垂向微界面上内源磷形态转化的驱动机制

For natural water bodies, the sediments generally are not suspended, while the phosphorus migration and transformation under sediment without suspension mainly depends on the benthos. However, the effect of disturbance from the benthos was attributed to the interface on the surface of the sediments, resulting in the neglect of the vertical micro-interface by the benthos on the migration and transformation of phosphorus. The same grade of the environmental effect can be magnified several times based on the vertical micro-interface. This can enhance the migration and transformation of phosphorus. Therefore, the vertical micro-interface will be the optimizing area to clarifying the internal phosphorus transformation under sediment without suspension. The vertical micro-interface can be described directly with the improved methods. The characteristics of the interface and the environmental effect can be described directly, clarifying the features and the connotation. It is to clarify the effect of the physical and chemical and microorganism features on the phosphorus transformation. It is to clear the reason of the internal phosphorus regeneration and migration on the micro level and to rebuild the estimation mode. It is to clarify the interacting action of the multiple environmental effects based on the vertical micro-interface on the phosphorus distribution. It is to distinguish the inducing factors and the controlling factors. It is to be sure the mechanism and process and the paths of the internal phosphorus migration and transformation. It is to provide the theory for the behavioral process of phosphorus under sediment without suspension.

水体底泥通常处于非悬浮状态，底栖生物扰动是底泥非悬浮状态下磷迁移转化的主要促进形式。但人们通常将底栖生物扰动产生的效应纳入底泥表层泥水界面统一考虑，而忽略了其构造的垂向微界面上内源磷再生及转化作用。垂向微界面因其独特的界面特征可将相同级别的环境效应放大数倍，从而提高对内源磷再生、转化的作用强度，因此，这将是阐明底泥非悬浮状态下内源磷形态转化机制的最佳区域。本项目利用改进的研究方法直接界定垂向微界面，定量表征界面特征和环境效应，解析垂向微界面的特性和内涵；解析垂向微界面上物理、化学、微生物特征对磷再生、迁移的作用机制，在微观层面阐明内源磷再生和迁移的本质诱因，重新构建内源磷再生和迁移的估算模式；研究垂向微界面上多重环境效应对内源磷赋存形态数量分布的交互作用，识别关键诱发因子和控制因子，明确内源磷形态转化的过程和途径及对磷再生和迁移的作用机制。为揭示底泥非悬浮状态下磷的行为过程提供理论依据。

底栖生物扰动是底泥非悬浮状态下磷迁移转化的主要促进形式。但人们通常将底栖生物扰动产生的效应纳入底泥表层泥水界面统一考虑，而忽略了其构造的垂向微界面上内源磷再生及转化作用。垂向微界面因其独特的界面特征可将相同级别的环境效应放大数倍，从而提高对内源磷再生、转化的作用强度。本项目以“垂向微界面特征—底泥微环境响应—内源磷形态转化”为研究主线，以对垂向微界面的界面特征及其效应、垂向微界面过程对内源磷再生和迁移的作用机制、内源磷形态转化的驱动机制及其转化途径为主要研究内容，拟阐明垂向微界面对内源磷形态转化的驱动机制。从物理、化学、微生物等方面解析了垂向微界面作用下底泥微环境的响应，发现垂向微界面的构建会显著改变底泥厌氧、好氧体积比例，泥水界面以下15cm，氧化还原电位可达到300mv，对微生物的恢复起到了正向作用。人工构建垂向微界面条件下，对底泥微环境的改变更为强烈一些。这也反应在内源磷的再生、释放和形态转化上。垂向微界面作用下，内源磷再生的迟滞效应显著，主要原因是抑制了磷从固相向水相的迁移，从而对内源磷再生及迁移模式有了新的认识。这可归因于底泥微环境的好氧和厌氧共存，诱发了内源磷形态的转化，但氧化程度并不是唯一的核心因素，氧化作用下的Ca2+也起到了关键作用。在垂向微界面的作用下，底泥微环境发生改变，致使内源磷形态相互转化，底栖生物构建的垂向微界面由于底泥微环境改变程度过小，内源磷转化并不显著，而人工构建的垂向微界面，内源磷转化非常明显，其驱动机制是氧化作用和Ca2+，内源磷转化机制是从弱吸附态磷、铁结合态磷、有机磷向钙结合态磷、铝结合态磷转化，进而降低内源磷生物有效性。以往控磷技术主要是通过覆盖将内源磷控制在间隙水内，而垂向微界面的构建则是通过促使内源磷由易释放态磷向难释放态磷转化，从而避免其进入间隙水，有主动控磷趋势。这为内源磷主动控制技术奠定了理论基础。