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云南安宁磷矿区水系沉积物磷赋存形态及分布特征

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岩矿测试 2024年第1期43卷 177-188页

作者：刘崴胡俊栋范晨子刘永兵赵文博刘成海国家地质实验测试中心北京100037 中国地质调查局微区与元素形态重点实验室北京100037 自然资源部国土整治中心北京100035

磷污染是水污染的重要组成部分,因其可造成水体富营养化、水质下降,从而引起人们的广泛关注。研究沉积物中不同磷赋存形态及其分布特征有助于了解沉积物中磷的行为特征及迁移能力,从而为水体富营养化防治提供支撑。磷矿的开采、冶炼对... 详细信息

磷污染是水污染的重要组成部分,因其可造成水体富营养化、水质下降,从而引起人们的广泛关注。研究沉积物中不同磷赋存形态及其分布特征有助于了解沉积物中磷的行为特征及迁移能力,从而为水体富营养化防治提供支撑。磷矿的开采、冶炼对矿区内水资源环境可能产生严重影响,本文以安宁磷矿区内河流、水库为研究区域,分析了不同水系沉积物磷元素赋存形态及分布特征,并对其生态风险进行评估。采用X射线荧光光谱法测定研究区水系沉积物总磷(TP)含量,并基于顺序提取及Hupfer改进的磷形态分析方法,将研究区各水系沉积物中磷分为弱吸附态磷(NH4Cl-P)、可还原态磷(BD-P)、金属氧化物结合态磷(NaOH-P)、钙结合态磷(Ca-P)、残渣态磷(Res-P)等5种形态,采用单因子污染指数法对其进行生态风险评估。结果表明:研究区水系沉积物样品中TP含量范围为567.6~48115.5mg/kg,NH4Cl-P含量范围为0.07~115.2mg/kg,BD-P含量范围为8.84~802.5mg/kg,NaOH-P含量范围为21.3~3129.5mg/kg,Ca-P含量范围为12~45098mg/kg,Res-P含量范围为28.5~515.4mg/kg。研究区各水系沉积物样品磷形态具有相似的分布特征,即磷主要以Ca-P和NaOH-P形态存在,其他磷形态的相对含量大小顺序为NH4Cl-P磷以重度污染为主。生物有效磷(BAP)污染评价结果表明,各水系沉积物中磷污染程度有所降低,但河流沉积物中磷仍以重度污染为主,磷释放风险较大,建议加强对磷矿区河流磷污染的监测与评估。

关键词：磷形态沉积物分布特征安宁磷矿区 X射线荧光光谱法顺序提取法

南四湖消落带底泥磷形态分布特征、影响因素及释放风险

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湖泊科学 2022年第6期34卷 1912-1922页

作者：张志斌徐国栋张晓蕊鞠颂林建伟张彦浩孙杰王书义张向阳时延锋山东建筑大学市政与环境工程学院济南250101 山东省环境保护科学研究设计院有限公司济南250100 上海海洋大学海洋生态与环境学院上海201306 山东金膜再生水资源有限公司济南250100

南四湖是南水北调东线最大的调蓄湖泊,周期性水位涨落会形成大面积消落带,认知消落带底泥磷形态赋存特征、影响因素及释放潜能,对于保障东线调水水质具有重要的科学意义.本研究分析了南四湖消落带底泥磷形态分布特征,探讨了各形态磷与... 详细信息

