富营养化湖泊中光敏物质驱动有机磷转化的机理研究

The transformation of organic phosphorus by biomineralization and chemical decomposition to inorganic phosphorus is an important reason for the eutrophication deteriorated after the exogenous phosphorus input prevented in lake. However, the understanding to the process of organic phosphorus decomposition is limited, which makes the significant step of blooms description and control missing. In this project, the various degrees of eutrophication lakes were employed and the transformation of organic phosphorus by chemical decomposition was carried out combining the photochemical behavior of nitrites, nitrates and humus. The photo-chemical transformation of dissolved and particulate organic phosphorus by the nitrites, nitrates and humus will be determined by the elemental analysis, sequential extraction and 2D 1H-31P nuclear magnetic resonance spectroscopy (2D 1H-31P NMR). Through the study on kinetics and mechanism of photo-chemical transformation of organic phosphorus, the rate of inorganic phosphorus generated by organic phosphorus decomposition will be revealed. The conclusion of this study will be useful to understand the phosphorus cycle systematically, provides a scientific basis for the nutrient element control of lake, and has important guiding significance in both theory and practice for eutrophication remediation.

有机磷通过生物矿化和化学分解向溶解态磷酸盐转化是在控制外源磷输入后，湖泊富营养化没有显著好转的重要原因。然而，现阶段对湖泊水体中有机磷的化学分解过程缺乏系统认知，使客观描述湖泊水华过程和控制其发展缺失了重要环节和依据。本项目结合湖泊光敏物质—腐殖质和硝态氮的光化学行为，以不同程度富营养化湖泊水体为对象，借助元素分析、连续提取和2D 1H-31P核磁共振等技术手段，研究水体中溶解态和颗粒态有机磷在腐殖质和硝态氮光化学作用下的形态转化过程及特征，揭示湖泊水体中有机磷的光化学转化机制，明确有关光化学反应对水体中溶解态磷酸盐的贡献率。本研究将有助于系统认识湖泊水体磷素循环，为调控水体关键营养元素提供科学依据，研究结果对湖泊富营养化的治理具有重要的理论和实践意义。

磷迁移转化过程认知不清是湖泊富营养化进程不能有效控制的重要原因之一。本项目以浅水富营养化湖泊为对象，基于湖泊光敏物质的光化学行为，利用元素分析、连续提取和31P-核磁共振等技术手段，探讨了湖泊光敏物质驱动磷光解释放的过程及机理。研究结果表明，湖泊溶解态有机磷和颗粒态有机磷可以在光照下释放出溶解态磷酸盐，且颗粒态有机磷可能是其光解释放的主要来源，连续提取结果表明活性有机磷、中等活性有机磷和非活性有机磷均可光解，且中等活性磷是磷光解释放的主要贡献者，核磁共振结果表明经光照过程中磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸的结构含量发生了明显的转变；环境因素研究结果表明，浅水湖泊磷的光解释放过程易受到pH、光照强度、悬浮颗粒物含量、粒径等因素的干扰。进一步的机制探讨结果表明，湖泊光敏物质如NO3-、NO2-、Fe3+、Fe-oxlate等可在光照条件下释放活性氧自由基（如•OH、O2-•等），加速有机磷的间接光解进程，从而实现了水体溶解态磷酸盐的快速释放，羟基自由基捕获结果进一步表明，有机磷的光化学分解是湖泊水体磷素来源的重要途径之一，且光敏物质的光化学行为是其重要的驱动力。研究结果进一步加深了浅水湖泊磷地球化学循环过程的认知，对于控制湖泊富营养化进程具有重要的理论和实践意义。