（环境工程专业论文）长江口滨海湿地磷的迁移转化及净化功能的研究.pdf

摘要 但当盐度为1 0 5 时，湿地系统对磷的去除效率却表现为：米草湿地系统 芦苇 湿地系统 蕨草湿地系统，原因可能与芦苇耐盐性较差有关。同时上覆水的盐度 也影响湿地沉积物中各结合磷的迁移转化，当上覆水的盐度由o 5 增加为 1 0 5 ，5 公分处沉积物样品中可吸附态磷、铁磷和钙磷的含量减少，有机磷增 加；2 5 公分处沉积物样品中可吸附态磷和铁磷减少，而钙磷和有机磷却增加。 东滩湿地系统对上覆水的p h 值有一缓冲作用，无论上覆海水的酸碱性如 何，湿地系统与海水反应后上覆水的p h 最终将在7 ，7 p 8 o o 范围内变动。同 时上覆水的p h 值影响湿地系统对磷的去除效率，且蔗草湿地系统对磷的去除效 率表现出与米草和芦苇湿地系统不同的规律，水在湿地系统中停留2 天后，系 统在碱性和酸性条件下对正磷酸盐和总磷的去除效率要低于系统中性条件下对 磷的去除效率原因可能与蔗草耐酸碱性稍差有关。 上覆水的有机质影响湿地系统对磷的去除效率。上覆水c o d = 1 0 0 m g l 时湿 地系统对磷的去除效率最好，而上覆水c o d = 3 0 0 m g l 时湿地系统对磷的去除效 率最差，因此要使湿地系统对磷的去除效果最好，必须控制上覆水的c o d 值在 一个较佳的范围内 上覆水磷的初始浓度也影响湿地系统对磷的去除效率。研究结果表明各湿 地系统对上覆水总磷存在一个吸收一释放平衡点，藤草湿地系统总磷吸收一释 放的平衡浓度要高于0 5 m g l ，丽米草和芦苇湿地系统对总磷吸收一释放平衡浓 度却要低于0 5 m g l ，且米草湿地系统较标草湿地系统和芦苇系统有更强的抗磷 冲击负荷。 同时湿地落于过程也影响湿地系统对磷的去除效率。各湿地系统经过1 5 天 的落干期，系统对磷的去除效率提高了，而且湿地系统落干一段时间后，表层 沉积物中各结合态磷和有机碳的含量均发生了明显的变化。其中可吸酣态磷、 铁磷、有机磷以及有机碳的含量均有一定的增加，而钙磷的含量却有所减少。 论文的最后对滨海人工湿地的建设提出了一些建议。如可考虑将东滩湿地 沉积物和工业废弃物( 钢渣) 以一定的比例混合，种上耐酸碱盐强，除磷效果 较好的植物互花米草，建设滨海人工湿地系统，对地面径流、农田排水等各类 生产生活活动产生的污水中的磷进行一定的去除作用，从面减少东滩湿地的压 力。 关键词：河口，崇明东滩，磷，去除效率，迁移 n a b s t r a c l a b s t r a c t 1 1 硷o o a s t a lw e t l a n d , a sat y p i c a lw a n s i t i o n a lz o n eb e t w e c nl a n da n do c e a n , i sa m u l t i f u n c t i o n a la n dc o m p l e xe c o s y s t e mw i t hs p e c i a le c o l o g i c a lv a l u e sa n dp o t e n t i a l r e s o u r c e s u n f o r t u n a t e l yw i t ht h ed e v e l o p m e n to f s o c i e t ya n da d v a n c e m e n to f h u m a n b e i n g s , i ti ss e r i o u s l yi m p a c t e db yh u m a na c t i v i t i e s ，s u c ha sw a s t e w a t e rd i s c h a r g e 。 r e c l a m a t i o n i nr e c u ry e a r sr e dt i d e sf r e q u e n f l yh a p p e n , a n dt h ew a t e ro f e s t u a r i n e w e t l a n di sf a c i n ge u t r o p h i c a t i o n s ot h es t u d i e so n p h o s p h o r u st r a n s f e ra n dr e f i n i n g o f t h ey a n g t z ee s t u a r yc o a s t a lw e t l a n d w o u l dh a v ei m p o r t a n ta c a d e m i ca n dp r a c t i c a l m e a n i n g s i nt h i sp a p e rc h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n