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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流活性磷酸盐在沉积物-海水界面的交换动力学林思意.精品文档.毕 业 论 文(设计) 题 目: 活性磷酸盐在沉积物-海水界面的交换动力学 学 院: 海洋科学学院 学生姓名: 林思意 专 业: 环境科学 班 级: A08 环科 指导教师: 胡海燕老师 起止日期: 2012.02.01-2012.05.15 2012年05月15日目录摘要IAbstractII引言11材料与方法21.1实验原理21.2 实验材料和仪器21.2.1 实验试剂21.2.2 实验仪器21.3 实验方法31.3.1 标准曲线绘制31.3.2 样品采集31.3.3实验室培养51
2、.3.4水样测定52 实验结果与数据处理62.1 水体中磷酸盐随浓度的变化62.2 拟合得出Kd73 结论10参考文献11致谢13附译文14活性磷酸盐在沉积物-海水界面的交换动力学林思意(浙江海洋学院 海洋科学学院,浙江 舟山 316000)摘要 近年来,随着沿海地区人口的不断增长和经济的快速发展,人类活动(例如工业排污和生活用水等)产生的营养盐的量日益增多,尤其是磷酸盐为其主要代表。这些磷酸盐通过各种渠道进入海洋,使得近海地区的磷酸盐浓度不断提高。磷酸盐进入海洋后,先存在于水体当中,然后才会转入到沉积物;若沉积物中磷酸盐的含量高到了一定的程度,也会将其释放入海水中。可见海洋沉积物海水界面是海
3、洋中最重要的界面之一,是水体和沉积物之间物质交换和输送的重要途径。它对海洋中物质的循环、转移和贮存有重要的作用,是全球变化研究中必不可少的一环。在随着时间的推移的过程中,水体中的活性磷酸盐的含量会在沉积物-海水界面发生一定的变化,最终达到动态平衡。为了克服平流作用的影响和应针对不同的实际情况和实验特点,本论文选择测定沉积物海水界面活性磷酸盐交换通量的方法为实验室培养法。紧接着得出其交换动力学参数,给海洋初级生产力研究以及海洋富营养化的治理等提供一定的科学依据,特别是为海洋生态环境模型的建立提供基础,同时也能为环境容量的估算以及环境质量评价提供依据。沿海地区因营养物质引起的一系列问题也会在一定程
4、度上得到解决。关键词 磷酸盐;沉积物-海水界面;标准曲线;磷钼蓝法;动态平衡;Active phosphate in sediment - water interface exchange kinetics Lin siyi(College of Marine Sciences, Zhejiang Ocean University Zhoushan Zhejiang 316004)Abstract In recent years, along with the coastal areas of the constant growth of population and rapid develo
5、pment of economy, human activities ( such as industrial sewage and water ) produced nutrients of increasingly grow in quantity, especially phosphate as its main representative. These phosphate through various channels into the ocean, the inshore areas of phosphate concentration increasing. Phosphate
6、 into the sea, first in water, and then into the sediment; if the sediments phosphate content to a certain extent, also will be released into the sea. See ocean sediment-water interface in the ocean is the most important one is the interface between water and sediment, material exchange and transfer
7、 is the important way of. It is the marine material recycling, transfer and storage plays an important role in global change research, is an essential part of. With the passage of time in the process, water in the active phosphate content in the sediment - water interface changes, eventually reachin
