南黄海表层沉积磷的赋存形态及其对水体富营养化态势的影响

南黄海水体富营养化日益加剧,作为我国绿潮孕育和暴发的主要场所,其水体富营养化的形成演变机制仍未完全清楚。为解析该区沉积物中营养元素磷(P)的释放特征和对水体富营养化的潜在贡献,采用改进的连续浸取法(SEDEX)分析了表层沉积中磷的含量水平和赋存形态,探讨了其生物有效性和对水体富营养化态势的影响。研究表明:总磷(TP)平均值为514 mg/kg,处于轻度污染,以无机磷(IP)为主要赋存形态(76.39%),有机磷(OP)次之,IP又以Ca-P为主(30.17%)。各形态磷平均贡献依次为OP>Ca-P>De-P>Fe-P>Ex-P。Ca-P和De-P属于生物不可利用磷,在沉积物中稳定性较强,在较粗粒径沉积物中含量较高。Ex-P和Fe-P易吸附于细颗粒沉积物表面,pH、温度、水体动力和氧化还原条件等是影响其吸附-释放的主要因素,南黄海海水酸化将促进Ex-P和Fe-P向海水释放,加剧海水富营养化程度。OP变化趋势显示,近岸以陆源输入为主,远岸生物过程具有重要贡献。南黄海生物有效磷(BAP:Ex-P+Fe-P+OP)平均值为240.1 mg/kg,占TP的46.4%,表明研究区沉积磷生物可利用性较强,释放到水体的风险较高,对该区富营养化具有重要长期潜在贡献。

河口、海湾沉积磷在全球变化区域响应研究中的意义

通过探讨海陆交互作用带近代沉积磷的生物地球化学循环过程及与大气圈氧气和二氧化碳等的相关关系 ,综述了用环境生物地球化学的理论和方法研究海陆边缘近代沉积磷随时间的变化规律、赋存形态、与相关元素的耦合关系等生物地球化学特征及其在全球变化区域响应研究中的特殊意义。藉此追溯过去气候和环境变化的驱动因素 ,区分自然因素和人类活动作用的影响 ,揭示河口、海湾近代沉积磷对过去气候和环境变化的指示作用 ,为预测未来区域和全球变化趋势及建立模型提供科学依据。

水库现代沉积过程沉积磷的早期成岩作用模型研究

在沉积磷形态分析、孔隙水化学、核素计年以及吸附解吸实验等的基础上,运用一维“反应-平流-扩散”模型,研究了红枫湖现代沉积过程中磷的沉积改造。结果表明:红枫湖现代沉积过程中,有机态磷的矿化分解和铁结合态磷的络合/溶解,是控制沉积物磷迁移转化动力学的主要机制。沉积物-水界面附近有机磷的快速降解,可能克服沉积界面上铁氧化物对溶解磷的吸附缓冲,而形成向水体的磷酸盐迁移通量;自生磷灰石的沉积改造相对不明显,沉积磷向稳定形态含磷矿物(钙氟磷灰石)的转化过程同样不能影响红枫湖现代沉积过程中磷转化的质量平衡。

不同pH条件下沉积磷释放到水体中化学行为的模拟研究

通过室内模拟湖泊沉积物在不同pH条件下,研究释放到水体中各种磷形态的迁移转化行为,结果表明:碱性条件和酸性条件下,水体磷的时空变化由于其释放机制的不同,其迁移转化行为各不相同,同时,pH值的变化对水体中各种磷的相互转化没有明显的作用,各种磷形态的浓度变化,在很大程度上取决于水体中总磷的浓度。研究结果对认识沉积磷在环境条件变化时,磷在沉积物和水体体系中的迁移转化有重要的意义。

海陆边缘沉积磷在全球变化研究中的意义

从磷的生物地球化学循环的角度，讨论了磷与大气圈 Ｏ２、 Ｃ Ｏ２ 的关联模式，并通过研究磷的环境地球化学行为，揭示了海陆边缘沉积磷对古气候、古环境变化的记录及其对指示古全球变化的关键性，同时提出了中国东部沿海近代沉积磷的积累与全球变化的耦合作用关系。

