典型农田溪流水系统沉积物磷形态及释放风险

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农业源头溪流直接承纳汇水区非点源氮磷污染负荷,并通过逐级传输影响下游水体水质;沉积在溪流沟渠底部的氮磷污染负荷也可能通过水-土界面的扩散作用进入上覆水体,因此源头溪流具有氮磷“源”和“汇”的特征。本文以巢湖二十埠河流域的某一农业源头溪流水系统为对象,在样品采集和分析测试基础上,针对水塘、支流、干流和深潭等4种典型溪流构成模式,开展沉积物磷形态及其季节变化性的研究,解析沉积物磷的吸附特征,并通过磷吸附指数PSI的计算,评估磷素释放风险。主要研究成果如下:(1)干渠上、下游水环境状况差异较大,下游污染状况较为严重,NH4+和P043-平均浓度为上游水体10倍左右,显著超过国家地表水V类标准,且上游水体TDS和EC也较下游低;水体ORP均大于0,水体呈氧化性特征。(2)沉积物TP含量变化范围为137.517~1709.229mg·kg-1,均值为532.245mg·kg-1,各形态磷的平均含量排序为:IP(350.347mg·kg-1)> OP (167.333 mg-kg-1)>Fe/Al-P(78.869mg·kg-1)>Ca-P(56.343mg·kg-1)>Ex-P(6.609mg·kg-1);4种构成模式中,各形态磷含量表现出相同的变化趋势,即深潭>干流>支流>水塘;生物有效性磷和广义生物有效性磷占TP的比重分别为13.64%-22.18%、41.72%-64.26%,总的来看,秋季时干流和深潭的生物有效性磷占TP比重高于春季,而支流和水塘沉积物则春、秋季基本相当。(3)相关性分析表明,沉积物TP与各形态磷如Ex-P、Fe/Al-P、Ca-P、OP以及IP都有显著的相关关系,而OM与各指标的相关性则不显著。对4种构成模式的聚类分析表明,秋季时干流和深潭聚为一类、支流和水塘为另一类;春季时则干流、支流和深潭归为同一类。方差分析表明,秋季时溪流不同构成模式之间存在差异的指标更多。(4) Henry线性方程对沉积物的等温吸附过程具有较好的拟合效果,磷的平衡浓度EPC0变化范围为:0012-0.171mg·L-1;4种构成模式沉积物对磷的吸附表现出相同的变化趋势,即快速吸附阶段发生在吸附前3h内,9h后沉积物对磷的吸附基本达平衡;磷的吸附行为符合假二级吸附动力学模型特征。(5)PSI变化范围为26.47~69.88(mg-L)·(100g·μmol)-1,其中2014年秋季和2015年春季PSI平均值分别为59.98、34.56(mg-L)·(100g·μmol)-1,意味着春季的磷素释放风险更高一些。
致谢第7-8页
摘要第8-9页
ABSTRACT第9-10页
第一章 绪论第16-24页
    1.1 研究目的及意义第16页
    1.2 国内外研究进展第16-22页
        1.2.1 沉积物的磷形态及其研究进展第16-20页
        1.2.2 沉积物的磷吸附-解吸特征及其研究进展第20-21页
        1.2.3 沉积物磷的释放风险研究进展第21-22页
    1.3 主要研究内容第22-23页
    1.4 技术路线图第23-24页
第二章 研究区概况及实验方法第24-31页
    2.1 研究区概况第24-25页
    2.2 材料与方法第25-31页
        2.2.1 采样点的布设与样品的采集第25-27页
        2.2.2 样品的分析测定第27-31页
第三章 溪流水环境变化特征第31-39页
    3.1 溪流水环境时空变化特征第31-38页
        3.1.1 pH的时空变化性第31-32页
        3.1.2 TDS的时空变化性第32-33页
        3.1.3 ORP的时空变化性第33-35页
        3.1.4 EC的时空变化性第35-36页
        3.1.5 NH_4~+浓度的时空变化性第36-37页
        3.1.6 PO_4~(3-)浓度的时空变化性第37-38页
    3.2 本章小结第38-39页
第四章 沉积物的磷形态及其变化特征第39-60页
    4.1 溪流不同构成模式的沉积物磷形态及其变化特征第39-55页
        4.1.1 水塘第39-42页
        4.1.2 支流第42-46页
        4.1.3 干流第46-49页
        4.1.4 深潭第49-52页
        4.1.5 四种构成模式各形态磷含量对比分析第52-55页
    4.2 溪流不同构成模式的多元统计分析第55-59页
        4.2.1 指标相关性分析第55-57页
        4.2.2 聚类分析第57-58页
        4.2.3 方差分析第58-59页
    4.3 本章小节第59-60页
第五章 沉积物生物有效性磷及其变化特征第60-66页
    5.1 水塘沉积物生物有效性及其变化性第60-61页
    5.2 支流沉积物生物有效性及其变化性第61-63页
    5.3 干流沉积物生物有效性及其变化性第63-64页
    5.4 深潭沉积物生物有效性及其变化性第64-65页
    5.5 本章小节第65-66页
第六章 沉积物磷的吸附及释放风险第66-85页
    6.1 沉积物磷的吸附热力学第66-74页
        6.1.1 吸附热力学实验方法第66页
        6.1.2 吸附热力学特征第66-74页
    6.2 沉积物磷的吸附动力学第74-81页
        6.2.1 吸附动力学实验方法第74-75页
        6.2.2 吸附动力学特征第75-81页
    6.3 磷的释放风险分析第81-84页
        6.3.1 PSI的计算第81页
        6.3.2 释放风险评估第81-84页
    6.4 本章小节第84-85页
第七章 结论与展望第85-87页
    7.1 结论第85-86页
    7.2 展望第86-87页
参考文献第87-95页
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况第95页
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