沉积物中磷素对水体富营养化影响的研究.doc

沉积物中磷素对水体富营养化的研究 摘要：英文摘要：磷在水体营养元素循环中占有极重要的地位，是水体富营养化的主要控制因子之一. 水体中磷的来源可分为外源性磷和内源性磷. 沉积物是水体中磷的重要蓄积库，沉积物中的磷迁移转化过程直接影响着上覆水体富营养化过程.磷在沉积物中的形态十分复杂，磷形态转化是控制沉积物-水界面间磷循环的主要因子14. 在已有沉积物磷形态研究中，往往把磷分为交换态磷、铁铝态磷、钙镁态磷、有机态磷和残余态磷，即把有机磷作为一个整体. 然而有越来越多的研究发现，有机磷在沉积物中的含量可以占到总磷 的20%80%5,6，其作用不可忽视. 沉积物释磷量大小不仅与沉积物有机磷含量有关7，有机磷活性也是决定有机磷在沉积过程中矿化为无机磷的关键因素，直接影响上覆水质的营养状况，在整个水域中起重要作用. 按照活性可将有机磷分为活性有机磷、中活性有机磷和稳性有机磷. 有机磷形态受到各种因素影响，包括温度、pH 值、有机质等，但是有机质是最重要的8,9 目前针对沉积物有机磷的研究较少，尤其缺乏对有机磷活性方面的认识。 本实验选择了我国不同地区7个典型湖泊，采用Ivannoff 等的连续提取方法对沉积物有机磷进行了分级提取，研究不同流域特征、生态结构、污染程度的湖泊沉积物中有机磷形态分布特征，分析有机磷分级组分与其它指标的关系，探讨有机磷组分与生物有效性和湖泊富营养化的关系.1、材料与方法1. 1 湖泊概况及样品采集在我国不同地区选择7个不同流域特征、生态结构、污染程度的湖泊. 其中，东部平原湖区选择富营养化湖泊巢湖，延中线在东西湖区不同污染区域设置4个采样点;云贵高原湖区选择富营养化湖泊杞麓湖，中营养湖泊程海，贫营养湖泊泸沽湖，分别设置23个采样点;青藏高原湖区选择青海湖，在典型区域设置2个采样点;蒙新高原湖区选择草型湖泊乌梁素海和呼伦湖，分别在典型区域设置2个采样点. 2009 年 7 12 月用彼得森采泥器采集湖泊表层沉积物样品，装在密封袋中，用干冰覆盖低温密闭保存，运回实验室后经超低温冷冻干燥后研磨过100目筛，密封后冷藏保存待分析用.1. 2 样品分析1. 2. 1 理化性质分析称取2份0. 5 g沉积物样品，对其中一份进行灰化(500下灰化2 h)，经酸提取后(1 mol / L HCl提取16h)，采用钼锑抗比色法测定TP含量;另一份直接经酸提取(1 mol/L HCl提取16 h)后采用钼锑抗比色法测定无机磷(Pi)含量，最后由 TP 和 Pi相减获得总有机磷(Po)的含量. 有机质的含量根据沉积物在 500 下(煅烧2 h)的烧失量计算。 1. 2. 2 沉积物有机磷的分级连续提取沉积物有机磷分级连续提取析参 照Ivannoff等的土壤 Po分级的方法，将沉积物中Po分为3种形态:活性Po，用0.5mol/L NaHCO3 (pH 8. 5)萃取16 h.然后分别取2份上清液一份测定 TP，另一份测定Pi，Po的含量计算为溶液TP减去Pi;中活性 Po，先用1mol/L HCl，后用0. 5 mol/L NaOH萃取. 0. 5 mol/L NaOH 提取液中包括一部分中活性Po(fulvic acid-Po)和一部分非活性 Po(humic acid-Po). 用浓盐酸酸化0. 5 mol/L NaOH提取液到pH= 0. 2，然后胡敏酸沉淀，富里酸仍然留在溶液里.离心测定上清液中的Po为fulvic acid-Pohumicacid-Po通过0. 5 mol/L NaOH提取液中Po扣除fulvic acid-Po而得;非活性Po，包括humic acid-Po和残渣态有机磷(residual Po. 0. 5 mol / L NaOH提取后的残渣经去离子水冲洗，移入坩锅中在550下灰化1 h，再用1 mol/L H2SO4振荡萃取24 h后测定溶液中磷的浓度即为residual Po.实验中对所有样品均取3份平行测定并取其平均值实验误差 巢湖 呼伦湖 程海 乌梁素海 青海湖. 沉积物中磷的形态以 Pi为 主，Pi含量范 围为324. 87 1218. 56mg / kg，占TP的58. 1%87. 8% ;Po含量范围为70. 71463. 92 mg / kg，其中泸沽湖Po最高，平均420. 11 mg / kg，乌梁素海和呼伦湖最低，平均分别为95. 96 mg / kg和98. 49 mg / kg.沉积物中有机质(OM) 含量范围为 4. 12% 19. 54%，OM与Po表现出显著相关关系 ( R2=0. 80，p HCl-Po fulvic acid-Po humic acid-Po NaHCO3-Po，平均的相对比例为8. 33. 12. 21. 81. 