南四湖是南水北调东线最大的调蓄湖泊,周期性水位涨落会形成大面积消落带,认知消落带底泥磷形态赋存特征、影响因素及释放潜能,对于保障东线调水水质具有重要的科学意义.本研究分析了南四湖消落带底泥磷形态分布特征,探讨了各形态磷与土地利用、母质类型及底泥理化因素之间的关系,评价了南四湖消落带底泥磷的污染程度并分析了其释放风险.结果发现,消落带底泥中总磷(TP)、无机磷(IP)、NaOH提取态磷(NaOH-P)、HCl提取态磷(HCl-P)和有机磷(OP)含量的平均值分别为745.37、510.51、50.42、460.09和234.86 mg/kg,以HCl-P为主的IP占比较高.南四湖消落带底泥各形态磷含量具有较高的空间异质性,TP、IP、OP、HCl-P和NaOH-P含量的变异系数分别为30.7%、36.9%、29.6%、37.6%和51.2%.自然湿地、乔木林地和水浇地等土地利用方式下的底泥NaOH-P、HCl-P、IP、OP和TP含量差异不显著.土壤类型对消落带底泥OP含量影响明显,但对TP、IP、NaOH-P和HCl-P含量则影响不大.NaOH-P含量与HCl-P含量具有显著正相关,与OP含量则具有极显著正相关.南四湖周边30多km^(2)消落带底泥磷污染程度相对较高,轻度、中度和重度污染底泥分别占5.9%、76.5%和17.6%,部分区域底泥磷释放潜能较高.研究结果可为南四湖消落带内源磷释放控制以及水质保障提供科技支撑.

关键词：南四湖消落带底泥磷形态影响因素污染评价释放风险

三峡库区澎溪河不同高程消落带土壤磷形态及磷酸酶活性分布特征

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环境科学 2022年第10期43卷 4630-4638页

作者：高艺伦方芳唐子超张蕊蒋艳雪郭劲松重庆大学环境与生态学院重庆400044

磷酸酶可将有机磷矿化为无机磷,对土壤有机磷转化具有重要作用,然而目前鲜见关于三峡库区消落带土壤磷酸酶及其与磷形态转化的相关报道.研究澎溪河流域落干期不同高程消落带土壤磷形态及磷酸酶活性的分布特征,分析了磷酸酶活性与磷形态... 详细信息

磷酸酶可将有机磷矿化为无机磷,对土壤有机磷转化具有重要作用,然而目前鲜见关于三峡库区消落带土壤磷酸酶及其与磷形态转化的相关报道.研究澎溪河流域落干期不同高程消落带土壤磷形态及磷酸酶活性的分布特征,分析了磷酸酶活性与磷形态之间的相关性及其对磷形态的影响.结果表明,不同高程消落带土壤的H_(2)O-P_(i)、NaHCO_(3)-P_(i)和NaOH-P_(i)含量均高于岸边土壤,生物可酶解磷含量和NaOH-P_(o)含量随高程增加而升高.冗余分析显示有机质和无定形铁锰含量是影响不同高程土壤有机磷形态的主要原因.消落带土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、磷酸二酯酶(以p-NP计)和植酸酶(以P计)活性均值分别为1.40、2.60、0.44和11.43μmol·(g·h)^(-1),且消落带土壤各磷酸酶活性随高程增加而增大,植物量和微生物量差异是导致消落带磷酸酶活性空间分布差异的重要原因.整体上消落带土壤磷酸酶活性与各有机磷形态含量呈显著正相关,而与生物可利用磷含量呈负相关.较高高程消落带土壤磷酸酶活性较高而生物可利用磷含量较低,在淹水初期磷酸酶介导的矿化有机磷为无机磷速率相对较高,向上覆水体释放磷的风险也较大.研究成果有助于全面理解三峡库区消落带土壤磷的地球化学循环.

关键词：三峡库区消落带土壤高程磷形态磷酸酶活性

氧化还原循环过程中沉积物磷的形态及迁移转化规律

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环境科学 2019年第2期40卷 640-648页

作者：郝文超王从锋杨正健刘德富纪道斌赵萍丹勇胡子龙三峡大学水利与环境学院宜昌443002 三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心宜昌443002 湖北工业大学河湖生态修复与藻类利用湖北省重点实验室武汉430068

为研究沉积物在氧化还原循环过程中磷循环迁移转化机制,通过控制实验模拟分析氧化还原条件下,上覆水理化性质变化特征、沉积物各形态磷变化及机制研究,并量化沉积物中磷的重新分配和沉积物磷酸盐的释放通量影响.结果表明:(1)氧化还原电... 详细信息

