文章编号:100428227(2006)0520490205典型城内过富营养湖泊沉积物和间隙水中各形态磷的相关性研究赵 颖1,2,王国秀1,章北平2(1.华中师范大学生命科学学院,湖北武汉430079;2.华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074)摘 要:研究了武汉市繁华市中心典型过富营养湖泊沉积物—间隙水体系磷形态的相关性。
对沉积物—间隙水中磷形态的连续提取分析发现,自然粒度下,沉积物中有机质含量与沉积物中有机/细菌聚合磷存在很好的线性相关性,说明沉积物中有机质是有机/细菌聚合磷的源;沉积物中总磷决定间隙水中总溶解性磷和溶解性磷酸盐的含量,并且总磷与间隙水中总溶解性磷和溶解性磷酸盐存在很好的相关性;沉积物中Fe2P和Al2P分别与间隙水中的Eh 和溶解性磷酸盐存在相关性,说明Eh的大小严重影响Fe2P和Al2P的含量,但是Fe2P和Al2P含量之和又主导着间隙水中溶解性磷酸盐的含量。
对典型市内过富营养湖泊的沉积物-间隙水体系中形态磷的相关性研究,旨在为控制这种典型过富营养湖泊沉积物中磷向水体释放提供理论参考。
关键词:城内过富营养湖泊;沉积物;间隙水;形态磷;相关性文献标识码:A 目前国内在沉积物—间隙水体系营养盐的迁移研究主要侧重在不同条件下(不同温度、p H值、盐度、搅动等),营养盐的释放规律、湖泊中营养盐释放通量以及不同条件下对磷形态的影响等,但是对湖泊间隙水与对应沉积物中主要营养盐(氮磷与各种其他的形态)的相关性研究却很少,国外文献报道也不多[1～5]。
本文针对典型市内过富营养湖泊的沉积物-间隙水体系中磷形态的相关性做了研究,旨在为控制这种典型过富营养湖泊沉积物中磷向水体释放提供理论参考。
1 样品采集和分析方法1.1 调查区域选择武汉市汉阳区月湖作为试验研究区域,该区属亚热带季风气候,全年四季分明,日照充足,雨量充沛。
年平均气温15.4℃～17.5℃,极端最高气温41.3℃,极端最低气温-18.1℃。
年均降水量1150～1450mm,最大年降水量2057.9mm,最小降水量730.4mm。
降雨集中在6～8月,约占全年降水量的40%左右。
月湖处于武汉市繁华的中心地带,东连龟山,北依汉水,南靠梅子山。
由于近十几年周边地区经济的高速发展,湖泊严重萎缩,面临着严重的沼泽化问题,现在湖面积仅为0.66km2,平均水深1.2m。
月湖的主要污染来源为生活污水,1994年以后工业废水排口基本封堵,现仍有约22处不规则生活废水排放口,每天接纳污水量约为1万t。
全湖除了一些凤眼莲外,没有任何其它大型水生高等植物,底栖动物密度如下:寡毛类为80ind/m2,螺类为10ind/ m2,水生昆虫为1100ind/m2。
其水质指标和叶绿素a参数见表1。
1.2 采样与测定采样时间为2004年6～8月连续7周,每周采样1次,以下报道的数据均为连续7次测样的平均值。
采样点分别按网格布点法分布在月湖的大月湖(图1)。
利用内径为6.0cm的柱状采泥器采集,自表层向下采集0～10cm深的沉积物样品装于聚氯乙烯塑料袋中,密封,便携式冰箱冷冻,取回实验室后于4℃保存,经自然风干后,研磨过100目筛,待测定。
有机质(OM)、总磷(TP)参照文献[6]测定。
收稿日期:2005207208;修回日期:2005210226基金项目:国家自然科学基金项目(30470346).作者简介:赵 颖(1981～ ),女,黑龙江省宾县人,硕士研究生,主要从事水体污染控制研究.表1 2004年6月12日月湖水质与叶绿素a 参数Tab.1 Water Quality and Chlorophyl 2a Parameters of Lake Yuehu on J une 12,2004SD (cm )p H 值COND (ms/cm )SS DO (mg/L )NH 32N (mg/L )KN (mg/L )TP (mg/L )COD cr (mg/L )Chl.a (μg/L )209.00.43839.111.40.8323.710.93373.24264.5图1 月湖采样点分布图Fig.1 Distribution of Sampling Stations in Lake Yuehu参照Emil 和Psenner 2Hieltjes 的方法,将沉积物中磷的形态分为不稳定性磷(Labile 2P )、铁结合态磷(Fe 2P )、铝结合态磷(Al 2P )、有机/细菌聚合磷(Org/Bact 2P )、钙磷(Ca 2P )和残渣磷(Residual 2P ),每步提取完成后,提取液于4000r/min 速度下离心,然后经过0.45μm 的滤膜过滤,滤液直接用钼蓝比色法分析,残渣磷(Residual 2P )即为总磷与以上3种磷之差[7～9]。
由于不稳定性磷(Labile 2P )、铁结合态磷(Fe 2P )、铝结合态磷(Al 2P )、有机/细菌聚合磷(Org/Bact 2P )可以被生物利用,统称为活性磷[10],故本研究的重点在于研究可以被生物利用的活性磷部分。
由于不稳定性磷(labile 2P )含量一般很少,本研究不将其作为重点研究的磷形态。
将沉积物在4200r/min 速度下离心,上清液即为间隙水。