dw a st a k e nf o ra l le x a m p l e ，t h ep h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c ya n di t si n f l u e n c i n gf a c t o r so f t i d a lw e t l a n dw e l - ei n v e s t i g a t e d a c c o r d i n gt ot h ed i s c u s s i o n s ，s o m es u g g e s t i o n s o nh o wt ob u i l dac o a s t a la r t i f i c i a lw e t l a n dw e r eb r o u g h tf o r w a r d t h es t u d yr e s u l t ss h o w e dt h a tp ho f c h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n ds e d i m e n t si s w i t h i nt h er a n g eo f7 6 0 8 0 0 ，t a k i n go na l k a l c s c e n t mg r a n u l a r i t yc o m p o s i t i o n so f s e d i m e n t sa r cm a i n l ys i l t s w h o s ea v e r a g ep e r c e n t a g e si s8 3 6 4 t h ep e r c e n t a g e so f s a n d sa n dc l a y sa r e6 6 7 a n d9 6 9 r e s p e c t i v e l y n 垤t o co fc h o n g m i n gd o n g t a n s e d i m e n t sv a r yi nt h e0 2 0 - 1 1 0 0 n em a i nm e t a l l i ce l e m e n ti sa 1 2 0 3 t pc o n t e n t so f c h o n g m i n gd o n g t a n s e d i m e n t sc h a n g e a p p e a r i n g 劬m 4 6 5 7 8 m g k gt o8 2 4 9 5m g k g p h o s p h o r u so fc h o n g n f i n gd o n g t a n s e d i m e n t sm a i n l y c o n s i s t so fa d s p ，c a - p , f e 一只o b s pa n do r g - p , i nw h i c hc a - pa n do r g - pa r e d o m i n a n tc o m p o s i t i o n s ，m o r e o v e rt h ep h o s p h o r u so fs e d i m e n t sh a sad i s t i n c ts p a t i a l d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s n 岵d i s t r i b u t i o no f c a - pi sv e r ys t a b l ei nt h es e d i m e n t so f t h em a i na n dn o r t hs e c t l o n s 弧ea v e r a g ea d s c o m p o s t i o ni st h eh i g h e s ti nt h e s u r f a c es e d i m e n t so f 也em a i ns e c t i o na n di st h el o w e r e s ti nt h es u r f a c es e d i m e n t so f t h en o r t hs e c t i o n h o w e v e rf e - pa n do r g - pc o m p o s i t i o n sa t h e1 1 i g h e s li nt h es u r f a c e s e d i m e n t so ft h en o r t hs e c t i o n , t h el o w e r e s ti nt h es u b s u r f a c es e d i m e n t so ft h em a i n s e c t i o n n l