为研究沉积物在氧化还原循环过程中磷循环迁移转化机制,通过控制实验模拟分析氧化还原条件下,上覆水理化性质变化特征、沉积物各形态磷变化及机制研究,并量化沉积物中磷的重新分配和沉积物磷酸盐的释放通量影响.结果表明:(1)氧化还原电位Eh和p H体系、硫体系、碳体系以及与磷相关性密切的铁体系变化规律具有周期性,并对解释沉积物-水两相界面磷的迁移转化机制有重要作用;(2)在氧化还原循环过程中,各形态磷含量随着氧化还原条件和时间变化,根据水-沉积物磷素变化量化分析可得,可还原态磷(BD-P)和铁铝结合态磷(Na OH-rP)是可逆地重新分配到弱吸附态磷(NH4Cl-P)、聚磷/有机磷(Na OH-nrP)、残渣态磷(Rest-P)和间隙水溶解性活性磷(SRP)中,且沉积物中变化量93. 7%的磷在还原反应时不会释放到水体中;(3)上覆水总磷(TP)浓度变化的92%为上覆水的SRP,表明水-沉积物在该循环过程中以水溶性磷交换为主;(4)根据Fick第一定律得,还原阶段磷扩散通量最大值为0. 58 mg·(m^2·d)-1,而氧化阶段第7 d扩散通量约为0. 16～0. 22 mg·(m^2·d)-1;氧化反应阶段,扩散通量随时间逐渐降低,还原阶段的变化趋势相反,表明还原状态会加速沉积物磷的扩散程度,而曝氧降低了沉积物磷扩散通量.

关键词：氧化还原环境磷形态迁移转化,扩散通量氧化还原体系

生物炭施用下亚热带红壤铁还原及磷形态转化关系研究

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林业科学研究 2023年第5期36卷 149-159页

作者：高倩倩杨孜奕潘芳莹黄彩凤周垂帆福建农林大学林学院福建福州350002 人工林可持续经营福建省高校工程研究中心福建福州350002 南京林业大学林草学院水土保持学院江苏南京210037

[目的]研究降雨丰沛,土壤水分长期饱和条件下生物炭对杉木人工林土壤铁还原的影响,分析土壤铁还原菌、解磷菌群落结构变化规律,最终明确生物炭对土壤铁还原的影响及与磷形态转化的关系。[方法]以杉木人工林红壤为供试土壤,收集林下杉木... 详细信息

[目的]研究降雨丰沛,土壤水分长期饱和条件下生物炭对杉木人工林土壤铁还原的影响,分析土壤铁还原菌、解磷菌群落结构变化规律,最终明确生物炭对土壤铁还原的影响及与磷形态转化的关系。[方法]以杉木人工林红壤为供试土壤,收集林下杉木叶烧制成300℃和500℃生物炭,以0、1%、3%占比添加生物炭进行40 d的室内培养。测定土壤基本化学养分,采用修正后的Hedley方法测定土壤中不同磷素形态含量,利用高通量测序技术分析土壤解磷菌与铁还原菌群落结构。[结果]淹水处理后土壤活性磷含量增多,并且随生物炭添加量的增加而增加,其中水溶态有机磷和碳酸氢钠态无机磷占比较大;残渣态磷含量随生物炭添加量的增加而减少。淹水处理组的铁还原菌基因拷贝数高于非淹水处理组,且同一水分条件下随生物炭烧制温度的增加而增加,淹水处理组的亚铁离子含量远高于非淹水处理,且随生物炭添加量的增加而降低,淹水处理组的土壤化学性质例如pH、全碳、全磷含量高于非淹水处理组,且随生物炭添加量的增加而上升。在淹水处理中土壤解磷菌群落丰富度随烧制温度的升高而增加,并且解磷菌群落结构和多样性增强。[结论]厌氧条件促进Fe(Ⅲ)还原,生物炭的添加改变了土壤化学性质,影响土壤解磷菌群落结构和多样性、铁还原菌的生长微环境,在微生物与Fe(Ⅲ)还原的双重作用下,促进残渣态磷与氢氧化钠态磷向水溶态磷和碳酸氢钠态有机磷转化,增强了土壤磷素有效性。因此,在南方降雨充沛地区,杉木人工林施加生物炭能够改善土壤养分状况,为杉木生长提供足够磷素。

