

土壤缺磷是世界范围内普遍存在的问题，它严重限制了作物的产量及分布。随着人口增长对粮食需求的不断增加以及由此引起的能源危机，这种趋势还将会不断加重。因此，如何通过发掘植物自身潜力，减少土壤对磷酸盐的固定、吸附以提高植物对磷肥的利用效率及活化被土壤固定的磷，这对提高粮食产量、降低生产成本以及保护生态环境将起到重要作用。本文阐述了提高土壤中磷的生物有效性的必要性和可能性，综述了植物磷素营养特性差异的机理及遗传研究进展，旨在为培育磷肥利用效率高，活化土壤磷能力强的耐低磷作物新品种提供有关信息及理论依据。     

不同硫酸铝用量对苏打盐碱土磷素形态及吸附特性的影响

通过室内模拟盆栽改良试验,研究了硫酸铝的改良效果及施用后对土壤中磷素营养状况的影响。硫酸铝配施磷肥和氮肥对小麦的出苗和生长起着明显促进作用。无机磷分级及相关分析结果表明,施加不同用量的硫酸铝后,各级无机磷平均含量的大小顺序为Ca2-P>Ca8-P>Al-P>O-P>Fe-P>Ca10-P,其中,Ca8-P和O-P是Ca2-P的有效补充。磷的吸附实验表明,各处理土壤磷的等温吸附曲线与Langmuir方程的吻合程度最好,其相关程度达极显著水平。根据简单Langmuir方程,将C/x/m对C作图,得到的是具有一个折点的直线,表明随着磷平衡浓度的不同,土壤对磷的吸附存在着两个不同能量水平的吸附点位。磷的解吸结果表明,在磷平衡浓度较低的条件下,土壤与磷的结合能力较强,大多以固定态磷的形式被吸附,并且,解吸也较困难;随着磷平衡浓度的增加,可交换磷所占的比例增加,有较多的磷可被解吸下来。     

利用植物气体交换参数确定萎蔫系数的方法

萎蔫系数是确定土壤有效水范围、储量和对植物有效性的关键因子,但现有的基于植物形态变化测定的萎蔫系数存在生理意义不明确及难以在田间原位测定的缺陷。为此,本研究利用自然干旱下的盆栽试验,测定了2种土壤质地（黄土高原区黄绵土和南方丘陵区红壤）下4种植物（大豆Glycine max L.、向日葵Helianthus annuus L.、苜蓿Medicago sativa L.、羊草Leymus chinensis (Trin.) Tzvel）幼苗的萎蔫系数及叶片气体交换参数对土壤水分含量变化的动态响应过程,探讨了基于植物气体交换参数确定的土壤水分下限阈值与萎蔫系数的关系。结果表明：（1）土壤质地和植物抗旱性显著影响萎蔫系数,且影响在永久萎蔫时对应的土壤水势。4种植物在黄绵土下的萎蔫系数分别为0.083 cm3?cm-3（向日葵）>0.081 cm3?cm-3（大豆）>0.072 cm3?cm-3（羊草）>0.060 cm3?cm-3（苜蓿）,在红壤下的萎蔫系数表现为0.188 cm3?cm-3（向日葵）>0.180 cm3?cm-3（大豆）>0.174 cm3?cm-3（羊草）>0.172 cm3?cm-3（苜蓿）。4种植物在红壤上的萎蔫系数均大于黄绵土,且植物抗旱性越强,其萎蔫系数越低。（2）利用三次函数模拟气孔导度变化确定的土壤水分下限阈值与萎蔫系数存在高度一致性。因此,萎蔫系数可基于植物气体交换参数进行间接估算。     

黄土高原小流域土壤阳离子交换量分布特征及影响因子

通过对黄土高原陕北地区3个小流域(朱家沟、纸坊沟和泥河沟)27个采样点的54个土壤样品分析,应用统计方法讨论土壤阳离子交换量的分布特征和影响因子。结果表明:(1)在3个所选定的典型小流域中,土壤CEC呈现明显的地带性,从北到南,CEC值显著升高。(2)在同一流域,CEC垂直地带变化基本表现为随高度降低而增大;而在同一剖面中,表层土壤CEC值总是高于下层。通过相关性分析和逐步回归检验,得出在粘土矿物类型基本相同的前提条件下,影响CEC值变化的主要因素有pH值、土壤黏粒含量和有机质含量,粉粒含量的影响较小,而砂粒含量则与CEC表现出显著负相关。     

生物炭施用对稻田氮磷肥流失的影响

针对宁夏引黄灌区稻田过量施肥导致土壤养分利用效率低的问题,通过田间小区试验,在优化施氮条件下(240kg·hm~(-2)),设4个生物炭水平(0、4500、9000、13500kg·hm~(-2)),研究施用外源生物炭对稻田氮磷流失和土壤养分含量的影响。结果表明:生物炭对稻田田面水氮素动态产生影响,表现为田面水中全氮、硝态氮含量随生物炭用量的增加而降低,铵态氮表现则相反;全氮和铵态氮的最大峰值出现在第1次追施氮肥后的第2天,最大值为34.86、8.28mg·L~(-1);硝态氮最大峰值3.31mg·L~(-1)出现在第2次追施氮肥后的第2天。随后均迅速下降,全氮含量在施氮肥后10d回到第1次追氮前的含量水平,并趋于稳定,铵态氮和硝态氮则在7d后。生物炭对田面水全磷未产生显著影响,全磷含量在第1次施氮肥后3d达到峰值,为3.69mg·L~(-1),之后迅速下降,6~7d后降至追氮前的含量水平,并趋于稳定。生物炭处理显著降低了稻田全氮流失量8.03%~13.36%,高量炭处理(13500kg·hm~(-2))显著提高了土壤全氮和有机质含量,提高幅度分别为41.2%和27.5%(P0.05)。说明生物炭对稻田磷流失、土壤全磷和速效磷含量无显著影响,对降低稻田氮素淋失表现出积极效果。