荣成天鹅湖沉积物磷的形态分布及吸附特征研究

摘要

荣成天鹅湖是一海水与淡水交融的天然泻湖。近些年来,由于人类活动的强烈干预,湖泊的生态环境逐渐恶化。本论文以天鹅湖为研究对象,在全湖范围内均匀布设采样点,调查了表层沉积物的总磷水平、磷的赋存形态以及理化特征,分析了理化性质与磷赋存形态间的相关关系;在不同方位选取代表性样点,研究了沉积物总磷及不同形态磷的垂直分布特征;系统研究了不同区域沉积物对水体中磷的吸附能力、吸附特性及其影响因素,探讨了磷吸附特征参数与理化特征之间的关系,并初步预测了不同区域沉积物磷的释放潜力。主要研究结果如下:
　　天鹅湖沉积物中总磷水平不高,变化在79.15-616.31mg·kg-1之间。不同区域总磷的含量差异较大,从西北至东南方向呈高-低-高-最低的变化趋势,外源污染和沉积物粒度组成是影响其分布的主要因子。无机磷是沉积物磷的主要赋存形态,占总磷含量的42.24％-82.04%。钙结合态磷是无机磷的优势组分,含量变幅为26.41-310.64mg·kg-1,其中湖中部含量较高,南部次之,北部较低。铁铝结合态磷的含量明显低于钙结合态磷,变幅为12.93-152.79mg·kg-1,其中湖北部最高,南部较低。
　　6个样点沉积物总磷的垂向变化较为复杂,在表层0-10cm大部分样点总磷含量随沉积深度的增加而降低,8-10cm深度含量最低。钙结合态磷在上部0-15cm随深度的变化规律不明显,15cm以下含量基本稳定,且样点间的差异不大。铁铝结合态磷在表层0-2cm的含量最高,存在明显的表层富集现象。铁、铝、锌金属表现为湖北部和中部的含量高于南部。
　　表层沉积物生物可利用磷的含量变幅为21.95-148.64mg·kg-1,表现为湖西北部显著大于东南部,其中西北角和最西端含量相对较高,与不同湖区水体的污染状况相一致。藻类可利用磷和 NaHCO3可提取磷是主要的生物可利用态磷,两者与总磷的比例分别为11.80%~23.36%和3.50%~14.40%。除水溶性磷外,其它形态生物可利用磷与总磷、铁铝结合态磷间存在较好的正相关性。
　　天鹅湖6个样点沉积物对磷的吸附动力学过程均符合二级动力学方程,吸附反应主要在前10 h内完成,且0~2h内反应迅速,在24h时基本达到了平衡状态。沉积物等温吸附数据用Langmuir方程的拟合效果优于Freundlich方程,根据Langmuir模型,沉积物对磷的理论吸附容量变化在294.12-1111.11mg·kg-1之间,其中湖西北部沉积物的吸附能力较强。在本实验条件下,沉积物吸附解吸磷平衡浓度(EPC0)的变幅为0.002~0.033mg·L-1,大部分样点沉积物的EPC0小于上覆水中磷浓度,但西北角和东南部沉积物磷有向上覆水体释放的趋势。
　　沉积物对磷的吸附量随着温度和扰动频率的升高而有所增加。在酸性条件下,沉积物对磷的吸附量较高;随着pH值的升高,吸附量逐渐降低。不同环境因子对磷吸附的影响为:扰动＞pH＞温度、盐度。磷吸附特征参数与沉积物理化性质间的相关性分析表明,活性铝、有机质和粒度组成是影响磷吸附的主要因素。天鹅湖西北部和东南部区域沉积物发生磷释放的风险较高。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

1 文献综述

1.1 沉积物磷的赋存形态

1.2 沉积物-水界面磷迁移转化的研究

1.3 天鹅湖区域概况

1.4 研究目的与意义

1.5 本文的主要研究内容

2 表层沉积物总磷与各形态磷的含量及其分布特征

2.1 材料与方法

2.2 结果与讨论

2.3小结

3 表层沉积物生物可利用磷的含量及其分布特征

3.1 材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 小结

4 沉积物总磷及各形态磷的垂直分布特征

4.1 材料与方法

4.2 结果与讨论

4.3 小结

5 沉积物对磷的吸附特征及释放风险分析

5.1 材料与方法

5.2 结果与讨论

5.3 小结

6 结论

7 展望

参考文献

致谢

附录一 攻读学位期间发表的学术论文

版权声明