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攔截內源磷釋放到OW中起到了關鍵作用。大多數被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構，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源磷釋放風險到OW中起到了關鍵作用。大多數被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構，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。這些數據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。

這兩種技術的應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