張志斌,王書義,張彥浩**,耿淑英,陳付愛,孫小鑒

(1:山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,濟南 250101) (2:山東建筑大學(xué)資源與環(huán)境創(chuàng)新研究院,濟南 250101)

磷是影響水體初級生產(chǎn)力的主要營養(yǎng)元素,是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化發(fā)生的主要限制因子[1-3]。水體底泥磷的釋放潛力(即活性)取決于磷在底泥中的賦存形態(tài)。當(dāng)前對于南四湖湖泊及其消落帶底泥磷污染研究大多集中在總磷(TP)及無機磷(IP)上,而關(guān)于底泥有機磷(OP)的研究較少。OP是底泥中磷及有機質(zhì)的重要組分,近年來的研究發(fā)現(xiàn)底泥中有機磷的含量、形態(tài)、生物有效性等方面在水體磷循環(huán)中起著重要的作用[4-6]。底泥中有機磷的釋放主要受有機磷形態(tài)和有機磷礦化作用的影響[7],湖泊底泥釋放溶解性有機磷(DOP)占總磷比重較高,可轉(zhuǎn)化為溶解性無機磷(SRP)而被生物利用[8],劉哲哲等[9]在研究湖泊沉積物有機磷釋放特征中發(fā)現(xiàn)與SRP相比,DOP釋放量較大,占溶解性總磷(DTP)總釋放量的47%～77%,釋放風(fēng)險較高,湖泊水質(zhì)下降風(fēng)險高,容易導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化。Ni等在研究沉積物OP組成對湖泊營養(yǎng)狀況響應(yīng)時發(fā)現(xiàn),沉積物OP可能較TP更能反映湖泊營養(yǎng)狀況[10]。

消落帶是由于湖泊或水庫水位漲落而使水域周邊土地周期性被淹沒或落干而形成的特殊區(qū)域,消落帶內(nèi)水陸物質(zhì)交換強烈對水體磷的循環(huán)有著重要影響[11]。水位周期漲落會改變消落帶底泥氧化還原電位、pH、礦物物理性質(zhì)、微生物群落活性及結(jié)構(gòu)等[12-13],進(jìn)而影響消落帶磷的釋放、遷移和轉(zhuǎn)化。南四湖作為南水北調(diào)東線工程最大的調(diào)蓄湖泊,由于長期的外源輸入和底泥內(nèi)源磷釋放導(dǎo)致自2013年10月東線工程投入運營以來,反季節(jié)調(diào)水期間湖區(qū)頻繁出現(xiàn)總磷升高現(xiàn)象[14]。此前研究揭示了南四湖消落帶底泥中磷的形態(tài)分布特征、影響因素及釋放風(fēng)險[15],然而目前針對南四湖消落帶底泥有機磷形態(tài)及分布特征尚鮮有報道。因此,本文進(jìn)一步調(diào)研分析南四湖消落帶底泥有機磷形態(tài)及分布,探討南四湖消落帶不同形態(tài)有機磷的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,以期為控制湖泊水體富營養(yǎng)化提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

南四湖位于山東省西南部(34°37′～35°20′N,116°34′～117°21′E),是南陽湖、獨山湖、昭陽湖、微山湖四個湖泊的總稱,是我國第六大淡水湖泊,也是南水北調(diào)東線工程最大的調(diào)蓄湖泊[16-17]。南四湖總流域面積31700 km2,湖區(qū)面積1266 km2,蓄水量19.3億m3,湖區(qū)平均水深不足2 m。二級壩泵站將南四湖分成上、下級湖,北側(cè)為上級湖,南側(cè)為下級湖[18],其中上級湖占全湖面積的47.5%,承擔(dān)著88.4%流域面積的來水;下級湖占全湖面積的52.5%,僅承擔(dān)11.6%流域面積的來水。自然情況下,水流從上級湖經(jīng)二級壩泄水進(jìn)入下級湖,再由不牢河和韓莊運河進(jìn)入中運河[19]。但南水北調(diào)輸水與自然水流方向相反,由下級湖南端進(jìn)入,經(jīng)二級壩泵站,在上級湖北端進(jìn)入梁濟運河。調(diào)水期間,由于南四湖的調(diào)蓄功能由下級湖——微山湖實現(xiàn),所以其消落帶主要分布在微山湖區(qū)域[20],當(dāng)水位增加0.5～1.0 m時,反復(fù)淹水形成消落帶面積最多達(dá)30余km2。本研究區(qū)域位于南四湖的下級湖(微山湖),消落帶底泥采樣點位置及湖泊水體基本理化性質(zhì)信息詳見圖1和表1。

