星湖底泥磷含量剖面特征及其生物可利用性研究.docx

1、Vol.33Na5May2008第33卷第5期环境科学与管理2008年5月ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENT文章编号：1673-1212(2008)05-0060-03星湖底泥磷含量剖面特征及其生物可利用性研究谭镇',李传红微,张修峰，谢贻发之（I.惠州市环境科学研究所，广东惠州516001；2.狂南大学水生生物研究所，广东广州510632）摘要:通过对星湖底泥柱状样的采集与分析，研究了星湖底泥中罅的赋存形态、垂向变化规律及生物可利用磷的特征。姑果表明,TP随深度增加而降低，含量0.25mg厂|1mg-g",生物可利用性确的含量为0.1mg-g

2、'1-0.45mg,占TP比例较高；间隙水中横酸盐含量明显高于湖水，相对于湖水星可释放状态。若外界氧化还原条件发生变化，底泥璘的释放可成为影响星湖富营养化的主要因素之一。关键词:璘;形态；垂向分布；生物可利用性；星湖中图分类号：X524文献标识码:AVerticalDistributionandBio-availabilityofPhosphorusinSedimentsofLakeXinghuTanZhen1,LiChuanhong1,2,ZhangXiufeng2,XieYifa2(1.InstituteofHuizhouEnvironmentalScience,Huizhou51

3、6001,China；2.InstituteofHydrobiology,JinanUniversity,Guangzhou510632,China)Abstract：Foursedimentcoresweretakenfromfoursub-lakesofLakeXinghu(Xiannvhu,Bohai-hu,Zhongxin-hu,andQinglian-hu)inApr.2005tostudyprofilesdistributionandchemicalformsofphosphorus,andtheirbio-availabilitycontributiontolakewater.T

4、heresultsshowedthatPinsedimentsdecreasedrapidlywithdepthandthehighervaluesatlowerdepthsindicatedthateutrophicationofLakeXinghuusedtobemoreserious.TPcontentsinsedimentsrangedfrom0.25mg,g'1to1mgg'1.BAPcontentsinsedimentsrangedfrom0.1mgg_1to0.45mg,g1andindicatedthegreatpotentialnutrientsrelease

5、capacityofthesediments.TheconcentrationsofSRPinporewaterweremuchhigherthanitinlakewaler.Keywords:phosphorus;fbnn；verticaldistribution；bio-availability;LakeXinghu星湖（112.23°E,23.6°N附近）位于广东省肇庆市北部的七星岩风景区内，由中心湖、仙女湖、波海湖、青莲湖和里湖等5个浅水子湖组成，总面积6.24kn?,平均水深2.3mo星湖水体富营养化问题由来已久，虽几经整治，未能得到根本改善。据研究,磷是星湖富营

6、养化的限制因素。在削减外源污染负荷后，内源释放可成为水体磷的主要来源，故底泥磷的含量及其形态对湖泊水环境产生重要影响。近年来有关星湖底泥磷的含量鲜有报道，因此本文研究了星湖底泥中磷的含量及各形态磷的剖面分布，进而探讨了生物可利用磷的特征及泥-水界面磷的交换状况，以期为星湖乃至其他湖泊的生态修复与重建提供参考。收稿日期：2007-08-22作者简介:谭镇（1刃8-），男，河北邯郸人，硕士,工程师。研究方向:水域生态修复及环境评价。1研究方法1.1样品采集和处理采样时间为2005年4月，分别在中心湖、仙女湖、波海湖和青莲湖的湖心处水面开阔地带采集柱状泥样，其长度为15cm30cm。现场将样品分层（

7、0cm20cm,每2cm分一层,20cm以下每4cm分一层），装入塑料袋中密封带回实验室，分别进行样品的总磷（TP）及磷形态分析。间隙水经底泥离心（4000rmin-】g,30min）,0.45呻滤膜过滤获得。1.2分析方法可溶性活性磷（SRP）用钮镑抗比色法测定;底泥中TP用过硫酸盐氧化法消解后测定；磷的形态分析采用Hupfer改进后的测定方法，弱吸附态磷（NH4CrP）：lmolL_1NH4C150mL（振荡0.5第33卷第5期2008年5月第33卷第5期2008年5月谭镇等星湖底泥磷含址剖面特征及其生物可利用性研究Vol.33No.5May2008h）;可还原态磷（BD-P）：0.11m

8、ol-L-lNaHCO3-Na2S2O450mL（407,振荡1h）；金属结合态磷（NaOH-P）：1mol-L"1NaOH50mL（振荡16h）；钙结合态磷（HCI-P）：0.5molL"HC150mL（振荡16h）。2结果与讨论2.1总磷底泥TP含量剖面变化趋势见图1。可以看出，星湖底泥表面富含磷，随沉积深度的增加,TP含量递减，特别是在表层，随深度增加,TP含量迅速减少。TP含量变化范围为0.25mgg-11mg厂。平均含量为0.45mg.g-'o不同采样点TP含量相比，波海湖最高，仙女湖最低。其他各湖区，含量大致相当,保持在不大的变化范围内。图1底泥TP含量