ep h o s p h o r u sd i s t r i b u t i o n so fs e d i m e n ta r ea f f e c t e db yt h eg r a i ns i z e sa n d t o co fs e d i m e n t s i a b s t r a c t t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r m so fc h o n g m i n gd o n g m ns e d i m e n t sc a nb ee x p r e s s e db y l a n g m u i re q u a t i o n s t h e i ra d s o r p t i o np r o c e s s e sm a i n l yh a p p e nw i t h i nt h ef i r s t2 4 h r a n dt h e nr e a c hd y n a m i cb a l a n c e s ，w h i c hc a nb ea f f e c t e db yp ha n ds a l i n i t y t h es a l i n i t yo ft h eo v e r l y i n gw a t e ri so n eo fi n f l u e n c i n gf a c t o ro fp h o s p h o r u s r e m o v a le f f i c i e n c yo fc h o n g r n i n gd o n g t a nw e t l a n d d i f f e r e n c ew e t l a n d sh a v e d i f f e r e n c ep h o s p h o r u sr e m o v a le f t i c i e n c i e s w h e nt h es a l i l l i t yo ft h eo v e r l y i n gw a t e r i so 5 ea n d2 5 9 6 , 。t h ep h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yo fl w wi st h eh i g h e s t b u t w h e nt h es a l i n i t yo ft h eo v e r l y i n gw a t e ri s1 0 5 t h ep h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c y o fm c wi st h eh i g h e s t m e a n w h i l et h es a l i n i t yc a nh a v ea ne f f e c to nt h et h ef o r m so f s e d i m e n tp h o s p h o r u s w h e nt h es a l i n i t yc h a n g e sf r o mo 5 t o1 0 5 o f t h es u r f a c e s e d i m e n t ，t h ea d s - ef e pa n dc a - pd e c r e a s e o r g - pi n c r e a s e b u to ft h es u b s u r f a c e s e d i m e n t , a d s - pa n df e pd e c r e a s e c a - pa n do r g pi n c r e a s e p hi s t h es e c o n di n f l u e n c i n gf a c t o ro fp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c y a tt h e a l k a l i n ec o n d i t i o n h 予1 1 0 0 ) ，t h ep h o s p h o r u sr e m o v a ld f i c i e n c yo fb c wi st h e l o w e s t , w h i c hi sd i f f e r e n tf r o mt h a to fm c w a n dl 1 ，w ：n 壕p o s s i b l er e a s o ni s 血a t s c i r p u sm a r i q u e t e rc a l ln o tb es u b j e c t e dt oah i g ha c i d i t ya n da l k a l i n i t y o r