8、g dynamic equilibrium. In order to overcome the advection effects and should be tailored to the different actual conditions and experimental features, this paper determined sediment-water interface active phosphate flux method for laboratory culture method. Immediately after the exchange kinetics pa
9、rameters, to oceanic primary productivity research and marine eutrophication management to provide a scientific basis, especially for marine ecological environmental model base, but also for the environmental capacity estimation and evaluation of environmental quality on. The coastal areas due to nu
10、tritional substances caused a series of problems will to some extent be solved. Key words Phosphate; sediment-water interface; standard curve; phosphorus -molybdenum blue method; dynamic balance引言磷酸盐在人类的日常生产活动和生活之中被广泛的应用。磷酸盐是几乎所有食物的天然成分之一,作为重要的食品配料和功能添加剂被普遍用于食品加工中。如磷酸盐在肉制品中,可以提高肉的离子强度,改变pH值;在面制品中可以使
11、淀粉吸收水分的能力得到提升;在水产品加工中,可以防止水产品大量失水而导致肉味口感不新鲜。正是由于磷酸盐的重要地位,再加之伴随着我国化工行业的高速发展,近20来,我国磷化工的发展速度飞快,并取得了令人鼓舞的成绩。但是,伴随着磷化工的发展而产生的环境污染状况也日趋严重。它的主要危害在于:增加水体中藻类生长所需的重要元素磷,而引起藻类疯长。由于水体中的供氧量有限,藻类会出现大量的死亡现象,于是细菌迅速增殖,致使鱼类死亡。死亡的生物会使水体被进一步毒化,有些鱼类会携带这些毒素,通过食物链将毒素带给人类,严重者会使人致死。 海水中磷酸盐既是海洋中基础生物生存繁殖的能量来源,同时磷酸盐又具有复杂多变的化学
12、地质作用,这也使得近年来海水营养盐研究成为是海洋研究的热点之一的一个重要原因。加之,海洋沉积物海水界面是海洋中最重要的界面之一,是水体和沉积物之间物质交换和输送的重要途径,它对海洋中物质的循环、转移和贮存有重要的作用,是全球变化研究中必不可少的一环。以往把沉积物和海水单独研究进行的很多,但缺乏把沉积物海水作为整体进行的研究。沉积物海水界面是一个化学元素的突跃界面,元素在界面的行为既不同于沉积物也不同于海水中。界面附近生态环境与海水及沉积物中有很大的差别。物质在该界面附近的行为显然不同于上下的接触体。因此,通过研究沉积物海水界面物质的迁移、界面附近物质的变化机制来了解和探讨海洋中物质的生物地球化
13、学过程就显得非常必要。1材料与方法1.1实验原理在酸性介质中,活性磷酸盐与钼酸铵反应生成磷钼黄,用抗坏血酸还原为磷钼蓝后,于882nm波长测定吸光值。营养盐进入海洋后,先是先存在于水体,然后会从高浓度的水体之中转入到低浓度的沉积物;若本身沉积物中营养盐的含量已经高到了一定的程度,超过了海水中的含量,也会将其释放入海水中。在现场和实验室用未受扰动的柱状沉积物进行培养,利用可见光分光光度计来测定沉积物-海水界面之间的上覆水中磷的吸光值,再根据磷的标准曲线来换算磷酸盐含量,以此来观察磷的含量交换规律。1.2实验材料和仪器1.2.1 实验试剂硫酸(H2SO4,=1.84g/mL,);钼酸铵(NH4)6
14、Mo7O244H2O;酒石酸锑钾(C4H4KO7Sb1/2H2O);抗坏血酸(C6H8O6);三氯甲烷(CHCl3);盐酸(HCL);以上试剂均为分析纯(国药集团化学有限公司制造);磷酸二氢钾(KH2PO4,优级纯,在110-115烘1-2h)(国药集团化学有限公司制造)。1.2.2 实验仪器722s型可见光分光光度计(上海精密科学仪器制造有限公司);EL204型电子天平(梅特勒托厉多有限公司);YA.ZBI-20自控型不锈钢蒸馏水器(上海申安意料器械厂);QHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司);VP50.Lab Tech真空抽滤泵(北京莱伯泰科仪器有限公司);有机玻
15、璃采水器(武汉谱蓝科技有限公司);水样容量水桶(25L);筒式取样器(直径10cm,高6-7cm);塑料盒(直径10cm、高8cm);量筒(容量:10mL、50mL、100mL、250mL、500mL);量瓶(容量:100mL、1000mL);带刻度具塞比色管(容量:50mL);刻度移液管(容量:1mL、5mL、10mL);一般实验室常备的仪器和设备;1.3实验方法1.3.1 标准曲线绘制 量取磷酸盐标准使用溶液(量取1.00mL磷酸盐标准贮备溶液至100mL量瓶中,加水至标线,混匀。加入两滴三氯甲烷。此时溶液1.00mL含有3.00g磷)0mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.
