河流沉积物总磷含量与钙、铁有机质的浓度关系外文翻译资料

 2023-09-06 10:09

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河流沉积物总磷含量与钙、铁有机质的浓度关系

威廉a 豪斯 弗兰克 h 豪森

英国多塞特郡多赛特DT2 8ZD,多塞特郡温弗里思技术中心,多赛特生态与水文中心

摘要

本文收集和比较了泰晤士河流域(韦河,泰晤士河,肯尼特河),约克郡的斯瓦利河(数据包含了有机质含量),还有大乌斯河的河床沉积物表面的总磷、钙、铁、有机质总含量的数据。总磷、铁、钙的含量1.7到649,12到8333和9到4605毫摩尔每升(干重),在干重中他们的有机质含量在0.6到19%之间。对于韦河,黑水河和大乌斯河来说,污水流入对总钙,铁和有机质的沉积物浓度没有可检测的影响,而对于黑水河和大乌斯河,与较少受影响的上游位置相比,沉积物的总磷含量在流出物输入的下游较高。沉积物中的总磷含量与铁,钙和有机质含量之间的关系表明河流之间存在显著差异。虽然有机物含量被发现是黑水河和大乌斯河的总磷浓度的重要检测指标,但总铁含量对于黑水河以及总钙含量对于大乌斯河也是有用的检测指标。据推测,这种差异是由于已知在这两个系统中发生的沉积过程的结果,即大乌斯河中磷酸盐与方解石的共沉积以及黑水河缺氧沉积物中的蓝铁矿的形成。版权所有爱思唯尔科技有限公司。

关键词:河流;沉积物;磷;钙;铁;有机物;富营养化;营养成分;沼泽地;泰晤士;泰姆;大乌斯河;韦河;黑水河;肯尼特河

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  1. 介绍

人们对河流和湖底沉积物在磷循环中的作用,水柱中固定磷的过程(迪恩。1995;瑞迪等人1999),磷传输到海洋的过程(德兰尼。1998)很感兴趣。磷以无机和有机形式被纳入沉积物中。包括物理吸附在沉积物表面上,化合键合在矿物中,在细胞中生物,以及海底生物碎屑的同化。这些磷的大部分不是生物可利用的。例如通过沙普利(1993)的氧化铁剥离方法测量。已经研究的河流沉积物中的生物可利用部分通常占总磷含量的10%不到(豪斯和丹森1997)。在沉积物中固定磷的矿化反应包括在有氧孔隙水中的铁与氢氧化物和磷酸盐的固溶体的沉淀(福克斯1989),形成磷酸亚铁盐的矿物蓝铁矿(艾默生和维德莫1978,曼宁等人1991,伍德夫等人1999),和磷酸盐和方解石的共沉淀,通常被称为硬水生态系统的自我清洁(克沙等人1983.科勒-柯世恩和克莱那1990,豪斯和丹森1997).因此,磷与钙和铁的沉积物反应以及通过生物同化将磷渗入有机物中存在潜在的联系。这项研究调查了几年来英格兰河流沉积物收集的数据,其中包括泰晤士河流域的四条河流,这些河流收到污水处理厂的影响磷浓度升高。受污水排放影响较小的场地也包括在内比较,这项工作的目的是将表面沉积物(最大深度为5cm)中的信息收集,提供总磷酸盐、钙、铁和有机物的范围记录,比较不同流域的结果,调查受污水流入的影响,并检查表面沉积物中总磷、钙、铁和有机物水平的关系。

  1. 介绍

2.1现场

收集河床沉积物样本作为几个不相关的养分动态项目的一部分。虽然收集它们不是用于比较目的,但每个研究沉积物的收集,运输和储存的方法相同。表1给出了取样地点和取样日期的摘要。每季度按季节收集黑水河,韦河,大乌斯河的样本。黑水河,韦河,泰晤士河和肯尼特河位于英格兰南部的泰晤士河流域。大乌斯河的源头位于北安普顿郡,但是这条河在东海岸流向东安格利亚。斯瓦利河位于亨尼河的集水区,作为陆地海洋相互作用的研究的一部分(LOIS)。我们已经对英格兰东北部进行了详细研究(豪斯和沃尔克1999).泰晤士河和肯尼特河也被纳入了LOIS,尼尔和罗宾逊对数据进行了总结(2000)。