g a n i cm a t t e ri st h et h i r di n f l u e n c i n gf a c t o ro fp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c y n 圮p h o s p h o r u s r e m o v a le f f i c i e n c yo fc h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n di sh i g h e s tw i t l i c o d1 0 0 m g l b yc o m p a r i s o n , t h ep h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yi st h el o w e r e s t w i t hc o d3 0 0 m g l s of f t h ep h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yi se x p e c t e dt ob eh i g h , t h ec o do f t h eo v e r l y i n gw a t e rm u s tb ec o n t r o l l e dw i t h i na ne x c e l l e n tr a n g e n 圮i n i t i a lp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o ni st h ef o u r t hi n f l u e n c i n gf a c t o ro fp h o s p h o r u s r e m o v a le f f i c i e n c yo fc h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n d t h ed a t as h o wt h a tt h e r ei sa b a l a n c ep o i n tb e t w e e nr e m o v a la n dr e l e a s eo fp h o s p h o r u so fc h o n g m i n gd o n g t a n w e t l a n d a m o n yt h et h r e ew e t l a n d s ，t h eb a l a n c ep o i n to f b c w i sh i g h e rt h a no 5 m v l ， w h i l et h eb a l a n c ep o i n t so f m c wa n dl w wa r el o w e rt h a n0 5 m g l i na d d i t i o n , t h e m c wc a l lb es u b j e c t e dt ot h eh i g h e rp h o s p h o r u sl o a d i n gt h a nb c wa n dl w w t h ed r a i np r o c e s si st h ef i f t hi n f l u e n c i n gf a c t o ro fp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c y o f c h o n g m i n gd o n g t a n w n l a n d a f t e rb e i n gd r a i n e df o rh a l f am o n t h , t h e p h o s p h o r u s r e m o v a le f f i c i e n c i e so ft h et h r e ew e t l a n d si n c r e a s e 1 1 圮c o n c e n t r a t i o n so fs e v e r a l f o r m so fp h o s p h o r u $ o fc h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n ds e d i m e n t sc h a n g eal o t - o f i v w h i c ha d s 一只f e - pa n do r g - pi n c r e a s e ，a n dc a - pd e c r e a s e ，w h i c hi sp o s s i b l yr e l a t e d t op h o s p h o r u se x c h a n g e sa n