9、剖面图沉积物TP的剖面分布特征，反映了星湖底泥磷污染负荷从早年的缓慢增大直至近年迅速加重的过程，同时也反映了沉积物埋藏过程中磷的早期成岩作用改造。与国内其他发生富营养化的城市（郊）湖泊相比，如杭州西湖为0.74mgg-1-1.65mgg-W），武汉东湖为i39mg-g”，南京玄武湖为2.8mg-广，星湖底泥TP含量相对较低。2.2磷形态分析星湖底泥中各形态磷剖面变化趋势见图2,以下各形态磷分别叙述。NH4C1-P代表了底泥中不稳定或弱吸附态磷,是最容易被水生生物利用的磷。NHCl-P的含量很少，在0.271.47uggT之间，只占无机磷的不到1%,NH4C1-P最高值出现在波海湖。与国内一般城

10、市湖泊相比,星湖的NH4C1-P不高。BD-P代表了沉积物中可还原态磷，在沉积物呈还原态时可释放到水体,被藻类利用。星湖底泥BD-P含量在0.011mgg-1-0.099mg-g”之间，平均含量占TP平均含量的11.23%。但各湖的差异性较大，仙女湖和青莲湖的含量是波海湖和中心湖的34倍。垂向变化趋势都是由表层向下含量逐渐减小。NaOH-P则指的是同金属氧化物结合的磷，在厌氧或pH升高的情况下，这部分磷也会释放出来供藻类生长。同磷的其他赋存形态相比，NaOH-P含最是磷各形态中最高的，在0.040mgg"-0.41mga"之间，平均含量占无机磷总量的50%以上，占TP含量的

11、三分之一。分布同TP的剖面特征相似，呈明显的随深度增加而下降的趋势。HC1-P主要是由磷灰石磷组成,是底泥磷相对稳定的部分，其最终归宿是沉积下来。HC1-P含量在0.041mg-g"19mg-g"之间，平均含量占TP平均含量的22.27%。HC1-P随底泥深度的增加呈减少趋势。这部分磷在低pH值下活性较强，在星湖水微碱性（据测定pH为7.98.2）环境下，HC1-P相对比较稳定。TP减去磷形态分析提取的四步磷总和即为残余磷（Res-P）,主要包括有机磷及一些难融解的磷化合物，一般认为较难被生物所利用,故不做多述。通过对星湖底泥磷的形态分析表明，无机磷的主要赋存形态为NaOH

12、-Po各形态磷含量的相对比例关系，在不同沉积深度的底泥中有一定变化,反映了沉积磷在埋藏过程的形态转化以及不同形态磷的稳定程度差异。总的说来,虽然星湖底泥磷含量相对于其他城市（郊）湖泊，不是很高，但各点磷形态的垂直变化特征说明了近年来星湖的富营养化水平逐步加重的趋势。2.3生物可利用性磷及其对水体富营养化的贡献生物可利用性磷（BAP）表征了容易被藻类和水生植被直接利用以及能转换成生物可利用形式的磷，它和水体藻类增长、富营养化直接相关。通常用NHCl-P、BD-P和NaOH-P三者之和来评价底泥释磷能力的大小。由图3可以看出，BAP含量变化范围为0.051mgg'*-0.44mgg_,平均

13、含量为0.20mgg_，o其中波海湖BAP最高，其含最在剖面变化最大，从0.44mg-g-1®速下降到0.11mg.g-青莲湖和仙女湖次之,中心湖最小。各湖的垂直变化趋势比较明显，表层较大，之后随深度呈迅速减小趋势，与近些年来星湖富营养化程度日益加重是相吻合的。第33卷第5期2008年5月谭锁等星湖底泥磷含量剖面特征及其生物可利用性研究Vol33Na5May2008含员(叩冲)1357913579261111122n仙女湖波海湖135791357926111111n含量(mg.gt)0.60.811.2中心湖图2底泥BD-P,NaOH-P,HCl-P及Res-P含宣剖面图BAP(mg

14、g*1)图3底泥BAP含量剖面图.NaOH-P对BAP含量大小起主要贡献作用,NaOH-P在一定程度上与人类的活动相关,其来源为生活污水和工业废水。据研究，星湖污染主要是有机污染，周边地区人为排放的生活污水是水质污染的主要来源;另外，星湖作为广东地区城市湖泊中极少尚存有水生高等植物的湖泊，水生植被对底泥磷有着很好的吸收及固定作用，但近来的研究发现，星湖水环境的退化已经使水生植被多样性及分布区域急剧减少，将导致底泥磷负荷进一步加重。在与上覆水交换强烈的表层(0cm10cm),仙女湖、青莲湖、波海湖和中心湖底泥的BAP平均含量分别占到了TP平均含量的54.51%,49.27%,49.78%和29.