16、00mL、4.00mL于50mL具塞比色管中,加水至50mL、进行标线,再对其混匀。各浓度依次的大小为0,0.030,0.060,0.120,0.180,0.240mg/L。再各加入1.0mL混合溶液(搅拌下将45mL钼酸铵溶液加到200mL硫酸溶液中,加入5mL酒石酸锑钾溶液,混匀),1.0mL抗坏血酸,混匀。显色5min后,注入1cm测定池中,以蒸馏水作参比。于882nm波长处测定其吸光值Ai。其中零浓度为标准空白吸光值A0。以吸光值(Ai-A0)为纵坐标,相应的磷酸盐浓度(mg/L)为横坐标,绘制标准曲线。标准曲线如下图:图1 活性磷酸盐标准曲线1.3.2 样品采集 柱状沉积物样品均于海
17、水退潮时在潮间带以筒式取样器取得,取两份平行样后置于塑料盒中,尽量不要破坏沉积物的表面,封好,带回实验室。采集沉积物的同时,取现场海水。采样的现场分别为舟山的滨港路临海、海滨公园、南沙。滨港路临海毗邻紫竹林啤酒厂,工业污染较严重。所取样品灰黑色且有异味,沉积物属泥沙混合物,地较硬。沉积物样品比较稀薄柔软,为泥质沉积物。图2 沉积物取样点-滨港路海滨公园附近没有大型工业,无严重的工业污染。取样地点生物多样性较高,取回的样品中发现有海虫。图3 沉积物取样点-海滨公园南沙取样地点游客流量较大,受人为活动影响。沉积物样品为沙质,颗粒较大。图4 沉积物取样点-南沙1.3.3 实验室培养三个不同的现场所采
18、集的海水,先经0.45m醋酸纤维滤膜过滤,除去杂质。将样品置于容积为15升的塑料水桶中,然后沿桶壁将7升海水缓缓加入桶中,保护好沉积物表面。每隔一定时间从桶中取一定量的水样经0.45m醋酸纤维滤膜过滤,用于测定水体中磷酸盐的含量。1.3.4 水样测定量取50mL经0.45m微孔滤膜的水样至具塞量筒中,按标准曲线绘制的步骤来测定吸光值AW 。同时量取50mL水按相同步骤测定分析空白吸光值Ab。 2 实验结果与数据处理 将测得数据记附录下来,由A o-Ab查工作曲线计算水样中磷酸盐的浓度。 2.1水体中磷酸盐浓度随时间的变化本次实验所用的海水经孔径0.45m的醋酸纤维滤膜过滤,并经100消毒。将沉
19、积物样品放入其中进行培养后,磷酸盐自沉积物向海水中释放。以磷酸盐的浓度变化对时间作图,从中得出磷酸盐交换速率变化的特点和达到释放平衡大致所需的时间,其中以保存在冰箱中的平行样做对比。可用origin软件绘制出三个现场可溶性无机磷的浓度-时间变化图表如下所示:滨港路海滨公园南沙图2 活性磷酸盐浓度变化由水体中磷浓度随时间变化图可以看出,各沉积物在培养实验开始的初始阶段,均存在不同时间的延迟期,并且在浓度-时间变化图上存在一个小峰,这可能是由于所取样品存在上覆水的原因。比较各种沉积物样品的延迟时间,海滨公园沉积物较短,南沙沉积物和滨港路沉积物大约相等。我们认为其原因在于海滨公园沉积物为泥质沉积物,
20、孔隙度较大,较为容易吸收,粒度较小,表面积与体积的比值最大,磷酸盐在其表面的吸附-解吸平衡所需时间较短。延迟期过后,磷的浓度变化呈现明显的上升趋势,最后达到平衡值,达到平衡所需的时间和平衡时的浓度随着取样地点的不同而不同。由上图可以看出,滨港路沉积物一般在实验进行150小时后达到平衡,平衡浓度为3-4mol/L;海滨公园沉积物在100小时左右达到平衡,平衡浓度在1.5mol/L左右。而沙质的南沙沉积物浓度增长缓慢,经200小时左右才能达到平衡,其平衡浓度也较低,在0.5mol/L左右。分析上述现象的原因,我认为,由于海滨公园、滨港路、南沙三处的沉积物沙的含量依次增高,沉积物的粒度也依次增加。沉
21、积物粒度越大,对磷酸盐的吸附作用越强,从而延缓了达到平衡的时间。由图可以看出,取回后立即进行培养的样品其平衡浓度比第二天开始培养的样品的平衡浓度低。而沉积物冷藏保存后对于整个培养实验并没有影响。2.2 拟合得出kd本实验以简单双箱模型来研究沉积物-海水界面营养盐交换动力学。海 水沉积物kd假设沉积物-海水之间营养盐的交换为一级反应,由沉积物向海水中释放的净交换速率常数为kd,交换速度由间隙水和水体中营养盐的浓度差所控制。根据上述假设,可得19-21: (1) (2) (3): 营养盐由沉积物向海水中的交换量;:海水中营养盐浓度 : 交换面积; : 时间 : 净交换速率常数; :沉积物中营养盐浓
