不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学

浅水湖泊内源磷释放及其生物有效性——以太湖、巢湖和龙感湖为例浅水湖泊内源磷释放及其生物有效性——以太湖、巢湖和龙感湖为例引言水体中的磷是湖泊生态系统中的关键营养元素之一，它在湖泊营养循环中发挥着重要作用。

然而，浅水湖泊中内源磷的释放过程及其生物有效性仍存在许多未知之处。

本文以中国三大浅水湖泊之一的太湖、巢湖和龙感湖为例，探讨了这些湖泊中内源磷释放的原因及其对湖泊生态环境的影响。

一、太湖的内源磷释放及其生物有效性太湖是中国最大的淡水湖泊之一，也是内源磷释放研究的重要对象之一。

太湖水域的内源磷主要来自于富营养化的水体底泥。

研究表明，太湖底泥中富集了大量的磷，当湖泊发生水体垂直混合或风浪作用时，底泥中的磷会释放到水体中，形成内源磷。

太湖内源磷的释放具有季节性特点，主要发生在夏季和秋季，这是因为这两个季节湖泊的水温较高，湖水垂直混合较为剧烈，促使底泥中的磷释放。

太湖内源磷的释放对水体中悬浮藻类的生物量、种类和群落结构有一定影响，这是因为磷是藻类生长所需的关键营养元素之一。

二、巢湖的内源磷释放及其生物有效性巢湖位于中国安徽省，也是富营养化湖泊研究的典型水域之一。

巢湖水库的养殖业发展迅速，而养殖废水中富含大量的磷。

其他的磷污染物也是巢湖内源磷的重要来源之一。

研究发现，巢湖内源磷的释放主要发生在湖泊水位升降、沉积物搅动以及流入巢湖的河流水体的冲击作用下。

巢湖内源磷的释放对湖泊的营养状况有着显著影响，导致湖泊水体富营养化现象的加剧。

此外，巢湖内源磷的释放还会威胁湖泊生物多样性，导致水生植物和浮游动物的丰富度和分布范围发生变化。

三、龙感湖的内源磷释放及其生物有效性龙感湖位于中国江苏省，是一个典型的城市湖泊，也是内源磷释放的研究热点之一。

龙感湖的内源磷主要来自于降雨和流入湖泊的污水。

研究表明，龙感湖水体中的内源磷释放主要发生在雨季和高水位期间。

降雨水会冲刷城市地表的污物，引入湖泊中，污水中富含的磷也是龙感湖内源磷的重要来源。

中国环境科学 2021,41(2)：883~890 China Environmental Science 镜泊湖沉积物各形态磷分布特征及释放贡献郑培儒1,2,李春华1*,叶春1,魏伟伟1,戴婉晴1,2,高尚超1,郑向勇2,井芹⋅宁2(1.中国环境科学研究院,环境基准与风险评估国家重点实验室,湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室,北京 100012；2.温州大学生命与环境科学学院,浙江温州 325035)摘要：将镜泊湖分为北部湖区、中部湖区、东部湖区、西部湖区、南部湖区共设置23个表层沉积物采样点和10个沉积柱芯采样点,采用The Standards,Measurements and Testing Programme(SMT)法测定沉积物中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝结合态磷(NaOH-P)、钙结合态磷(HCl-P).分析镜泊湖沉积物各形态磷的来源、空间分布特征和对磷释放的贡献.结果表明,镜泊湖湖区沉积物各形态磷有3个主要成分,其中成分1主要代表生活污水和工业废水,主成分2主要代表农业污染,主成分3主要代表碎屑岩、自生磷灰石和含磷矿物质等;镜泊湖沉积物各形态磷的空间分布具有一定的空间差异性,分布特征受镜泊湖水文特征和人类活动影响较大.湖区沉积物各形态磷含量整体而言随深度的增加不同程度的下降;对沉积物不同形态磷的磷释放贡献进行分析,分析表明,镜泊湖各湖区沉积物短时间尺度内以滞留为主,但在长时间尺度下具有一定的释放风险.关键词：沉积物；磷形态；空间分布；镜泊湖中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1000-6293(2021)02-0883-08Distribution characteristics and release contribution of different phosphorus forms in sediments of Jingpo Lake. ZHEN G Pei-ru1,2, LI Chun-hua1*, YE Chun1, WEI Wei-wei1, DAI Wan-qing1,2, GAO Shang-chao1, ZHENG Xiang-yong2, NING Jing-qin2, (1.National Engineering Laboratory for Lake Pollution Control and Ecological Restoration,State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；2.College of Life and Environmental Science, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China). China Environmental Science, 2021,41(2)：883~890 Abstract：Jingpo Lake was divided into the northern, central, eastern, western, and southern lake areas. Twenty-three surface sediment sample points and 10 sediment