pH值对高原山地分散养殖型农村沟渠底泥磷释放的影响
发布时间：2022-01-06 18:44
以典型高原山地分散养殖型农村沟渠底泥为研究对象,通过室内模拟灭菌和未灭菌处理条件下pH为5.5、7.5、9.5、11.5的环境条件,估算底泥-水界面总磷（TP）和正磷酸盐(PO3-4-P)释放通量变化,研究pH对底泥磷释放及各形态磷含量变化的影响。结果表明,沟渠底泥中铁铝结合态磷（NaOH-P）占TP比例最高,钙结合态磷（HCl-P）次之,有机磷（OP）则相对较少;NaOH-P和OP占TP的比例随pH的升高而降低,HCl-P则相反。随时间推移,NaOH-P和HCl-P占TP比例在15 d时出现拐点,均呈现先增后减趋势;OP则先降后增;碱性条件（pH>9.5）更有利于底泥磷释放,且底泥中各形态磷在pH影响下存在相互转化的可能性。冗余分析结果表明,酸性条件下（pH=5.5）pH与HCl-P含量为正相关关系,中性条件下（pH=7.5）pH与NaOH-P、HCl-P含量为负相关关系,碱性条件下（pH≥9.5）pH与NaOH-P含量呈正相关关系。未灭菌处理组的释放通量和上覆水中TP、PO3-4-P质量浓...
【文章来源】：江苏农业学报. 2020,36(04)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
采样点示意图
4个不同pH梯度下沟渠底泥NaOH-P占TP比例随着pH的增大总体呈现减少趋势。由于采样点位于农村沟渠下游汇合处,农民生活用水、食品厂和养猪厂污水都排放于沟中,导致沟渠底泥磷赋存形态以NaOH-P为主。底泥中铁铝结合态磷能以可溶态形式释放到水体中,在偏强碱条件下底泥铁铝结合态磷占TP比例较酸性条件下要低,说明高pH值条件下底泥中铁铝结合态磷比低pH值条件下更易释放。并且在碱性条件下,底泥中可变电荷体表面会带有负电荷,使得水体中H2PO-4的吸附性降低,水体中OH-大量存在并与底泥胶体中的阴离子竞争吸附[21],同时与铁铝结合态磷中的H2PO-4发生交换,增加上覆水中磷含量。这与黄清辉等[22]和金相灿等[6]的研究结果一致。2.1.2 pH值对HCl-P含量的影响
如图3所示,当pH值为5.5时,底泥中TP的释放量从第5 d到15 d缓慢增加,但是从第16 d到25 d逐渐下降,总体呈现先增加后降低的趋势。pH值为5.5时释放通量灭菌处理和不灭菌处理分别为2.91 mg/(m2·d)和4.07 mg/(m2·d)。上覆水TP含量和释放通量变化都与pH值密切相关,并且总磷含量和释放通量变化趋势为随着pH值的升高而不断增加,这与李兵等[28]、金相灿等[6]的研究结果一致。在酸性条件下,由于随着时间的推移从底泥中释放的磷又重新吸附到底泥表面,和强碱性条件下相比,pH值越小其吸附的能力越强,上覆水中TP含量相对下降,且呈现不对称的倒“U”型曲线[29],这是由于H+使矿物表面基团质子化从而有利于磷的吸附,H+的浓度越大其吸附能力越强[30]。在pH值为7.5时,底泥中TP释放量相对较小,最大质量浓度为7.22 mg/L。此时磷酸盐主要以HPO 4 2- 和H2PO-4的形式存在,极易与底泥中的金属元素Al、Fe等发生反应,水解为胶体状氢氧化铁和氢氧化铝,这2种物质具有较大的比表面积和强大的吸附磷酸盐的能力[31],能将磷吸附并绑定在沉积物底泥表面,所以释放量相对较小。当pH为9.5和11.5时,上覆水TP含量随时间推移不断增加,底泥中的磷酸盐持续向水中释放,在30 d时出现最大值,分别为10.92 mg/L和28.9 mg/L。释放通量随着pH的增加而升高,灭菌处理从17.08 mg/(m2·d)增加到36.08 mg/(m2·d),而不灭菌处理从19.4 mg/(m2·d)升高至53.7 mg/(m2·d)。在高pH条件下,羧基将和磷酸盐竞争有机键或金属有机键的结合点,水溶液中OH-与底泥中的Fe3+、Al3+生成更稳定氢氧化物,伴随着离子交换作用发生,底泥中的磷重新释放到上覆水中[32],增加了上覆水中的磷含量。因此,对于高原山地分散养殖型农村沟渠底泥,在pH偏碱性条件下磷释放风险最大,而在酸性和中性条件下磷释放风险相对要低。。图4 不同pH下沟渠底泥上覆水PO3-4-P浓度和释放通量的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]普者黑河流-湖泊湿地表层沉积物磷素时空分布及影响因素[J]. 刘鹏,张紫霞,张超,王妍,杨波,张叶飞. 农业环境科学学报. 2019(11)
[2]红枫湖沉积物内源磷释放通量估算方法的对比研究[J]. 王敬富,陈敬安,罗婧,张红,余萍萍. 地球与环境. 2018(01)
[3]环境因子对杭州西湖沉积物各形态磷释放的影响[J]. 张义,刘子森,张垚磊,代志刚,贺锋,吴振斌. 水生生物学报. 2017(06)
[4]黄柏河流域梯级水库沉积物磷形态特征及磷释放通量分析[J]. 刘佳,雷丹,李琼,王亮,张平,肖尚斌. 环境科学. 2018(04)
[5]滇西北剑湖沉积物磷形态、空间分布及释放贡献[J]. 张奇,喻庆国,王胜龙,朱云轩,李丽萍,危锋,王行,朱金鑫. 环境科学学报. 2017(10)
[6]高原湖泊流域不同类型农村沟渠底泥氮、磷和有机质分布特征及污染评价[J]. 梅涵一,刘云根,侯磊,王妍,郑寒. 安徽农业大学学报. 2017(02)
