陳芳 張平究 楊艷芳 張經(jīng)緯

摘要 以菜子湖濕地 16 個釆樣點2種漁業(yè)養(yǎng)殖方式（開放和封閉）下的土壤及魚塘沉積物樣品為研究對象，采用 Lvanoff 的有機磷分級提取方法，對不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤及魚塘沉積物有機磷進行分級提取，分析漁業(yè)養(yǎng)殖下有機磷各形態(tài)分布的差異及其與其他營養(yǎng)元素之間相關(guān)性。結(jié)果表明，漁業(yè)養(yǎng)殖下濕地土壤和沉積物的營養(yǎng)元素以及磷含量相對較高，且大部分元素呈沉積物高于土壤、封閉式高于開放式分布特征。2種養(yǎng)殖方式下濕地土壤各形態(tài)有機磷活性方面均表現(xiàn)為非活性>中活性>活性，Res-Po為有機磷主要組分;濕地魚塘沉積物在開放式下各形態(tài)有機磷活性與濕地土壤的變化趨勢一致，封閉下各形態(tài)有機磷活性方面表現(xiàn)為中活性>非活性>活性，HCl-Po為有機磷主要組分。濕地土壤營養(yǎng)元素與各形態(tài)有機磷呈顯著相關(guān)，表明營養(yǎng)元素的輸入能夠有效促進有機磷的礦化分解。

關(guān)鍵詞 菜子湖濕地;漁業(yè)養(yǎng)殖;有機磷;營養(yǎng)元素

中圖分類號 X 53? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）23-0070-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.23.020

Classification Characteristics of Soil Organic Phosphorus Fractions in Caizi Lake Wetland under Different Fishery Breeding Methods

CHEN Fang1，ZHANG Ping-jiu1，YANG Yan-fang2 et al

（1.School of Geography and Tourism，Anhui Normal University，Wuhu，Anhui? 241003;2.School of Environmental Science and Engineering，Anhui Normal University，Wuhu，Anhui 241003）

Abstract Taking the soil and sediment samples from 16 sampling points of Caizi Lake Wetland under two different aquaculture modes （open and closed） as the research object，the organic phosphorus of wetland soil under different aquaculture modes was extracted by Lvanoff's method，and the correlation between the distribution differences of different types of organic phosphorus and other nutrients was analyzed.The results showed that the contents of nutrient elements and phosphorus in soil and sediment were relatively high，and most of the elements were higher in sediment than in soil，closed than open distribution.The results showed that the activity of all types of organic phosphorus in wetland soil under the two cultivation methods was non active > medium active > active，and Res-Po was the main component of organic phosphorus;the change trend of all types of organic phosphorus activity in wetland fishpond sediment under the open mode was consistent with that of wetland soil，and the activity of all types of organic phosphorus under the closed mode was medium active > non active > active，and HCl-Po was the main component of organic phosphorus.There was a significant correlation between soil nutrient elements and various types of organic phosphorus，which indicated that the input of nutrient elements could effectively promote the mineralization and decomposition of organic phosphorus.

Key words Caizi Lake Wetland;Fishery culture;Organic phosphorus;Nutrient elements

基金項目 國家自然科學(xué)基金項目（41301249）。

作者簡介 陳芳（1997—），女，安徽銅陵人，碩士研究生，研究方向：濕地土壤生態(tài)。* 通信作者，教授，碩士生導(dǎo)師，從事濕地土壤生態(tài)學(xué)研究。

收稿日期 2021-03-11

濕地是地球表層生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它是由水陸相互作用形成的具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的自然綜合體，是陸地無機鹽及有機質(zhì)通過徑流進入水體的最后一道屏障，是水陸相互作用形成的獨特生態(tài)系統(tǒng)[1-2]。濕地漁業(yè)養(yǎng)殖是人類對于濕地價值的重要利用，合理的養(yǎng)殖方式不僅可以為當?shù)鼐用駝?chuàng)造不菲的收益，同時也為恢復(fù)和保護濕地生態(tài)提供了重要支持[3-4]，然而隨著經(jīng)濟的發(fā)展養(yǎng)殖模式的改變，漁業(yè)養(yǎng)殖快速發(fā)展的同時也帶來了養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化問題，磷作為濕地水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵元素，能夠有效表征水體初級生產(chǎn)力和漁業(yè)生產(chǎn)性能，而磷的釋放潛力又取決于磷在沉積物中的形態(tài)，有機磷作為沉積物中的一種重要磷酸鹽，對土壤中的磷素轉(zhuǎn)化具有重要作用[5-6]。

