磷化氢在湖泊磷生物地球化学循环中的作用_王晓蓉

磷化氢在湖泊磷生物地球化学循环中的作用1)王晓蓉2)丁丽丽牛晓君任洪强(南京大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京,210093)摘要重点介绍磷化氢对湖泊富营养化和在湖泊磷的生物地球化学循环中的作用,并探讨其形成机理.关键词磷化氢,富营养化,生物地球化学循环.在磷的生物地球化学循环中,长期以来,一直认为气态磷化氢(PH3)在自然界是不存在的.直到1988年Dévai等人首次发现污水处理厂磷循环中磷的损失达30%—40%,并证实其中25%—50%是以气态磷化氢的形式进入大气[1].随后,在湿地、垃圾填埋场、养殖场、水稻田、水库等地方均检测到磷化氢,进一步证实磷化氢在大气和水圈中普遍存在,但以往在研究湖泊富营养化问题时均未考虑磷化氢的存在及其在湖泊生物地球化学循环中所起的作用[2,3,20].1自然环境中的磷化氢人们最初研究磷化氢的目的在于其本身具有毒性,能对生物体造成伤害.随着分析技术的不断改进,使用气相色谱及质谱技术首次在污水处理厂和浅水池等水生生态环境中检测到磷化氢.Glindemann等人设计的低温冷阱富集技术,检测到0.01—0.1ng·m-3(V/V)的磷化氢[3].最近,比利时的Roels等人报道利用GC-热离子检测器和-155℃的冷肼富集技术可以检测到沼气和污泥中ng·m-3级的磷化氢[4].德国Gassmann和Glin-demann课题组在底层水、沉积物、沼气和世界各地大气中均测定出磷化氢,还估算了德国磷化氢进入大气的通量[2,5].我国首次对北京地区大气中磷化氢的源及其时空分布开展研究[10,17].结果表明,北京地区水稻田、水库沉积物和垃圾填埋场等场所均能释放磷化氢气体.磷化氢浓度在大气中的垂直分布并没有明显规律,在0—300m均可测到磷化氢.夏季空气中磷化氢的浓度在清晨6点达到最高为65ng·m-3,中午最低降为11ng·m-3;春季和冬季磷化氢的浓度最低.光照对磷化氢的降解起重要作用:没有光照时,磷化氢和氧反应很慢;但在光照条件下,即使没有氧也能加速磷化氢的降解[10]生物圈中的气态磷化氢和结合态磷化氢参见表1和表2.1)国家自然科学基金资助项目(20177007).2)联系作者,Email:ekxr@ju.edu.cn.第22卷第5期2003年9月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.22,No.5September2003表1生物圈中气态磷化氢Table1Freephosphineinthebiosphere磷化氢的源浓度进入大气的通量研究者世界各地大气中的的磷化氢0.041—0.885ng·m-3＊1300ng·m-2·h-1＊＊Gassmann[7,8]0—157ng·m-3＊＊＊Glindemann[3,9]污水处理厂和浅层湖泊沉积物释放的沼气11.6—382mg·m-30.09—9.17mg·m-2·h-1Dévai[1]Louisiana微咸沼泽地0.42—3.03ng·m-2·h-1Dévai[6]Louisiana含盐沼泽地0.91—6.52ng·m-2·h-1动物污泥处理沼气0—295ng·m-3Glindemann[3]腐败产生的沼气24—20300ng·m-3Glindemann[3]填埋场大气0—24646ng·m-3Glindemann[3]400ng·m-3(平均值)曹海峰[10]北京十三陵水库98ng·m-3(平均值)曹海峰[10]水稻田137ng·m-3(平均值)曹海峰[10]＊NorthSea;＊＊WaddenSea(设想值);＊＊＊德国、阿根廷、突尼斯、Seychelles、以色列、纳米比亚.表2生物圈中结合态磷化氢Table2Matrix-boundphosphineinthebiosphere磷化氢的源浓度污泥处理方式研究者港湾(淡水)表层沉积物0.2—56.6ng·kg-1碱消化Gassmann[5]底层水(淡水和海水)0—0.43ng·dm-3碱消化Gassmann[5]淡水沉积物(0—5cm)47—826ng·dm-3海水沉积物(0—5cm)0.01—2.43ng·dm-3北京十三陵水库沉积物1.89—2.06ng·kg-1酸消化曹海峰[10]水稻田1.7—12.58ng·kg-1土壤,工业地区17—103ng·kg-1酸消化Eismann[11]土壤,乡村0.8—2.5ng·kg-1酸消化牛消化道2.9—5.1ng·kg-1碱消化Gassmann[8]猪消化道103ng·kg-1Eismann[12]牛排泄物13.9ng·kg-1猪排泄物964ng·kg-15.6—16.8ng·kg-1＊人排泄物0—162ng·kg-1鱼(鳕、欧蝶)0—69pg·条-12磷化氢在湖泊富营养化中的作用沉积物作为湖泊营养物质的蓄积库,沉积物磷的释