0，不同湖泊沉积物的 Po形态以中活性 Po和非活性Po为主，二者占有机磷总量的90%以上，其含量分别在36. 1699. 73 mg / kg和22. 0298. 77 mg / kg 之间，占总Po的15. 12% 66. 73% 和27. 99% 77. 72 % . 活性 Po含量是沉积物中Po中含量最小的组分，其含量为2. 02 43. 16 mg / kg，占 Po的1. 44% 9. 50 % ，7 个湖泊的活性Po的平均相对含量为6. 1% ，略低于前人报的土壤中的相对含(7% )，活性 Po是土壤 Po中最可迅速矿化部分. 活性Po含量较低主要是因为在湖泊环境中沉积物-水界面的相互作用较为强烈，活性Po很容易被分解为小分子化合物或磷酸盐，进而释放到上覆水体中.除程海以外其它6个湖泊 HCl-Po是中活性有机磷的主要组分，含量17. 22 51. 12 mg/kg，占总Po的12. 11 55. 11% ，fulvic acid-Po含量为5. 59 47. 01 mg / kg占总Po的3. 01%24. 85 % . 浅水湖泊巢湖、乌梁素海和呼伦湖的活性和中活性Po高于深水湖程海、青海湖和泸沽湖. 在深水湖泊中颗粒态有机质除了非活性部分，其余在沉淀到底部之前已经循环入水生态系统，而浅水湖泊中尽快沉积物-水界面生物地球化学作用强烈，降解了一部分有机质，但悬浮物和有机质沉降通量明显高于深水湖泊. 已有对土壤的研究表明活性 Po和中活性Po的生物可利用性比非活性有机磷高，是土壤中植物可利用性磷的主要来源，可以有力指示土壤是否富含磷和有机质，评价土壤Po的生物可利用性. 生物可利用性Po(活性Po和中活性Po)在重度污染沉积物中的含量比较高。 非活性有机磷的来源主要是陆源排放，并可在矿化成岩过程中逐渐地转化为生物可利用磷.所研究湖泊沉积物中非活性Po含量为22. 02 298. 77 mg / kg，占总 Po的27. 99%77. 72% . 巢湖、青海湖、杞麓湖、程海和泸沽湖沉积物Po以非活性Po为主要组分，含量为57. 67298. 77 mg/kg，占总Po的 31. 03 77. 72% ，而草型富营养化湖泊乌梁素海和呼伦湖中，非活性Po为 22. 02 51. 98mg / kg，占总Po的27. 99% 44. 65% . 可能原因是草型湖泊磷的生物转化作用更为明显，非活性Po在强烈的生物作用下迅速转化为中活性和活性Po. 另外，不同营养程度和不同生态类型湖泊沉积物中Po分级组分的不同含量影响磷在沉积物-水界面的交换.3 结论(1)、沉积物中 OM 和 Po的生物地球化学循环密切联系，不同湖泊沉积物中OM与Po表现出显著相关关系. 不同湖泊沉积物中Po相对含量的差异表明其来源和生物地球化学循环的不同，重污染沉积物中有机磷各组分含量明显高于中度污染沉积物.参考文献：1 付永清，周易勇 . 沉积物磷形态的分级分离及其生态学意义J. 湖泊科学，1999，11(4): 376-381.2 刘素美，张经. 沉积物中磷的化学提取分析方法J. 海洋科学，2001，25(1): 22-25.3 朱广伟，高光，秦伯强，等. 浅水湖泊沉积物中磷的地球化学特征J. 水科学进展，2003，14(6):714-719.4 李悦，薛永先. 沉积物中不同形态磷提取方法的改进及其环境地球化学意义J. 海洋环境科学，1998，17(1):15-20.5 扈传昱，潘建明. 珠江口沉积物中磷的赋存形态J. 海洋环境科学，2001，20(4):21-25.6 夏学惠，张灼. 滇池现代沉积物中磷的地球化学及其对环境影响J. 沉积学报，2002，20(3):416-420.7 Rydin E. Potentially mobile phosphorus in Lake Erken sedimentJ. Water Research，2000，34(7):2037-2042.8 Stewart A J，Wetzel R G. Influence of dissolved humic materialson carbon assimilation and alkaline phosphatase activity in naturalalgal-bacterial assemblagesJ. Freshwater Biology，1982，12:369-380.9 Shaw P J. The effect of pH，dissolved humic substances，andionic composition on the transfer of iron and phosphate toparticulate size fractions in epilimnetic lake water J. Limnologyand Oceanography，1