core sample points were installed in Jingpo Lake. The Standards, Measurements and Testing Programme (SMT) method was used to determine total phosphorus (TP), inorganic phosphorus (IP), organic phosphorus (OP), iron/aluminum combined phosphorus (NaOH-P), and calcium combined phosphorus (HCl-P) in the sediment. Researchers have analyzed the sources, spatial distribution characteristics and contribution to phosphorus release of different forms of phosphorus in Jingpo Lake sediments. The results showed that there were three main components in each form of phosphorus in Jingpo Lake sediments, of which component 1 mainly represented domestic sewage and industrial wastewater; main component 2 mainly represented agricultural pollution; main component 3 mainly represented detrital rock and authigenic apatite Stone and phosphorous minerals. The spatial distribution of different forms of phosphorus in Jingpo Lake sediments were greatly affected by the hydrological characteristics and human activities. The phosphorus content of different forms in lake sediments decreased with depth increased. Analyzed the released contribution of different forms phosphorus in sediments, the analysis showed that in a short time scale the phosphorus of sediments was staying mainly in Jingpo lake, but sediments phosphorus had release risks in a longer scale.Key words：sediment；phosphorus forms；spatial distribution；Jingpo Lake磷元素作为导致水体富营养化的限制性营养元素[1],其在沉积物-水界面的迁移转化长期以来都备受关注.湖泊水体中磷来源分为外源和内源,随着外源输入的日益减少,湖泊内源磷污染成为了湖泊磷污染的主要污染来源[2].沉积物中的TP在一定程度上可以反应湖泊受富营养化影响的程度,但无法对沉积物磷的释放贡献进行预测[3].沉积物中磷的不同形态和含量在富营养化中起着不同的作用[4].因此为了研究湖泊磷的循环和释放趋势有必要对湖泊沉积物中不同形态磷含量分布和释放贡献进行研究.SMT沉积物磷形态分离方法[5-6]将沉积物中的磷分为TP、IP、OP、NaOH-P、HCl-P五种形态,因其操作简便、适用性广多被用于测定沉积物各形态磷的赋存形态和含量.因此,本文采用SMT法对收稿日期：2020-07-07基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07203-005) * 责任作者, 研究员,****************884 中国环境科学 41卷镜泊湖沉积物进行磷形态分离.镜泊湖(43°46'N~44°03'N,128°37'E~129°03'E;海拔350m)位于黑龙江省宁安市西南部,是我国最大的岩溶堰塞湖.湖泊面积91.5km2,蓄水量达11.8× 108m3,最大水深48m,平均水深约13m[7].湖区多年平均温度4.1℃,湖泊冰期较长,是东北地区典型北方寒冷型深水湖泊.湖水主要由地表径流补给,入湖河流30余条,上游下游均为牡丹江[8].大量污染物随入湖径流流入湖体,在沉积物中汇积大量氮、磷、有机质等污染物,成为湖泊的内源污染源.由于沉积物中各形态磷在不同的条件下对湖泊水环境产生不同的影响,因此我国科研人员对湖泊沉积物中各形态磷展开大量研究.但目前关于湖泊沉积物中各形态磷的研究多是基于各形态磷在湖泊表层沉积物中分布特征[9-10];水生植物、藻类对沉积物中各形态磷含量的影响[[11-12]等.对湖泊沉积物中各形态磷沿垂直方向含量分布特征的研究多是关于浅水湖泊和湿地[13-15],对深水湖泊沉积物中各形态磷沿垂直方向的变化和释放贡献都少有研究.因此,本文对采用SMT法,对镜泊湖0~120cm沉积物中各形态沉积物含量分布特征进行分析,并研究磷释放贡献,以期为镜泊湖湖泊生态管理和保护提供理论依据.1 材料与方法1.1研究区概本研究将镜泊湖湖区分为5个区域,分别为北部湖区、中部湖区、西部湖区、东部湖区和南部湖区,具体分区见图1所示.