关键词：生物炭杉木林磷形态土壤氧化还原解磷菌铁还原菌

秸秆覆盖与施磷对四川丘陵旱地土壤磷形态及有效性的影响

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应用生态学报 2022年第12期33卷 3337-3344页

作者：向晓玲陈松鹤杨洪坤贺鹏樊高琼四川农业大学农学院成都611130 农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室成都611130 西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室成都611130

为揭示秸秆覆盖配施磷肥下土壤无机磷形态变化规律及磷的有效性,本研究采用二因素裂区设计,主区为秸秆覆盖和不覆盖,副区为3个施磷量(0、75和120 kg·hm^(-2)),分析秸秆覆盖与施磷条件下四川丘陵旱地紫色土磷吸附-解吸特征、无机磷组分... 详细信息

为揭示秸秆覆盖配施磷肥下土壤无机磷形态变化规律及磷的有效性,本研究采用二因素裂区设计,主区为秸秆覆盖和不覆盖,副区为3个施磷量(0、75和120 kg·hm^(-2)),分析秸秆覆盖与施磷条件下四川丘陵旱地紫色土磷吸附-解吸特征、无机磷组分含量及其与有效磷的关系。结果表明:2018—2020年两个试验年度秸秆覆盖处理比不覆盖处理土壤磷最大吸附量分别显著降低7.7%和7.4%,磷吸附饱和度分别显著增加35.4%和18.6%,土壤易解吸磷分别显著提高21.6%和35.2%,磷最大缓冲容量无显著差异;施磷与不施磷相比,磷最大吸附量和最大缓冲容量显著降低,吸附饱和度显著增加,易解吸磷则随施磷量的增加而增加。两个试验年度秸秆覆盖处理比不覆盖处理磷酸二钙(Ca_(2)-P)、磷酸八钙(Ca_(8)-P)和铁磷(Fe-P)含量显著增加,铝磷(Al-P)含量显著降低,闭蓄态磷(O-P)和磷灰石(Ca_(10)-P)含量有降低的趋势;与不施磷相比,施磷则提高了不同无机磷组分含量。与不覆盖处理相比,两个试验年度秸秆覆盖处理土壤有效磷含量分别显著增加23.2%和9.6%,磷活化系数分别显著提高21.3%和8.9%,且土壤有效磷含量和磷活化系数均随施磷量的增加而提高。回归分析表明,无机磷各组分对紫色土有效磷有效性的贡献为Ca_(2)-P>Fe-P>Al-P>Ca_(8)-P>Ca_(10)-P>O-P。因此,秸秆覆盖配施磷肥促进了土壤难溶性磷向中等活性或易于作物吸收的磷形态分解和转化,降低土壤对磷素的吸附,促进土壤磷素的解吸,最终提高土壤磷素有效性。综合考虑经济效益,推荐四川丘陵旱地秸秆覆盖配施75 kg·hm^(-2)磷肥更有利于提高土壤磷素有效性。

关键词：秸秆覆盖施磷磷吸附解吸磷形态磷有效性

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不同林龄杉木林土壤磷形态与解磷菌变化

林业科学 2022年第2期58卷 58-69页

作者：王淑真梁晶晶包明琢潘菲周垂帆福建农林大学林学院人工林可持续经营福建省高校工程研究中心福州350002

【目的】分析不同林龄杉木林土壤中的磷素形态变化特征,探讨林龄与不同分类水平解磷菌种类及相对丰度的联系,为人工林土壤磷素的有效利用和可持续经营提供参考。【方法】在福建南平选取5个林龄(4、15、24、43、100年)杉木人工林,用改进H... 详细信息