dm i c r o o r g a n i s ma c t i v i t i e s f i n a l l y , s o m es u g g e s t i o n sw e r eg i v e no nh o wt ob u i l da ne s t n a r i n ea r t i f i c i a l w e t l a n d f o re x a m p l e ，s l a ga n ds p a r t i n aa n g l i c ac a nb ec h o o s e dt ob ea ss u b s t a n c e a n dp l a n t so f t h ea r t i f i c i a lw e t l a n dr e s p e c t i v e l y , i no r d e rt or e m o v a lt h ep h o s p h o r u so f s e w a g ei n d u c e db yt h eh u m a n sa c t i v i t i e sa n dl e s s e nt h es t r e s so fc h o n g m i n g d o n g t a n w e t l a n d k e yw o r d s ：e s t u a r y , c h o n g r a i n gd o n g t a nw e t l a n d , p h o s p h o r u s ，r e m o v a le f f i c i e n c y , t r a n s f e r v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：王最译 加f 年孑月7 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 躲妨爱聋 妒1 年 7 日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 科学背景和研究意义 1 9 7 1 年，全球政府间的湿地保护公约关于特别是作为水禽栖息地的国际 重要湿地公约( 简称湿地公约或拉姆萨尔公约) 中给湿地下了一个广 泛的定义，即：“湿地是指天然的或人工的、长久的或暂时性的沼泽地、湿原、 泥炭地或水域地带，带有静止的或流动、或为淡水，半咸的、咸水水体者包 括低潮时水深不超过6 m 的海域”同时湿地还可以包括河流、湖泊、水库、稻 田以及退潮时水深不超过6 m 的沿岸带水区湿地是一种处于陆地生态系统( 如 森林和草地) 与水生生态系统( 如深水湖和海洋) 之间的重要生态系统，是水、陆 生态系统之间的生态交错带。兼具二者属性，但又不同于两者而具有自己的特 性湿地因具有巨大的环境功能和环境效益，被誉为“地球之肾”，是自然界 最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，尤其是湿地在抵御 洪水、调节径流、蓄洪防早、控制污染等方面有其它系统所不能替代的作用( 何 池全。2 0 0 0 ) 滨海湿地作为一种重要的湿地类型，在海岸带资源勘探开发与 环境保护研究中具有突出的地位，有很高的综合价值，开发应用前景也非常广 阔。首先，滨海湿地宣于多种鱼类，贝类、底栖动物等水生生物和鸟类等的栖 息繁衍。生物资源高、生物多样性丰富，且有不少珍稀、濒危物种的分布，是 天然的基因库，是科学研究的理想场所；其次，滨海湿地是高生产力的生态系 统由于特殊的自然地理条件，使得天然湿鲍具有很高生产力我国的滨海湿 地每年为沿海地区提供数十万吨水产品，还提供数量可观的用作造纸原料和建 材的芦苇，以及用作饲料的海草等；再次，滨海湿建作为一种空问区域，可以 为海水养殖、盐业生产、围垦造地等活动提供场所，且以其独特景观和美学价 值，成为旅游观光和娱乐活动的场所：另外由于滨海湿地独特的地理位置。 使其植被对防止和减轻海浪对海岸线的侵蚀起着很大作用，且使建筑物、农作 物和其它植被免遭强风和盐风等的破坏。 长江口潮滩湿地是我国一块重要的滨海湿地，是连接河口与陆地的重要生 态系统( 陈吉余，2 0 0 2 3 按照湿她的淹水程度、植被昶土壤等性质可将湿地 分为潮下带近海湿地、潮间带滩涂湿地、河1 ：2 1 沙洲离岛湿地以及潮上带淡水湿 第1 章引言 地( 陆健健，1 9 9 6 ) 长江口潮滩湿地主要包括崇明东滩、长兴岛头部南滩、 横沙东滩、南汇东滩、九段沙，南支各沙洲和外海拦门沙i l 以及邻近的沿江沿 海部分湿地( 陆健健，1 9 9 0 ) 河口湿地可对流经此地的水流及其携带的营养 物质起到过滤净化的作用，这种功能可用来削减入海河流的污染，起到保护近 海和防止近海富营养化的作用( 曲向荣等，2 0 0 0 ) ，吴玲玲等( 2 0 0 3 ) 参照美 国生态学家c o s t a n z a 等人对湿地生态系统服务功能的研究而对长江口湿地生态 生态系统的服务功能价值的研究表明，长江口湿地单位面积服务价值为o 5 4 x 1 0 4 元( h m 2 a ) ；并且水质净化价值 成陆造她价值 生物栖息价值 物质生产价值 大 气调节价值。