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己有研究证明水环境中普遍存在着低价态磷(化合价低于五价的磷),且广泛参与了磷的生物地球化学循环,低价磷的环境行为及其在磷循环中的地位和作用受到了广泛关注。亚磷酸盐(HPO32-,H2PO3-,+3价)作为具有中间价态的磷,是磷氧化还原循环的重要中间体,亚磷酸盐的迁移转化是磷循环的重要组成。目前环境中亚磷酸盐的研究多仅限于其时空分布特征,本课题组先前研究发现,夏秋季太湖水中亚磷酸盐浓度较低、底层水中浓度低于上覆水;在湖泊沉积物中,更深层沉积物的间隙水中亚磷酸盐含量更低。故湖泊水环境中的亚磷酸盐极有可能存在着在沉积物-水界面的迁移过程,以及在湖泊水中的光转化过程。本研究以亚磷酸盐为研究对象,建立了水环境中低浓度亚磷酸盐的检测方法,通过野外实验和室内研究相结合,系统研究了亚磷酸盐在湖泊沉积物-水界面的迁移通量、在太湖水中自然光照条件下的消减以及模拟体系中的光转化特征,研究结果是对磷生物地球化学循环的重要补充。主要研究结果如下:1.建立了采用一维分析系统串联二维毛细管离子色谱法测定天然水体中含磷离子(亚磷酸根(HPO32-)、磷酸根(H2PO4-)、草甘膦(Glyphosate)和氨甲基膦酸(AMPA))的方法。样品先经过一维AS11-HC分析型离子色谱柱进行初步分离,根据目标离子在一维系统中的出峰时间,将其切换至二维MAX-100毛细管色谱柱进一步分离检测。以信噪比S/N=3计算出HPO32-、H2PO4-、Glyphosate和 AMPA 的检出限分别为 0.18 nmol L-1、0.07 nmol L-1、0.15 nmol L-1 和 2.6 nmol L-1,峰面积的相对标准偏差(RSD,n=6)为2.7%～4.6%,四种物质在太湖水样中的加标回收率为80.1%～118.4%。结果表明,串联毛细管离子色谱法可以满足天然水体中含磷离子的检测需求。2.采用原柱样静态培养法研究了亚磷酸盐在北太湖沉积物-水界面通量的时空变化特征。北太湖全年沉积物-水界面亚磷酸盐通量在-38.21 ± 1.14到7.10±2.18 μmol m-2 d-1,平均通量为-4.72±10.40 μmol m-2 d-1。从整体上来说,亚磷酸盐的迁移方向是从水中向沉积物中迁移,沉积物是亚磷酸盐的汇。全年亚磷酸盐从水中向沉积物中迁移量约为(4.04±8.88)× 106 mol y-1。亚磷酸盐全年向底泥平均迁移通量最大的季节为冬季(-10.44±18.63 μmol m-2 d-1),然后依次是夏季(-8.04±5.61μmol m-2 d-1)和春季(-2.61±4.17μmol m-2d-1)。在秋季,整体来看,亚磷酸盐由沉积物向水中迁移,通量为2.20±4.07 μmol m-2 d-1。空间分布上,平均迁移量最大的点位为竺山湾,年平均通量为-12.70±17.96 μmol m-2 d-1,同时竺山湾点位也是水中总溶解态磷、亚磷酸盐,底泥IPs、TPs含量最高的区域。亚磷酸盐通量与水中亚磷酸盐浓度(r=-0.840,p<0.01),沉积物有机质含量(r=-0.720,p<0.01)、钙结合态磷(Ca-Ps)含量(r=-0.632,p<0.05)表现出显著负相关,与水中溶解氧(DO)含量及氧化还原电势(Eh)相关性不显著。水体磷污染程度、沉积物微生物活动以及Ca-Ps在磷的氧化还原循环中起到了重要的作用。3.研究了太湖水中亚磷酸盐自然光条件下的消减,包括直接光转化和间接光转化以及生物的作用。研究发现,18d的自然光照射下,亚磷酸盐在太湖水中不能发生直接光转化,可以发生间接光转化,微生物对水中亚磷酸盐的衰减也有一定的作用。自然光下太湖水中亚磷酸盐的衰减符合准一级反应动力学,其中,在过滤灭菌的太湖水中,亚磷酸盐反应速率常数为0.0102 d-1,半衰期为68.0 d,在未处理的太湖水中,反应速率常数为0.0324 d-1,半衰期为21.4 d,表明太湖水中的一些较大悬浮颗粒或悬浮生物对水中亚磷酸盐浓度的降低有重要影响。NO3-是水中重要的光活性物质,且太湖易遭受氮污染,进一步模拟了高NO3-浓度太湖水中亚磷酸盐自然光照射下消减研究。当NO3-达到约1 mmol L-1时,太湖水中亚磷酸盐的衰减速率均发生了显著的提高,半衰期均缩短至15.0-18.0 d,表明高NO3-污染促进了水环境中亚磷酸盐的光转化。4.室内模拟研究了亚磷酸盐在NO3-体系中的光氧化行为。结果表明,在模拟光照条件下,亚磷酸盐在NO3-体系中的光氧化行为符合准一级反应动力学反应。亚磷酸盐的光氧化速率随着NO3-浓度的增加,pH的降低而增大。微量的金属离子中,Fe3+、Fe2+由于具有光活性,可以明显促进亚磷酸盐的光氧化,而Mn2+、Cd2+有明显的抑制作用。常见的无机阴离子中,环境浓度的Br-、N02-、和HCO3-均会抑制亚磷酸盐的光氧化,其中HC03-抑制作用最大。Suwannee河腐殖酸(SRHA)和黄腐酸(SRFA)均对NO3-体系中亚磷酸盐的光氧化有较强的抑制作用,且在相同碳浓度下,SRHA的抑制作用更大。光化学反应后,溶液中磷酸盐含量明显增多,正磷酸盐是亚磷酸盐光氧化的主要产物。活性氧抑制剂异丙醇和叠氮化钠的加入均明显抑制了亚磷酸盐的光氧化,电子顺磁共振(ESR)捕获到硝酸根体系中有·OH生成,且两种抑制剂加入后均显著降低了.OH的浓度,证实光诱导产生的·OH是此体系下亚磷酸盐光氧化过程的主要氧化剂。5.室内模拟了草酸铁配合物(Fe(Ⅲ)-oxalate)体系中亚磷酸盐的光氧化。草酸铁体系中亚磷酸盐光氧化反应符合准一级反应动力学。100 μmmol L-1的亚磷酸盐在pH=3,Fe(Ⅲ)/Oxalate=10:100μmmol L-1条件下,反应速率常数为0.0039 min-1。亚磷酸盐光氧化反应速率受溶液pH,亚磷酸盐、Fe3+、C2O42-离子初始浓度以及光照强度的影响。反应过程中亚磷酸盐的减少与磷酸盐的增加相一致,表明光反应的产物为磷酸盐。异丙醇,叠氮化钠和糠醇等活性氧猝灭剂的加入明显抑制了光氧化的进行。