磷被认为是湖泊富营养化发生的限制因子,其在湖泊中的迁移转化对湖泊生态健康有重要影响。近30年来,中国化肥施用量激增,畜禽养殖规模不断扩大以及水土流失严重,这些都导致大量的磷流失到湖泊中,使水体污染加剧。磷素几乎没有大气流通量,一旦进入水体很难自动消除,湖泊处于不断累积磷的过程中。湖泊沉积物具有强烈吸附磷的特性,是水体中主要磷库,沉积物对磷的吸附是影响湖泊中磷迁移的最主要过程之一。研究磷在沉积物上的吸附是了解湖泊中磷的流向及其生态风险的基础。本研究采用室内批式试验方法,对杭州市华家池沉积物和太湖梅梁湾水域沉积物吸附磷的特征进行了研究,以期了解磷在水体中的迁移行为,为富营养化湖泊修复提供理论技术支撑。主要研究结果如下：1、通过室内培养,采用灭菌和灭菌后接种的方法,研究了微生物对沉积物吸附磷的影响。结果表明：在好氧条件下,微生物可以促进沉积物对磷的吸附,而且微生物促进沉积物吸附磷的效应受到温度影响,温度越高,接种沉积物吸附的磷量越多(与灭菌相比)。在4、20、28和36℃条件下,接种沉积物最高吸附磷量比灭菌沉积物分别多0.2、12.3、22.9和33.0 mg/kg。有机磷分级结果表明：接种沉积物中NaHCO3-IP、NaHCO3-OP和Microbe-P含量显著高于灭菌沉积物,尤其是Microbe-P含量,增加了80%,这显示出沉积物对磷的固定受微生物活动影响。当处于厌氧条件时,微生物释放出部分吸附的磷。本文研究结果显示微生物活动可以促进沉积物固定磷,尤其是在好氧和温度较高的条件下。微生物活动在湖泊的磷循环中起着重要的作用,这将对采用微生物原位修复技术治理富营养化湖泊起到启示作用。2、沉积物类型和温度是影响磷吸附的重要因素。在4、20和30℃下,利用室内短期批式试验考察了梅梁湾和华家池沉积物对磷吸附的动力学和等温平衡吸附,同时研究了磷分级和磷解吸特征。结果显示：沉积物类型和温度对磷的吸附有显著影响(p<0.001),梅梁湾沉积物对磷的吸附速率大于华家池沉积物的。磷吸附活化能表明磷在沉积物上的吸附受扩散过程控制。利用Freundlich模型能够较好地拟合等温吸附数据。对于梅梁湾和华家池沉积物,从Freundlich模型参数计算所得的吸附热分别为6.37 kJ/mol和8.67 kJ/mol,这意味着磷在沉积物上的吸附反应是吸热过程。磷吸附可以显著增加弱结合态磷(S/L-P)、铝磷(A1-P)和铁磷(Fe-P)(p<0.05)含量。在30℃和4℃下发生磷吸附的沉积物进行磷分级,发现30℃的A1-P和Fe-P高于4℃的(p<0.05)。磷解吸试验表明,吸附后的磷在沉积物中容易解吸。不同温度下草酸提取态铁、铝与磷吸附容量之间呈显著正相关(R2=0.978),这说明铁和铝是温度对磷吸附影响的主要贡献因子。3、研究了平衡时间为24 h和360 h条件下,沉积物对磷吸附的特征。对磷吸附数据分别用Langmuir和Freundlich模型进行拟合的结果显示：磷的吸附速率随时间延长而降低,吸附时间越长,磷的吸附量越大。拟合时采用的磷浓度范围是影响吸附速率和达到平衡所需时间的重要因子,初始浓度越高吸附速率衰减越慢,所需平衡时间越长。Langmuir模型受磷初始浓度影响较大、浓度增加,拟合程度变差。总体而言,Langmuir对数据拟合程度劣于Freundlich模型。磷分级结果表明对于两种沉积物,吸附后的S/L-P, Al-P和Fe-P含量均显著高于对照(p<0.05)。两因素方差分析表明,磷的吸附量受沉积物类型和平衡时间的影响(p<0.05)。在自然环境下,沉积物与上覆水体接触的时间尺度远远大于实验室模拟条件,在模拟试验中有可能低估沉积物对磷的吸附能力。本文结果显示,在磷吸附试验中,采用不同的平衡时间,参数间的可比性下降。最后,建议采用统一条件研究磷的吸附过程。4、研究了不同的pH(6-9)和离子强度(K+和Cl-)(0、0.001、0.01和0.1mol/L KCl溶液)条件下,沉积物吸附磷的特征。结果表明：梅梁湾和华家池沉积物吸附磷的趋势是随pH升高,吸附量先升高,再降低。梅梁湾沉积物在pH=6.97时磷吸附量最大,华家池沉积物在pH=7.49时吸附量最大。梅梁湾沉积物对磷的吸附量随离子强度增加而增大,而华家池沉积物的吸附量随离子强度增加而减少。通过分析沉积物表面电荷、阳离子和阴离子的含量,可推测沉积物吸附磷的反应同时受到K+和C1-双重影响。梅梁湾沉积物主要受到K+压缩双电层影响,K+离子强度增加,电负性减弱,所以K+浓度越高,吸附量越大。华家池沉积物主要受到Cl-影响,C1-含量高,与磷酸根的竞争性增强,磷的吸附量变小。以上结果表明,梅梁湾沉积物吸附磷的过程发生在内层,而华家池沉积物对磷的吸附发生在外层。5、研究不同初始磷浓度(C0)对沉积物磷吸附动力学的影响以及2种沉积物磷吸附动力学的类型。结果表明：(1)梅梁湾沉积物对磷的吸附量大,吸附过程明显分为快、慢吸附2个阶段,华家池沉积物对磷的吸附过程较慢且吸附量小；(2)梅梁湾与华家池沉积物零净吸附磷浓度(EPC0)分别为0.03和0.42 mg/L,当C0<EPC0时,沉积物解吸磷,反之则吸附磷；(3)经过模型理论基础、标准残差和决定系数的比较得出,梅梁湾与华家池沉积物对磷的吸附分别属于假二级和假一级动力学模型；通过分析吸附动力学参数与初始浓度的关系,分别得到了梅梁湾与华家池沉积物磷吸附量与初始浓度和吸附时间的经验方程,这2个方程可以用来预测不同磷浓度和不同时间段条件下2种沉积物对磷的吸附过程。6、基于原始Langmuir模型,推导了包含自身吸附态磷的修正方程。通过分析,该方程可用于判断磷的吸附方向。通过与其他方程的比较,得出本方程的优劣及应用前景。另外基于浓度扩散和吸附饱和位点理论推导出了一个新的动力学方程,该方程尚处于理论假设阶段,仍需实践检验该模型的适用性。