表1 采樣點位的水體理化性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of the water at the sampling points

圖1 南四湖消落帶采樣點示意Fig.1 Sampling points in the fluctuation zone of Lake Nansi

1.2 樣品采集及處理

2021年8月于南四湖下級湖消落帶12個點位(圖1)采集表層20 cm土壤。為避免數(shù)據(jù)偶然性,增加樣品在區(qū)域內(nèi)的代表性,每個采樣點使用柱狀采泥器取3個平行樣,現(xiàn)場將底泥均勻混合后采用四分法將樣品儲于聚乙烯密封袋中,隨后將底泥樣品置于便攜冰箱中運至實驗室。底泥樣品經(jīng)自然風(fēng)干,去除石子、殼類以及腐根等雜物,研磨過100 μm篩后用于各項指標(biāo)檢測。

1.3 樣品分析

1.3.1 底泥理化性質(zhì)測定 底泥pH使用哈希便攜式測量儀測定,底泥有機質(zhì)(OM)的含量通過550℃條件下樣品灼燒6 h得到的燒失量(LOI)計算[21]。采用Ruban等[22-23]在歐洲標(biāo)準(zhǔn)測試委員會框架下發(fā)展的SMT分析方法測定底泥TP、IP,最后通過TP與IP相減獲得OP含量。

1.3.2 底泥有機磷分級提取 采用改進(jìn)后的Hedley[24]連續(xù)分級提取法分級提取底泥有機磷,詳細(xì)步驟見圖2。該提取方法可以將底泥中的磷分為水提取態(tài)磷(H2O-P)、碳酸氫鈉提取態(tài)磷(NaHCO3-P)、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷(NaOH-P)、鈣結(jié)合態(tài)磷(HCl-P)和殘渣態(tài)磷(Residual-P)。其中提取液中的總磷含量(TPt)采用過硫酸鉀氧化消解-鉬銻抗分光光度法測定,無機磷含量(IPi)直接采用鉬銻抗分光光度法測定,提取液有機磷含量(OPo)由TPt與IPi相減得到。

圖2 改進(jìn)Hedley有機磷連續(xù)提取流程Fig.2 Flowchart of improved Hedley organophosphorus continuous extraction

1.3.3 消落帶底泥DOM光譜指數(shù)測定 利用紫外可見分光光度計(UV-3200,MAPADA)測量采集底泥DOM的紫外可見吸收光譜,將底泥樣品DOM提取液加入1 cm石英比色皿中,測量波長范圍為200～700 nm,間隔為1 nm,中速掃描,Milli-Q超純水作為空白對照。經(jīng)散射校正的波長λ處吸收系數(shù)計算方法如下[25-26]:

a*(λ)=2.303·D(λ)/r

(1)

a(λ)=a*(λ)-a*(700)·λ/700

(2)

式中,λ為波長(nm);a*(λ)和a(λ)分別為未經(jīng)散射校正和經(jīng)過散射校正過后的波長λ處的吸收系數(shù)(m-1);D(λ)為波長λ處的吸光度;r為光程路徑(m)。本研究中E2/E3指250 nm和365 nm處的紫外吸光度之比,其值與相對分子質(zhì)量大小呈反比[27-28]。SUVA254指樣品在波長為254 nm時,紫外吸光度乘100后與溶解性有機碳(DOC)濃度的比值,用來表征水體中天然有機質(zhì)親水性[29]。

利用熒光分光光度計(F-7100,Hitachi)測定采集底泥DOM的三維熒光光譜,將底泥樣品DOM提取液加入1 cm石英比色皿中,掃描速度為2400 nm/min,PMT電壓為400 V,掃描光譜波長范圍為激發(fā)波長Ex 200～450 nm,發(fā)射波長Em 250～600 nm,狹縫跨度均為5 nm;以Milli-Q超純水進(jìn)行空白樣測定,樣品三維熒光光譜扣除空白樣品的光譜信號后計算熒光強度(FI)、腐質(zhì)化指數(shù)(HIX)和自生源指數(shù)(BIX)。熒光指數(shù)FI定義為激發(fā)波長為370 nm時,發(fā)射波長Em為450 nm與500 nm處熒光強度比值[30];HIX指數(shù)是激發(fā)波長為255 nm時,發(fā)射波長Em在435～480 nm熒光強度積分值和300～345 nm熒光強度積分值之比;BIX指數(shù)為激發(fā)波長Ex為310 nm時,發(fā)射波長Em為380 nm與430 nm處熒光強度比值[31-32]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析方法