这些网站总结如下:

2.1.1韦河

这条河起源于阿尔托那南部,并向东北方向前往法纳姆和泰晤士河汇合。研究区域超过14公里,其中一个站点位于奥尔顿处理过的污水上游,另外四个站点位于下游。(豪斯和丹森1998)

表格1

本研究中使用的河床----沉积物样本点和取样日期摘要

流域

网站数量

样本数量

日期

韦河

5

14

13.2.95--7.8.95

大乌斯河

4

16

9.1.95-15.11.95

黑水河

4

40

30.1.95--31.3.98

泰晤士河

8

8

1.4.98

肯尼特河

4

4

1.4.98

斯瓦利河

20

26

18.6.96-21.6.96

2.1.2大乌斯河

这条河起源于布拉克利(北安普顿)北部,流向布拉克利处理厂和其他小型处理厂(豪斯和丹森1997).其中一个采样点位于布拉克利污水处理厂上游,,其他三个个采样点位于下游8公里内。

2.1.3黑水河

这条河从奥尔克肖特附近的巴格克肖附近区域起源,向西流经法恩伯勒,坎伯力和桑德赫斯特的大都市。然后和白水河和罗登河交汇(丹尼尔1998).处理过的污水是主要流量(超过85%是白水河的夏季流量)。在奥尔克肖特污水流入的上游选了一个地点,其他三个地点在与白水河交汇的12公里处。

2.1.4泰晤士河

泰晤士河的集水区覆盖了东牛津郡大部分地区以及构成了艾尔斯伯里谷的白金汉郡部分地区。集水区是高尔特,吉默里奇,安瓿和牛津的黏土混合物,它们自然排水不畅。(库博等人2002年)研究部分在艾尔斯伯里和惠特利之间,一个站点在艾尔斯伯里上游,其他在两地之间,研究它们污水流入的影响。

2.1.5肯尼特河

该集水区以白垩纪白垩为主,大部分河床有砾石。研究区域在牛津及其周边的牧场之间。一个研究地点在马尔堡河流的上游,其他三个研究点在下游。

2.1.6斯瓦利河

采样点在卡特利特和卡里特里之间的河段。这条河起源于约克郡山谷国家公园,并汇集了一些小河流。在卡特利特下面的部分,斯瓦利河汇集了一些支流,它们是贝德贝克河,威斯克河,库德贝克河,河中有处理过的污水。每隔一个地点分析了总磷,钙,铁,没有分析有机物含量。

2.2沉积物采样

从约1cm的区域收集最大深度为5cm的表面沉积物,并选两平方米的河流横截面。从每个站点抽取总共至少是个样本。将它们通过尺寸为2mm的不锈钢筛进行筛分,在不锈钢托盘中彻底混合,并将样品放入250ml的玻璃瓶中,来自斯瓦利河的样品放入60ml的聚丙烯瓶子,将沉淀物放入低温的环境中带回实验室研究。

2.3分析

沉淀物中的总磷浓度通过安德的方确定,他的方法是取约0.2毫克的样品用烘箱烘干并在110摄氏度下保存17小时。通过原子吸收法确定总钙和铁的浓度。总有机物浓度在550摄氏度下得到。所有结果包括了分析的材料干重。将来自泰晤士河的沉积物用艾伦等人酸化氧化的方法分析总磷。用安德森的方法测得的总磷浓度是79.9毫摩尔每克(plusmn;0.5毫摩尔每克,标准差),这种方法与用酸化氧化的方法测出的真值85.2毫摩尔每克(plusmn;11.4毫摩尔每克)没有太大的区别。

表2

河流沉积物中总铁钙磷浓度和有机质百分比的统计数据汇总

铁(毫摩尔每克)

钙(毫摩尔每克)

磷(毫摩尔每克)

有机物(毫摩尔每克)