15、28%。BAP如此高的贡献率,从长远看,如果出现适合磷释放的条件，这部分磷会释放到水体,对水体富营养化存在潜在的威胁。2.4泥-水界面可溶性磷(SRP)浓度梯度通常磷释放时，首先进入的是表层底泥间隙水,进而向上层泥-水界面和上覆水混合扩散,进而影响湖水水质。间隙水中污染物分布特征已被证实与湖泊内源污染有直接关系3。星湖表层底泥间隙水和湖水的SRP含量关系见图4。可以看出，表层底泥间隙水的SRP含量明显高于上覆水，仙女湖、肯莲湖、波海湖和中心湖含段分别是湖水平均值的6.9,10.2,12.7和1.7倍，在泥-水界面存在一个SRP浓度梯度，相对湖水呈可释放状态，为底泥磷向水体的扩散提供了条件，扩散

16、通量的大小可在一定程度上影响星湖水体的营养水平。中心湖间隙水中SRP含量与湖水差别较小，可能是由于中心湖上有图4间隙水及湖水中磷酸盐含量(下转第83页)第33卷第5期2008年5月张魂等固制.蓝藻Nostoccommune和AnabaenaazoticaLey耐盐性及机理研究Vol.33No.5May20089 JeanjeanR,MatthijsHCP,OnanaB,etal.ExposureoftheCyanobacteriumSynechocystisPCC6803tosaltstressinducesconcertedchangesinrespirationandphotosynthe

17、sisJ.PlantceUPhysical,1993,34；1073-1079.10 PadhiH,RathBandAdhikarySP.Toleranceofnitrogen-fixingcyanobacteriatoNaClJ.BiologiaPlantarum,1998,40(2):261-268.11PattersonGML.Biotechnologicalapplicationsofcya-nobacteriafj.J.Sci&Ind.Res,1996,55：669-684.12 HashemMA.Problemsandprospectsofcyanobacteri-albi

18、ofertilizerforricecultivationJ.AustPlantPhysiol,2001,28；881-888.13 Vega-JarquinC,Garcia-MendozaM,Jablonows-kiNetal.Rapidinunobilizationofappliednitrogeninsaline-alkalinesoilsJ.Wantandsoil,2003,256：379-388.14 ChoudhuryATMA&KennedyIR.Prospectsandpotentialsforsystemsofbiologicalnitrogenfixationinsu

19、stainablericeproductionJ.BiolFertilSoils,2004,39：219-227.15 陈因，方大惟.不同pH下氯化钠对蓝藻固机的胁迫J.植物生理学通讯，1995,31(4):253-256.16 易平，郭厚良，周云珍.不同无机盐对柱胞鱼旌藻同工蔚的影响J.武汉植物学研究，1999,17(4):379-381.17 陈因，方大惟.钙对蓝藻固氮受氯化钠胁迫的缓解效应及其与生理条件的关系J.热带亚热带植物学报，1993,2(4):88-94.18 陈因，方大惟.甘霹醇对氯化钠胁迫下蓝藻Anabaena7120固氮活性的增强效应J.热带亚热带植物学报，1996,4(3

20、):65-69.19 陈兰周，刘永定，李敦海.盐胁迫对爪哇伪枝藻(Scytonemajavanicum)生理生化特性的影响J.中国沙漠，2003,23(3):285-288.20 MackinneyG.Absorptionoflightbychlorophyllsolu-tionsJ.J.boil.Chemr1941,14O：315-322.21 张惟杰.糖复合物生化研究技术M.浙江：浙江大学出版社,1994：124-125；175-176.22 CB-83I4,游离氨基酸总量测定：菊三酮比色法SJ.1998.23 张成武，吴洁.蓝藻细胞外多糖的研究概况J.中国海洋药物,1997(3):20-

21、25.(24JBorowitzkaLJ,DemmerleS,MackayMActal.Carbon-13nuclearmagneticresonancestudyctfosmoregulationinablue一greenalgaJ.Science,1980,210：650-651.25ReddyBR,ApteSK,ThomasJ.Enhancementofcy-anobacterialsalttolerancebycombinednitrogenJ.PlantPhysiol,1989,89:204-210.(上接第62页)3结论星湖底泥TP及各形态磷的含量随深度增加而降低，底泥中生物可利用性磷占TP比例较大，表层含量高，并且间隙水中营养盐含量明显高于湖水，相对于湖水呈可释放状态。在氧化还原条件发生改变时，底泥磷的内源负荷可成为影响星湖富营养化的主要因素之一。参考文献：1李雉初，李适字，周劲风，等.星湖水动力条件及水质模型的研究I水动力条件与水环境质量调查J.海洋与湖沼,2001,32(1):81-87.2钱君龙，张连荣，乐美耕.过硫酸盐消化法测定土壤全氮全磷J.土壤，1990,22(5)：258-262.3HupferM.,GachterR.,GiovanoliR.Trans