湖泊沉积物磷的赋存和释放与湖泊富营养化密切相关。在沉积物中,磷通常与金属(铁、铝、钙等)矿物相结合。其中,与铁(氢)氧化物相结合的磷(铁磷)是沉积物中磷的重要赋存形式,其在还原条件下容易发生磷的释放。溶解性有机质是水体中普遍存在的、具有异质性的一类物质,其能与铁(氢)氧化物发生作用,导致有机质组分分馏。有机质、磷与铁(氢)氧化物主要有两种作用方式:吸附和共沉淀。有机质、磷在铁(氢)氧化物上的吸附,和三者的共沉淀将改变磷、有机质的赋存形式,从而影响湖泊中营养盐、有机质的可利用性及其在湖泊生态系统中的作用。现有研究主要关注有机质、磷在铁(氢)氧化物上的竞争吸附对磷吸附的影响,仅有有限的研究注意到磷对有机质吸附分馏的影响;且对有机质、磷与铁三者的共沉淀作用还缺少更系统的认识。 本文以磷、腐殖酸(有机质模型物质)和针铁矿(沉积物中主要的铁氢氧化物存在形式)为研究对象,柠檬酸作为腐殖酸的对比,设置了吸附和共沉淀实验,以紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱为有机质组分表征手段,研究短期吸附中腐殖酸和磷的相互影响,腐殖酸、磷和铁共沉淀中碳磷沉淀能力和腐殖酸组分的变化,以及长时间反应下腐殖酸/柠檬酸和磷的相互影响关系。研究结果表明:(1)短期吸附动力学中,磷与针铁矿的亲和力大于腐殖酸,并且其吸附受腐殖酸的影响小,而磷会改变腐殖酸的吸附分馏,即明显抑制或置换出腐殖酸中的陆源大分子芳香组分(荧光组分C1、C2和C4),使得微生物来源的类富里酸(C3)变成不吸附,同时促进光降解产物(C5)的吸附。(2)腐殖酸、磷和铁的共沉淀中,铁对碳和磷的结合能力强于吸附,并且具有稳定性,磷和腐殖酸之间的相互影响较小,腐殖酸的沉淀也具有分馏现象,相对于吸附作用,共沉淀作用更有利于类蛋白(C6)的沉淀。(3)长期吸附过程中,腐殖酸/柠檬酸与磷共存时,8天内磷在针铁矿上的吸附被抑制,之后转为促进;而磷对腐殖酸体现为抑制作用,对柠檬酸无明显影响。腐殖酸/柠檬酸优先与针铁矿反应1~60天再加磷时,腐殖酸和柠檬酸对磷吸附的抑制随时间增长而变大,磷会加速部分腐殖酸的大分子芳香组分(C1、C2和C4)的释放,但对柠檬酸无明显影响。 研究结果揭示了有机质和磷在针铁矿上的竞争吸附取决于吸附质与针铁矿的亲和力,其决定了磷和有机质的相互影响,也决定不同有机质组分的结合能力和分馏及其对磷添加的响应。相对于吸附作用,共沉淀具有更强的有机质、磷埋藏能力,共沉淀过程中有机质、磷的竞争较吸附过程弱。磷的存在改变了有机质组分在铁(氢)氧化物上吸附/与铁共沉淀过程的分馏,影响溶液中有机质的结构性质。本研究结果有助于深入理解有机质、磷在湖泊沉积物/湖水中的存在形式及碳、磷在湖泊中的循环。