22、度 由方程(1)(2)(3)得到: (4)积分,得: (5)由方程(5)对磷的散点图进行拟合,求出净交换速率常数kd 。滨港路海滨公园南沙图3 活性磷酸盐浓度变化的拟合曲线根据以上模型,对磷浓度变化的散点图进行了拟合,得到了净交换速率常数kd。其中海滨公园kd值为0.2047,滨港路kd值为0.1655,南沙kd值为0.0941。取自三个不同地点的沉积物其kd值大小比较为:海滨公园滨港路南沙。3 结论 1、海滨公园沉积物在100小时左右达到平衡,平衡浓度1.5mol/l左右;滨港路沉积物一般在实验进行150小时后达到平衡,平衡浓度为3-4mol/l;而沙质的南沙沉积物浓度增长缓慢,经200小时
23、左右才能达到平衡,其平衡浓度也较低,在0.5mol/l左右。分析上述现象的原因,我认为,由于海滨公园、滨港路、南沙三处的沉积物沙的含量依次增高,沉积物的粒度也依次增加。粒度越大,交换作用越弱,从而延缓了达到平衡的时间。2、根据双箱模型,对磷浓度变化的散点图进行了拟合,得到了净交换速率常数kd。其中海滨公园kd值为0.2047,滨港路kd值为0.1655,南沙kd值为0.0941。取自三个不同地点的沉积物其kd值大小比较为:海滨公园滨港路南沙。参考文献1. 赵昆华,景洪岗,孙国庆. 磷酸盐在食品加工中的应用J . 中国食品添加剂,2003,Z1:171-1762. 宫少军,叶思源,苏新,王锦.
24、近海N_P营养盐的研究现状与进展J. 海洋地质动态,2009,25(4):27-37. 3. 玉坤宇,刘素美,张经,叶曦雯. 海洋沉积物-水界面营养盐交换过程的研究J. 环境化学,2001,20(5):11-17.4. 王修林,辛宇,石峰,韩秀荣,祝陈坚,石晓勇. 溶解无机态营养盐在渤海沉积物-海水界面交换通量研究J. 2007,37(5):87-92 .5. 宋金明,罗延馨,李鹏程. 渤海沉积物-海水界面附近磷与硅的生物地球化学循环模式J. 2000,36(2):26-31.6. 王清华,钼锑抗分光光度法测定海水中活性磷酸盐的浓度J. 广西质量监督导报,2008,8:118-119.7. M
25、. Hupfer,R. Gachter,R. Giovanoli. Transformation of phosphorus species in setting sediments and during early sediment diagenesisJ. Aquatic Sciences,1995,57: 305-324.8. 侯立军,刘 敏,许世远,蒋黎敏. 长江口岸带柱状沉积物中磷的存在形态及其环境意义J. 2001,20(2):7-12.9. 吴晓娜. 西湖沉积物中磷的形态及迁移转化的沉积剖面研究D.杭州:浙江大学,2006.10. ISBN:7810676830. 海水分析化学实
26、验S. 青岛:青岛海洋大学出版社,2006.11. 刘宇霞,吴少霞,刘雪冬. Origin在理工科毕业论文实验数据及图形处理中的应用研究J. 广西民族师范学院学报,2011,28(3):42-46.12. 屈 璠,刘 敏,侯立军,许世远,刘巧梅,欧冬妮.潮汐循环影响下上覆水环境因子和氮营养盐的变化及其相关关系J. 长江流域资源与环境,2007,16(3):79-84.13. 王小群,王兰生,沈军辉. 岷江上游叠溪古堰塞湖沉积物粒度特征及环境意义J. 工程地质学报,2010,18(5):91-98.14. 牛红义,吴群河,陈新庚. 珠江(广州河段)表层沉积物粒度分布特征J. 生态环境学报. 20
27、07,16(5):27-31.15. 安文超,李小明. 南四湖及主要入湖河流表层沉积物对磷酸盐的吸附特征J. 环境科学. 2008,29(5):145-152. 16. 李曰嵩,杨红. 长江口沉积物对磷酸盐的吸附与释放的研究J. 海洋环境科学. 2004,29(3):40-43.17. 刘昌孝,刘定运,药物动力学概论. 中国学术出版社,1984.18. 王修林, 辛 宇, 石 峰, 韩秀荣, 祝陈坚, 石晓勇.溶解无机态营养盐在渤海沉积物-海水界面交换通量研究J. 中国海洋大学学报,2007,37( 5) : 795-800.19. 胡佶,张传松,王修林,王江涛. 东海春季赤潮前后沉积物-海水
