洱海沉积物磷形态分布特征及其通量

论文摘要

沉积物-水界面磷行为的研究是揭示湖泊富营养化机理的重要内容,其中沉积物磷形态分布,磷释放吸附特征及内源磷释放通量研究,可为揭示沉积物-水界面磷的迁移转化机制,评估沉积物磷释放风险提供数据支持。洱海虽处于富营养化初期,但其沉积物有机质、总氮和总磷含量较高,具有较大的氮磷释放风险。本论文以洱海沉积物为研究对象,通过对研究其磷形态分布特征,磷释放吸附特征及内源磷释放通量,试图为洱海富营养化治理提供科学基础。论文主要结论如下：（1）研究区域内,沉积物TP含量变化范围为418.7-1750.6 mg/kg,均值为921.1±233.1mg/kg,洱海北部、中部湖心区及海东湾沉积物TP含量普遍高于全湖其它水域,西岸高于东岸。各形态磷含量大小关系为HCl-P（钙磷）>Res-P（惰性磷）、NaOH-rp（铁铝氧化结合态磷）>BD-P（铁锰螯合态磷）>NaOH-nrp（有机磷）> NH4Cl-P（弱吸附态磷）。洱海沉积物中BD-P, NaOH-rp, HCl-P及Res-P与TP呈现显著正相关关系（p<0.01）,且是洱海沉积物总磷的主要来源。洱海沉积物BAP（生物可利用磷）含量与沉积物中BD-P、NaOH-rp及TP呈现极显著正相关关系（p<0.001）。洱海沉积物中BAP含量高,说明沉积物内源负荷大,导致磷释放的风险高。（2）洱海沉积物磷释放动力学过程可分为快速释放、慢速释放及释放平衡三个阶段。不同时间段内,沉积物磷释放速率差异较大,0～0.5h内,各点位沉积物磷释放速率最大,其变化范围为5.38～20.47 mg/（kg h）,15h后,磷释放率约为0.0097～0.0856mg/（kg h）,0～0.5h内磷释放率约为15h后的240倍。洱海沉积物磷释放动力学过程可用Elovich模型很好的拟合（p<0.01）。（3）洱海沉积物磷释放通量由北向南逐渐降低；表层沉积物的磷释放通量远远低于其下层2～4cm界面处的释放通量,不同点位沉积物磷释放速率的总体变化趋势一致,表层释放速率较低,垂向分布特征呈现先升高后降低,最后趋于稳定,沉积物磷释放通量关系为Ea>Eb>Ed>Ec。（4）洱海表层沉积物吸附磷动力学过程可分为2个阶段,即快速吸附阶段和慢速吸附阶段。快速吸附阶段主要发生在0～0.5 h内,而慢速吸附阶段主要发生在0.5～5h,所有沉积物均在5 h之内基本达到吸附平衡。不同点位沉积物吸附磷容量（Qmax,904.60～1420.34 mg/kg）及最大缓冲容量（MBC,477.33～2300.95 L/kg）均以西岸沉积物明显高于东岸沉积物,但其吸附-解吸平衡浓度（EPC0）.015～0.068 mg/L)则相反。沉积物有机质和总钙含量与其吸附磷容量Qmax和最大吸附速率（Vmax）呈显著正相关关系,但与其EPC0则呈显著负相关。洱海表层沉积物吸附磷参数Vmax和Qmax明显高于长江中下游浅水湖泊沉积物,而参数EPC0值较低。因此,洱海沉积物磷释放量虽小,但是其释放风险较大,与洱海沉积物有机质和钙含量较高有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 绪论
• 1.2 沉积物-水界面磷行为研究进展
• 1.2.1 沉积物内源磷的来源及迁移转化
• 1.2.2 沉积物磷形态研究进展
• 1.2.3 沉积物对磷吸附研究
• 1.2.4 沉积物内源磷释放研究
• 1.3 研究内容及意义
• 1.3.1 洱海概况
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究意义
• 1.3.4 研究思路
• 第2章 洱海表层沉积物磷形态空间分布特征
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 沉积物样品的采集
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 洱海表层沉积物总磷及磷形态分布特征
• 2.2.2 洱海东西岸沉积物磷形态分布比较
• 2.2.3 沉积物磷形态之间的相关分析
• 2.3 小结
• 第3章 洱海沉积物磷释放特征
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 洱海沉积物磷释放动力学特征
• 3.1.2 沉积物-水界面磷负荷通量
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 释放动力学
• 3.2.2 内源磷负荷通量
• 3.3 小结
• 第4章 洱海沉积物对磷的吸附特征
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 样品采集
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 吸附动力学
• 4.2.2 吸附等温线
• 4.2.3 吸附-解吸平衡浓度
• 4.2.4 有机质和碳酸钙对磷吸附特征的影响
• 4.3 小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.1.1 洱海沉积物磷形态分布特征
• 5.1.2 洱海沉积物磷释放特征
• 5.1.3 洱海沉积物内源磷释放通量
• 5.1.4 洱海沉积物吸附磷特征
• 5.1.5 洱海沉积物磷释放风险评估
• 5.2 建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果