安慶市菜子湖水域位于長江中下游北岸，是長江流域淡水湖泊群的重要組成部分，20世紀50年代開始大規(guī)模圍湖造田，導(dǎo)致濕地面積不斷減少，80年代開始退耕還湖，且不同退耕還湖區(qū)因地制宜恢復(fù)成自然濕地或水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)[7]。2020年1月，安慶市菜子湖濕地作為“引江濟淮”工程的重要輸水通道，正式實施“十年禁漁”政策[8]。當前已有學(xué)者對不同退耕年限下菜子湖濕地土壤及魚塘沉積物磷素組分特征、酶活性等以及漁業(yè)養(yǎng)殖下菜子湖濕地土壤重金屬含量特征等進行了研究，但對退耕還湖后漁業(yè)養(yǎng)殖方式差異下濕地土壤及魚塘沉積物磷形態(tài)分布的研究相對缺乏[9-11]。筆者通過對菜子湖濕地不同區(qū)域開放與封閉2種養(yǎng)殖模式下的湖邊土壤與湖底淤泥進行采集處理，采用 Lvanoff 的有機磷分級提取方法，對濕地土壤及魚塘沉積物有機磷進行分級提取，研究菜子湖濕地中有機磷形態(tài)分布特征，分析有機磷分級組分與其他指標的關(guān)系，探討有機磷組分與生物有效性和水體富營養(yǎng)化的關(guān)系，不僅為養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化的有效治理提供思路，同時也為水產(chǎn)品的安全養(yǎng)殖提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

安慶市菜子湖位于大別山東南側(cè)、長江中下游北岸，跨安徽省桐城市和樅陽縣2縣市，地理坐標為117°01′～117°09′ E、30°43′～30°58′ N，由菜子湖、嬉子湖和白兔湖 3 部分構(gòu)成，統(tǒng)稱菜子湖。全流域面積3 346 km2，湖泊總面積226 km2，是長江中下游濕地淡水湖泊群的重要組成部分之一。湖區(qū)地貌以丘陵和沖積平原為主，地處北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候帶，年平均氣溫16.6 ℃，年平均降水量1 325.5 mm。4—10月為豐水期，水深3 m以上，11月—翌年3月為枯水期，湖底大多出露為灘涂[9-11]。研究區(qū)自 1958 年開始大規(guī)模圍墾，1986 年退耕后大多用于漁業(yè)養(yǎng)殖，養(yǎng)殖方式主要分為兩類：①開放式，指天然或人工的但未與外界水系完全隔開的養(yǎng)殖區(qū)和捕撈區(qū);②封閉式，主要指人工采用高壩與外界水體完全隔開的養(yǎng)殖區(qū)。養(yǎng)殖品種主要以青魚、草魚、鰱魚等經(jīng)濟魚為主;部分魚塘用于養(yǎng)殖珍珠、龍蝦等;未開發(fā)的濕地植物群落主要為蘆葦、細葉薹等，存在部分放牧行為[11]。

1.2 樣品采集與前處理 以安慶菜子湖濕地土壤及魚塘沉積物為研究對象，2018年3月環(huán)繞菜子湖水域，隨機均勻布點，并利用GPS進行準確定位（表1），分別選取濕地土壤中湖邊出露水面的9個土壤和7個湖底淤泥采樣點。土壤樣品命名為T1～T9，底泥樣品命名為 D1～D7，一個采樣點由 3 個樣品混合。底泥樣品采用抓斗式底泥采樣器采集，土壤樣品剝離表層植被后采集 0～10 cm 表層土樣。將采集的土樣自然風(fēng)干后分成2份，一部分過2 mm篩進行理化性質(zhì)分析，另一部分用瑪瑙研缽研磨過100目篩進行磷含量的測定。

1.3 分析方法 ①全磷：X熒光光譜儀（XRF）;②有機磷：燒灼法;③有機磷形態(tài)分級：采用 Lvanoff 分級提取方法[12]，將有機磷分為活性有機磷（NaHCO3-OP）、中活性有機磷（HCL-OP+富里酸-OP）、非活性有機磷（胡敏酸-OP+殘渣態(tài)-OP）;④pH、有機質(zhì)、有效磷、銨態(tài)氮、堿解氮參照土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[13]，磷酸酶：對硝基苯磷酸鹽法[14] ，植酸酶：偏釩酸銨鉬黃法[15] 。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft? Excel? 2010對試驗數(shù)據(jù)進行處理和制圖;應(yīng)用SPSS 20.0 對試驗數(shù)據(jù)進行差異分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 理化性質(zhì)