其中水质净化价值占总价值的9 0 以上( 童春富和陆健健，2 0 0 4 ) 。 长江口是世界主要的多泥沙浑浊河口之一，位于亚热带季风气候区，其特 有的河口过程和特殊的地理位置在国际河口与海岸研究领域中占有重要地位。 长江入海径流每年携带大约4 8 1 0 5 吨泥沙堆积于河口及其滨岸地区，沿河口滨 岸带发育了广阔的细颗粒淤泥质潮滩。长江湖滩湿地是复杂的海陆交汇系统， 结构复杂，功能独特：同时它也是典型的环境脆弱带，极易受到人类的干扰， 任何物理、化学、生物因子的变化都会给潮潍湿地的自然生态系统功能带来影 响。近十年来，长江口滨岸潮滩出现了前所未有的大规模开发热潮，大型工程 建设( 三峡大坝，南水北调) 、滩地围垦、大量工农业和生活污水的近岸排放 等高强度人类活动严重影响和扰乱了长江河口滨岸潮滩环境系统内物质的自然 循环过程，大量的生源元素和有机重金属污染物在潮滩内部不断累积。对河口 潮滩生态系统及近岸水体环境造成了直接和潜在的危害( 刘敏等，1 9 9 8 ：陈建 芳等，1 9 9 9 ；段水旺等，2 0 0 0 ；陈振楼等，2 0 0 0 ；l i u e ta 1 ，2 0 0 0 和2 0 0 3 ；毕 春娟等，2 0 0 3 ) 。其中，自2 0 世纪8 0 年代开始由营养盐过量输入而导致的长 江口外水体富营养化现象尤为突出，“水华”现象对有发生( 顾宏堪等，1 9 8 1 ；上 海市海岸带和海涂资源综合调查报告，1 9 8 8 ：蒲新明等，2 0 0 0 ) 。2 0 0 3 年经长 江入海的磷酸盐由3 1 4 8 2 吨猛增到7 0 0 3 0 吨。2 0 0 3 年我国海域海水中磷的超标 率己达3 3 ，海水富营养化状态指标已达0 5 5 ，全海域共发现赤潮1 9 次，累计 面积近1 4 5 5 0 平方公里。特别是长江口和杭洲湾海域，严重污染海域面积共占 全国的一半以上( 国家海洋局，2 0 0 3 ) ，今日的金三角已成为污染三角洲，因此 河口滨岸水体害营养化现象已成为当今迫切需要解决的主要环境阀题。 湿地生态系统具有巨大的生态服务功能和价值。而水质净化又是湿地生态 系统最为重要的功能。目前的情况下，长河口湿地面积锐减、功能退化、赤潮 第1 章引言 频发。河口水域奢营养化目渐突出。基于此，选取典型的长江口潮滩湿地来研 究生源元素( 磷) 的迁移转化及净化功能，对于迸一步地认识长江口潮滩湿地 的功能，评价河口滨岸水体生态系统潜在的环境影响效应，合理地开发利用保 护长江口湿地以及治理水体畜营养化、防止赤潮、协调环境保护与区域经济可 持续发展具有重要的现实意义和长远意义。 l 。2 河口潮滩湿地磷的研究进展 磷是生命必需的大量元素磷在地壳中的丰度列第1 1 位，含量为 1 1 8 0 m g k g ，排铝之后。磷在海水中列第1 3 位，含量为7 0 u g l ，排在氮和碘之 间。天然淡水中磷的本底值一般不超过2 0 u g l 磷的化合物( 除p h 3 ) 没有挥 发性，环境中的磷酸盐溶解度低，与c 、n 、s 的化合物楣比，其迁移能力弱 ( v a c l a v , 2 0 0 0 ) 磷在水生生物中的分布和含量直接影响着水体的初级生产力及 浮游生物的种类、数量和分布。磷是水体中富营养化的主要限制因子( d a n i e le t a 1 ，1 9 9 8 ) ，其极低的浓度( 1 0 u g p l ) 就可以导致水体富营养化或重度富营养化 ( s h a r p l e ye ta 1 ，2 0 0 0 ) 。 近年来，随着河口水体污染的日趋加重，水体环境研究热潮的兴起，水体生 态系统物质的循环研究已引起了国内外学术界的广泛关注，国内外对河口营养 盐磷的研究进展和趋势主要体现在以下几个方面。 1 2 1 沉积物中磷的形态分级的研究 沉积物中不同形态磷的分级分离步骤源于土壤学中相应的化学方法。土壤 无机磷的分级，过去虽有很多入研究，但是比较系统和完整的无机磷的分级方 法是由张守敬和j a c k s o n 于1 9 5 7 年提出的( c h a n ga n dj a c k s o n 。1 9 5 7 ) 此方法在 无机磷的化学形态分离上，与前入相比有了很大的推进，在国际上被广泛应用， c h a n g 和j a c k s o n ( 1 9 5 7 ) 创造性的将土壤磷分为不稳性或松结合态磷( l a b i l eo r l o o s e l y - b o u n dp ) 、铝结合态磷( p j ) 、铁结合态磷( p n ) 、钙结合态磷( p c i ) 、 可还原水溶态磷( r s p ) 、闭蓄态磷( o c c l u d e dp ) 及有机磷( o r g p ) ( c - j 法) w i l l i a m s 等入将c - j 法改进( w 法) 提取沉积物中的磷，w 法克服了c - j 法提取的p p 重吸附于沉积物的缺点，将沉积物磷分为磷灰岩磷( a p ) ，非磷灰岩磷( n a p ) 及有机磷( w i l l i a m se ta 1 ，1 9 7 6 3 。