28、界面营养盐交换速率的研究J. 2007,28(7):36-42.20. 赵元慧,王连生,丁蕴铮,孙维兴,郎佩珍.有机物在沉积物上吸附与解吸动力学常数的计算与测定J. 1993,12(2):28-33.21. 何桐,谢健,余汉生,方宏达,高全洲.春季大亚湾海域沉积物-海水界面营养盐的交换速率J. 海洋环境科学J. 2010,29(2):17-21.致谢时光的流逝也许是客观的,然而流逝的快慢却纯是一种主观的感受。当自己终于可以从找工作、毕业论文的压力下解脱出来,长长地吁出一口气时,忽然间才意识到,原来四年已经过去,到了该告别的时候了。一念至此,竟有些恍惚,所谓白驹过隙、百代过客云云,想来便是这般惆
29、怅了。可是怅然之后,总要说些什么。本研究及学位论文是在我的指导老师胡海燕老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,胡老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。胡老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想给我以无微不至的关怀,在此谨向孙老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。感谢和我共度四年美好大学生活的A08环科全体同学。感谢环境科学系所有授课老师,你们使我终身受益。感谢所有关心、鼓励、支持我的家人、亲戚和朋友。在论文即将完成之际,
30、我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意,谢谢你们!附译文关于在东海特定海区沉积物一水界面附近磷释放的实验研究 郑丽波,周怀阳,叶 瑛1 华东师范大学地理系,上海 200062;2 国家海洋局第二海洋研究所,浙江 杭州 310012;3浙江大学 地球科学系,浙江 杭州 310027摘要 以采自长江口外东海表层沉积物为对象,对不同类型的沉积物在模拟海水环境中进行了释P实验。研究表明,在静态条件下,沉积物释P量的高点出现在摇晃后10 min左右,大约3 h后基本趋于平衡。释P动力学可用Elovich公式与双常数速率公式
31、进行拟合。最大释P量与沉积物的组成密切相关,以粉砂、粘土为主的沉积物释P量高,而砂质为主者释P量低。在释P实验中,铁磷(Fe-P)最为活跃,释放比例最高,其次是吸附态磷(Ad-P)和有机态磷(OP)。它们均属于生物可获得P的范畴。实验结果表明,在合适的水动力条件下,沉积物中 的P可以迅速释放到水体,并影响水体的营养状态和初级生产力。 关键词:长江口外;东海沉积物;释P反应;模拟实验 1引言: 影响沉积物一水界面之间P转移的因素有沉积环境的物理一化学特性,沉积物组成和水动力条件等几个方面。以前对沉积物一水体间P元素的行为研究大多主要考虑环境因素变化,如尹大强等通过改变环境因子对五里湖沉积物进行了
32、P释放的研究,陈家宝等主要针对温度、溶解氧、pH等各种环境因子对南湖沉积物P释放的影响进行了研究。与以往 不同的是,本文以国家海洋局第二海洋研究所在1997年10月和1998年5月两次调查过程中采集的长江口外东海特定海区沉积物为对象,进行模拟海水环境,配制了人工海水,设计了沉积物一水界面的释P实验。本次实验更注重水动力条件和沉积物本身的特性(如物理的组成和各中不同的形态P)对释P的影响。 2材料与方法 21 材料 本次实验所用的沉积物是采自东海的4个不同的海域,分别为A1(32N、1225E)站位,水深达到20 m;B5(315N、124E)站位,水深达到了41 m;C1(315N、1225E