對不同養(yǎng)殖方式下菜子湖濕地9個湖邊土壤和7個湖底沉積物進行理化性質(zhì)測定，結(jié)果見表2、3。濕地土壤和魚塘沉積物的pH總體呈弱酸性，且沉積物的pH高于土壤、封閉式高于開放式。不同養(yǎng)殖方式下魚塘沉積物的有機質(zhì)（OM）含量低于土壤且開放式高于封閉式。漁業(yè)養(yǎng)殖下魚塘沉積物的有效磷（AP）含量高于土壤且兩者均表現(xiàn)為封閉式高于開放式特征。堿解氮（AN）在濕地土壤中含量高于沉積物且土壤與沉積物均表現(xiàn)為封閉式高于開放式特征。銨態(tài)氮在土壤中含量低于沉積物，不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤表現(xiàn)為封閉式低于開放式特征，濕地魚塘沉積物表現(xiàn)為封閉式高于開放式特征。磷酸酶和植酸酶在土壤中的活性顯著高于沉積物，磷酸酶在土壤與沉積物中以及沉積物中的植酸酶均表現(xiàn)為封閉式高于開放式特征，土壤中的植酸酶則與沉積物中呈相反的變化特征即開放式高于封閉式。

總體上，漁業(yè)養(yǎng)殖下濕地土壤的營養(yǎng)元素含量相對較高，大部分營養(yǎng)元素均呈沉積物高于土壤的分布特征，磷酸酶以及植酸酶則表現(xiàn)出土壤高于沉積物的分布特征。彭沛林等[16]研究認為沉積物中的有機質(zhì)以及氮磷的空間分布與人類活動具有明顯的相關(guān)性，相對于漁業(yè)養(yǎng)殖條件下的湖邊土壤而言，魚塘沉積物受人為活動的影響更大，漁業(yè)養(yǎng)殖產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水更有利于大部分營養(yǎng)元素在湖底的沉積。研究表明微生物和植物根系分泌物是土壤酶的重要來源[15，17]，由于濕地土壤具有高植被覆蓋度、高肥力特點，高植被覆蓋度和高肥力的土壤條件能夠為土壤多種酶促反應(yīng)提供底物。

2.2 不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤及其魚塘沉積物TP、IP、OP分布特征

不同養(yǎng)殖方式下菜子湖濕地9個湖邊土壤樣品和7個湖底沉積物樣品的TP、IP、OP分布特征見圖1，其中全磷（TP）是濕地土壤磷的總儲存量，菜子湖濕地土壤和沉積物的全磷平均含量分別為718.11、1 023.76 mg/kg，漁業(yè)養(yǎng)殖下菜子湖濕地土壤的磷含量偏高，參照劉鴻亮等[18]對沉積物污染水平劃分的標準，濕地土壤達中度污染（500 mg/kg<TP<1 000 mg/kg），濕地魚塘底泥達嚴重污染（TP≥

1 000 mg/kg），不同養(yǎng)殖方式下菜子湖濕地土壤中沉積物的TP含量顯著高于土壤且土壤與沉積物均表現(xiàn)為封閉式高于開放式分布特征，可能是因為封閉式下養(yǎng)殖受人類活動影響更大，在人工養(yǎng)殖過程中施入大量含磷的飼料、藥品和其他污染物，加上土壤中隨降水流失的磷元素共同排入到水體中從而在湖底富集[11]。無機磷（IP）、有機磷（OP）在土壤中平均含量為424.39、234.81 mg/kg，在沉積物中平均含量為730.04、253.79 mg/kg，漁業(yè)養(yǎng)殖下菜子湖濕地土壤磷主要以IP形態(tài)存在，這與劉文靜等[9]研究結(jié)果一致，不同養(yǎng)殖方式下菜子湖濕地土壤IP、OP與TP的變化趨勢一致。不同區(qū)域之間濕地土壤磷分布差異顯著，其中土壤中位于王家灣和西瓜咀的開放式樣點T2和封閉式樣點T8處的TP、IP，以及沉積物中位于黃玉濕地的封閉式樣點D4處的磷含量較高且達到最高值，其他樣點之間無顯著規(guī)律性。濕地土壤T2、T8的磷含量較高，可能是因為樣點處均有100%的植被覆蓋度，豐富的植被根系和枯枝落葉有利于提高土壤營養(yǎng)物質(zhì)的積累速率，同時植被生長離不開磷元素，植物體內(nèi)吸收的磷也是造成該地濕地土壤磷含量較高的重要原因，這與謝瑩等[19]研究認為植被是促進濕地土壤磷含量增加的重要因素相一致。D4的磷含量較高是因為根據(jù)調(diào)查該地水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中施入大量人工化肥（雞糞）且養(yǎng)殖魚塘水面漂浮有大量死魚尸體，水體嚴重污染，大量含磷的糞便、尸體等隨養(yǎng)殖水體沉積到湖底淤泥中，從而造成該地磷含量異常偏高[11]。