后来，h i e t j e s 和l i j 珏锄指出改进后的w 法也有 缺陷，提出h l 法，h - l 法将沉积物分为不稳定磷、铁铝磷、钙磷和残磷( h i e l t j e s 第1 章引言 a n d l i j l d e m a , 1 9 8 0 ) 而后，h e d l e y 等人于1 9 8 2 年提出了土壤无机态和有机态磷 的连续提取方法，其采用阴离子交换树脂进行可溶态磷酸盐的提取( h e d l e ye ta 1 。 1 9 8 2 ) 。t i e s s e n 和m o i r 于1 9 9 3 年对h e d l e y 等的连续提取方法进行了改进，此方法 已被美国与加拿大等国科学家广泛用于湿地沉积物磷的形态的研究中( t i e s s e n a n dm o t r ，1 9 9 3 ) 1 9 9 3 年我国学者翁焕新又将c - j 法加以修正，提取美国华盛 顿河流和湖泊沉积物中的磷，发现不同结合态的磷主要包括无机磷( p f 。、p a 、 p 1 ) ，固着态的p f c 和p a l 随后，张海林和k o v a r 于2 0 0 0 年提出了应用于土壤、 沉积物、残积物和水的磷的分级方法，虽然方法的可靠性有所改进，但过程相 对复杂( z h a n ga n dk o v a r ，2 0 0 0 ) 总之沉积物磷的分级分离的发展趋势主要从以下几个方面进行； ( 1 ) 找到更 有效的、选择性更好的提取剂；( 2 ) 提取剂选定后，确定待分级提取的沉积物中 不同形态磷活性的相对大小，籍此提出合适的分级提取的顺序：( 3 ) 找到能避免 提取过程中的“干扰”或重吸附的方法，使预期提取的组分尽可能分离出来， 以提高分析的准确性 1 2 2 沉积物中磷的存在形式和影响因素的研究 湿地沉积物中总磷主要由有机磷和无机磷组成，其中每部分又分为可溶性和 不溶性两种形态。总磷的7 0 左右都是吸附或溶解的无机形态磷，难溶性磷和易 溶性磷之间存在着缓慢的动态平衡，大多数可溶性磷酸盐离子为固相所吸附， 在一定条件下这些被吸附的离子能迅速地与溶液中的离子发生交换反应，进入 到溶液中而被植物吸收利用( 鲁如坤等，1 9 9 8 ；杨钰等，2 0 0 1 ) 沉积物中的 有机磷包括磷酸肌醇、磷脂、核酸及少量的磷蛋白和磷酸糖及微生物态磷等， 大部分来源于植物残体，或由微生物从无机磷合成而形成( s a n y a la n dd ed a t t a ， 1 9 9 1 ) 。近几年，对微生物态磷的认识越来越多，认为它是植物有效磷的一个来 源。磷在微生物组织中的含量为1 “7 ，细菌为1 5 2 5 。真菌为4 8 这比 植物体中的磷含量都要高。当微生物体完全分解后，其体内的磷也以无机磷形 式释放出来和沉积物中其它形式有机磷比较起来，微生物态磷容易矿化为植 物有效磷。表1 - l 是微生物组织中各种含磷物质的相对含量表( h e d l e ya n d s t e w a r d ，1 9 8 2 ) 。 4 第1 章引言 表1 1 微生物组织中各种含磷物质的相对含量( ) f i g i it h ep h o s p h o r u sc o m p o s i t i o n so f m i c r o o r g a n i s m 含磷有机物种类占微生物磷的百分含量 核糖核酸 脱氧核糖核酸 多聚磷酸盐( 酯) 磷脂 植物盐 3 0 - 5 0 5 一l o 1 5 2 0 1 0 痕量 沉积物中磷的无机形式主要是正磷酸盐，正磷酸根包括p 0 4 3 - 、h p 0 4 ”， h 2 p 0 4 一，哪种离子占优势决定于p h 值的大小( m i t s c ha n dg o s s c l i n k ，2 0 0 0 ) 当2 1 2 p h 7 2 0 时，h 2 p 0 4 一占优势，当7 2 0 中线 南线，低潮滩 中潮滩 高潮滩，反映了沉积环境和 人类活动对磷分布特征的影响。刘巧梅等( 2 0 0 2 ) 对上海滨岸潮潍不同粒径沉 积物中无机形态磷的分布特征进行了探讨，结果表明粒径对吸附态磷、铝磷和 铁磷含量分布影响不大，而对钙磷的含量影响明显，般细粉砂质沉积物中钙 磷含量比在粗粉砂质和粉砂质沉积物中含量高。 1 2 3 沉积物对磷的吸附解吸的研究 沉积物对营养盐的吸附、解吸在河口潮滩营养盐循环过程中起着极其重要 的作用，影响着潮滩沉积物水界面间营养盐的物质交换。