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沉积物钙形态分析及菹草—沉积物—上覆水体系中钙—磷关系研究

作　者: 何君
导　师: 朱端卫
学　校: 华中农业大学
专　业: 植物营养
关键词: 沉积物钙形态 Tessier连续提取法浸提法改进方法比较上覆水无机磷相关性
分类号: X524
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钙是水体中一个极为常见,但生态功能有待深究的金属元素。钙易与水中无机碳作用,形成碳酸钙沉淀。在碳酸钙形成时,钙会与水柱中较高浓度的磷形成CaCO3-P共沉淀,降低水中无机磷浓度,从而抑制水体富营养化过程。沉积物中活性钙作为沉水植物营养来源,驱动菹草叶片CaCO3-P共沉淀发生。因此,沉积物中钙的形态或活性比例对沉水植物在天然水体中发挥其净水功能非常重要。目前,普遍用于金属形态分级提取的方法大多缺乏专一性,对不同元素浸提效果不同,用于湖泊沉积物钙分级方法的研究更是寥寥无几。本文选取含钙量差异较大的沉积物,针对钙的形态分级进行Tessier连续浸提法浸提条件的改进,并建立无机钙分级(ICSE)体系,对改进的Tessier连续提取法、ICSE法及BCR提取法进行比较,试图选择适宜沉积物钙分级的方法,并模拟湖泊环境建立沉水植物-沉积物-上覆水体系,探究钙在该体系中对上覆水中磷的影响机制,主要结果如下：(1)原有Tessier连续提取法经浸提条件(浸提剂、浸提时间、固液比、浸提剂浓度及pH)改进后,交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态钙的浸提条件分别为：25ml1mol L"1NH4AC (pH7.0),3h;25ml1mol L-1NH4AC-HAC (pH5.0),5h;30ml0.5mol L-1NH2OH-HC1(pH1.5),50℃,6h。(2)改进的Tessier法浸提钙的专一性和稳定性更强,沉积物中钙的回收率提高。用改进Tessier法得到汤逊湖沉积物(T-Sed),东湖沉积物(D-Sed),月湖沉积物(Y-Sed),南湖沉积物(N-Sed)中钙主要以交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态形态存在,均表现为交换态>碳酸盐结合态>铁锰氧化物结合态,有机质结合态和残渣态含量基本可以忽略。为此,考虑沉积物不同钙的活性特点及其提取过程的简化,建议沉积物钙的浸提采用改进Tessier法前三级连续提取过程。(3)沉积物ICSE体系将沉积物中钙分为交换态、碳酸盐结合态、磷酸盐结合态、硫酸盐结合态及残渣态。四个湖泊浸提结果为交换态钙>碳酸盐结合态钙>硫酸盐结合态钙≥磷酸盐结合态钙,残渣态钙含量很低,基本可以忽略。虽然磷酸盐结合态钙和硫酸盐结合态钙的浸提剂缺乏选择性和专一性,但其浸提结果较稳定,可作为沉积物钙提取的参考方法。(4)与ICSE法及BCR法相比,改进的Tessier法中钙的回收率最高。受水洗等因素的影响,三种方法得到钙回收率偏低。浸提剂及浸提时间等条件使ICSE法及BCR法浸提的钙含量低于改进的Tessier法,改进Tessier法浸提剂选择性和专一性较强。三种方法浸提得到钙形态均和沉积物pH和沉积物总钙的含量呈正相关,而和沉积物中Fe和Mn无相关性。(5)水体中磷浓度变化符合指数方程y=axb和y=Alexp(-x/t1)+y0。菹草吸收并未使上覆水中磷浓度降低,磷浓度不断下降可能源于体系中沉积物作用。水体中钙浓度变化规律符合一次和二次线性方程,随时间变化水体中钙浓度不断降低。菹草从水体吸收部分钙而使水体钙浓度降低,同时菹草根系作用使沉积物中不同形态钙含量发生变化,部分活化钙被菹草吸收后被释放至水柱中。(6)水体中钙和水体中SRP呈显著线性相关。钙与磷酸盐发生作用形成沉淀并沉降至沉积物中,使水体中钙和磷浓度同时降低,而这种作用可能包括因菹草叶片导致的CaCO3与磷酸盐共沉淀。

沉积物钙形态分析及菹草—沉积物—上覆水体系中钙—磷关系研究

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