DGT和高分辨孔隙水采样装置可以检测哪些元素的有效态浓度？

本次分享一篇由上海海洋大学詹艳慧团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》上发表的一篇学术论文“Control of phosphorus release from sediment by hydrous zirconium oxide/magnesium hydroxide composite: Effectiveness, mechanism and microbial response”

本研究探讨了水合氧化锆/氢氧化镁复合材料（MZ）对沉积物磷（P）释放的控制效果和机制，并检验了MZ对沉积物中微生物群落的影响。MZ显示出良好的磷酸盐吸附性能。在pH为7的条件下，MZ对磷酸盐的最大单层吸附量为67.7mg/g，明显大于水合氧化锆（39.8 mg/g）。MZ的添加和覆盖都能有效地减少沉积物向覆盖水（OW）的内部磷负荷，MZ比氢氧化镁更适合作为改良剂用于控制沉积物向OW的内部磷释放。在我们的研究中，MZ改良剂和覆盖剂分别使OW中的可溶性反应性磷（SRP）减少了94.3%-97.8%和96.6%-99.2%。SRP的钝化、薄膜扩散梯度中的不稳定磷和上覆沉积物中的移动磷在MZ拦截内源磷释放到OW中起到了关键作用。大多数被MZ钝化的磷在常见的pH和还原环境下难以释放。尽管MZ的添加和覆盖可以重塑表层沉积物中微生物群落的结构，但通过FAPROTAX分析预测，MZ改良和覆盖的沉积物中的微生物群落仍然可以发挥与碳、氮、硫和铁循环相关的良好生态功能。我们的发现表明，MZ是一种有前景的改良剂和覆盖材料，用于减轻淡水生态系统沉积物中磷的释放。

研究结果表明：(1) MZ显示出良好的HvPO4-(3-v)吸附性能。在pH为7的条件下，MZ对HvPO4-(3-v)的最大单层吸附量为67.7 mg/g。在常见离子的共同存在下，MZ消除HvPO4-(3-v)的机制包括无定形钙磷酸盐化合物的形成，以及包括内层球状锆-磷酸盐复合物、磷酸桥联锆-磷酸钙复合物和磷酸桥联锆-镁复合物在内的锆-磷酸盐复合物的生成。(2) MZ的改良和覆盖都能有效地减轻沉积物向覆盖水（OW）的内部磷负荷，而且MZ比氢氧化镁更适合用作改良剂来控制沉积物内部磷释放到OW。MZ的改良和覆盖可以诱导磷从PRS向PNaOH和PRes的转化，使无机磷更稳定。上层沉积物中SRP、PDGT和PM的钝化在通过MZ的添加和覆盖减少内源磷释放风险到OW中起到了关键作用。大多数被MZ钝化的磷在常见pH和还原环境下难以释放。(3) 尽管MZ的添加和覆盖都能重塑表层沉积物中微生物群落的结构，但通过FAPROTAX分析预测，MZ改良和覆盖的沉积物中的微生物群落仍然可以发挥与碳、氮、硫和铁循环相关的良好生态功能。(4) MZ可以作为改良剂和覆盖材料，用于减轻淡水生态系统沉积物中磷的释放。

在这篇文章中，高分辨孔隙水采样装置（HR Peeper）和薄膜扩散梯度（DGT）采样装置被用于研究沉积物和水体中的磷（P）的释放控制。以下是它们各自的作用：

1. 高分辨孔隙水采样装置（HR Peeper），溶解态重金属检测/营养盐检测：

HR Peeper用于测量沉积物孔隙水中的溶解态磷（SRP）和铁(II)（Fe2+）的浓度。这些数据有助于了解沉积物中磷的释放情况，以及沉积物中铁的形态和迁移情况。

通过在不同时间点垂直放置HR Peeper于沉积物中，研究人员能够收集不同深度的孔隙水样本，并分析这些样本中的SRP和Fe2+浓度，从而评估沉积物中磷的动态变化和迁移过程。

2. 薄膜扩散梯度（DGT）采样装置，生物有效态重金属检测/生物有效态营养盐检测/不稳定态重金属检测/不稳定态营养盐检测：

DGT装置用于测量沉积物-水界面（SWI）附近的不稳定磷（PDGT）的浓度。PDGT代表了沉积物中可能释放到水体中的磷，这对于理解沉积物中磷的潜在释放风险和磷的生物可利用性至关重要。

通过在培养期间的特定时间点放置DGT装置于沉积物-水系统中，研究人员能够测量上层水和沉积物中的不稳定磷浓度，进而评估不同处理措施（如MH、HZO和MZ的添加和覆盖）对沉积物中磷释放的影响。

这两种技术的应用使得研究人员能够详细地监测和分析沉积物中磷的动态变化，以及它们与环境因素（如溶解氧DO、pH、有机物等）之间的关系，对于评估和优化沉积物磷释放控制策略具有重要意义。

高分辨孔隙水采样装置