北部湖区分布有镜泊湖主要出湖口,中部湖区形状狭长、两侧为高山,西部湖区分布有入湖水量较大的尔站河入湖口,南部湖区分布有牡丹江入湖口,东部湖区与南部湖区之间设有闸坝,是镜泊湖区人口分布最为密集的区域.1.2样品采集及测定1.2.1 样品采集根据镜泊湖湖区特点、污染状况、河流入湖口等因素,将镜泊湖分为北部湖区、南部湖区、东部湖区、西部湖区、南部湖区五个湖区.进行沉积物采样点的布设,共布设表层沉积物采样点23个,沉积柱芯采样点10个,并利用GPS定位每个采样点的看经纬度坐标,具体湖区及采样点位分布如图1所示.样品采集后将样品密封在干净的聚乙烯袋内,带回实验室冷干,去除动植物残体、砂石等杂质后,进行研磨,过0.15mm筛,装入干净聚乙烯袋内备用.(a) 镜泊湖表层沉积物采样点位 (b) 镜泊湖沉积柱采样点位图1 镜泊湖分区及沉积物采样点位示意Fig.1 Schematic diagram of Jingpo Lake district and sediment sampling points1.2.2 样品测定对沉积物中有机质含量(OM)、和各形态磷进行测定.其中采用K2CrO7-H2SO4消化2期郑培儒等：镜泊湖沉积物各形态磷分布特征及释放贡献 885 法测定沉积物有机质含量[16];采用SMT法对沉积物中各形态磷进行提取.采用钼锑抗比色法测定总磷(TP)、有机磷(OP)、无机磷(IP)、铁铝结合态磷(NaOH-P)、钙结合态磷(HCl-P)五种形态磷[17]. 1.3数据处理与分析采用Excel 2016进行数据处理,采用GIS插值法对镜泊湖污染空间分析,分析镜泊湖底泥中磷和有机质的空间分布,采用Origin2018进行图表绘制;采用SPSS25进行统计分析.采用Hupfer等[18]提出的方法进行磷释放贡献率计算．磷释放贡献率分为快释放贡献率(V1)和慢释放贡献率(V2)2种,快释放贡献率是通过计算柱状沉积物最上面2层磷含量变化百分比而得,慢释放贡献率是通过计算柱状沉积物第1层和最后一层间磷含量变化百分比而得,计算公式如下:式中:k1为沉积柱芯第1层沉积物磷含量,mg/kg;k2为沉积柱芯第2层沉积物磷含量,mg/kg;k3为沉积柱芯最后一层沉积物磷含量,mg/kg;n代表磷形态数量.V1和V2为正值时,表示此种形态磷以释放为主,V1和V2为负值时,表示此种形态磷以滞留为主.2 结果与讨论2.1镜泊湖沉积物各形态磷空间含量分布镜泊湖湖区沉积物中各形态磷含量空间分布情况如图2所示,其中,沉积物中TP含量为1346.36 ~3538.34mg/kg,平均值为2446.63mg/kg.沉积物TP 水平空间含量分布呈现中部湖区>北部湖区>南部湖区>西部湖区>东部湖区;沉积物IP含量为1061.28 ~3210.21mg/kg,平均含量为2189.55mg/kg.湖区沉积物IP的水平空间分布特征与沉积物TP含量的分布特征相似,总体呈现中部湖区含量最高,东部湖区含量最低.镜泊湖中部湖区两侧均为高山,面积狭长,无河流入湖口，并且由于镜泊湖主要出湖口在湖区北部,因此造成南部湖区和西部湖区处入湖河流携带的大量含磷泥沙在中部和北部湖区堆积,造成北部湖区和中部湖区沉积物TP和IP含量较高.东部湖区由于与南部湖区之间设有闸坝,入湖河流携带外源磷对其影响较小.(a) TP (b) IP(c) OP (d) NaOH-P(d) HCl-P图2 镜泊湖沉积物各形态磷含量水平空间分布Fig.2 Horizontal spatial distribution of various forms of phosphorus content in Jingpo Lake sediments湖区沉积物OP含量为166.32~334.21mg/kg,平均含量258.32mg/kg.湖区沉积物OP含量呈现东部湖区>西部湖区>中部湖区>北部湖区>南部湖区;湖区沉积物NaOH-P含量为107.15~2065.37mg/kg,平均含量为547.57mg/kg.根据相关性分析可知,镜泊湖沉积物OP和OM显著相关(P<0.01).农业退水等农业面源污染、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会造成沉积物中OP含量较高[19].由于东部湖区和西部湖区人口密集,农田面积较大,农业污水中含有大量的磷肥和886 中国环境科学 41卷农药,这可能导致东部湖区和西部湖区沉积物OP含量较高的主要原因.沉积物NaOH-P含量的水平空间分布特征总体呈现中部湖区>北部湖区>南部湖区>东部湖区>西部湖区.NaOH-P是与铁、铝氧化物或氢氧化物结合的磷形态[20],是沉积物中容易受pH值和氧化还原电位影响而释放到水体中的磷形态[18],受人为活动和外源输入影响较大[21],其含量可以反映湖泊受污染情况,在受磷污染严重的沉积物中含量较高[23].由于NaOH-P含量易受人类活动影响,因此造成湖区沉积物NaOH-P含量分布特征的原因较为复杂,中部湖区和北部湖区含量较高的原因与TP、IP含量在此区域最高的原因可能相同,都与镜泊湖水文特点相关;南部湖区牡丹江来水影响较大,大量外源磷由此进入湖区,造成中部湖区NaOH-P含量偏高.镜泊湖东部湖区沉积物中NaOH-P含量高于西部湖区,这可能与东部湖区周边有大量的人口分布,大量的生活污水进入湖区有关.湖区沉积物HCl-P含量为106.03~313.56mg/kg,平均含量为195.08mg/kg.湖区沉积物HCl-P含量的水平空间分布呈现南部湖区>西部湖区>中部湖区>北部湖区>东部湖区.HCl-P主要来自于碎屑岩的陆源输入和自生磷灰石,是稳定性较高的非生物可利用性磷[24].