作者：王宇 马宁 史春梅 王继红
摘要水环境污染和破坏已成为当今世界上最引人注意的环境问题之一,通过对水体底泥中磷的吸附-解吸的研究进展进行概述,介绍了底泥磷在水体污染方面的作用,为底泥磷在农业面源污染及水体富营养化的研究提供理论依据。
关键词水体底泥;磷;吸附;解吸
abstractthe water environmental pollution and the destruction have become one of most remarkable environment problems in the world now. based on the review of research on absorption and desorption of phosphorus in underwater sediment,the effects of sediment phosphorus on water pollution were introduced,so as to provide a theoretical basis for research of phosphorus in agricultwral non-point pollution and water eutrophication.
key wordsunderwater sediment;phosphorus;absorption;desorption
水环境污染和破坏已成为当今世界上最引人注意的环境问题之一,水环境的好坏直接关系到人类的生存 发展 。www.11665.com我国在 经济 持续高速增长的同时,带来最大的负效应就是环境污染日益严重,江河湖海等水环境质量日趋恶化,而影响这一趋势恶化的主要原因是水体富营养化。随着富营养化水体的不断增加,水体富营养化的研究和防治日益被重视,其中过量的磷输入或水体磷的高负荷是导致河流湖泊营养化污染的重要原因。近年来,人们对底泥的空间分布及其表面营养物的分布已有较多的调查和分析,但对底泥中磷在底泥-水界面的吸附-解吸特性的分析和研究较少。现对底泥磷的吸附-解吸研究进展作一综述。为农业面源研究和水体富营养化的研究提供 参考 资料。
1水体底泥对磷的吸附作用与富营养化的关系
磷是最早发现的作物必需的营养元素之一,它不仅是植物体内许多重要化合物的组分,而且还以多种途径参与植物体内的各种代谢过程,在人类赖以生存的生态系统中起着不可替代的作用[1]。磷也是控制水体富营养化的主要营养盐之一,对于某些水体,尽管采取了各种措施并杜绝了外源磷的输入,但水体富营养化并未得到有效控制,可归因于水体底泥中磷等营养元素的释放[2-4]。
磷作为沉积物的宿体,是水体的重要营养源之一,其内源污染对水环境质量的影响不容忽视。沉积物,也称底泥或底质,是来自各种途径的营养物,即各种 自然 过程和人类经济活动的产物,在一般的静水水体中,污染物质被水体中颗粒物吸附、络合、絮凝、沉降,从而进入沉积物。从一定意义上来说,沉积物通过接纳了大量的污染物而缓解了水体富营养化的进程,是污染汇而非污染源,但富营养化湖泊沉积物有很高的容量暂时吸附水中的磷,然后将其释放出来[5-6]。沉积物一般含丰富的营养物质和大量的腐败性有机质。由于湖泊沉积物粒度的差异,比表面积不同,表面电荷的性质也不一样,对磷的吸收与释放表现较大不同。研究表明,沉积物中的磷循环在很大程度上影响着水体富营养化的进程。土壤和沉积物能通过交换吸附作用从环境中富集包括磷在内的多种微量元素及其他有毒有机物,对天然水体起到一定的净化作用,是一种极好的清洁剂[7-9]。
2水体底泥中磷吸附-解吸机理的研究进展
天然含水介质中都不同程度地含有一些胶体物质,由于胶体有非常大的比表面积,污染物对胶体比对固相基质表面显示出更高的亲和性。底泥中的胶散复合体,对底泥中物质的迁移和积累具有重要作用[10]。土壤和含水层中的胶体不但能像固相基质那样吸附污染物,而且还以类似于水相的速率运移[11]。因此,胶体作为污染物的载体,可以大大地影响污染物运移的净速率。胶体不仅是底泥的重要物质基础,也是重金属或有机有毒污染物过滤器,而且它的存在对于物质的迁移和积累具有重要作用[12]。胶体是形成良好底泥的重要机制,有机物质对良好底泥的形成和稳定起着重要作用。胶体的形成是稳定性团聚体和底泥形成的重要机制和物质基础。底泥的形成必须借助胶结物质,才能使分散的土粒通过凝聚作用粘结形成团聚体,微团聚体组成是评价底泥水平的综合指标。这种团聚体的稳定性及其在底泥中的作用,与胶结物质组成、性质、阳离子种类及团聚过程中的土粒排列方式有密切关系。由于土壤不同,肥瘦和好坏不一,胶体的数量、程度、方式和状态也各异[13-15]。
目前,国内外学者已对磷释放机理开展了大量的研究,如温度、溶解氧、ph值、水动力学的扰动以及底泥覆盖对磷释放的影响[16]。尹涛等通过对大镜山水库底泥磷释放模拟研究发现底泥上覆水的氧化还原电位和ph值是影响底泥磷释放的重要影响因子[17]。berg等考察了方解石覆盖技术控制底泥磷释放的效果,结果表明1cm厚的方解石覆盖层2~3个月内可以减少80%的底泥磷释放通量[18]。林建伟等研究发现天然沸石和方解石复合覆盖技术能有效抑制底泥磷的释放[19]。
olila等[20]认为,底泥对磷的吸附过程包括底泥中有机质、黏土、铁铝氧化物、碳酸钙等矿物颗粒对磷酸根的专性吸附以及微生物通过吸收同化而产生的生物固定;torrent等[21-22]认为其吸附速度可以langmuir或freundilch模型描述,其表现为磷和铁氧化物初期在表面快速吸附,随后在矿物晶格内部慢速扩散。langmuir方程可以很好地拟合磷在底泥上的等温吸附,通过langmuir方程的曲线拟合,可以得到磷在底泥上的最大吸附量。
韩伟明通过对杭州西湖底泥释磷的研究,考察了ph值、do、温度和上复水组成等环境因素对其影响,发现在20 ℃,ph值为6.5时,底泥释磷量最小,ph值升高或降低,释磷量倍增,tdp(可溶性磷)解吸量与ph值呈抛物线相关。
shang等研究发现,ph值变化对有机磷和无机磷的吸附影响明显;sundar等研究认为,盐度变化对潮滩湿地沉积物的磷吸附影响也十分显著;石晓勇等在黄河口悬浮物磷的吸附和解吸研究中发现,随着环境温度的升高,悬浮物对磷的吸附呈线性增加。
刘敏研究发现,环境因子对沉积物吸附磷作用有显著的影响,随着ph值的变化,沉积物对磷的吸附量呈“u”形变化曲线,ph值在7~8,磷的吸附量较小。在低盐度区,随盐度的增加,沉积物对磷的吸附量随之呈显著增加趋势,而当盐度大于5‰时,反而随盐度的增加,吸附量略呈下降趋势。随着温度的升高,对磷的吸附量基本上呈线性增加。
李敏等研究发现,环境因素影响沉积物磷吸附量的强弱顺序为:ss>ph值>温度>盐度,其中悬浮沉积物浓度是影响吸附量最重要的因素,ph值、温度和盐度对吸附量的影响程度差不多。沉积物对磷酸盐的吸附量与粒径小于0.005 mm颗粒的含量成较好的正相关关系,说明吸附作用主要发生在细颗粒沉积物上,样品中细颗粒含量越高,吸附量就越大。
ph值是湖泊水环境的重要指标,大量研究表明,ph值与沉积物释磷量之间呈抛物线关系,上覆水ph值近中性时释磷量最低,而在偏酸、偏碱时都有利于磷的释放。其原因可能是一方面ph值的改变引起了系统内微生物结构及其活动强度的变化,另一方面也影响了磷素的溶解状态。
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