33、)站位,水深达到了21 m和Meso(3084N、12261E)站位,水深为达到了18 m。沉积物的组成见表1。沉积物样品皆在烘箱中以600烘干备用。 实验所用海水系用人工配制的盐度为35,并用NaOH溶液调节pH至80。 表1沉积物的组成22 方法 称取沉积物的样品各10 g,分别加入装有5L人工海水的广口瓶中,充分摇晃10 min之后,然后加塞静置。以后分别按010、025、042h(祥见表2)的时间间隔取样(取样分5层,每层各约为5 mL,共25 mL,稀释成50 mL,把它分成两部分),在其中的一个比色管中只加入混合试剂而不加抗坏血酸用来测定浊度。24h后用045m的滤膜抽真空过滤出沉
34、积物,然后把沉积物放入600的烘箱中进行烘干。将原来的4个沉积物和释P实验后的4个沉积物样品,用研钵来研碎,分别测定各沉积物的总P及各形态赋存P的含量,方法可以见文献。3结果与讨论 31释P量与沉积物的物理组成的关系 实验所用人工海水尽可能模拟调查区的海水环境。从沉积物释P量的数据(表2、3)可 以看到,东海调查区沉积物对P的释放量十分的可观,尤其是富含粘土的细粒沉积物如 Meso和C1点,最高可达6210。但对于颗粒很粗的B5点的沉积物,它的释P的量是很少的, 在检测的误差范围内(水体中为002molL)。 沉积物的最大释P量与沉积物中含砂量呈明显 的反比关系(r=08457),与粉砂和粘土
35、含量呈正比关系( r=08012)。从沉积物的物理组成可见(表1),含砂量从高到低的排列的次序为B5A1C1Meso。B5站的沉积物主要是以砂为主,A1站的沉积物为砂一粉砂为主,C1和Meso站的沉积物为粉砂一粘土为主。一方面是较细粒沉积物P含量一般要高于较粗粒的沉积物。另一方面是影响本次实验释P机制的主要原因是因为沉积物和水的物理化学性质不同,通过浓度的差异而进行扩散。因此,沉积物颗粒越细,单位重量沉积物的表面积也就越大,与海水也可以充分的接触,P相互交换的可能性变大,最大释P量也就相应变高。 表2各站位沉积物释P平衡实验数据表3各沉积物释P前后备形态P的含量变化注:A1,B5,C1和Mes
36、o 指的是释放P之前的沉积物,A1,B5,C1和Meso指的是释放P之后的沉积物。32释P前后P的形态 通过释P前后对沉积物各形态P的分析 (表3),可以发现Fe-P、O-P和Ad-P均从沉积 物释放到水体中,特别是FeP,高达到了35,且这三种形态的P有向碎屑态磷(De-P)转化的 趋势。从TP含量变化来看,其变化值稍高于各沉积物平衡后的释P值,这是因为在抽滤的过程中有部分P再一次从沉积物释放到水体中去了。但B5点对应的不是很好,数据表明B5点沉积物中O-P和自生钙磷(Ca-P)变化较大,这可能是因为B5点沉积物生物壳类含量 较高,释P后沉积物在研磨时把大块的生物 壳去掉而使得上述两种形态P
37、含量变化较大,致使TP含量也变化较大。考察B5点释 P前后沉积物中Fe-P和Ad-P的变化,与沉积释P也有很好的对应关系。总之,沉积物在释放磷前后各形态P的变化和释放到水中P的含量是符合质量平衡原理。 Fe-P、O-P和Ad-P都可以从沉积物里释放到水体,特别是Fe-P,并且这三种形态的P有向De-P转化的优势,这种结果与许多研究者的工作结论相符合。很多研究者指出沉积物水界面P主要有两部分组成:跟有机质的矿化,分解以及早期成岩石作用有关;跟可溶性活性P特别是Fe-P,Ad-P的吸附一解吸有关。本次实验用氢氧化钠碳酸氢钠的Fe-P是不稳定的可溶的。Ad-P主要为易溶性和弱吸附性P、磷酸二钙和磷酸
38、八钙,它和Fe-P都属于活性P。有机P可分解成难降解有机P和可降解有机P,可降解有机P很容易从沉积物中释放出来。因此,这几种形态P都极易从沉积物中释放出来而进入水体。而文中所指的De-P应包括原生磷灰石、闭蓄态磷等,他们的化学性质比较稳定,甚至在沉积物快速释放P后的重新吸附过程会有一部分P向其转化。 沉积物一水界面P的交换与生物可获得P相关,生物可获得P包括从沉积物中可以释 放并参与水中P再循环的部分,本次实验 释放Fe-P、O-P和Ad-P都属于生物可获得P 范畴。生物可获得P影响水体的营养状态和初级生产力,具有很要的环境和生态学意义。3. 3释P量与时间的关系 从表2可以看到各沉积物释P量
