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磷是生命活动必需的矿质元素之一,也是湖泊富营养化的主要限制因子。沉积物是水生态系统的“磷源”与“磷汇”,对水生态系统的结构与功能着重要的影响。Fe-P和Ca-P是沉积物磷的重要组分,其地球化学过程影响水体的营养水平。沉积物中的无定形高价铁氧化物是沉积物极其活跃的组分之一,对磷的地球化学过程具有重要的影响。
本文在描述了沉积物中极少关注的Fe(Ⅱ)-P(与亚铁相关的磷)的特征之后,重点考察了无定形高价铁氢氧化物与无机磷的反应,旨在从机理角度揭示沉积物中极其活跃的铁氧化物与磷有效性的关系及同钙磷的关系。结果表明:
1.Fe(Ⅱ)-P是沉积物磷的重要组分,其释放依赖亚铁的溶解。根据释放速率,Fe(Ⅱ)-P的释放可分为快速溶解(0-4d),稳定溶解(4-68d)和接近平衡(68-116d)三个阶段,与亚铁的溶解过程极为类似,表明亚铁在降低磷的生物有效性方面具有一定的功能。
2.无定形高价铁氢氧化物对磷具有较高固持容量,能将水溶性磷控制在较低水平,固持量和固持率与磷平衡浓度有关。单位无定形高价铁氢氧化物的磷固持量随磷平衡浓度的增加而增加,可以用Langmuir模型来描述。利用模型,预测出无定形高价铁氢氧化物的磷最大固持磷量达44.1 mgP/g Fe。固持率随磷平衡浓度的增加逐渐减小。温度和离子强度的提高可以提高无定形高价铁氢氧化物的磷固持量。
3.无定形高价铁氢氧化物对无机磷具有较高的磷固持容量与其固持磷机理有关。通过无定形高价铁氢氧化物形成过程中的磷固持推断:高价铁与无机磷形成Fe(Ⅲ)-P配合物后再吸附是无定形高价铁氢氧化物具有较高磷固持容量的主要原因。
4.钙离子存在条件下,单位无定形高价铁氢氧化物的磷固持量大大提高。温度效应与离子强度效应表现出差异,即升高体系温度可提高无定形高价铁氢氧化物的磷固持容量,而离子强度则不能提高无定形高价铁氢氧化物的磷固持容量。
5.钙离子存在条件下,无定形高价铁氢氧化物对钙离子表现出一定的固持能力,表明钙离子参与了无定形高价铁氢氧化物对磷的固持过程。升高反应体系温度可增加无定形高价铁氢氧化物的磷固持容量。但离子强度则相反。主要原因是钙离子参与时,无定形高价铁氢氧化物固持的磷以可交换性磷为主。
6.钙离子存在条件下,无定形高价铁氢氧化物的磷固持容量升高事实表明,该过程具有重要的水环境学意义。当沉积物-水界面有大量亚铁生成时,无定形高价铁氢氧化物与无机磷的反应有利于水柱中的磷向钙磷转化。