黃河上游沉積物中磷形態(tài)分布及其對(duì)磷的吸附特征研究.pdf

1、生源要素磷(P)在自然界中的循環(huán)主要是通過(guò)固體顆粒物與陸-河-海水體間的相互作用來(lái)完成，該過(guò)程對(duì)維持水體正常生態(tài)平衡起著舉足輕重的作用，因此水體顆粒物對(duì)實(shí)現(xiàn)磷的地球化學(xué)循環(huán)具有重要影響。本文選取黃河上游不同段位表層沉積物，進(jìn)行了以下兩大方面研究工作：①沉積物樣中磷的各種賦存形態(tài)及總磷(TP)、無(wú)機(jī)磷(IP)、有機(jī)磷(OP)、總氮(TN)、總碳(TC)的含量和分布特征，七種形態(tài)磷的含量與粒徑的相關(guān)性分析：重點(diǎn)估算了沉積物中潛在的生物可利用

2、磷(BP)的量；②沉積物對(duì)磷的吸附特征及吸附/解吸平衡質(zhì)量濃度（EPC0值）。所得結(jié)論如下：
　　 ⑴采用改進(jìn)的七步連續(xù)提取法將沉積物中磷的形態(tài)分為七種，即：可交換態(tài)磷(Ex-P)、鋁結(jié)合態(tài)磷(Al-P)、鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-P)、閉蓄態(tài)磷(Obs-P)、自生鈣結(jié)合磷(Ca-P)、原生碎屑磷(De-P)、有機(jī)磷(OP)。在黃河上游所有不同粒徑沉積物的各種形態(tài)磷中，De-P和Ca-P是沉積物磷的主要賦存形態(tài)，其含量范圍分別為139.

3、08～482.89mg·kg1和40.30～125.55mg·kg-1，二者共占TP含量約86.72％;OP含量范圍為6.14～36.74mg·kg-1，占TP的3.90％;Ex-P、Al-P和Fe-P平均含量分別為7.53mg·kg-1、25.85mg·kg-1和5.05mg·kg-1，三者共占TP含量約9.23％；在各形態(tài)磷中，Obs-P含量最低，平均值為0.64mg·kg-1，約占TP的0.15％。其中Ex-P和Fe-P含量在黃河

4、源頭瑪多段最高，Ca-P和De-P含量在青海貴德段最高，Al-P含量在內(nèi)蒙古包頭段最高，Obs-P含量在寧夏中衛(wèi)段最高，而OP含量在內(nèi)蒙古河口段最高。
　　 ⑵樣品中各種形態(tài)磷的含量分布直接與取樣點(diǎn)及沉積物粒徑有關(guān)。同一沉積物中不同形態(tài)磷含量隨粒徑的變化而不同；同一形態(tài)磷含量在不同沉積物中與粒徑的關(guān)系也有所不同，如寧夏中衛(wèi)段Ex-P含量隨粒徑的減小而降低，其余段位Ex-P含量隨粒徑的減小而增大。其中De-P與TP有極顯著的正相關(guān)

5、，因此De-P是TP的最大貢獻(xiàn)者。
　　 ⑶TP、TC和TN的平均含量分別為1249.24mg·kg-1、62.14mg·kg-1和324.98mg·kg-1。以上各項(xiàng)含量分布均隨取樣點(diǎn)的不同而異，但TC和TN最高值均出現(xiàn)在瑪多段。
　　 ⑷沉積物中潛在的生物可利用P(bioavailable phosphorus，BP)的量至少約占TP的5.91％～30.17％。根據(jù)每年黃河向渤海的輸沙量（約按10億噸計(jì)）可估算出泥沙

6、入海后可提供潛在的BP的量約為3.21～8.92萬(wàn)噸。
　　 ⑸吸附動(dòng)力學(xué)研究表明所研究沉積物在相應(yīng)上覆水體中對(duì)磷的吸附具有相同的變化趨勢(shì)，即在0～8h內(nèi)進(jìn)行較快，8～48h內(nèi)吸附速率逐漸變緩，48h時(shí)基本達(dá)到吸附平衡，但對(duì)磷的吸附量隨沉積物的不同而異。沉積物對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)直接受時(shí)間、P初始濃度、沉積物含量和溶液pH值的影響。不同沉積物在不同起始P濃度下對(duì)P的吸附動(dòng)力學(xué)均符合二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型及Weber-Morris擴(kuò)散方程

7、，求得二級(jí)吸附速率常數(shù)和擴(kuò)散速率常數(shù)分別在10.99～229.29g·mg-1·h-1和0.0003～0.0020mg/(g·h1/2）之間，吸附過(guò)程由P在沉積物內(nèi)擴(kuò)散控制。
　　 ⑹沉積物對(duì)磷的等溫吸附行為既很好的符合線性方程和Freundlich模型，也較好的符合Langmuir模型，不符合Temkim模型，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)此擬合后的變化趨勢(shì)符合指數(shù)方程，相關(guān)性極好。不同pH值對(duì)沉積物吸附磷均有一定影響。當(dāng)平衡質(zhì)量濃度相同時(shí)，除

8、青海貴德、內(nèi)蒙古包頭段外，其余各點(diǎn)樣品均在接近中性時(shí)吸附量最大，pH值在增大或減小的條件下吸附量均表現(xiàn)為下降，不同pH值下各段位沉積物對(duì)磷的等溫吸附行為均符合線性方程、Langmuir模型、Freundlich吸附及指數(shù)方程，并達(dá)到顯著相關(guān)，不符合Temkim模型。
　　 ⑺當(dāng)水體中P濃度很低時(shí)，沉積物對(duì)磷的吸附量與P初始質(zhì)量濃度之間呈很好的線性關(guān)系，由此獲得了不同沉積物對(duì)磷的吸附/解吸平衡質(zhì)量濃度（EPC0值）范圍為0.002