本研究利用ArcGis10.2軟件繪制采樣點位置圖,數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2016處理后使用Origin 2021繪圖,利用Surfer軟件繪制消落帶各指數(shù)的等直線圖,使用IBM SPSS Statistics 26軟件對樣品參數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,R語言軟件包進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 消落帶底泥理化特性

南四湖消落帶底泥pH在7.76～8.54之間,總體呈弱堿性,平均值為8.09(表2),查閱2018年山東省及江蘇省土壤類型圖,南四湖底泥主要母質(zhì)類型為潮土、砂姜黑土及褐土,底泥易出現(xiàn)石灰反應(yīng)造成底泥呈弱堿性。消落帶底泥有機質(zhì)(OM)含量范圍為4.87%～11.09%,均值為7.51%(表2),表現(xiàn)為東岸的潮土(9.47%)和砂姜黑土(8.74%)大于西岸(8.46%)及南岸(6.56%)的褐土。南四湖西岸消落帶植物相對密集,夏季水生植物多,微生物種類豐富可能是導(dǎo)致西岸(8.46%)褐土有機質(zhì)含量高于南岸(6.56%)的重要原因。本研究中南四湖消落帶底泥有機質(zhì)平均含量(7.51%)高于三峽庫區(qū)、巢湖以及洪澤湖底泥[33-35],可能是因為南四湖消落帶水位變化小,植物覆蓋率高,當(dāng)消落帶淹水后植物逐漸腐敗,在微生物的作用下植物殘體成為新的有機質(zhì)來源,導(dǎo)致南四湖消落帶底泥有機質(zhì)含量高。此前研究表明南四湖消落帶底泥磷污染處于中度污染水平,釋放風(fēng)險大[15]。2021年南四湖消落帶底泥TP含量范圍為379.25～859.50 mg/kg,平均值為679.90 mg/kg(表2)。對比2019年南四湖消落帶底泥磷(745.37 mg/kg)含量略有降低,磷污染情況出現(xiàn)好轉(zhuǎn)但仍處于中度污染水平。

表2 采樣點底泥理化性質(zhì)Tab.2 Physicochemical properties of sediment at sampling points

2.2 消落帶底泥OP各形態(tài)分布特征

水提取態(tài)有機磷(H2O-Po)是一種極易礦化和遷移的有機磷形態(tài),容易被環(huán)境因子所影響,相較于其他形態(tài)的有機磷更容易釋放進(jìn)入上覆水體[36],導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化風(fēng)險更大。南四湖消落帶底泥樣品中有機磷各形態(tài)含量分布見圖3。南四湖消落帶底泥H2O-Po含量范圍為1.10～8.78 mg/kg,平均值為4.39 mg/kg。消落帶底泥H2O-Po含量表現(xiàn)為西岸(7.26 mg/kg)的褐土大于南岸(3.50 mg/kg)的褐土以及東岸的潮土(2.89 mg/kg)和砂姜黑土(3.55 mg/kg)。碳酸氫鈉提取態(tài)有機磷主要指NaHCO3溶液提取的核酸、磷脂類、磷糖類等含磷化合物,是底泥中活性較強的一種磷形態(tài),極易被礦化分解,生成小分子化合物或磷酸鹽進(jìn)而釋放到間隙水[37],且能夠被水生生物直接利用。南四湖消落帶底泥NaHCO3-Po含量范圍為3.77～25.90 mg/kg,平均值為11.86 mg/kg。消落帶底泥NaHCO3-Po含量表現(xiàn)為西岸的褐土(24.20 mg/kg)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于南岸的褐土(6.61 mg/kg)以及東岸的潮土(7.57 mg/kg)和砂姜黑土(7.07 mg/kg)。

圖3 南四湖消落帶底泥各形態(tài)OP含量空間分布Fig.3 Distribution of OP content of various forms in bottom mud of the water-level-fluctuation zone of Lake Nansi