39、的高点出现在摇晃后10 min左右,大约在3 h后基本 趋于平衡的状态。选用Elovich公式与双常数速率公式对实验结果进行拟合,表4表明这两个方程 都能很好的描述沉积物释P的动力学,以双常数速率公式拟合较好。对沉积物释P量的 高点出现在摇晃后10 min左右现象解释如 下:在沉积物释P过程中存在吸附和解吸附 两个过程,解吸行为取决于吸附机理,解吸过程一样的存在着快速、缓慢的两个反应过程。解吸过程中也存在滞后现象,即吸附落后与解吸附,导致这两个过程不同步。本次实验中沉积物的释P机制主要是通过开始时对沉积物和海水的充分混合及随后的扩散进行。因此,刚开始时,解吸过程非常迅速,且没有吸附,但由于实验
40、环境开始趋于静态以及水溶液中P 浓度的增大,解吸过程逐渐减弱;另一方面,吸附过程开始出现并逐渐增加。这些相互作用 的结果是沉积物很快达到释P量的峰值(在实验中表现为10 rain)。从这之后,吸附作用继续增强,大约3 h后基本趋于平衡。继续增强,大约3 h后基本趋于平衡。表4各沉积物释P的动力学公式比较4 结 论 实验发现在静态条件下,约只需10 min沉积物就可以达到释P的高点。实验表明沉积物最大释P量与沉积物中含砂量呈明显的反比关系,与粉砂和粘土含量呈正比关系。 沉积物释P主要为Fe-P、Ad-P,以及小部分O-P,特别是Fe-P,最高可达其含量的35,并且在重新吸附后这三种形态的P有向D
41、e-P转化的趋势。这种释P特征主要由各形态P的理化特征所决定。 沉积物释P量的高点出现在摇晃后10 min左右,约3 h后基本趋于平衡。释P动力学可用Elovich与双常数速率公式进行拟合。本次实验中从沉积物中释放的Fe-P、Ad- P和OP,均属于生物可获得P的范畴。生物可获得P能影响水体的营养状态和初级生产力,研究表明研究区域的水界面一沉积物P的交换是潜在的生物可获得P的来源。在合适的水动力条件下,沉积物中的P可以迅速释放到水体,以缓冲水体中P的浓度,特别是FeP的释放是内源P的最重要来源,表明本次实验具有重要的环境和生态学意义。 参考文献: 1 Zable M, Dahme A, Sch
42、ulz H D. 区域分布的扩散磷酸盐和硅酸盐通量通过沉积物-水界面:东部南大西洋,深海研究,1998, 45: 277-300.2 Cowan J L W, Pennock J R, Boynton W R .季节和年际模式养分和沉积物-水氧在莫比尔湾,阿拉巴马州(美国):调节因子及其生态意义,生态规划辑.3 Emsley J, 磷循环,环境化学手册,1980, 1( A章节): 147-167.4 Krom M D, Berner R A.海洋沉积物中磷的吸附研究, 1980, 25(5): 787-806.5 尹大强,谭秋荣环境因子对五里湖沉积物磷释放的影响J湖泊科学,1994,6(3)
43、:240-244 6 陈家宝,刘文炜,粱写强,等南宁市南湖沉积物磷释放的研究J广西大学学报(自然科学版),1998,23(3):269-273 7 周怀阳,郑丽波,王怀照,等花鸟山外海域几种形态磷在柱状沉积物中的分布及环境意义J东海海洋,2000,18(4):9-15 8 JENSEN H S,MORTENSEN P B,ANDERSEN F,在沿海海洋沉积物磷循环,奥胡斯湾,丹麦,1995,40(5):908-916 9 陈 松,廖文卓,骆炳坤,等污水颗粒磷在海水中的释放作用A海洋沉积物一水界面过程研究C北京:海洋出版社,1999:335-340 10 陈 松,林汝健,廖文卓,等河口与污水混合后海水 颗粒物对P的吸附一释放实验A海洋沉积物一水界面过程研究c北京:海洋出版社,1999 11翁焕新河流沉积物中的磷的结合状态及其环境地球化学意义J科学通报,1993,38(13):1219-1222 12刘素美,张经沉积物中磷的化学提取分析方法J海洋科学,2001,25(1):22-25 13王建林,陈家坊,赵美芝可变电荷表面对磷的吸附与解吸动力学J环境科学学报,1989,9(4):437-445.