仅在弱酸性环境下,一定程度上可以被释放[25].镜泊湖水体pH值在7.2~7.6之间,呈现弱碱性.除陆源输入外,有研究表明,在偏碱性的水体中,水体中钙离子会与溶解性态磷结合生成HCl-P[26].由于南部和西部湖区入湖河流中带有的动物排泄物及动植物残体中含有Ca离子,也可能为造成HCl-P含量较高的原因.中部湖区一方面受到水力作用,部分HCl-P在此处沉积,一方面由于中部湖区两侧均为高山,受降雨冲刷作用,碎屑岩沉积,造成HCl-P含量高于北部湖区和东部湖区.2.2镜泊湖沉积物各形态磷垂直含量分布镜泊湖北部湖区(1号沉积柱)、南部湖区(8~9号沉积柱)、东部湖区(10号沉积柱)、西部湖区(7号沉积柱)、中部湖区(2~6号沉积柱)TP的垂直空间分布特征如图3a所示,镜泊湖各湖区表层沉积物(0~5cm)TP含量超出底层沉积物(110~120cm) 1.03~1.48倍,沉积物TP含量均随深度的增加呈现不同程度降低趋势.沉积物TP含量在0~50cm随深度增加波动尤为明显,其中,南部湖区和西部湖区TP含量波动最为明显,这与南部湖区和西部湖区受入湖河流影响较为明显,沉积物受水动力影响较大有关.镜泊湖沉积物中IP含量垂直变化如图3b所示,镜泊湖各湖区表层沉积物(0~5cm)IP含量超出底层沉积物(110~120cm)1.15~1.37倍.北部湖区、中部湖区、西部湖区、南部湖区沉积物IP含量在0~40cm随深度的增加波动幅度明显,40~120cm随深度的增加呈现缓慢下降的趋势.东部湖区沉积物IP含量随深度的增加波动较小,这可能跟东部湖区与南部湖区之间设有闸坝,沉积物IP含量受水动力作用较小有关.镜泊湖沉积物中OP含量垂直变化如图3c所示,镜泊湖各湖区表层沉积物(0~5cm)OP含量超出底层沉积物(110~120cm)1.01~1.29倍.镜泊湖五个湖区表层(0~5cm)和次表层(5~10cm)沉积物OP随深度增加而降低.是由于表层沉积物含氧量较多,有机磷矿化作用明显.整体上看,镜泊湖沉积物OP含量随深度增加呈现降低的趋势.镜泊湖沉积物中NaOH-P的垂直空间分布特征如图3d所示,镜泊湖各湖区表层沉积物(0~5cm) NaOH-P含量超出底层沉积物(110~120cm)1.01~ 1.37倍.镜泊湖沉积物NaOH-P含量整体上呈现随深度的增加不断下降的趋势,这可能是由于随着深度的增加,含氧量逐渐降低,下层沉积物被还原释放PO43-与Fe3+结合,形成铁磷矿物,造成NaOH-P在沉积物表层富集[27].南部湖区、西部湖区和北部湖区表层沉积物NaOH-P含量均小于次表层沉积物NaOH-P含量,这可能是由于出、入河口区沉积物扰动剧烈,加剧了沉积物与水界面之间磷交换与扩散的作用所导致的.东部湖区设有闸坝,沉积物NaOH-P含量矿化作用较为稳定,随深度增加波动幅度明显较小.镜泊湖沉积物中HCl-P的垂直空间分布特征如图3e所示,镜泊湖各湖区表层沉积物(0~5cm) HCl-P含量超出底层沉积物(110~120cm) 0.99~1.13倍湖区和西部湖区沉积物HCl-P含量随深度波动较为明显.镜泊湖沉积物中HCl-P含量较低,随深度的增加波动的幅度明显小于其他形态磷,这与HCl-P的主要来源是自生磷灰石或碎屑岩,受人类活动影响小于其余形态磷有关.2期 郑培儒等：镜泊湖沉积物各形态磷分布特征及释放贡献 8871000 1200 1400 1600 18002000 2200 2400 2600 280030003200TP(mg/kg)深度(c m )1201101009080706050403020100IP(mg/kg)深度(c m )0 深度(c m )OP(mg/kg)1201101009080706050403020100NaOH-P(mg/kg)深度(c m )160 200240280320360400440480120110 100 90 80 70 60 5040 3020 10 0 HCl-P(mg/kg)深度(c m )图3 镜泊湖沉积物各形态磷垂直含量变化Fig.3 Variation of vertical phosphorus content in various forms of Jingpo Lake sediments2.3 镜泊湖沉积物各形态磷来源分析利用主成分分析法对镜泊湖沉积物各形态磷来源进行分析,结果如表1所示,特征值大于1的主成分有3个,这3个主成分的累计贡献率为88.46%,可以用于解释沉积物各形态磷的来源差异.主成分1的方差贡献率为44.79%,其中TP 、IP 、NaOH -P 的荷载分别为0.968、0.959、0.614.对湖区沉积物各形态磷进行相关性可知,湖区沉积物TP 与IP 含量(P <0.01)、NaOH -P 含量(P <0.05)呈显著正相关,说明三者来源大致相同.由于湖泊底泥沉积物中NaOH -P 是IP 的主要赋存形态[28], NaOH -P 主要来源于生活污水和工业废水[29].因此,可以推断,主成分1主要代表生活污水和工业废水污染.主成分2的方差贡献率为23.15%,其中OP 的荷载为0.916.沉积物中OP 主要包括水生生物的遗体、矿化降解的有机污染物.沉积物中OP 的主要来源陆源输入和食物链等生物过程[30],受外部农业等面源污染影响较大.结合镜泊湖流域土地利用类型推断,主成分2主要代表农业污染.主成分3的方差贡献率为20.51%,其中HCl -P 的荷载为0.936.沉积物中HCl -P 主要来源于磷灰石、湖泊沉积的碳酸钙以及生物成因的含磷矿物,888 中国环境科学 41卷是较为稳定的磷形态.