河流沉积物磷形态分布特征及其释放模拟研究

摘要

本论文选取海河干流柱芯沉积物、美国佛罗里达Alafia河水系表层沉积物及岸边带土壤研究河流沉积物总磷污染及沉积物磷形态分布特征,并对各形态磷与沉积物理化指标进行相关性研究；初步探讨不同土地利用方式下岸边带土壤中微生物生物量磷的分布；同时探讨环境因素(溶解氧、有机碳源、金属铝)联合作用对沉积物释放磷的影响。在此基础上,通过室外大型反应柱实验,模拟研究疏浚、置换水条件下沉积物氮、磷释放对上覆水水质的影响。主要结论如下:
　　 1.海河干流沉积物以细砂和极细砂为主,分别达到总量的30.9％～54.7％和28.8％～63.7％,粉粒和粗砂粒含量较低。海河干流沉积物中有机质、总磷含量分别为4.07％～8.43％和560～1035mg/kg,与我国太湖接近,已属国内较高水平。垂直方向上,总磷含量变化趋势是随着深度增加而降低,其最大值在表层处取得。不同深度不同粒径沉积物中,钙磷(HCl-P)为沉积物中磷的主要存在形态,其含量占总磷含量的60％～80％,说明沉积物中磷的一半以上不能被生物利用。可交换态磷(Ex-P)含量最低(2％～3％)。沉积物中各形态磷含量,除钙磷外,与沉积物中细粒径含量相关,相关系数达到0.72以上。
　　 2.Alafia河流域内水系沉积物以砂粒为主。沉积物中各形态磷含量由高到低顺序为H2SO4-P>NaOH-P>CDB-P>NH4Cl-P。各形态磷含量与区域污染状况、矿物质含量、区域地质环境条件有关。Alafia河流域内岸边带土壤中有机碳、土壤微生物磷含量存在差异。生物量磷含量在86.4～479.6mg/kg之间,不同土地利用方式的生物磷含量由高到低顺序为森林用地>农业农地>居民用地>矿区用地。
　　 3.环境条件对沉积物磷释放有较大影响。厌氧条件下沉积物磷释放量明显高于好氧条件下。聚铝(PAC)有显著抑制沉积物磷释放的作用。有机碳源对沉积物释放磷的影响较为复杂:未添加金属铝时,未添加有机碳源的沉积物中磷释放量高于添加碳源时的释放量。而在添加金属铝后,添加有机碳源的沉积物中磷释放量略高于未添加碳源时的释放量。
　　 4.模拟疏浚、一次性全部换水、周期性置换水后疏浚深度对沉积物释放氮、磷的影响的试验结果表明,疏浚对沉积物释放氮、磷污染物有一定影响。自来水作为上覆水时,沉积物中总氮、COD浓度随沉积物深度增加而增大。同一释放装置内,上覆水总氮、总磷和COD浓度均沿垂直方向自下而上逐渐降低。在沉积物氮、磷污染严重情况下,通过疏浚、置换水在短期内能降低上覆水氮、磷浓度,但污染沉积物有持续释放氮、磷的能力,释放的氮、磷足以维持富营养化需求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 国内外水体沉积物磷污染研究概况

1.1.1 沉积物的概念

1.1.2 河流沉积物污染研究现状

第二节 沉积物磷形态研究进展

1.2.1 河流、湖泊沉积物中各形态磷的赋存特征研究

1.2.2 沉积物中磷形态提取方法

第三节 沉积物氮、磷释放研究进展

1.3.1 沉积物与水体水质的关系

1.3.2 沉积物中氮、磷释放的影响因素

第四节 论文的研究内容和课题资助

1.4.1 课题资助

1.4.2 主要研究内容

第二章 海河沉积物剖面中磷形态的赋存特征

第一节 前言

第二节 采样与分析

2.2.1 研究区域概况

2.2.2 样品采集与预处理

2.2.3 分析方法

第三节 结果与讨论

2.3.1 沉积物的性质

2.3.2 沉积物中总氮的含量与分布

2.3.3 沉积物中总磷的含量与分布

2.3.4 与其它水体沉积物氮、磷污染比较

2.3.5 沉积物中各形态磷的含量与分布

2.3.6 各形态磷与沉积物理化性质相关性分析

2.3.7 讨论

第四节 结论

第三章 不同土地利用方式对沉积物中磷形态的影响

第一节 前言

第二节 采样与分析

3.2.1 研究区域概况

3.2.2 样品的采集与预处理

3.2.3 分析方法

第三节 结果和讨论

3.3.1 沉积物特征

3.3.2 水系中沉积物上覆水各形态磷含量

3.3.3 水系沉积物中各形态磷含量

3.3.4 沉积物中磷形态分布特征

3.3.5 各形态磷与环境因子相关性分析

第四节 结论

第四章 土地利用方式对岸边带土壤微生物量磷的影响

第一节 前言

第二节 采样与分析

4.2.1 样品采集与预处理

4.2.2 样品分析方法

第三节 结果和讨论

4.3.1 研究区域土地利用方式

4.3.2 岸边带土壤理化性质特征

4.3.3 不同土地利用方式下岸边带土壤有机碳的空间分布特征

4.3.4 不同土地利用方式下岸边带土壤中微生物量磷的空间分布特征

第四节 结论

第五章 主要环境因子对沉积物释放磷的影响

第一节 前言

第二节 实验设计与分析

5.2.1 沉积物样品的采集与处理

5.2.2 试验设计

5.2.3 分析方法

第三节 结果与讨论

5.3.1 沉积物理化性质分析

5.3.2 pH值对磷释放的影响

5.3.3 溶解氧对沉积物释放磷的影响

5.3.4 有机碳源对沉积物释放磷的影响

5.3.5 金属铝对沉积物释放磷的影响

第四节 结论

第六章 海河干流沉积物疏浚、置换水室外模拟试验

第一节 前言

第二节 实验部分

6.2.1 样品采集与预处理

6.2.2 仪器与试剂

6.2.3 室外静态模拟试验设计

6.2.4 水样采集及分析

6.2.5 试验数据分析

第三节 结果与讨论

6.3.1 实验用水及沉积物的基本理化性质

6.3.2 第一阶段

6.3.3 第二阶段

第四节 结论

第七章 结论与建议

第一节 结论

第二节 本文创新之处

第三节 建议

参考文献

致谢

个人简历及科研成果