而湿地沉积物中磷的 固定和释放受多种因素的影响，其中有粘土的种类和数量，f e 3 + 的数量，活性、 铝、钙和镁的含量，沉积物的p h 值和氧化还原电位等( p a t r i c ka n dk h a l i d ，1 9 7 4 ) l o p e z 等( 1 9 9 6 ) 就西班牙b a l e a r i c 海岛滨岸沉积物对磷的吸附特征与沉积 物组分之间的相关关系进行了探讨，研究结果表明，沉积物对磷的吸附容量与 沉积物中铁铝含量成正相关关系，沉积物对磷的吸附效率受沉积物中有机碳含 量控制。在合适p h 条件下，溶液中的r e 2 + 能够形成无定形的f e = 匕f e 3 十混合氢氧化 物而沉淀，这种无定形的混合物具有w f e 3 + 氢氧化物具有更大的表面积和更多的 磷吸附位点，能增强土壤对各形态磷的吸持能力( 高超等，2 0 0 2 ) 。g o m e z 等 ( 1 9 9 9 ) 探讨了溶解氧和磷的外源输入负荷对沉积物吸附和解吸磷酸盐的影响， 研究结果表明在厌氧条件下，铁结合态磷发生明显的解吸，不断地向上覆水体 释放磷酸盐；当磷的外源输入负荷减少时，有利于沉积物中的磷发生解吸。p a n t 等( 2 0 0 1 ) 运用实验模拟的方法探讨了不同氧化还原条件对河口沉积物吸附磷 作用的影响，结果表明在厌氧条件下的沉积物对磷的吸附一解吸平衡点明显高 于好氧条件下沉积物对磷的吸附一解吸平衡点，且沉积物对磷的吸附容量在好 氧条件下远远高于它在厌氧条件下对磷的吸附容量，反映了无定型铁在磷酸盐 的吸附一解吸过程中起着非常重要的作用s u n d a r e s h w a r 等( 1 9 9 9 ) 研究了美国 卡罗来纳 ) 1 c o o p e r 河1 2 1 潮滩沉积物磷的吸附特征，发现淡水沉积物磷的吸附能力 远远大于咸水沉积物，表层沉积物磷的吸附能力大于亚表层沉积物，揭示了磷 的吸附能力可能受沉积物中铁铝含量控制林荣根等( 1 9 9 4 ) 对黄河口沉积物 进行了磷的吸附与解吸研究，结果表明黄河口沉积物对磷的释放量极少，硝酸 6 第1 章引言 盐不影响沉积物对磷的吸附。石晓勇等( 1 9 9 9 ) 以黄河口为研究对象，通过模 拟温度、盐度、平衡时间、悬浮物含量等河口现场条件，对黄河口磷酸盐缓冲 机制进行了探讨，研究发现悬浮物对磷酸盐的吸附和解吸一般在4 - 5 d 时之后就 趋向平衡：随水体悬浮物含量的增加，对磷酸盐的吸附一解吸量呈指数形式下 降：粒度减小使吸附和解吸量呈指数形式增加：盐度对解吸量的影响程度大于 吸附量，最大吸附量和最小解吸量均出现在低盐度区；温度对吸附一解吸平衡 的影响较大，随温度升高吸附量和解吸量均星线形关系增加刘敏等( 2 0 0 2 ) 通过实验模拟的方法研究了长江口滨岸潮滩表层沉积物对上覆水体中磷酸盐 ( p 0 4 - p ) 的吸附特性，结果表明，沉积物的吸磷过程主要发生在0 1 0h 内，尔 后基本上达到了一种动态平衡过程，但在0 - 0 5h 内沉积物对p 0 4 3 - p 的吸附速率 最大，且其吸附速率受细颗粒物含量影响明显。沉积物对p 0 , 匕- p 的等温吸附曲 线符合修l a n g m u i r 等温吸附方程，并依据l a n g m u i r 方程初步估算了沉积物对 p 0 4 _ - p 的吸附容量和吸附效率计算结果显示，1 0 4 3 - _ - p 的吸附容量在2 5 3 2 2 0 4 0 8m g k g 之间，且吸附容量与f 矿和总有机碳( 1 o c ) 含量有较好的正相关关 系，此外还研究了环境因子( 温度、p h 和盐度等) 与p 0 4 3 i _ p 吸附之间的关系， 结果表明，温度、p h 和盐度等对沉积物吸磷作用影响显著。陈淑珠等( 1 9 9 7 ) 发现沉积物对磷酸盐的吸附十分迅速，在2 4 h 内就可以达到平衡状态，且吸附饱 和的沉积物会释放磷酸盐。 1 2 4 磷在沉积物水界面间的迁移扩散过程的研究 营养盐在沉积物一水界面间的迁移扩散是潮滩湿地营养盐循环的重要过 程。目前研究沉积物一水界面间营养盐的迁移扩散主要采用以下三种方法：( 1 ) 利用沉积物一水界面间营养盐的浓度梯度，依据f i c k s 第一定律通过数值计算推 测营养盐的界面扩散过程；( 2 ) 室内模拟培养；( 3 ) 野外现场直接测定。温度、水动 力条件、干湿交替过程、沉积物类型、沉积物中有机质的矿化程度、底栖动物 的扰动作用和底栖藻类的生长与繁殖等均会对沉积物一水界面问营养盐的迁移 扩散产生不同程度的影响。 f a l c a o 和v a l e ( 1 9 9 8 ) 分别利用f i c k s 第一定律和野外现场直接测定的方法， 对比研究了葡萄牙r i a f o r m o s a 滨岸潮间带和潮下带沉积物一水界面磷的交换通 量，发现潮间带磷的释放通量比潮下带高出1 2 个数量级，且磷的扩散受其在界 面附近发生的化学反应控制，潮水的涨落过程对磷的界面扩散并不明