经过0.45μm 滤膜过滤后的上清液,用来测定可溶态磷(分为总溶解性磷和可溶性磷酸盐)、间隙水总磷(TP )、总溶解性磷(TDP )和可溶性磷酸盐(PO 3-42P )的测定方法参照文献[11]。
间隙水中Eh (氧化还原电位)采用氧化还原电位仪(YSI Model 95)测定。
2 结果与讨论通过近3个月的实地调查,9个采样点7次采样的调查结果每次的平均值及标准差结果见表2。
2.1 沉积物中OM 与Org/Bact 2P有机/细菌磷主要由藻类及浮游生物残体沉积在湖泊底部形成的。
由图2可知,有机质含量的变化趋势与有机/细菌磷含量变化趋势相似,一般来说有机质含量高一些,有机/细菌磷含量也相应高一些。
这可能是由于有机/细菌磷含量与外源磷负荷有关,生活污水的排入使得月湖沉积物中有机/细菌磷含量增加。
月湖的相对封闭环境促使有机质和磷在湖泊内的停滞和累积。
通过分析发现,有机质含量与有机/细菌磷含量之间存在下列关系:Y =0.0705X -0.2595 (R =0.83) 式中,X 为沉积物中有机质含量(%),Y 为沉积物中有机/细菌聚合磷含量(mg/kg )。
说明有机/细菌磷的源为沉积物中有机质,证明了月湖遭受的污染主要为有机污染。
表2 月湖沉积物和间隙水中各参数的数值(括号内为标准差)Tab.2 Data of Different Parameters in Sediments and Interstitial Water of Yuehu Lake (Standard Error in the Bracket )样点沉积物间隙水OM (%)TP (mg/g )Org/Bact 2P (mg/kg )Fe 2P (mg/kg )Al 2P (mg/kg )Eh (mv )TDP (mg/L )PO 3-42P (mg/L )112.48(0.39) 3.68(0.21)0.5877(0.065)338.20(51.34)138.20(40.90)265.65(47.39) 1.22(0.15)0.82(0.079)212.15(0.34) 4.2(0.23)0.5812(0.066)315.30(54.96)135.30(38.98)198.45(45.48) 1.58(0.18)0.88(0.087)311.6(0.29) 3.57(0.22)0.4315(0.049)286.30(58.79)76.30(42.34)213.15(48.93) 1.05(0.09)0.75(0.069)412.55(0.39) 3.98(0.26)0.6043(0.057)230.70(49.98)72.70(41.29)200(47.15) 1.48(0.15)0.68(0.068)513.51(0.28) 3.9(0.19)0.6671(0.056)378.80(53.45)158.80(40.06)310.35(45.73) 1.45(0.13)0.86(0.075)610.79(0.33) 3.87(0.13)0.5104(0.067)396.10(55.73)196.10(36.49)327.85(49.02) 1.42(0.12)0.87(0.077)712.23(0.30) 4.2(0.22)0.567(0.063)367.87(56.78)167.87(37.37)300.84(46.10) 1.48(0.18)0.94(0.074)811.25(0.28) 4.01(0.27)0.508(0.067)345.83(50.34)135.83(46.83)279.78(47.72) 1.49(0.17)0.90(0.087)912.2(0.36)3.79(0.28)0.558(0.061)306.89(52.25)106.89(44.44)245.45(45.59)1.34(0.14)0.84(0.085)194 第5期 赵 颖等:典型城内过富营养湖泊沉积物和间隙水中各形态磷的相关性研究图2 沉积物中有机质含量与有机/细菌磷含量Fig.2 Contents of Organic Matter and Org/Bact2phosphorus in Sediments2.2 沉积物中TP 与间隙水中PO 3-42P 和TDP 从图3看出,沉积物TP 含量增加时,间隙水PO 3-42P 含量也在增加。
调查还发现间隙水PO 3-42P含量(0.84±0.079mg/L )比往年湖水中PO 3-42P 平均含量(0.67mg/L )高,并且这种现象与采样的季节有关。
由于采样在6～8月,是藻类生长繁殖期(6月中旬左右),因此水体中磷受到水生浮游生物的影响较大,它们对磷的吸收,使间隙水PO 3-42P 的含量可能高于年平均含量,这也反映出月湖间隙水磷含量的季节性差异,PO 3-42P 的这种季节性差异可能是由于城区典型的有机污染物质类型造成,但是具体造成这种现象的机理过程有待进一步研究。
沉积物中磷经由间隙水向上覆水中释放,并且沉积物是上覆水磷的源已经得到了广泛认可[12],但从图3、4发现,沉积物中总磷与间隙水中磷酸盐与总溶解性磷都存在很好的线性关系,进一步验证了间隙水中磷酸盐随着沉积物磷含量的增加而增加的结果。
可见,要削减磷在上覆水中的含量,控制间隙水中易溶解性磷酸盐或者完全控制总溶解性磷的含量是一良策。