[7]云南不同类型农村沟渠底泥磷形态分布特征及风险评价[J]. 雷雨梦,刘云根,梁启斌,王妍,侯磊,梅涵一. 环境科学与技术. 2017(03)
[8]河流沉积物磷的吸附释放特征及其影响因素[J]. 鲍林林,李叙勇. 生态环境学报. 2017(02)
[9]普者黑流域畜禽养殖型农村沟渠底泥磷形态分布特征及风险评价[J]. 梅涵一,刘云根,郑寒,梁启斌,王妍,侯磊. 土壤通报. 2017(01)
[10]滇池柱状沉积物磷形态垂向变化及对释放的贡献[J]. 李乐,王圣瑞,焦立新,余佑金,丁帅,王跃杰. 环境科学. 2016(09)
本文编号：3572977
【文章来源】：江苏农业学报. 2020,36(04)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
采样点示意图
4个不同pH梯度下沟渠底泥NaOH-P占TP比例随着pH的增大总体呈现减少趋势。由于采样点位于农村沟渠下游汇合处,农民生活用水、食品厂和养猪厂污水都排放于沟中,导致沟渠底泥磷赋存形态以NaOH-P为主。底泥中铁铝结合态磷能以可溶态形式释放到水体中,在偏强碱条件下底泥铁铝结合态磷占TP比例较酸性条件下要低,说明高pH值条件下底泥中铁铝结合态磷比低pH值条件下更易释放。并且在碱性条件下,底泥中可变电荷体表面会带有负电荷,使得水体中H2PO-4的吸附性降低,水体中OH-大量存在并与底泥胶体中的阴离子竞争吸附[21],同时与铁铝结合态磷中的H2PO-4发生交换,增加上覆水中磷含量。这与黄清辉等[22]和金相灿等[6]的研究结果一致。2.1.2 pH值对HCl-P含量的影响
如图3所示,当pH值为5.5时,底泥中TP的释放量从第5 d到15 d缓慢增加,但是从第16 d到25 d逐渐下降,总体呈现先增加后降低的趋势。pH值为5.5时释放通量灭菌处理和不灭菌处理分别为2.91 mg/(m2·d)和4.07 mg/(m2·d)。上覆水TP含量和释放通量变化都与pH值密切相关,并且总磷含量和释放通量变化趋势为随着pH值的升高而不断增加,这与李兵等[28]、金相灿等[6]的研究结果一致。在酸性条件下,由于随着时间的推移从底泥中释放的磷又重新吸附到底泥表面,和强碱性条件下相比,pH值越小其吸附的能力越强,上覆水中TP含量相对下降,且呈现不对称的倒“U”型曲线[29],这是由于H+使矿物表面基团质子化从而有利于磷的吸附,H+的浓度越大其吸附能力越强[30]。在pH值为7.5时,底泥中TP释放量相对较小,最大质量浓度为7.22 mg/L。此时磷酸盐主要以HPO 4 2- 和H2PO-4的形式存在,极易与底泥中的金属元素Al、Fe等发生反应,水解为胶体状氢氧化铁和氢氧化铝,这2种物质具有较大的比表面积和强大的吸附磷酸盐的能力[31],能将磷吸附并绑定在沉积物底泥表面,所以释放量相对较小。当pH为9.5和11.5时,上覆水TP含量随时间推移不断增加,底泥中的磷酸盐持续向水中释放,在30 d时出现最大值,分别为10.92 mg/L和28.9 mg/L。释放通量随着pH的增加而升高,灭菌处理从17.08 mg/(m2·d)增加到36.08 mg/(m2·d),而不灭菌处理从19.4 mg/(m2·d)升高至53.7 mg/(m2·d)。在高pH条件下,羧基将和磷酸盐竞争有机键或金属有机键的结合点,水溶液中OH-与底泥中的Fe3+、Al3+生成更稳定氢氧化物,伴随着离子交换作用发生,底泥中的磷重新释放到上覆水中[32],增加了上覆水中的磷含量。因此,对于高原山地分散养殖型农村沟渠底泥,在pH偏碱性条件下磷释放风险最大,而在酸性和中性条件下磷释放风险相对要低。。图4 不同pH下沟渠底泥上覆水PO3-4-P浓度和释放通量的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]普者黑河流-湖泊湿地表层沉积物磷素时空分布及影响因素[J]. 刘鹏,张紫霞,张超,王妍,杨波,张叶飞. 农业环境科学学报. 2019(11)
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[3]环境因子对杭州西湖沉积物各形态磷释放的影响[J]. 张义,刘子森,张垚磊,代志刚,贺锋,吴振斌. 水生生物学报. 2017(06)
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[7]云南不同类型农村沟渠底泥磷形态分布特征及风险评价[J]. 雷雨梦,刘云根,梁启斌,王妍,侯磊,梅涵一. 环境科学与技术. 2017(03)
[8]河流沉积物磷的吸附释放特征及其影响因素[J]. 鲍林林,李叙勇. 生态环境学报. 2017(02)
[9]普者黑流域畜禽养殖型农村沟渠底泥磷形态分布特征及风险评价[J]. 梅涵一,刘云根,郑寒,梁启斌,王妍,侯磊. 土壤通报. 2017(01)
[10]滇池柱状沉积物磷形态垂向变化及对释放的贡献[J]. 李乐,王圣瑞,焦立新,余佑金,丁帅,王跃杰. 环境科学. 2016(09)
本文编号：3572977
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