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洱海沉积物磷形态分布特征及其通量

刘文斌  
【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(p0.01),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(p0.001)。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(p0.01)。 (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EaEbEdEc。 (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。


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