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微电极案例:大型浅水湖泊沉积物磷动力学的时空变化

更新时间:2024-05-29   点击次数:53次

微电极案例:大型浅水湖泊沉积物磷动力学的时空变化

本次分享一篇由芬兰赫尔辛基大学研究团队在《Science of The Total Environment》上发表的一篇学术论文Spatio-temporal variations in sediment phosphorus dynamics in a large shallow lake: Mechanisms and impacts of redox-related internal phosphorus loading。本文研究了大型浅水湖泊中沉积物磷(P)动态的时空变化,重点探讨了氧化还原相关沉积物磷释放的机制及其对内源磷负荷的影响。研究以芬兰和爱沙尼亚边界的大型浅水湖泊Peipsi湖为研究对象,通过分析沉积物中不同形态磷的季节和年际变化,以及与水质变量的关系,来验证沉积物表面缺氧对内源磷负荷和水质变化的解释作用。


主要发现包括:

  1. 沉积物表面缺氧随夏季水温升高而加剧,与水柱中总磷(TP)浓度的增加有关。

  2. 沉积物中铁(Fe)结合态磷(Fe-P)与核磁共振(NMR)分析中的正磷酸盐(Ortho-P)浓度显著正相关,表明Fe-P对磷释放有贡献。

  3. 有机质似乎通过支持铁结合态磷的还原溶解来支持氧化还原相关的沉积物磷释放,而不是直接贡献磷释放。

  4. 湖泊的地貌和水文条件可能掩盖了沉积物变量和磷释放率之间的关系。

  5. 沉积物磷释放的重要性反映在沉积物表面缺氧预测值(AApred)与Secchi深度透明度、叶绿素a浓度以及浮游植物和蓝藻生物量之间的显著关系。

微电极在本文中的应用:

  • 使用微电极(参考电极Ag/AgCl)测量沉积物的氧化还原电位,以了解沉积物表面在不同季节的氧化还原状态。

  • 沉积物氧化还原电位的测量是在实验室内,在原位温度下直接在采样管中进行的,这有助于评估沉积物表面在夏季是否发生缺氧现象。

  • 通过测量沉积物孔隙水中的溶解氧(DO)、pH和氧化还原电位,研究了沉积物-水界面处磷的循环。

研究结果强调了在浅水湖泊管理中考虑内源磷负荷的重要性,并指出沉积物表面缺氧和相关磷释放对湖泊水质有显著影响。研究还表明,沉积物中铁结合态磷的还原溶解是磷释放的关键过程,而有机质可能通过支持这一过程来间接促进磷释放。此外,研究指出湖泊的地貌和水文条件可能会影响沉积物磷动态的空间分布,从而影响磷释放机制。


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