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湖泊沉积物对磷酸盐的负吸附研究 金相灿，王圣瑞，庞 燕，赵海超，周小宁 中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地，北京 100012 摘要：分别在高、低两种磷酸盐质量浓度下，研究了6个湖泊沉积物对磷酸盐的负吸附。结果表明，（1）污染严重的湖泊沉积物不仅在上覆水体水质好转时，可能向上覆水体释放磷，即使上覆水体水质没有好转，在一定条件也可能释放；而较为清洁的湖泊沉积物，在上覆水体水质下降时，可能从上覆水体中吸附磷，在水质好转情况下，也可能向上覆水体中释放磷。（2）湖泊沉积物吸附磷酸盐过程中存在负吸附，吸附研究中使用较高质量浓度磷溶液是负吸附现象被掩盖的原因；在吸附研究中不仅要重视负吸附，而且初始磷酸盐质量浓度不能太高。（3）沉积物对磷酸盐的吸附/解吸平衡质量浓度与其有机质、CEC、总氮、总磷以及各形态磷含量均有显著的正相关关系，相比而言，与总磷以及各形态磷含量的相关性最高。污染较为严重的沉积物对磷酸盐的吸附/解吸平衡质量浓度也较高。 关键词：沉积物；磷酸盐；吸附/解吸平衡质量浓度；负吸附 中图分类号：X131.2 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2004）04-0493-04目前，一般认为当湖泊的外污染源（面源、点源）减少或基本被控制后，湖泊污染沉积物中的营养盐会被逐步释放出来补充上覆水中的营养盐，仍可以使湖泊发生富营养化，甚至出现“水华”[1~5]。那么在湖泊外源没有被切断或湖泊的水质还处在富营养化水平时，湖泊沉积物中的营养盐是否仍然会被释放进入上覆水体？即是否存在负吸附？营养水平不同的沉积物是否存在差异？这些问题的解决对于认识沉积物/水界面营养盐的交换机理具有非常重要的意义。然而，关于这些问题，国内外尚未见相关报告。所以，本文在实验室条件下，就湖泊沉积物对磷酸盐的负吸附进行了模拟研究，试图揭示这一问题。 1 材料与方法 1.1 样品的采集和分析 利用柱状采样器采集湖泊表层10 cm沉积物，置于塑料封口袋中，在冰盒中存放，立刻带回实验室，冷冻干燥后过100目筛进行实验。其中太湖的3个样品分别采自五里湖、东太湖和贡湖，样品编号为T-1、T-2和T-3，巢湖采集1个样品，样品编号为C，南京玄武湖采集1个样品，样品编号为H，武汉月湖采集1个样品，样品编号为Y。所采沉积物样品回实验室后分别测定有机质总量、阳离子代换量、总氮、总磷以及各形态磷含量。其中有机质总量用经典的重铬酸钾法[6]，阳离子代换量用EDTA-铵盐快速法测定[6]，总氮采用硫酸铜消解法[6]，总磷及磷形态用SMT法测定[7]。实验所用器皿均用稀硝酸浸泡过夜，所用药品均为分析纯。 1.2 吸附实验 本研究的吸附实验分别在两个条件下进行，其中一个是高质量浓度条件，在一系列100 mL离心管中，加入0.5 g沉积物和50 mL不同质量浓度的磷酸二氢钾溶液，初始磷质量浓度分别为0 mg/L，0.5 mg/L，1 mg/L，2 mg/L，5 mg/L，8 mg/L，10 mg/L，15 mg/L和20 mg/L的磷酸二氢钾溶液。使用如此高的磷质量浓度一方面可以使沉积物对磷的吸附尽快达到饱和，另一方面使沉积物对磷的吸附曲线更为完整。另一个是低质量浓度条件，在一系列100 mL离心管中，加入0.5 ｇ沉积物和50 mL不同质量浓度的磷酸二氢钾溶液，初始磷质量浓度分别为0、0.01、0.02、0.05、0.08、0.1 、0.15、0.2、0.5 mg/L的磷酸二氢钾溶液。这样的磷质量浓度更接近实际情况。离心管加塞后在(25±1) ℃下，恒温振荡24 h，至吸附平衡，离心，采用标准方法[8]，取上清液测定磷酸盐质量浓度（平衡质量浓度）。根据起始质量浓度与平衡质量浓度之差，扣除空白，计算沉积物吸附磷酸盐的量，并利用回归法计算吸附/解吸平衡质量浓度（吸附量为0时的磷酸盐平衡质量浓度）。 2 结果与讨论 2.1 沉积物理化特征 表1 不同沉积的有机质、CEC、总氮、总磷以及各形态磷含量 样品编号 有机质 /(g(kg-1) CEC /(mmol(kg-1) TP /(mg(kg-1) TN /(mg(kg-1) T-1 0.32 2.22 809.2 2150.0 T-2 0.18 1.33 451.3 907.1 T-3 0.19 0.81 420.2 837.3 C 0.06 0.89 221.0 265.2 H 0.14 1.35 631.7 893.5 Y 0.46 2.67 1640.0 4662.9 为了更清楚地理解所提出的问题，本研究不仅选择了污染严重的沉积物样品，同时也选择了较为清洁的。所选的6个沉积物样品，分别采自长江中下游的4个湖泊。其中月湖和五里湖为城郊型湖泊。6个湖泊沉积物样品的理化分析