【目的】分析不同林龄杉木林土壤中的磷素形态变化特征,探讨林龄与不同分类水平解磷菌种类及相对丰度的联系,为人工林土壤磷素的有效利用和可持续经营提供参考。【方法】在福建南平选取5个林龄(4、15、24、43、100年)杉木人工林,用改进Hedley磷素分级法测定0~20 cm土壤中不同分级磷素含量,并采用高通量测序技术对PCR扩增的phoD基因进行测定,得到不同分类水平上解磷菌的相对丰度。【结果】在同一林龄杉木林中,总体上不同分级磷素含量大小依次是Residual-P>NaOH-P>NaHCO_(3)-P>H_(2)O-P>HCl-P。土壤中H_(2)O-IP含量随林龄增加而显著升高(P100年>43年>4年>15年。有机磷总量整体呈上升趋势,随林龄变化表现为100年>24年>43年>15年>4年。随林龄增加,杉木人工林土壤中活性磷含量逐渐升高,杉木幼龄林、中龄林、近熟林的土壤磷素活性表现为稳定态磷>中等活性磷>活性磷,过熟林的磷素活性表现为稳定态磷>活性磷>中等活性磷。杉木林土壤的解磷菌丰富度随林龄增加总体表现为43年>100年>24年>15年>4年,解磷菌种群多样性总体表现为43年>100年>15年>24年>4年。OTU韦恩图和PCoA分析表明,15年和24年土壤中解磷菌结构和多样性相近,43年杉木林土壤包含的解磷菌类群最丰富,且独特性最明显。4年杉木林解磷菌类群数目最少。在门分类水平上,土壤中变形菌门含量最高,其次是异常球菌-栖热菌门和放线菌门;在属分类水平上,优势类群主要有慢生根瘤菌属、Pseudolabrys、假单胞菌属、异常球菌属等;冗余分析表明,土壤NaHCO_(3)-IP与厚壁菌门相对含量呈显著正相关,NaOH-IP与放线菌门、芽单胞菌门等呈显著负相关;HCl-OP与酸杆菌门呈显著负相关,H_(2)O-OP、NaHCO_(3)-IP与慢生根瘤菌属呈显著负相关。【结论】随林龄增加,杉木人工林土壤中不同形态的磷素含量变化明显,土壤活性磷含量不断提高,近熟林和过熟林土壤的潜在供磷能力高于幼龄林和中林龄;土壤理化性质的改变影响了土壤微生物活性,解磷菌的丰富度和多样性增加可能在一定程度上提高了杉木人工林土壤磷素的有效性。

关键词：杉木人工林林龄磷形态解磷菌

污水厂尾水受纳河段沉积物磷形态及释放风险效应

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环境科学 2020年第2期41卷 801-808页

作者：汤宁李如忠王聿庆何瑞亮刘超合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009 合肥工业大学纳米矿物与污染控制安徽普通高校重点实验室合肥230009

2018年10月~2019年4月,在合肥市板桥河的蔡田铺污水厂尾水排放口上、下游河道4个采样点位,按照每两个月采样一次的频率采集沉积物和上覆水样,分析尾水排放对河道沉积物磷形态及磷平衡浓度(EPC0)的影响,解析沉积物磷平衡浓度及磷释放风... 详细信息

2018年10月~2019年4月,在合肥市板桥河的蔡田铺污水厂尾水排放口上、下游河道4个采样点位,按照每两个月采样一次的频率采集沉积物和上覆水样,分析尾水排放对河道沉积物磷形态及磷平衡浓度(EPC0)的影响,解析沉积物磷平衡浓度及磷释放风险的外源碳(乙酸钠)响应.结果表明,板桥河水体沉积物磷素受污水厂尾水影响较大,排放口上、下游沉积物总磷均值分别为789.39 mg·kg^-1和854.41 mg·kg^-1,生物有效性磷均值分别为157.19 mg·kg^-1和173.37 mg·kg^-1;4个采样点的EPC0值大小排序为:SP1>SP2>SP3>CP,表明尾水排入提高了河流EPC0,致使河流沉积物磷释放风险增加;外源碳的添加明显降低沉积物的EPC0值,特别是紧邻排放口的SP1下降最为显著,表明外源碳添加对降低沉积物磷释放风险有效.

