本次分享一篇由上海海洋大學詹艷慧團隊在《Journal of Environmental Chemical Engineering》上發(fā)表的一篇學術(shù)論文“Control of phosphorus release from sediment by hydrous zirconium oxide/magnesium hydroxide composite: Effectiveness, mechanism and microbial response"

本研究探討了水合氧化鋯/氫氧化鎂復合材料（MZ）對沉積物磷（P）釋放的控制效果和機制，并檢驗了MZ對沉積物中微生物群落的影響。MZ顯示出良好的磷酸鹽吸附性能。在pH為7的條件下，MZ對磷酸鹽的最大單層吸附量為67.7mg/g，明顯大于水合氧化鋯（39.8 mg/g）。MZ的添加和覆蓋都能有效地減少沉積物向覆蓋水（OW）的內(nèi)部磷負荷，MZ比氫氧化鎂更適合作為改良劑用于控制沉積物向OW的內(nèi)部磷釋放。在我們的研究中，MZ改良劑和覆蓋劑分別使OW中的可溶性反應(yīng)性磷（SRP）減少了94.3%-97.8%和96.6%-99.2%。SRP的鈍化、薄膜擴散梯度中的不穩(wěn)定磷和上覆沉積物中的移動磷在MZ攔截內(nèi)源磷釋放到OW中起到了關(guān)鍵作用。大多數(shù)被MZ鈍化的磷在常見的pH和還原環(huán)境下難以釋放。盡管MZ的添加和覆蓋可以重塑表層沉積物中微生物群落的結(jié)構(gòu)，但通過FAPROTAX分析預測，MZ改良和覆蓋的沉積物中的微生物群落仍然可以發(fā)揮與碳、氮、硫和鐵循環(huán)相關(guān)的良好生態(tài)功能。我們的發(fā)現(xiàn)表明，MZ是一種有前景的改良劑和覆蓋材料，用于減輕淡水生態(tài)系統(tǒng)沉積物中磷的釋放。

研究結(jié)果表明：(1) MZ顯示出良好的HvPO4-(3-v)吸附性能。在pH為7的條件下，MZ對HvPO4-(3-v)的最大單層吸附量為67.7 mg/g。在常見離子的共同存在下，MZ消除HvPO4-(3-v)的機制包括無定形鈣磷酸鹽化合物的形成，以及包括內(nèi)層球狀鋯-磷酸鹽復合物、磷酸橋聯(lián)鋯-磷酸鈣復合物和磷酸橋聯(lián)鋯-鎂復合物在內(nèi)的鋯-磷酸鹽復合物的生成。(2) MZ的改良和覆蓋都能有效地減輕沉積物向覆蓋水（OW）的內(nèi)部磷負荷，而且MZ比氫氧化鎂更適合用作改良劑來控制沉積物內(nèi)部磷釋放到OW。MZ的改良和覆蓋可以誘導磷從PRS向PNaOH和PRes的轉(zhuǎn)化，使無機磷更穩(wěn)定。上層沉積物中SRP、PDGT和PM的鈍化在通過MZ的添加和覆蓋減少內(nèi)源磷釋放風險到OW中起到了關(guān)鍵作用。大多數(shù)被MZ鈍化的磷在常見pH和還原環(huán)境下難以釋放。(3) 盡管MZ的添加和覆蓋都能重塑表層沉積物中微生物群落的結(jié)構(gòu)，但通過FAPROTAX分析預測，MZ改良和覆蓋的沉積物中的微生物群落仍然可以發(fā)揮與碳、氮、硫和鐵循環(huán)相關(guān)的良好生態(tài)功能。(4) MZ可以作為改良劑和覆蓋材料，用于減輕淡水生態(tài)系統(tǒng)沉積物中磷的釋放。

在這篇文章中，高分辨孔隙水采樣裝置（HR Peeper）和薄膜擴散梯度（DGT）采樣裝置被用于研究沉積物和水體中的磷（P）的釋放控制。以下是它們各自的作用：

1. 高分辨孔隙水采樣裝置（HR Peeper），溶解態(tài)重金屬檢測/營養(yǎng)鹽檢測：

HR Peeper用于測量沉積物孔隙水中的溶解態(tài)磷（SRP）和鐵(II)（Fe2+）的濃度。這些數(shù)據(jù)有助于了解沉積物中磷的釋放情況，以及沉積物中鐵的形態(tài)和遷移情況。

通過在不同時間點垂直放置HR Peeper于沉積物中，研究人員能夠收集不同深度的孔隙水樣本，并分析這些樣本中的SRP和Fe2+濃度，從而評估沉積物中磷的動態(tài)變化和遷移過程。

2. 薄膜擴散梯度（DGT）采樣裝置，生物有效態(tài)重金屬檢測/生物有效態(tài)營養(yǎng)鹽檢測/不穩(wěn)定態(tài)重金屬檢測/不穩(wěn)定態(tài)營養(yǎng)鹽檢測：

DGT裝置用于測量沉積物-水界面（SWI）附近的不穩(wěn)定磷（PDGT）的濃度。PDGT代表了沉積物中可能釋放到水體中的磷，這對于理解沉積物中磷的潛在釋放風險和磷的生物可利用性至關(guān)重要。

通過在培養(yǎng)期間的特定時間點放置DGT裝置于沉積物-水系統(tǒng)中，研究人員能夠測量上層水和沉積物中的不穩(wěn)定磷濃度，進而評估不同處理措施（如MH、HZO和MZ的添加和覆蓋）對沉積物中磷釋放的影響。

這兩種技術(shù)的應(yīng)用使得研究人員能夠詳細地監(jiān)測和分析沉積物中磷的動態(tài)變化，以及它們與環(huán)境因素（如溶解氧DO、pH、有機物等）之間的關(guān)系，對于評估和優(yōu)化沉積物磷釋放控制策略具有重要意義。

高分辨孔隙水采樣裝置