富营养化人工湖底泥磷的形态及迁移转化规律研究

论文摘要

湖泊富营养化是世界范围内严重的环境问题。目前富营养化的研究对象主要是天然湖泊,对于生态体系尚不健全的人工湖泊缺乏足够关注。由于淡水资源的缺乏,一些人工湖泊常采用含磷量较高的再生水作为补给水源,因而更容易发生富营养化,并引发水藻爆发。作为水体中磷的“汇”与“源”,底泥在磷循环过程起到关键作用。因此,研究人工湖泊底泥磷的迁移转化规律及相关环境影响因素具有重要意义。本研究选取北京某高尔夫球场内的7个人工湖作为研究对象,通过测定底泥中磷的含量、形态及分布,分析了人工湖对磷的矿物固定和生物转化的能力。并通过一系列模拟实验研究了不同环境因素对底泥-水界面处磷迁移转化的综合影响。底泥的总元素分析表明,人工湖底泥中的磷含量达到8881984 mg/kg,接近或超过富营养化天然湖泊的水平。不同湖底泥磷含量的差异与草坪面源污染程度具有相关性。通过分级萃取,发现底泥中可以长效吸附磷的NaOH-Al含量很低,与BD-Fe的摩尔比值小于3,底泥对磷的吸附能力有限,也不具备有效抑制厌氧释磷的能力。在对萃取方法进行优化的基础上,用磷核磁共振（31P-NMR）测定了底泥NaOH-EDTA萃取物中各种磷化合物的分子形态及相对含量,发现正磷酸比例高达6889 %,生物磷的含量顺序为磷酸单酯> DNA>焦磷>磷脂,未检出植酸、膦酸和聚磷。与自然湖相比,人工湖生态系统对磷的生物转化量及转化方式存在差异。通过模拟实验发现,溶解氧、有机碳及底泥铝含量三种条件对于底泥-水界面的水质、底泥形态、底泥中磷的矿物结合态及生物磷的转化均有不同程度的影响。底泥高含铝量对于抑制磷释放的作用最大;高溶氧可在一定程度上抑制底泥释磷;高有机碳含量导致表层底泥形态的改变并促进底泥释磷。各种生物磷的转化较为复杂,未发现明显的规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 底泥中磷的矿物质固定
• 1.2.2 底泥中的生物磷
• 1.2.3 影响底泥-水界面磷迁移的环境因素
• 1.3 研究目的与内容
• 第2章 人工湖底泥磷污染及对磷吸附释放能力的研究
• 2.1 研究对象及方法
• 2.1.1 研究对象
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 底泥污染程度分析
• 2.2.1 底泥中各种元素的总量
• 2.2.2 底泥磷含量的差异分析
• 2.3 底泥的分级萃取分析
• 2.3.1 底泥磷的结合态分布
• 2.3.2 底泥金属的形态分布
• 2.4 底泥对磷的吸附及释放潜力
• 2.4.1 底泥对磷的吸附能力
• 2.4.2 底泥磷的厌氧释放潜力
• 2.5 本章小结
• 第3章 人工湖底泥中生物磷分析方法及分布情况研究
• 3.1 实验材料及方法
• 3.1.1 主要实验材料
• 3.1.2 实验方法
• 31P-NMR 分析底泥分级萃取液的预实验'>3.2 用³¹P-NMR 分析底泥分级萃取液的预实验
• 3.3 底泥的萃取方法研究
• 3.3.1 预萃取效果
• 3.3.2 正萃取效果
• 3.3.3 萃取剂与底泥的比例
• 3.3.4 NMR 样品制备
• 31P-NMR 分析'>3.4 人工湖底泥磷的³¹P-NMR 分析
• 3.4.1 NaOH-EDTA 萃取效果
• 31P-NMR 谱图'>3.4.2 人工湖底泥磷的³¹P-NMR 谱图
• 31P-NMR 与比色定量分析结果的比较'>3.4.3³¹P-NMR 与比色定量分析结果的比较
• 3.5 人工湖底泥中生物磷种类及分布分析
• 3.5.1 底泥中生物磷的种类分析
• 3.5.2 人工湖对磷生物转化能力的评价
• 3.6 本章小结
• 第4章 影响底泥磷释放及转化的环境因素研究
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 主要实验材料与仪器
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 不同浓度的溶氧、铝及有机碳对水质的影响
• 4.2.1 上覆水pH 的变化
• 4.2.2 上覆水正磷浓度的变化
• 4.2.3 上覆水中金属浓度的差异
• 4.2.4 上覆水外观的差异
• 4.3 不同浓度的溶氧、铝及有机碳对底泥的影响
• 4.3.1 表层底泥形态的差异
• 4.3.2 表层底泥中磷结合态的差异
• 4.3.3 表层底泥中有机磷的转化的探索性研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果