关键词：污水厂尾水磷形态磷平衡浓度(EPC0) 外源碳添加磷释放风险

黑土有效磷阈值区间的磷形态特征及对土壤化学性质的响应

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中国农业科学 2022年第22期55卷 4419-4432页

作者：秦贞涵王琼张乃于金玉文张淑香中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室

【目的】土壤有效磷(Olsen P)的农学阈值及环境阈值是土壤磷素管理的重要依据，但不同阈值区间磷形态学特征尚不明确。研究黑土有效磷不同阈值区间的磷形态特征及其影响因素，有助于理解土壤磷的转化过程，为优化有效磷管理和提高磷资... 详细信息

【目的】土壤有效磷(Olsen P)的农学阈值及环境阈值是土壤磷素管理的重要依据，但不同阈值区间磷形态学特征尚不明确。研究黑土有效磷不同阈值区间的磷形态特征及其影响因素，有助于理解土壤磷的转化过程，为优化有效磷管理和提高磷资源利用效率提供参考。【方法】采集吉林公主岭市9个有效磷含量不同(11、21、31、40、57、69、128、331、490 mg·kg-1)的农田耕层(0—20 cm)土壤，利用TIESSEN-Moir修正的HEDLEY磷分级法，对土壤无机磷和有机磷进行分级，并分析其与土壤有机质(SOM)、C/P、铁铝氧化物等土壤化学性质之间的关系，明确土壤有效磷不同阈值区间的磷形态特征及主控因素。【结果】黑土磷库以无机磷为主，占比为71.25%—96.19%，有机磷占比较小，约为3.81%—28.75%。有效磷水平低于农学阈值(7.4—13 mg·kg-1)时，活性态磷(LP)占比最小(19.89%)；有效磷水平低于环境阈值(51.0—56.4 mg·kg-1)时，中活性态磷(ML-P)和稳定态磷(OP)占比接近，分别为36.03%和35.49%，均高于LP占比(28.48%)；有效磷水平高于环境阈值时，LP占比最高(42.86%)。有效磷水平高于环境阈值时，土壤的LP、ML-P的含量显著高于有效磷水平低于环境阈值的土壤，树脂磷(Resin-P)是环境阈值前后区间变幅最大的磷形态。PAC、M3-Al、游离态铝(Ald)、络合态铁铝(Fep、Alp)、非晶质态铁铝(Feo、Alo)随有效磷水平的增加而显著增加，C/P随有效磷水平增加而显著降低。相关分析表明，有效磷水平低于环境阈值时，SOM和活性较高的无机态磷(Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi)呈显著正相关关系；有效磷水平高于环境阈值时，Fep+Alp与无机态磷(Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、D.HCl-Pi、C.HCl-Pi)呈显著正相关关系。冗余分析结果表明，有效磷水平低于环境阈值时，SOM和M3-Fe是影响黑土磷形态变化的关键因子，分别解释了全部变异的50.2%和24.1%；有效磷水平高于环境阈值时，Fep+Alp是造成磷形态差异的关键因子，解释了全部变异的68.1%。【结论】活性态磷在有效磷水平低于农学阈值时占比最小，在有效磷水平超过环境阈值时，其占比最大，Resin-P是在环境阈值前后区间变幅最大的磷形态。SOM和M3-Fe是土壤有效磷水平低于环境阈值、Fep+Alp是高于环境阈值土壤影响磷形态变化的关键因子。

关键词：黑土有效磷农学阈值环境阈值磷形态土壤化学性质