主成分3主要代表碎屑岩、自生磷灰石和含磷矿物质等.表1镜泊湖沉积物各形态磷主成分分析Table 1 Principal component analysis of various forms ofphosphorus in Jingpo Lake sediments磷形态成分1 成分2 成分3TP 0.968 -0.112 -0.133 NaOH-P 0.614 0.438 0.326 OP 0.052 0.916 0.074IP 0.959 -0.2 -0.14HCl-P 0.062 -0.271 0.936 方差贡献率(%)44.79 23.15 20.51 累计贡献率(%)44.79 67.95 88.46 2.4磷形态对沉积物磷释放的贡献镜泊湖不同形态磷的释放贡献结果如表2所示,其中北部湖区、西部湖区、南部湖区NaOH-P在短时间尺度都为负值,表现为滞留状态.出现短时间以滞留状态为主,可能是由于表层沉积物易受到到“沉积物-水”界面交换、扩散作用影响,水动力、生物扰动和人为活动都会对表层沉积物磷的迁移转化产生影响.南部湖区、西部湖区和北部湖区3个区域表层沉积物受水动力影响相对较大,出现沉积物再悬浮可能较大.Søndergaard等[31]研究发现,由于再悬浮作用影响,表层沉积物中的大量的磷进入水体中,造成水营养盐含量为之前的20~30倍,因此可能会导致沉积物最表层磷的含量低于次表层磷的含量.除此之外,有研究表明,相比厌氧条件,好氧条件有利于Fe2+转化为Fe3+,磷也被氢氧化铁吸附而逐渐沉降,造成磷在短时间尺度内以滞留状态为主[32].中部湖区NaOH-P为短时间尺度都为正值,表现为释放状态.这可能是由于中部湖区沉积物中NaOH-P含量较高,在一定程度上成为沉积物磷释放的“源”[33].东部湖区沉积物中OM含量较高,这使得沉积物对间隙水中磷有较强的吸附能力[34],导致东部湖区沉积物中NaOH-P在短时间尺度内成释放状态.镜泊湖五个分区长时间尺度下,NaOH-P呈现释放状态,这可能是由于NaOH-P受人为活动影响较大,会造成底部与表层含量相差较大;并且NaOH-P易受沉积物氧化还原条件的影响,环境条件变化时, NaOH-P可向上覆水体释放或吸附溶解态磷[35];镜泊湖水体为弱碱性,促进了NaOH-P向水体中释放[36].综合以上这些原因,可能造成镜泊湖沉积物NaOH-P在长时间尺度下呈释放状态.镜泊湖HCl-P短时间尺度以为滞留状态为主,可能是由于河流入湖口附近区域陆源的碎屑岩、自生磷灰石和难溶的磷酸钙矿物随降雨径流大量进入湖区,导致沉积物中稳定性磷含量较高.表现为释放状态的区域,可能是由于表层生物大量生长,产生的代谢产物和残体中含有大量的Ca元素,使得沉积物表层HCl-P含量增加[37],呈现短时间尺度的释放状态.结合表3可知,镜泊湖沉积物中NaOH-P含量较高,但与水体中TP含量之间并无显著的相关性.与滇池[38]、太湖[39]等湖泊水体中磷含量与沉积物中有效态磷含量相关性较高的结果不同.一方面是由于镜泊湖作为通江湖泊,换水速度较快,沉积物释放的磷被冲刷走;另一方面是与滇池、太湖等浅水湖泊不同镜泊湖为深水湖泊,水体-沉积物界面磷交换对水体中磷含量的影响在短期内不明显[8].这导致镜泊湖水体中磷主要受外源水质影响较大.表2不同形态磷沉积物磷释放贡献Table 2 Contribution of phosphorus release from differentphosphorus deposits沉积物磷形态释放贡献率(%) 时间尺度采样点NaOH-PH Cl-P北部湖区-94.74 5.26中部湖区 59.94 -0.55西部湖区-86.73 13.27南部湖区-65.73 -34.28V1东部湖区 52.62 -47.38北部湖区 89.63 -10.37中部湖区 95.35 4.65西部湖区 99.13 0.87南部湖区 87.72 11.80 V2东部湖区 95.95 -4.05表3沉积物NaOH-P、HCl-P与水体TP含量的相关关系Table 3 Correlation between sediment NaOH-P, HCl-P andTP content in water磷形电态水体TPNaOH-P 0.16HCl-P -0.10综上所述,镜泊湖沉积物磷有一定的释放风险,以NaOH-P的贡献为主,HCl-P的贡献率都较小.2期郑培儒等：镜泊湖沉积物各形态磷分布特征及释放贡献 889其原因一为湖区沉积物NaOH-P含量较高;二是由于NaOH-P易受外源输入和人为活动影响;三是由于HCl-P组成及来源较为稳定,导致其释放贡献率较小.3结论3.1镜泊湖沉积物各形态磷空间分布具有一定的空间差异性,湖区沉积物TP、IP、含量水平空间分布主要受牡丹江上游来水影响.湖区沉积物OP含量的水平空间分布受有机质的含量影响明显,人类活动及牡丹江上游来水造成沉积物NaOH-P分布具有空间差异性,陆源碎屑岩等地表径流进入湖区是影响沉积物HCl-P含量分布的主要原因.湖区沉积物各形态磷含量整体而言随深度的增加不同程度的下降.3.2主成分分析结果表明,镜泊湖沉积物各形态磷有三种主要来源,其中,主成分1主要代表生活污水和工业废水污染;主成分2主要代表农业污染;主成分3主要代表碎屑岩、自生磷灰石和含磷矿物质等.3.3沉积物不同形态磷的磷释放贡献在短时间尺度内以滞留为主,长时间尺度下湖区沉积物磷有释放的风险,以NaOH-P的贡献为主,HCl-P的贡献率较小.参考文献：[1] Memet V. 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沉积物磷
磷是一种重要的营养元素，在自然界中广泛存在。