2.3 不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤及其魚塘沉積物各形態(tài)有機磷分布特征

不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤各形態(tài)有機磷分布特征見圖2，濕地土壤各形態(tài)OP含量表現(xiàn)為Res-Po>Hum-Po>NaHCO3-Po>HCl-Po>Ful-Po，漁業(yè)養(yǎng)殖開放式下各形態(tài)OP含量為Res-Po>Hum-Po>NaHCO3-Po>HCl-Po>Ful-Po，封閉式下OP含量為Res-Po>Hum-Po>HCl-Po> NaHCO3-Po>Ful-Po。其中，NaHCO3-Po為活性有機磷，是有機磷中結(jié)構(gòu)最松散最易礦化分解的部分[20]，開放與封閉養(yǎng)殖模式下平均含量為32.55、18.07 mg/kg; HCl-Po和Ful-Po為中活性有機磷，需要在一定條件下水解礦化成小分子或正磷酸鹽，具有一定潛力的生物有效性，但與NaHCO3-Po相比生物有效性較低且不易被植物吸收[20]，開放與封閉養(yǎng)殖模式下平均含量分別為19.88、24.19以及18.43、16.43 mg/kg，濕地土壤中的中活性有機磷主要以HCl-Po形式存在;Res-Po 和Hum-Po為非活性有機磷，是有機磷中最穩(wěn)定最難礦化分解的部分[20]，開放與封閉養(yǎng)殖模式下平均含量分別為55.44、71.93以及85.56、84.90 mg/kg，濕地土壤中的非活性有機磷主要以Res-Po形式存在，因此除開放式下濕地土壤某些樣點NaHCO3-Po含量較高的原因可能與放牧活動有關(guān)，總體上不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤OP活性方面均表現(xiàn)為非活性>中活性>活性。濕地魚塘沉積物各形態(tài)OP含量表現(xiàn)為HCl-Po>Res-Po>Hum-Po> NaHCO3-Po>Ful-Po，漁業(yè)養(yǎng)殖開放式下各形態(tài)OP含量與開放式下變化趨勢一致，封閉式下OP含量為HCl -Po>Res-Po>Hun-Po> NaHCO3-Po>Ful-Po，其中開放與封閉養(yǎng)殖模式下活性有機磷（NaHCO3-Po）平均含量為32.53、32.07 mg/kg;中活性有機磷（HCl-Po和Ful-Po）平均含量為26.65、260.09以及26.03、23.58 mg/kg，濕地魚塘沉積物中的中活性有機磷主要以HCl-Po形式存在;非活性有機磷（Res-Po 和Hum-Po）平均含量為109.59、154.09以及63.28、87.63 mg/kg，濕地魚塘沉積物中的非活性有機磷主要以Res-Po形式存在，總體上開放式下濕地魚塘沉積物OP活性方面表現(xiàn)為非活性>中活性>活性，與濕地土壤的變化趨勢一致，封閉下OP活性方面表現(xiàn)為中活性>非活性>活性。

非活性有機磷作為一種穩(wěn)定性有機磷，是有機磷中最難礦化降解的部分，受外界環(huán)境影響最小[20]，研究區(qū)不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤與開放式魚塘沉積物中有機磷以非活性有機磷形態(tài)為主，且主要以Res-Po形式存在，Res-Po作為濕地沉積物有機磷重要組成部分，尤其植酸態(tài)磷作為Res-Po中的主要成分，是一種重要的含磷有機化合物，在土壤和水體沉積物中廣泛存在[21]，研究區(qū)濕地土壤中非活性有機磷含量高可能是土壤大部分為原始濕地或長年退耕土壤，受人為活動影響較小，土壤環(huán)境長期穩(wěn)定，而開放式下魚塘沉積物中非活性有機磷含量高可能是因為魚塘常與外界水體相連接，水體經(jīng)常循環(huán)更新，沉積物受水體的擾動大，沉積物部分活性與中活性有機磷礦化分解為非活性有機磷[6]。封閉式下魚塘沉積物中有機磷以中活性有機磷為主，且主要以HCl-Po形式存在，造成該現(xiàn)象的原因是沉積物樣點D4處HCl-Po含量高達926.63 mg/kg，占總有機磷的66.43%，HCl-Po作為中活性有機磷的主要組分，多為易分解的大分子，穩(wěn)定性差，在一定條件下可礦化分解為小分子的有機磷或溶解性正磷酸鹽，通常與湖泊的富營養(yǎng)關(guān)系密切[22]，樣點D4位于黃玉濕地，受人工養(yǎng)殖活動強烈，水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中常施入大量的有機化肥，加上封閉式養(yǎng)殖魚塘的塘內(nèi)水體常不與外界水體聯(lián)系，湖底沉積物受水體擾動小，使外來有機物不斷在湖底沉積，穩(wěn)定態(tài)有機磷逐漸礦化分解為非穩(wěn)態(tài)有機磷，這與李強等[6]研究污染嚴重的南淝河中各形態(tài)有機磷含量較高的結(jié)果一致。

