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生源要素磷在地球各圈层中的循环主要是通过陆地-河流-海洋之间固体颗粒物与水体间的相互作用来实现,该过程对维持河海水域正常生态平衡起着至关重要的作用,而水体颗粒物又对各段水体中营养元素磷的迁移、转化及归宿具有重要影响。本文主要选取黄河中下游及渤海浅海不同段位表层沉积物,进行了以下两大方面研究工作:①沉积物样中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、总氮(TN)、总碳(TC)及磷的各种赋存形态的含量和分布特征,磷形态含量与粒径的相关性分析;重点估算了沉积物中潜在的生物可利用磷(BP)的量;②沉积物对磷的吸附/解吸研究。通过探究获得了如下结论:1黄河及渤海浅海表层沉积物中TP、TN、TC、各形态磷及BP的研究(1)采用欧洲标准测试委员会建立的SMT法对黄河及渤海浅海沉积物样中TP、IP、OP含量分析表明所有沉积物中TP含量范围在656.54 852.63 mg·kg-1之间,平均含量为725.49 mg·kg-1,且以IP为主,约占TP的85%以上,OP含量相对较低; TC和TN的平均含量分别为61.12 g·kg-1和167.43 mg·kg-1。以上各项含量分布均随取样点的不同而异,但最高值均出现在靠近黄河口的渤海浅海区(除TC外)。(2)采用改进的七步连续提取法将沉积物中磷的形态分为七种,即:可交换态磷(Ex-P)、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Obs-P)、自生钙结合磷(Ca-P)、原生碎屑磷(De-P)、有机磷(OP)。在所有不同粒径沉积物的各种形态磷中,De-P和Ca-P是沉积物磷的主要赋存形态,其含量范围分别为135.35 399.26 mg·kg-1和63.35 142.54 mg·kg-1,二者共占TP含量约88%;OP含量范围为6.17 60.65 mg·kg-1,占TP的1.52% 14.27%;Ex-P、Al-P和Fe-P平均含量分别为8.60 mg·kg-1、12.95 mg·kg-1和6.17 mg·kg-1,共占TP约5.27%;在各形态磷中,Obs-P含量最低,平均值为1.18 mg·kg-1,约占TP的0.31%。Ex-P、Al-P、Fe-P、De-P及OP含量在渤海浅海段均最高,Ca-P含量在济南段最大。(3)样品中各种形态磷的含量分布直接与取样点及沉积物粒径有关。同一沉积物中不同形态磷含量随粒径的变化而不同,同一形态磷含量在不同沉积物中与粒径的关系也有所不同,如喇嘛湾段和花园口段Ex-P含量随粒径的减小而降低,其余段位Ex-P含量随粒径的减小而增大。其中De-P与TP有极显著的正相关,因此De-P是TP的最大贡献者。(4)沉积物中能被生物利用的潜在的BP的量至少约占TP的6.09% 23.61%,由此可根据每年黄河向渤海的输沙量进一步估算出泥沙入海后可提供潜在BP的量。2黄河及渤海浅海表层沉积物对磷的吸附/解吸研究探讨了黄河及渤海浅海表层沉积物对磷的吸附动力学及其影响因素、等温吸附行为及pH对其的影响和释放动力学。研究结果如下:(1)吸附动力学研究表明沉积物在相应上覆水中对磷的吸附在0 8 h内进行较快,8 48 h内吸附速率趋于缓慢,48 h时基本达到吸附平衡,但对磷的吸附量随沉积物的不同而异。沉积物对磷的吸附动力学直接受磷初始浓度和泥沙浓度影响。(2)释放动力学研究表明沉积物在天然水体中对磷的释放在前0.5 h最快,随着时间的增长,释放速率逐渐变慢。被高浓度含P河水饱和的沉积物在河水中的释磷速率也较缓慢。(3)沉积物对磷的等温吸附特征通过对实验数据拟合表明既很好的符合线性方程和Freundlich模型,也较好的符合Langmuir模型,不符合Temkim模型,但实验数据经此拟合后的变化趋势符合指数方程,相关性极好。不同pH值对沉积物吸附磷均有一定影响。当平衡质量浓度相同时,除三门峡、花园口及济南段外,其余各点样品均在pH = 7.0时吸附量最大,在pH = 9.0吸附量最小,不同pH值下各段沉积物对磷的等温吸附行为均符合线性方程、Langmuir模型(除pH = 7.0时大禹渡段和潼关段)、Freundlich吸附及指数方程,并达到显著相关,不符合Temkim模型。(4)当水体中P浓度很低时,沉积物对磷的吸附量与初始质量浓度之间呈很好的线性关系,由此获得了不同沉积物对磷的吸附/解吸平衡质量浓度(EPC0值)范围为0.001 mg·L-1 0.018 mg·L-1,该值均高于上覆水中P含量,故沉积物有向上覆水释磷的趋势。