它对植物生长和动物生存至关重要。

然而，过量的磷也会导致水体富营养化，引起藻类过度生长，破坏水生态平衡。

因此，了解沉积物中磷的含量和分布对于环境保护和生态修复具有重要意义。

沉积物中的磷主要来源于土壤侵蚀、农业生产、工业排放和生活垃圾等。

在沉积物中，磷的存在形式包括有机磷和无机磷。

其中，有机磷主要与颗粒物结合，而无机磷则可以与沉积物中的钙、镁等元素结合形成难溶性磷酸盐。

沉积物中磷的迁移和转化受到多种因素的影响，如沉积物组成、水动力条件、微生物活动和环境因素等。

在迁移过程中，磷可以由沉积物释放到水体中，成为藻类生长的营养来源。

因此，研究沉积物中磷的迁移和转化机制是控制水体富营养化的关键。

为了降低水体富营养化的风险，需要采取一系列措施来控制沉积物中磷的排放。

例如，加强水土保持、推广生态农业、控制工业排放和垃圾处理等。

此外，通过人工湿地、生态浮床等技术手段也可以有效降低水体中的磷含量，促进水生态平衡。

总之，了解沉积物中磷的含量和分布对于环境保护和生态修复具有重要意义。

通过采取一系列措施来控制沉积物中磷的排放可以有效降低水体富营养化的风险，促进生态平衡和可持续发展。

鄱阳湖沉积物中磷吸附释放特性及影响因素研究徐进;徐力刚;龚然;丁克强【摘要】沉积物是氮磷营养盐的主要蓄积库，它不仅是外来污染物的归宿地，同时其自身营养盐的释放也可对水环境产生重大影响。

针对鄱阳湖存在的沉积物磷释放问题，关键环境因子对基质磷吸附的影响规律进行了探讨。

通过控制在不同环境因素条件下，上覆水中磷的变化规律探讨，阐明磷在上覆水-底泥界面迁移转化的规律和环境因素对迁移转化过程的影响。

研究结果表明，吸附初始阶段，两者含量相差较大，起始吸附速率很高；随着反应时间的推进，两者含量差随之减小；当吸附时间达到30 min时，此时上覆水的平衡质量浓度为8.648 mg·L-1，两者含量达成平衡。

由磷的吸附等温试验同样可看出，随着平衡质量浓度逐渐增加，土壤吸磷量刚开始增加较快，随后增加趋势逐渐减缓直至磷饱和。

pH越小，上覆水质量浓度越低，沉积物对磷的吸附作用越强；pH越大，上覆水中TP质量浓度越大，强碱条件下，TP吸收量剧减。

在好氧条件下，沉积物对磷的吸附远远高于厌氧条件下沉积物的吸附。

好氧条件下，反应在4 h内，沉积物对磷的吸附速率最高，随后吸附量很小直至逐渐饱和。

厌氧条件下，吸附作用不明显；当反应时间达到24 h后，上覆水磷质量浓度保持不变，此时沉积物磷吸附达到饱和。

高溶解氧水平对于控制底泥向上覆水体释放磷，维持水体较低总磷是必要的。

温度为30℃，20℃和5℃3种条件下，当反应24 h后，三者均达到吸附平衡。

因此，当上覆水的磷质量浓度较低时，高温条件下基质的磷释放速度会高于低温条件下的磷释放速度。

研究结果旨在为正确认识、合理评估环境因素对湖泊水体磷的影响提供更为充分恰当的试验依据和理论解释。

%Sediment is the main accumulation library, which is the gathering place for external contaminants. Nutrients release also exists in lake sediment, which has a significant impact on the lakewater environment. In this paper, the influence factors on phosphorus absorption and release in Poyang lake sediment is investigated. Under different environmental conditions, the variation of phosphorus concentrations of the overlying water is analyzed; the phosphorus transformation processes and its influence factors in the interface of overlying water and sediment are discussed. The results showed that phosphorus concentrations have a large difference between soil and water overlying and the initial adsorption rate was high during the initial stages of experiment. As the adsorption continues, the concentration difference between soil and overlying water decreased. When the adsorption time reached 30min, adsorption-desorption equilibrium completed and the equilibrium concentration of phosphorus of the overlying water was 8.648 mg·L-1. As it also can be seen from phosphorus adsorption isotherm, while the equilibrium concentration gradual increase, phosphorus uptake of soil increased rapidly firs and then slow until reaching phosphorus saturation. And the lower pH and the concentration of the overlying water, the stronger phosphorus adsorption in sediments. The conclusion has been come to on the contrary when pH was relatively large. Phosphorus adsorption in sediment under aerobic condition was much higher than under anaerobic condition. Adsorption rate was highest within 4hours under aerobic condition. Then adsorption capacity is very small until gradually saturated. Phosphorus adsorption was not prominent under anaerobic condition. When the experiment has carried on for 24 h, phosphorus concentration of overlying water remained constant andPhosphorus adsorption in sediment was saturated. It was necessary for high concentrations of dissolved oxygen in controlling the phosphorus release from sediment to overlying water and maintaining low concentrations of phosphorus in water. When the temperature was 5, 20 and 30℃, respecti vely, adsorption equilibrium has finished when the experiment has carried on for 24 h. Sediment phosphorus release rate under high temperature condition was higher than that under low temperature condition when phosphorus concentration of overlying water was low. The results can provide a reasonable assessment and theoretical interpretation of environment factors affecting phosphorus of lake water.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】6页(P630-635)【关键词】沉积物;磷;吸附;释放;鄱阳湖【作者】徐进;徐力刚;龚然;丁克强【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;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【正文语种】中文【中图分类】X82沉积物是水体中营养物质最大的源和库(Perkins和Underwood, 2001; House和Denison,2000; Welch和Cooke, 1999)。

