渤海中部海域表层沉积物磷的形态及环境因子对其吸附—解吸的影响研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dajiangdq68
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磷(Phosphorus,P)是生命的一种基本营养物质,在海洋生态系统中发挥着调节初级生产力的关键作用,沉积物中的磷根据不同的结合形式会形成不同的磷形态,其相对含量可指示磷的来源及沉积环境,并且能够决定沉积物中可参与沉积物-水界面交换的生物可利用磷(Bioavailable phosphorus,BAP)的潜在含量。磷酸盐在沉积物-水界面间的交换是影响磷迁移转化、生物有效性和上覆水中磷浓度的重要过程,而沉积物对磷的吸附-解吸则是这一过程的一种主要形式。目前对于渤海沉积物中磷形态及吸附-解吸的研究多集中于入海河口、海湾等小尺度空间范围,而对于如渤海中部海域这较大空间尺度范围的相关研究甚少,因此本研究以渤海中部海域的5个区域(唐山沿岸、秦皇岛沿岸、渤海东北部海域、渤海海峡、渤海西南部海域)为研究对象,将研究区域表层沉积物中的磷赋存形态分为有机磷(Organic phosphorus,OP)、和无机磷(Inorganic phosphorus,IP)两种,其中无机磷包括:弱吸附态磷(Exchangeable phosphorus,Ex-P)、铁/铝吸附态磷(Fe and Al oxidation state phosphorus,Fe/Al-P)、闭蓄态磷(Occluded phosphorus,Oc-P)、碎屑磷(Detrital phosphorus,De-P)、钙结合态磷(Calcium-bound phosphorus,Ca-P)等五种,采用分级浸取法测定了23个采样点的沉积物样品中磷的组分、含量,并计算潜在BAP含量,研究分析了其分布特性及影响因素;并以渤海海峡表层沉积物样品为研究对象,通过改变扰动强弱、粒度大小和温度等环境因素进行吸附-解吸动力学和热力学实验室模拟实验,研究不同环境因素下沉积物对磷吸附-解吸的影响;以及根据不同的评价方法对渤海中部海域表层沉积物磷污染进行评价。得出主要研究结果如下:(1)渤海中部海域表层沉积物中无机磷(Inorganic phosphorus,IP)是渤海中部海域表层沉积物中总磷(Total phosphorus,TP)的主要存在形式,唐山沿岸、秦皇岛沿岸、渤海东北部海域、渤海海峡、渤海西南部海域这五个区域沉积物中IP含量平均分别占其TP含量的78.39%、79.06%、71.46%、84.60%、81.46%。(2)研究区域内的碎屑磷(De-P)均为无机磷中的主要形态,唐山沿岸、秦皇岛沿岸、渤海东北部海域、渤海海峡、渤海西南部海域这五个区域沉积物中De-P平均分别占TP的54.02%、52.12%、33.33%、69.41%、57.28%。无机磷中各形态磷的含量顺序为:De-P>Oc-P>Fe/Al-P>Ca-P>Ex-P。根据相关性分析可知,河流输入、沉积物内Al、Fe、Ca含量、沉积物粒度和沉积环境是影响渤海中部海域表层沉积物中各形态磷含量及分布的主要因素。(3)根据沉积物中潜在的BAP含量分析表明,唐山沿岸、秦皇岛沿岸、渤海东北部海域、渤海西南部海域表层沉积物中潜在的BAP含量平均分别占TP的44.77%、46.94%、64.87%、40.54%,具备较强的向水体中释放磷的潜力。为渤海中部海域有效地提供沉了积物环境的相关信息。(4)海渤海海峡表层沉积物对磷的吸附-解吸平衡质量浓度(EPC0)远小于其上覆水中磷酸盐的浓度(EPC0=0.36mg/L<Cp=0.0047 mg/L),呈现出表层沉积物向水体释放磷的特点,充当“源”的角色。(5)通过动力学实验,0~1h为渤海海峡表层沉积物对磷快速吸附-解吸过程,1h以后变为慢速吸附-解吸过程,在18h后趋于平衡状态;Lagergren方程和Exp Assoc方程对渤海海峡表层沉积物吸附和解吸磷的动力学过程拟合效果较优;通过热力学模型拟合,Henry模型对在不同扰动、温度条件下渤海海峡表层沉积物吸附和解吸磷拟合效果均较优,而Langmuir模型对不同粒度大小条件下沉积物对磷的解吸拟合效果最优。根据模拟实验,在一定范围内环境中温度的增大、扰动的增强以及粒度越小的沉积物,均会增强渤海海峡表层沉积物对磷的吸附-解吸能力。为了解磷在沉积物与水体间的循环状态变化以及沉积物内源磷污染治理提供了理论参考。(6)研究区域表层沉积物中TP的含量范围在224.81~445.45mg/kg之间,平均含量为342.93mg/kg,根据加拿大安大略省的沉积物质量评价指南,研究区域内TP的生态毒性效应处于安全级别。通过统计学数理计算分析,研究区域TP的环境背景值范围为281.49~465.81 mg/kg,平均背景值为342.93 mg/kg,采用综合污染指数法,对沉积物中TP污染程度进行单因子及综合评价后可得,唐山沿岸站点T2、T4,秦皇岛沿岸站点Q1、Q2、Q5、Q7,渤海海峡站点Y1-Y4,渤海西南部海域站点Z1、Z4目前处于轻度污染阶段,应当予以关注并治理。
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