水域中的磷酸盐侵害分析

Marius Heiss，Urrich 0 2020-05-27

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研究发现:肥料中的磷酸盐并不能完全被植物吸收,未被吸收的磷酸盐可能在土壤中富集,继而转入水域当中,造成严重污染.

图1. 德国土壤侵蚀示意图。

研究发现：肥料中的磷酸盐并不能完全被植物吸收，未被吸收的磷酸盐可能在土壤中富集，继而转入水域当中，造成严重污染。本文介绍了两项有关磷酸盐侵害的实验，在研究中氧化还原电位以及pH值起到了重要的作用。

种植种类单一的土壤（如印尼棕榈种植园或新西兰云杉木种植园），必须定期施肥，以满足植物对特殊营养物质的需求，保证其最佳的生长条件。在德国许多种植区都被大量地施肥，而肥料中的磷酸盐并不能被植物完全吸收，未被吸收的部分则在土壤中富集，致使土壤被侵蚀，继而造成水域中磷酸盐的侵害。土壤侵蚀通常并非总以如此巨大的规模出现（如图1所示）。藻类通过营养物质的过渡供应而疯长，而导致水域的富营养化，磷酸盐在此起到了至关重要的作用。因此，研究其对土壤及水域造成侵害的程度十分必要。

巴伐利亚州环保局（LfU）开展了以“磷酸盐侵害”主题的硕士论文研究。LfU是巴伐利亚州环境保护、自然保护、地质和水经济的官方中心机构,对巴伐利亚州环境相关数据进行收集与评价，并由此制定对环境的持续利用和环境安全的目标、战略和计划。LfU总部拥有1000多名科学家、工程师、技术员以及实验室和管理人员。

LfU环保局实验人员进行了两项不同的实验：其中一项是关于磷酸盐侵害的长期性调查实验，包括通过土壤侵蚀而进入水域中的磷酸盐，以及从水域地基沉积而成的农田中溶解或释放出的磷酸盐；另一项则是关于从受侵蚀的土壤物质中向快速流动的水域中释放出来的磷酸盐的侵害短期实验。

图2. 长期性实验结构图。

监测磷酸盐溶解过程

为使与土壤颗粒相结合的磷酸盐再次溶解，需改变其周边环境的介质条件。研究众多富营养化的水域得知，当深水层中的氧气通过生物降解而被消耗之后，沉积层中的磷酸盐残渣溶解的过程便就此开始。与此同时，氧化还原电位降低且pH值升高。实验中除了对水中和土壤中的氧气进行监测之外，还借助pH电极L8280和氧化还原电极Pt8280对pH值和氧化还原电位进行监测，实验情况如图2、3所示。

高精度的长期性实验

对磷酸盐侵害的长期性调查实验延续了35天。实验过程中，pH电极和氧化还原电极均固定于土壤中。实验初期阶段每天测量数次，从第8天起为每天1次。在实验前采用pH7和 pH9的标准溶液进行校准；实验结束后，借助标准溶液对电极的长期稳定性进行考察。令人欣慰的是，经过所有长期性实验之后所进行的控制测量，相对于标准溶液的理论值仅有微小的偏差（偏差值均不超过0.05pH）。氧化还原电极的测量准确性分别于实验开始前和结束后借助参考溶液进行，同样未出现较大的偏差。

图3. 污水中的短期性实验图。

污水中的短期性实验

在由土壤颗粒物所产生强烈浑浊的污水中，实验人员应用电极对氧化还原电位和pH值进行了为期一周的测量，该短期性实验较此前的长期性实验更为简单。电极未被固定安装，可以有规律地进行校准。实验结果表明：在含氧水中进行的实验条件下，水中磷酸盐的含量有明显增加。当然也有一小部分的磷酸盐从受侵害土壤中转入水中，还有待进一步的调查实验，以便更好地了解其过程。

小结

水域中的磷酸盐会造成严重污染，为研究磷酸盐对土壤及水域造成的侵害，本文介绍了两项相关研究实验：高精度长期实验和污水中短期实验，氧化还原电位以及pH值在研究中起到了重要的作用。

磷酸盐侵害的分析

经土壤侵蚀而诱发的水域中磷酸盐侵害，导致了水域严重的富营养化。为研究磷酸盐对土壤的侵蚀以及对水域的影响，必须对其进行分析。从众多富营养化水域的检测中得知，当深水层中的氧气通过生物体的生物降解而被消耗之后，沉积层中的磷酸盐残渣溶解的过程便就此开始，与此同时，氧化还原电位降低且pH值升高。

除了对水中和土壤中的氧气进行监测之外，还要分析氧化还原电位和pH值。根据实验结构的不同，对于所用电极提出了特别的要求，如要求电极具有长期稳定性以及能够在被土壤颗粒物强烈浑浊的水中进行测量。

内容来源：巴法尼亚州环保局 SI分析有限公司应用电极/检测仪器部

责任编辑：展源

审　　核：何发