2.4 不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤及魚塘沉積物磷與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

對不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤與魚塘沉積物磷與環(huán)境因子進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，pH與濕地土壤Ful-Po、活性有機磷以及中活性有機磷呈極顯著負相關(guān)，這說明pH的大小對濕地土壤活性與中活性有機磷影響較大，對非活性有機磷影響較小;有機質(zhì)與濕地土壤活性有機磷呈顯著正相關(guān)，這表明有機質(zhì)作為土壤中有機磷的重要載體，能夠有效促進有機磷形態(tài)向活性有機磷的轉(zhuǎn)化[23];有效磷與濕地土壤TP、IP呈顯著正相關(guān)，與魚塘沉積物非活性有機磷、OP、HCl-Po、Hum-Po和中活性有機磷呈顯著正相關(guān)性;銨態(tài)氮與魚塘沉積物TP、IP以及濕地土壤OP、活性、中活性有機磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說明濕地N與P具有一定的正相關(guān)性，N、P等營養(yǎng)元素的輸入會有效提高有機磷各形態(tài)的含量[24];磷酸酶與濕地土壤IP、Ful-Po，魚塘沉積物HCl-Po、Hum-Po、活性、中活性以及非活性有機磷均呈顯著正相關(guān)，植酸酶與濕地土壤TP、IP呈顯著負相關(guān)，與魚塘沉積物OP呈極顯著正相關(guān)，這表明土壤酶活性能直接影響有機磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性（表4）[17]。

3 結(jié)論

（1）漁業(yè)養(yǎng)殖下濕地土壤營養(yǎng)元素的含量相對較高，大部分營養(yǎng)元素均呈沉積物高于土壤的分布特征，磷酸酶以及植酸酶則表現(xiàn)出土壤高于沉積物的分布特征，不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤除有機質(zhì)、植酸酶外，其他營養(yǎng)元素均呈封閉式高于開放式特征。

（2）漁業(yè)養(yǎng)殖下濕地土壤的磷含量較高，其中濕地土壤達中度污染，濕地魚塘沉積物達嚴重污染，且不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤和沉積物磷含量均表現(xiàn)為封閉式高于開放式分布特征。不同養(yǎng)殖方式下濕地土壤各形態(tài)有機磷活性方面均表現(xiàn)為非活性>中活性>活性，Res-Po為有機磷主要組成部分;濕地魚塘沉積物在開放式下與濕地土壤的變化趨勢一致，封閉下表現(xiàn)為中活性>非活性>活性，HCl-Po為有機磷主要組分，造成該現(xiàn)象產(chǎn)生原因是底泥樣點D4處HCl-Po含量高達926.63 mg/kg，占總有機磷的66.43%。

（3）濕地土壤及魚塘沉積物中營養(yǎng)元素對各形態(tài)有機磷的含量及分布產(chǎn)生顯著影響，其中，pH與濕地土壤Ful-Po、活性有機磷以及中活性有機磷呈極顯著負相關(guān);有機質(zhì)與濕地土壤活性有機磷呈顯著正相關(guān);有效磷與濕地土壤TP、IP呈顯著正相關(guān)，與魚塘沉積物非活性有機磷、OP、HCl-Po、Hum-Po和中活性有機磷呈顯著正相關(guān)性;銨態(tài)氮與魚塘沉積物TP、IP以及濕地土壤OP、活性、中活性有機磷呈顯著正相關(guān)，表明N、P等營養(yǎng)元素的輸入會有效提高有機磷各形態(tài)的含量;磷酸酶與濕地土壤IP、Ful-Po，魚塘沉積物HCl-Po、Hum-Po、活性、中活性以及非活性有機磷均呈顯著正相關(guān)，植酸酶與濕地土壤TP、IP呈顯著負相關(guān)，與魚塘沉積物OP呈極顯著正相關(guān)，土壤酶活性能直接影響有機磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性。

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