7种人工湿地填料对磷的吸附特性比较衷从强;张巧;申秀芳;许德超;彭盛华;尹魁浩【摘要】研究了活性炭、牡蛎壳、蛭石、火山岩、煤渣、钢渣和河砂7种人工湿地填料对模拟废水中磷的去除效果.各材料对磷去除率大小为:钢渣＞煤渣＞牡蛎壳＞活性炭＞(沸石、火山岩、河砂).同时对比研究了7种材料对实际生活废水中磷的去除效果,各材料对实际废水中磷的去除率低于对模拟废水中磷的去除率,其中钢渣的去除率最高.7种材料对模拟废水中磷的去除过程均符合准二级动力学关系.选择钢渣、煤渣和牡蛎壳作为人工湿地备选填料,研究不同初始磷浓度、不同粒径下钢渣、煤渣和牡蛎壳对磷去除效果,结果表明,钢渣、煤渣和牡蛎壳对磷的去除率随初始磷浓度和材料粒径的增大而减小.【期刊名称】《资源节约与环保》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】3页(P66-67,71)【关键词】人工湿地;填料;磷;吸附【作者】衷从强;张巧;申秀芳;许德超;彭盛华;尹魁浩【作者单位】深圳市环境科学研究院国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室广东深圳518001;深圳市环境科学研究院国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室广东深圳518001;深圳市环境科学研究院国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室广东深圳518001;深圳市环境科学研究院国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室广东深圳518001;深圳市环境科学研究院国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室广东深圳518001;深圳市环境科学研究院国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室广东深圳518001【正文语种】中文人工湿地是人工建造的、可控制的、工程化的湿地系统，将自然湿地生态系统中的物理、化学和生物作用通过人工强化并组合起来用于污水处理[1,2]。

人工湿地主要由人工基质（填料）和水生植物组成，其通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。

基质是人工湿地的载体，其自身的理化特性可能影响到它对污水的处理效果，另外，在床体内部填充多孔的、有较大比表面积的基质，可改善湿地的水力学性能，为微生物提供更大的附着面积，增强系统对污染物的去除能力。

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。

973计划课题2004年度总结报告项目名称：湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究课题名称：湖泊水－沉积物界面过程对营养物迁移转化影响研究课题编号：2002CB412304课题负责人：金相灿刘建彤课题依托单位：中国环境科学研究院中国科学院水生生物研究所二零零四年十二月十五日本课题自2003 年启动以来，紧紧围绕国家需求、课题任务书的任务要求和目前国际、国内的研究进展，开展了大量的野外调查检测、室内分析和模拟试验研究工作。

下面从以下几个方面，对整个第四课题在2004 年度的研究工作做一概括性总结。

一、年度计划执行情况1．年度计划完成情况 1.1课题拟完成的研究内容和预期目标根据课题任务书的要求，本课题第二年度应完成下列研究内容。

1.1.1 掌握水体理化因素和生物因素对生源要素在水-沉积物界面形态转化的影响；1.1.2 研究富营养化条件下，水-沉积物界面微生态结构的维持机理；1.1.3 确定污染湖区主要生源要素的形态与生物可利用性之间的关系；1.1.4 掌握跨介质间营养物的动态赋存以及热力学平衡与营养状态的关系；1.1.5 在国内外核心刊物上发表文章4 篇，其中中国环境科学研究院和中科院水生生物研究所分别发表 2 篇。

1.2 课题完成的研究内容和目标1.2.1浅水湖泊水-沉积物界面物质交换过程及其水动力影响机制现场调查采样，分析，完成冬、夏两季样品采集工作，进行实验室内外分析数据的初步整理。

初步总结完成沉积物-水界面氧化还原条件的控制机理研究。

1.2.2 湖泊营养物的微生态转化及生化动力学针对长江中下游的五大浅水湖泊（滇池、洪泽湖、洞庭湖、巢湖和太湖）和两个城市湖泊（武汉月湖和南京玄武湖）进行现场调查采样、分析，进行实验室内外分析数据的整理，总结长江中下游湖泊的基本理化特征和营养状况；同时重点研究太湖不同富营养水平湖区，分春夏秋冬四季对太湖流域的梅梁湖鼋头渚、梅梁湾小丁湾、梅梁湖蠡园、贡湖、东太湖等湖区进行野外调查，分析上覆水、沉积物样品中各种理化性质。

铁盐沉淀吸附法除磷在云南大学泽湖中的工程化实践云南大学泽湖（以下简称“泽湖”）是一个大型人工湖，它位于云南大学校园内，是校园里最大的湖泊。

由于附近工业生产活动日益增多，泽湖沉积物中磷含量日益升高，对湖泊水质造成严重破坏。

为了维持泽湖的生态平衡，除磷工程必不可少。

为此，云南大学的水质保护专家开展了多项研究，鉴定了有效除磷的方法。

经过水质测试，研究人员发现，通过铁盐沉淀吸际法除去泽湖中的磷可以有效阻止湖水中磷的累积，从而实现磷的有效控制。

铁盐沉淀吸际法是一种利用水溶性铁盐（FeCl3、FeSO4和FeOH2）催化反应后形成氧化物（Fe2O3），从而将溶液中的磷及其他有机物以沉淀吸际的形式减少的技术。

在溶液中添加适量的铁盐，当磷与水溶性的铁盐发生反应时，形成的磷氧化物（FePO4）就可以形成沉淀，由于其极微的悬浮粒径，可以较好地吸际出水中的磷元素。

于是，云南大学的研究人员便采用了铁盐沉淀吸际法来处理泽湖中的磷。

为了更好地控制水中的磷含量，采用块状铁盐（Fe）来更好地固定沉淀物，以最大限度地降低磷沉淀的潜在再溶回湖水中的风险。

此外，研究人员借助湖泊对磷的自净能力，利用湖水中的生物进行生物除磷，即通过植物和微生物的代谢过程将水中的有毒磷元素转化为无毒物质，以此来进一步减少泽湖中磷的含量。

