论文摘要
生源要素磷（P）在自然界中的循环主要是通过固体颗粒物与陆河海水体间的相互作用来完成,该过程对维持水体正常生态平衡起着举足轻重的作用,因此水体颗粒物对实现磷的地球化学循环具有重要影响。本文主要选取黄河上游不同段位表层沉积物,进行了以下两大方面研究工作：①沉积物样中磷的各种赋存形态及总磷（TP）、无机磷（IP）、有机磷（OP）、总氮（TN）、总碳（TC）的含量和分布特征,七种形态磷的含量与粒径的相关性分析；重点估算了沉积物中潜在的生物可利用磷（BP）的量；②沉积物对磷的吸附特征及吸附/解吸平衡质量浓度（EPC0值）。所得结论如下：1黄河上游表层沉积物中各形态磷、TP、TN、TC及BP的含量分布（1）采用改进的七步连续提取法将沉积物中磷的形态分为七种,即：可交换态磷（Ex-P）、铝结合态磷（Al-P）、铁结合态磷（Fe-P）、闭蓄态磷（Obs-P）、自生钙结合磷（Ca-P）、原生碎屑磷（De-P）、有机磷（OP）。在黄河上游所有不同粒径沉积物的各种形态磷中,De-P和Ca-P是沉积物磷的主要赋存形态,其含量范围分别为139.08～482.89 mg·kg-1和40.30～125.55 mg·kg-1,二者共占TP含量约86.72%；OP含量范围为6.14～36.74 mg·kg-1,占TP的3.90%;Ex-P、Al-P和Fe-P平均含量分别为7.53 mg·kg-1、25.85 mg·kg-1和5.05 mg·kg-1,三者共占TP含量约9.23%；在各形态磷中,Obs-P含量最低,平均值为0.64 mg·kg-1,约占TP的0.15%。其中Ex-P和Fe-P含量在黄河源头玛多段最高,Ca-P和De-P含量在青海贵德段最高,Al-P含量在内蒙古包头段最高,Obs-P含量在宁夏中卫段最高,而OP含量在内蒙古河口段最高。（2）样品中各种形态磷的含量分布直接与取样点及沉积物粒径有关。同一沉积物中不同形态磷含量随粒径的变化而不同；同一形态磷含量在不同沉积物中与粒径的关系也有所不同,如宁夏中卫段Ex-P含量随粒径的减小而降低,其余段位Ex-P含量随粒径的减小而增大。其中De-P与TP有极显著的正相关,因此De-P是TP的最大贡献者。（3）TP.TC和TN的平均含量分别为1249.24 mg.kg-1、62.14 mg·kg-1和324.98mg·kg-1。以上各项含量分布均随取样点的不同而异,但TC和TN最高值均出现在玛多段。（4）沉积物中潜在的生物可利用P（bioavailable phosphorus, BP）的量至少约占TP的5.91%～30.17%。根据每年黄河向渤海的输沙量（约按10亿吨计）可估算出泥沙入海后可提供潜在的BP的量约为3.21～8.92万吨。2黄河上游表层沉积物对磷的吸附特征研究探讨了黄河上游表层沉积物对磷的吸附动力学及其影响因素、等温吸附行为、吸附/解吸平衡质量浓度（EPC0值）及水体pH值对吸附的影响。研究结果如下：（1）吸附动力学研究表明所研究沉积物在相应上覆水体中对磷的吸附具有相同的变化趋势,即在0～8 h内进行较快,8～48 h内吸附速率逐渐变缓,48 h时基本达到吸附平衡,但对磷的吸附量随沉积物的不同而异。沉积物对磷的吸附动力学直接受时间、P初始浓度、沉积物含量和溶液pH值的影响。不同沉积物在不同起始P浓度下对P的吸附动力学均符合二级吸附动力学模型及Weber-Morris扩散方程,求得二级吸附速率常数和扩散速率常数分别在10.99～229.29 g·mg-1·h-1和0.0003～0.0020 mg/（g·h1/2）之间,吸附过程由P在沉积物内扩散控制。（2）沉积物对磷的等温吸附行为既很好的符合线性方程和Freundlich模型,也较好的符合Langmuir模型,不符合Temkim模型,但实验数据经此拟合后的变化趋势符合指数方程,相关性极好。不同pH值对沉积物吸附磷均有一定影响。当平衡质量浓度相同时,除青海贵德、内蒙古包头段外,其余各点样品均在接近中性时吸附量最大,pH值在增大或减小的条件下吸附量均表现为下降,不同pH值下各段位沉积物对磷的等温吸附行为均符合线性方程、Langmuir模型、Freundlich吸附及指数方程,并达到显著相关,不符合Temkim模型。（3）当水体中P浓度很低时,沉积物对磷的吸附量与P初始质量浓度之间呈很好的线性关系,由此获得了不同沉积物对磷的吸附/解吸平衡质量浓度（EPC0值）范围为0.002mg·L-1～0.013 mg·L-1,该值均高于目前上覆水体中P浓度,故沉积物有向上覆水释磷的趋势。