河流和海陆交汇带现代沉积磷的环境地球化学

本文首次采用连续提取沉积物中不同结合态磷的方法，以典型河流和海湾为研究对象，从微观和宏观两方面研究了表层沉积物中磷的含量、分布、迁移和不同结合态的赋存状态，以及它们在不同介质环境中的差异及其原因。

从红枫湖中沉积物磷赋存状况看沉积磷矿的赋存规律

本文在沉积磷形态分析、孔隙水化学、核素计年以及吸附解吸实验等的基础上,运用一维"反应;平流;扩散"模型,研究了红枫湖现代沉积过程中磷的沉积改造。结果表明:红枫湖现代沉积过程中,有机态磷的矿化分解和铁结合态磷的络合K溶解,是控制沉积物磷迁移转化动力学的主要机制。沉积物水界面附近有机磷的快速降解,可能克服沉积界面上铁氧化物对溶解磷的吸附缓冲,而形成向水体的磷酸盐迁移通量;自生磷灰石的沉积改造相对不明显,沉积磷向稳定形态含磷矿物(钙氟磷灰石)的转化过程同样不能影响红枫湖现代沉积过程中磷转化的质量平衡。

矿物基活性覆盖材料对富营养化湖泊沉积物磷的控制研究进展

论述了内源磷释放对湖泊富营养化造成的影响,根据不同的性质对黏土矿物进行了系统分类,归纳了国内外关于黏土矿物对控制沉积物磷释放的研究和应用进展,分析了黏土矿物控制沉积物磷释放的应用效果和作用机理,并对未来应用黏土矿物治理与修复湖泊沉积物的发展方向进行了展望。

鄱阳湖水位对沉积物磷释放的影响及总磷考核建议

为探讨干湿交替对湖泊沉积物内源磷释放的影响,结合基础资料和模拟试验,研究了鄱阳湖水位波动及其驱动下沉积物中磷的释放过程,并对湖区总磷(TP)考核提出建议。结果表明:2020~2022年鄱阳湖星子站水位高幅波动,最高水位差分别为15.01,11.42 m和12.69 m,导致水面面积也呈现高度动态性,最低水位时的裸露面积分别达到3433.92,3442.40 km^(2)和3618.36 km^(2),大面积沉积物会经历干湿交替过程;沉积物磷释放模拟试验结果显示,南矶山和青岚湖断面沉积物经历裸露-暴晒-淹水后,淹水初期沉积物TP的平均释放通量分别高达16.67 mg/(m^(2)·d)和13.23 mg/(m^(2)·d);综合考虑鄱阳湖水体中TP组成特征和水位波动的影响,建议湖区国控断面以活性磷酸盐(SRP)或者溶解性总磷(TDP)替代TP作为磷考核指标,并动态调整磷考核标准的阈值,当星子站水位低于11.00 m时以河流标准考核。

湖泊沉积物内源磷通量定量方法与研究展望

磷是湖泊初级生产力的关键限制性元素。沉积物磷释放是湖泊水体磷的重要内源,特别是在外源磷输入得到有效控制的湖泊。量化湖泊内源磷通量对科学制定湖泊富营养化治理策略具有十分重要的现实意义。本文综述了现有的湖泊内源磷通量的定量估算方法,即原位观测法、沉积物柱芯培养法、孔隙水浓度剖面估算法、质量平衡法、同位素质量平衡法和经验公式法,系统分析了6种方法的原理、操作、优缺点及适用性;讨论了内源磷总通量与净通量的差异、时间和空间尺度的重要性以及深分层湖泊与浅分湖泊的区别。最后就加强湖泊内源磷通量及其环境意义的研究提出建议:为了正确评估内源负荷对湖泊水体磷的贡献,应强调总通量而不是净通量,重视沉降通量和沉积物再悬浮与再沉积的研究;应根据研究目的选择恰当的时空尺度;应重视内源磷负荷对湖泊初级生产力影响的研究。