通过上述技术手段的工程实施，云南大学泽湖的湖水质量得到了有效改善，磷的含量大大减少，湖水变得清澈，湖泊对外界的污染受到了有效控制。

这一系列技术实施过程，为解决泽湖磷污染问题提供了有力的技术支持，为保护泽湖及其附近环境提供了一种可行的解决方案，具有很强的参考意义。

回顾这一次实施的铁盐沉淀吸际法，此技术不仅可以有效除去湖水中的磷，还能吸收和处理大量的有机物，如底泥等，保护湖泊的水质，有助于湖泊的生态环境的恢复。

此外，这种方法也具有很高的实用性和可持续性，是一种经济实惠和可行的磷治理方法，可以广泛应用于我国其他相似水体的磷控制和清洁水质管理工作中。

磷吸附动力学磷是一种重要的元素，广泛应用于农业、工业和生活中。

然而，磷的过度排放和浪费给环境带来了巨大的负担。

因此，研究磷的吸附动力学对于减少磷污染和资源利用具有重要意义。

磷吸附动力学研究磷在溶液中被吸附到固体表面的过程。

这个过程不仅受到磷浓度的影响，还受到溶液的pH值、温度、盐度等因素的影响。

了解磷吸附动力学可以帮助我们优化磷的吸附过程，提高磷的吸附效率。

磷的吸附过程可以分为两个阶段：快速吸附和缓慢吸附。

在快速吸附阶段，磷迅速与固体表面发生反应，形成吸附层。

这个过程通常在几分钟内完成。

在缓慢吸附阶段，磷离子通过扩散进入固体表面，与固体发生更牢固的结合。

这个过程通常需要几小时或几天的时间。

磷吸附动力学的研究表明，磷的吸附速率随着初始磷浓度的增加而增加。

当初始磷浓度较低时，磷的吸附速率较慢，因为磷离子的浓度较低，与固体表面的反应相对较少。

随着初始磷浓度的增加，磷离子的浓度增加，与固体表面的反应也增加，吸附速率加快。

溶液的pH值和温度也对磷的吸附动力学有影响。

一般来说，溶液的pH值越高，磷的吸附速率越快。

这是因为在较高的pH值下，磷离子会形成更稳定的氢氧根离子，更容易与固体表面发生反应。

而温度的增加也会加快磷的吸附速率，因为温度的增加会提高磷离子的活化能，促进磷与固体表面的反应。

盐度也对磷的吸附动力学有一定的影响。

一般来说，较高的盐度会降低磷的吸附速率。

这是因为较高的盐度会增加溶液的离子强度，使磷离子与固体表面的竞争性吸附增加，降低了磷的吸附速率。

磷吸附动力学是研究磷在溶液中被吸附到固体表面的过程。

磷的吸附速率受到多种因素的影响，包括磷浓度、溶液的pH值、温度和盐度。

了解磷的吸附动力学可以帮助我们优化磷的吸附过程，减少磷污染，提高资源利用效率。

磷吸附动力学的研究对于环境保护和可持续发展具有重要意义。

湖泊沉积物中磷化氢的释放过程及其产生机制研究的开题报告一、选题背景磷是生物体生长发育和代谢所必需的元素之一，但是磷的过量输入和堆积在水体中会引起水体富营养化等环境问题。

此外，磷还会通过沉积物中的磷酸盐与沉积物中的有机质相互作用形成磷/Si复合物，难以被水体生物直接利用。

然而湖泊沉积物中磷的循环和释放机制迄今仍未完全清楚。

在湖泊沉积物中，研究表明存在磷化氢，这种有毒气体的释放会对水体生态环境造成威胁。

因此，对湖泊沉积物中磷化氢的释放过程及其产生机制进行研究，有助于加深我们对湖泊生态环境的认识，提供科学依据和技术支持，为湖泊环保工作提供理论基础和指导方针。

二、研究内容本文重点研究以下内容：1. 湖泊沉积物中磷化氢的释放规律：通过野外实验，建立湖泊沉积物中磷化氢的释放规律模型，探究磷化氢的释放量与因素之间的关系。

2. 磷化氢的生成机制：分析湖泊沉积物中磷化氢的生成机制，探究影响磷化氢生成的关键因素，如有机物的种类、沉积物的氧化还原状况等。

3. 磷化氢的控制技术：根据研究结果，提出湖泊沉积物中磷化氢的控制技术和策略，为湖泊环保工作提供理论基础和技术支持。

三、研究方法1. 野外实验：在不同湖泊沉积物中设置磷化氢释放采样装置，采集磷化氢的释放数据，建立释放规律模型。

2. 室内实验：利用湖泊沉积物，通过不同物理、化学因素的变化，或通过添加不同化合物来模拟湖泊中不同的氧化还原环境，探究磷化氢的生成机制。

3. 数据处理：采用适当的统计分析方法处理实验数据，如主成分分析、多元线性回归等。

四、预期成果1. 湖泊沉积物中磷化氢的释放规律和释放量的预测模型。

2. 湖泊沉积物中磷化氢生成机制的探究，为湖泊环境保护提供理论依据。

3. 基于研究成果，提出湖泊沉积物中磷化氢的控制策略和技术，为湖泊环保工作提供技术支持。

五、可行性分析本研究所探讨的内容在学术上具有重要的实践意义和理论价值，同时研究方法也具备一定的可行性。

本研究将采用不同湖泊沉积物与室内实验相结合的方法，通过不同的实验设计和引入适当的数据分析方法，来实现研究目标的达成。