平均值

1343(7.5%)

887(3.6%)

62(0.09%)

4.2

中位数

663(3.7%)

458(1.8%)

24(0.07%)

2.7

范围

8321(47%)

4596(18%)

647(2.0%)

19

最小值

12(0.07)

9(0.04%)

1.7(0.01%)

0.6

最大值

8333(47%)

4605(19%)

649(2.0%)

19

括号中的数字是按质量计的元素百分比,所有数字均以干重表示。上表不包括斯瓦利河沉积物的有机质含量。

  1. 结果和讨论

3.1沉淀物中钙铁磷的出现频率

结果显示的是总元素基于干重的组合物(110摄氏度,17小时),直接用于比较。从六条河流中一共分析了108个样本,结果显示在累计频率图中,其中浓度如图1图4,基本数据统计见表2.总铁含量斯瓦利河的范围很大,最大值为47%。斯瓦利河的所有分析结果含量都很高。平均值和中值分别为703和450毫摩尔每克,最大值为6833毫摩尔每克,相当于质量的38%。总钙的范围也很大,但平均值和中值都低于铁,最高值是大乌斯河的源头,春季和夏季方解石被冲刷,钙铁从而沉淀,所以结果显示出高值。(豪斯和丹森1997)相比之下,总磷的含量就没有那么高了,为647毫摩尔每克,占质量的2%。最高值在韦河、黑水河和泰晤士河中找出,图三可见。而有机物的含量是变化的,从图四黑水河和大乌斯河的结果中可以看出,占质量的19%(表2).通过方差的双向分析,所有站点和采样时间下的结果没有显著差异。大乌斯河的站点之间的结果没有什么差异。总磷P=0.007,有机质Plt;0.001,这些都是在1995春天发现的低值,。这些差异是河床冲刷的结果,因冬季暴雨期含有磷钙有机质的沉淀物。黑水河的测试结果表明,总磷P=0.004,总铁Plt;=0.01,有机质P=0.04,各个样本存在差异,但钙却没有P=0.06.具体表现在在污水流入得我上游和下游沉积物中发现的浓度都很低。如果将黑水河的数据按季节分组,每组三个样本,用方差进行分析,总磷显示出了很大差异,其他的指标没有太大区别。

图一沉积物中总铁含量(干重) 总铁在河流沉积物中的分布

图二沉积物中总钙含量(干重) 总钙在河流沉积物中的分布

图三沉积物中总磷含量(干重) 总钙在河流沉积物中的分布

图四沉积物中总有机质含量(%) 总有机质在河流沉积物中的分布

文献中很少有关于河流表面沉积物的钙铁浓度的报道。这里确定的中值与布朗在1979给出的世界上土壤中的钙铁浓度相当,钙是374毫摩尔每克,铁是714毫摩尔每克。它们也类似于印度河沉积物的平均值,钙是614毫摩尔每克,铁是518毫摩尔每克(山姆等人1985).与其他数据相比,总磷浓度的数据比较容易获得,例如委内瑞拉和澳大利亚之间的卡塔通博河0.9--34毫摩尔每克(瑞瓦等人2000年)。4.8--33.3(取2--3cm的沉积物厚度),这个数据是澳大利亚的约翰逊河的(帕里和莫迪1992)。法国的芮登河是10.3--19.4毫摩尔每克(多里斯等人1989).还有法国的加罗那河18--67毫摩尔每克(沉积物的氧化层)(法布等人1992),这些值在表2给出的中值浓度范围之内,但低于黑水河图中的最高值。

3.2处理后的污水排放对元素组成的影响

从韦河和黑水河及大乌斯河收集处理过的污水流入影响的数据(表1),通过季节性采样制度,在每条河流污水处理厂的上游设置一处采样,下游几处采样。最靠近污水处理厂的采样点进行95%的T检验进行比较,总铁和钙的结果与河流两个其他地点的结果没有很大差异。这并不奇怪,因为流出物中的钙铁浓度接近于水中的浓度。相比之下,总磷的结果显示,韦河和黑水河处理后的污水下游沉积物浓

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