景观水体上覆水硝态氮浓度对沉积物中磷释放的影响

通过为期60 d的静态模拟试验,探究再生水回用于景观水体时硝态氮浓度对沉积物中磷释放的影响。结果表明:上覆水较高的硝态氮浓度可提高水体氧化还原电位(ORP),降低沉积物脱氢酶活性(DHA)并抑制Fe2+的生成,从而抑制缺氧条件下铁吸附态磷(BD-P)还原造成的内源磷释放。硝态氮作为电子受体,可降低间隙水中总磷(TP)和磷酸盐浓度以及沉积物中易释放态磷(弱吸附态磷(NH4Cl-P)和有机磷(NaOH-nrP))的含量,从而根本上降低内源磷释放潜力和速率。当上覆水中硝态氮质量浓度为7.50 mg/L时,沉积物中磷释放可以得到有效控制,相较不添加硝态氮的对照组,上覆水中TP和磷酸盐质量浓度平均降幅分别达79.2%、83.9%。因此,当再生水回用于景观水体时,硝态氮浓度无需过度控制,不仅可大幅降低制水成本,而且上覆水中较高的硝态氮对沉积物中磷释放具有较好的控制效果。

模拟沉积磷迁移转化行为的铁盐影响机制研究

室内模拟研究了沉积物中不同形态磷在不同浓度铁盐影响下,在沉积层中的垂直迁移转化行为.结果表明,分别向模拟系统投加的10 mL和50 mL的1 mol/L FeCl3溶液,沉积层中磷的含量降低,投加30 mL的1 mol/L FeCl3溶液时,沉积层中磷含量增加.沉积物中适当的铁盐会阻止沉积物磷向水体释放,铁盐浓度过高或过低,在一定程度上都会促进沉积物中磷的释放,实验结果对研究内源磷释放与湖泊富营养化有重要的意义.

海洋沉积磷的减少与冰期大气CO_2降低的联系

从南海北部陆坡沉积物中提取的有关磷的环境与生物地球化学信息显示,陆源磷对海洋的供应量是基本恒定的,不同深度磷含量的变化是受气候和环境变化影响的结果.根据沉积物中磷与碳酸钙、Cd含量随深度变化的趋势相反,以及通过化学平衡计算得到的海水中CO2与PO43?的消长关系,表明了海洋沉积磷的积累与大气CO2的变化相关联,沉积磷的积累量减少和碳酸钙含量增加,可能是导致冰期大气CO2浓度降低的一个关键性因素.

南海北部陆坡5万年来沉积磷积累及其对大气CO_2变化的指示意义

南海北部陆坡SZ2大型重力活塞柱状沉积物岩心提供了5万年以来的沉积记录。沉积物中陆源磷对海洋的供应量基本恒定,不同深度磷含量的变化受气候和环境变化的影响。根据沉积磷的含量随深度的变化与碳酸钙含量变化的负相关性,以及通过化学平衡计算得到的海水中P_(CO_2)与PO_4^(3-)的消长关系,表明南海北部陆坡沉积磷的积累与大气CO_2的变化相关联,为揭示导致冰期大气CO_2浓度降低的关键性因素提供了新的证据。

南海北部陆坡5万年来沉积磷的积累与环境变化的关系

南海北部陆坡SZ2大型重力活塞柱状沉积物岩心提供了5万年以来的沉积记录。该柱状样沉积磷含量百年尺度的研究结果显示，5000aB.P以前，沉积磷含量随深度呈现平缓的变化趋势，表明在自然环境条件下，陆源磷向海洋的输送量基本是恒定的，不同深度沉积磷含量的波动与地质时期发生的气候事件相对应，反映沉积磷的积累对气候、环境变化影响的记录是敏感的。5000aB.P以来，沉积磷含量呈现陡然的升高趋势，这是由于自然过程和人为因素双重作用的结果。

南海北部陆坡5万年来沉积磷的积累与环境变化的关系

南海北部陆坡SZ2大型重力活塞柱状沉积物岩心提供了5万年以来的沉积记录。该柱状样沉积磷含量百年尺度的研究结果显示,5000aB.P以前,沉积磷含量随深度呈现平缓的变化趋势,表明在自然环境条件下,陆源磷向海洋的输送量基本是恒定的,不同深度沉积磷含量的波动与地质时期发生的气候事件相对应,反映沉积磷的积累对气候、环境变化影响的记录是敏感的。5000aB.P以来,沉积磷含量呈现陡然的升高趋势,这是由于自然过程和人为因素双重作用的结果。

