河套灌区沟渠表层沉积物对磷的吸附

作者:卫新锋;欧阳威;郝芳华;张璇;王云慧;徐一鸣 刊名:农业工程学报 上传者:李红玉

【摘要】为了解北方干旱灌区沟渠沉积物在磷的迁移转化中的作用,该文以河套灌区解放闸灌域总干渠、黄济干渠、总排干和二排干为研究对象,分别在上、中、下3个位点采集上覆水和沉积物,测定水样溶解性磷和总磷含量,对沉积物磷的形态进行分析,选择部分沉积物进行吸附动力学试验和等温吸附试验。结果表明,总干渠、黄济干渠和总排干、二排干水体磷含量相近,沉积物各形态的磷含量一般为钙结合态磷>残渣磷>闭蓄态磷>铝结合态磷>弱结合态磷>铁结合态磷,弱结合态磷、铁结合态磷和铝结合态磷高活性磷含量低且显著正相关。研究表明,沟渠对河套灌区磷输出有削减作用,且沟渠沉积物磷释放风险高,总排干、二排干沉积物较总干渠、黄济干渠沉积物磷吸附容量大。

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0引言人工沟渠是一种人工开挖用以排水和灌溉的水道[1],农业灌区的沟渠在农业灌溉、排水方面发挥着重要作用,是灌水进入农田的最后一站和流出农田的第一站。磷是农作生长所需最重要的元素之一,灌水中的磷可为农作物生长提供少量磷,但农田施肥所含磷可能被降水冲刷、农田退水带入排水沟渠,是非点源污染向水体移动的主要通道[2]。磷在沟渠中可发生沉降溶解、吸附解吸、平流弥散、生物吸收生物释放等转化过程[3],因而沟渠在磷元素迁移、转化、截留等方面有着重要作用。其中,沟渠沉积物在沟渠水体溶解性磷的控制中起着主要作用,且物理的吸附机制较生物的吸收机制显示出更大的控制力[4-6],在短期磷迁移和固定上发挥着重要作用[7],而且,吸附磷的泥沙沉积又可成为磷长期的汇,同时,沉积物中的磷也可以释放到水体当中,但并不是所有的磷都易释放到水体当中,不同形态的磷具有不同的生态效应,故研究沟渠中沉积泥沙的吸附特性和无机磷的形态对了解磷在农业灌区的迁移转化有重要意义。沉积物对磷的吸附多通过吸附动力学方程和等温吸附实验的研究展开,前者对了解泥沙对磷的吸附过程有重要意义,后者通过描述吸附量和平衡浓度的关系,进而揭示吸附特征[8-9]。常见的吸附动力学方程有一级反应动力学方程、准二级反应动力学方程、SimpleElovich方程等,等温吸附曲线主要有Henry直线型、Freundlich型和Langmuir型3种类型,之后各种方程也出现了许多改进和变形[10-11]。磷形态的研究始于对土壤磷的研究,1957年Chang和Jackson[12]开创性的依据不同磷酸盐的不同特性使用相应的提取剂将不同磷形态分别提取出来,并分析了其被作物吸收利用的特性,之后又出现了许多的改进方法,如Williams等、Heddly等、Psenner和Pucsko[13-15]等。随后,这些方法被应用到湖泊沉积物磷的研究中,其中应用最广泛的是经Zhang和Kover[16]改进总结的方法,用以研究不同形态磷在水体中的释放特性,并逐渐成为湖泊富营养化调查的重要项目。以河套灌区解放闸灌域沟渠沉积物为研究对象,探讨沉积物对磷的吸附特性和沉积物中无机磷的形态,对了解中国北方干旱灌区沟渠中沉积物在磷的迁移转化中的作用有重要意义。1材料和方法1.1研究区域河套灌区位于黄河流域干旱、半干旱地区的内蒙古自治区西部的巴彦淖尔市,是我国三大灌区之一。灌区地处西北干旱地区,属于典型的大陆性气候,降雨量小、蒸发量大的客观条件决定了没有灌溉就没有农业。长久以来,灌区以高含沙量的黄河水为灌溉水,少量开采地下水灌溉。河套灌区现有的灌溉渠系于20世纪80年代建设完成,灌区灌水系统与排水系统共设7级,其中现有总干渠1条、干渠13条、总排干沟1条、干沟12条。总排干沟长度为204km,多年排水量为5108m3左右。该研究中选取河套灌区西部解放闸灌域的灌排渠系作为研究对象,以引水沟渠的总干渠、黄济干渠和排水沟渠的总排干、二排干的2级渠系进行采样分析。1.2样品采集2009年4月21日和4月22日,在河套灌区解放闸灌域内的总干渠、黄济干渠、总排干、二排干的上、中、下游各采集1个点,总计12个样点(见图1)。在每个采样点的沟渠中心、两侧(3点在河床纵剖面上平均分布)采集渠底表层5cm沉积物样品各1kg,装入保鲜袋,4下保存,带回实验室后自然风干,拣去树枝、草叶、虫体等杂物,采用四分法将同一个样点的3个样品合并为一个,研磨后过60目筛,进行试验和分析。同时在12个采样点沟渠采集上覆水,装入玻璃瓶内4下保存,在24h内分析水样总磷和溶解性磷。图1采样点分布示意图

参考文献

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