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摘要
磷是水体富营养化的主要控制因素,在外源磷输入逐步得到控制后,作为内源磷主要来源的表层沉积物对黄河水体水质的影响作用不容忽视。掌握表层沉积物中磷的积累程度以及沉积物-水界面磷的交换能力,对区域内水环境的治理和磷负荷的调控具有重要的意义。选择黄河甘宁蒙段作为研究区域,分别采集丰水期(2011.07)、枯水期(2014.05)和平水期(2014.10)表层沉积物样品,使用标准测试程序(SMT)和钼锑抗分光光度法测定样品中磷赋存形态,并在实验条件下模拟表层沉积物对磷的等温吸附及吸附动力学过程。研究发现:(1)相比于国内主要河流表层沉积物中磷的形态特征,黄河甘宁蒙段表层沉积物中有机磷(OP)和铁/铝结合态磷(NaOH-P)含量相对较低,钙结合态磷(HCl-P)含量较高;各形态磷含量的平均值均在丰水期最高,表明丰水期表层沉积物中磷的积累程度最高,黄河甘宁蒙段水环境受到沿程农业发展的冲击较大。因此,合理使用含磷化肥和优化灌渠退水水质是未来降低黄河水体磷污染风险的发展方向。(2)基于低磷浓度下等温吸附中各采样点表层沉积物吸附-解吸平衡浓度(EPC0)与判断水体发生富营养化的磷浓度阈值的比较发现,研究区域所有水期大多数采样点表层沉积物发挥着"磷源"的作用,存在向上覆水释放磷的趋势,且枯水期中多数采样点的EPC0值较高,"磷源"作用更加明显;基于L模型和F模型对高磷浓度下等温吸附的拟合参数,显示丰水期表层沉积物对磷的持留能力最强,枯水期次之,平水期最小,所有采样点表层沉积物对磷的吸附过程均易发生;基于吸附动力学曲线的变化趋势可知,所选择的各采样点磷吸附量在反应开始的12 h内迅速增大, 12～48 h内吸附量逐渐增加并趋于稳定;基于伪二级动力学方程对吸附动力学过程的拟合结果,表明表层沉积物对磷吸附过程的反应速率受化学吸附控制为主;从同一水期不同采样点吸附过程中的限速步骤不同及不同水期邻近采样点吸附过程中限速步骤均为微孔扩散的结果发现,表层沉积物组成和理化性质的差异对磷吸附速率的影响大于不同水期条件下上覆水流速和流量的变化。
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