水体沉积物磷控制技术

水体中的磷主要来源于外源磷输入和内源磷释放,外源磷的输入已受到人们的广泛关注逐步得到控制,内源磷释放成为水体富营养化中磷的主要来源,因此研究内源磷释放控制技术具有重要意义。文章介绍了沉积物磷释放的影响因素,溶解氧,温度,pH值,微生物,盐度,扰动等因素都对沉积物磷释放有很大的影响。简要阐述了磷释放控制技术的研究进展及应用概况,包括沉积物中注入硝酸钙控制技术,HCl改性沸石和方解石复合覆盖层控制底泥磷释放,赤泥控制沉积物磷释放,水生植物控制沉积物磷释放。还介绍了沉积物磷释放控制技术的发展前景,认为在考虑处理效果的同时也应充分考虑经济效益,如利用赤泥,沸石等廉价材料。研究异位/原位联合生物修复技术控制沉积物磷也可能成为湖泊底泥污染的一个发展方向。

氧化还原条件对红枫湖沉积物磷释放影响的微尺度分析

选取贵州红枫湖为研究对象,在实验室条件下模拟了自然、好氧和厌氧条件下沉积物内源磷的释放过程,联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对沉积物—水界面开展了微尺度观测与研究.结果表明,厌氧条件下红枫湖沉积物总磷含量显著降低,且主要是NaOH提取态磷(NaOH-P)和残渣态磷(rest-P)含量降低所致,厌氧条件下沉积物孔隙水中磷酸盐浓度明显升高,而好氧条件下沉积物孔隙水磷酸盐浓度显著降低,反映厌氧条件显著促进了红枫湖沉积物磷释放.厌氧条件下沉积物内部溶解氧浓度下降、硫还原活动增强可能是导致NaOH-P释放的主要原因.O_2浓度的降低加速了沉积物还原作用并产生大量H2S,进而与二价铁离子形成硫化亚铁沉淀,最终导致NaOH-P(Fe-P)释放到孔隙水中.好氧条件向厌氧条件的转换可通过改变沉积物内部pH值分布和微生物活动促使rest-P释放:厌氧条件下,厌氧微生物不仅可以消耗硫酸根产生H_2S,导致pH值降低,还可消耗有机质,将有机磷转变为无机磷.上述研究结果表明,沉积物—水界面氧化还原环境可影响沉积物氧渗透深度、pH值分布、微生物活动、硫循环以及有机质降解过程,进而控制沉积物磷的形态转化与释放.联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对湖泊沉积物—水界面开展微尺度观测研究是揭示沉积物内源磷释放机制与控制因素的有效途径.

改性膨润土的制备及其对沉积物磷的吸附性能研究

通过盐酸、碳酸钠、高温焙烧及复合改性等多种方法对膨润土颗粒进行改性,并借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪以及转靶X射线衍射仪等仪器对其进行表征,探讨最合适改性方法,研究改性膨润土对富营养化浅水湖泊沉积物各形态磷的吸附性能和机理。结果表明:10%碳酸钠改性+450℃高温焙烧复合改性为最合适改性方法,对沉积物总磷的去除率为29.76%;阴离子配位交换吸附可能是改性膨润土吸附沉积物磷的主要途径。改性膨润土对湖泊沉积物磷具有较好的吸附效果,是一种可原位处理湖泊富营养化内源磷负荷的高效、经济型新材料。

改性沸石的沉积物磷钝化效果研究

通过室内模拟实验,对天然沸石及不同方法改性沸石的磷吸附性能及沉积物磷钝化效果进行了对比研究。磷吸附实验结果表明,磷吸附量大小为改性沸石Z3>改性沸石Z2>改性沸石Z1>天然沸石,35d的平均吸附量分别为832、466、168和70mg/kg。改性沸石的磷吸附量与沸石含量正相关,并随时间呈增长趋势,其中改性沸石Z3第35d的磷吸附量可达1690mg/kg。离子交换量测定结果显示,沸石经改性后促进了Ca2+的释放,同时减少了K+、Na+的释放量。沉积物磷钝化实验表明,改性沸石可有效减少沉积物TP、DRP的释放,减少释放量达80%以上。天然沸石主要通过表面吸附减少水体磷含量,其次,物理阻隔作用拓展了钝化作用的时间和空间。Al(OH)3絮凝物通过表面吸附、电中和及架桥作用可显著提高改性沸石的磷吸附量,增强沉积物磷钝化效果。