鐵/鋁結(jié)合態(tài)有機磷(NaOH-Po)主要包括中活性的富里酸結(jié)合態(tài)有機磷和非活性的胡敏酸結(jié)合態(tài)有機磷[38],其活性相對較低。南四湖消落帶底泥NaOH-Po含量范圍為7.85～28.20 mg/kg,平均值為15.22 mg/kg。消落帶底泥NaOH-Po含量表現(xiàn)為東岸的潮土(17.85 mg/kg)和砂姜黑土(17.59 mg/kg)大于南岸(10.93 mg/kg)及西岸(12.65 mg/kg)的褐土。鈣結(jié)合態(tài)有機磷(HCl-Po)主要指與自生磷灰石、沉積碳酸鈣以及生物骨骼等含磷礦物有關(guān)的沉積磷形態(tài)[39],其穩(wěn)定性高,不易向水體中釋放。南四湖消落帶底泥中HCl-Po含量范圍為8.25～56.31 mg/kg,平均值為33.07 mg/kg。消落帶底泥HCl-Po含量表現(xiàn)為西岸(51.83 mg/kg)的褐土大于南岸的褐土(614.60 mg/kg)以及東岸的潮土(39.35 mg/kg)和砂姜黑土(27.46 mg/kg)。殘渣態(tài)有機磷(Residual-Po)主要成分為植酸態(tài)磷,是一種不易被礦化和降解的穩(wěn)定性較高的非生物可利用有機磷。南四湖消落帶底泥Residual-Po含量范圍為64.32～229.25 mg/kg,平均值為134.01 mg/kg。消落帶底泥Residual-Po含量表現(xiàn)為東岸的潮土(150.92 mg/kg)和砂姜黑土(134.25 mg/kg)大于南岸(131.11 mg/kg)及西岸(113.10 mg/kg)的褐土。

南四湖消落帶底泥各形態(tài)有機磷含量差距較大,底泥有機磷中兩種活性有機磷(H2O-Po和NaHCO3-Po)占比分別為2.22%和5.97%,兩種穩(wěn)定性較高的有機磷(NaOH-Po和HCl-Po)占比分別為7.62%和16.61%。Zhu等[36]對滇池沉積物的研究發(fā)現(xiàn),大約有70%NaOH-Po可以被酶解成無機磷而被水生生物利用,南四湖消落帶NaOH-Po含量在空間表現(xiàn)相對一致,向水體釋放NaOH-Po風(fēng)險基本一致。HCl-Po含量在底泥有機磷占比高達(dá)16.61%,同時Residual-Po含量在總有機磷中占比也達(dá)到67.58%,雖然兩者在底泥有機磷中占比達(dá)到84.19%,但因為兩者具有穩(wěn)定性高、不易釋放的特點所以引起水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險較低。南四湖消落帶底泥活性有機磷含量(H2O-Po4.39 mg/kg、NaHCO3-Po11.86 mg/kg)高于三峽庫區(qū)澎溪河流域[40]消落帶底泥有機磷含量(H2O-Po0.97 mg/kg、NaHCO3-Po2.75 mg/kg),而低于洱海[41]表層沉積物有機磷含量(H2O-Po3.68 mg/kg、NaHCO3-Po40.60 mg/kg),表明南四湖消落帶底泥有機磷釋放風(fēng)險高于三峽庫區(qū)澎溪河流域,但低于洱海。由于南四湖消落帶西岸活性有機磷含量(31.46 mg/kg)高于東岸(10.54 mg/kg)及南岸(10.11 mg/kg),當(dāng)?shù)啄嗵幱谘蜎]狀態(tài)時,底泥和水界面的相互作用強烈,活性有機磷易被分解為小分子化合物或磷酸鹽進(jìn)而釋放到上覆水體中[42],表明西岸有機磷釋放風(fēng)險高于東岸及南岸。

2.3 消落帶底泥DOM光譜特征分析

DOP是溶解性有機質(zhì)(DOM)的重要組分,Long等通過實驗發(fā)現(xiàn)DOM和磷吸附解吸過程密切相關(guān),是影響沉積物磷釋放的重要機制[43]。紫外可見光譜技術(shù)和三維熒光光譜技術(shù)可用于表征有機分子結(jié)構(gòu)組成和穩(wěn)定性,并從側(cè)面反應(yīng)有機磷結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的差異。已有研究發(fā)現(xiàn)底泥DOM苯環(huán)上羥基、羧基和羰基等官能團結(jié)構(gòu)的變化會影響底泥磷的釋放,不同點位底泥DOM的紫外特征參數(shù)值差異可用來表征底泥有機磷釋放速率和釋放量的差異[9]。

2.3.1 消落帶底泥DOM紫外光譜指數(shù)變化特征 A253/203可以用來預(yù)測芳香環(huán)取代基的種類以及取代程度,A253/A203值越大,芳香環(huán)上取代基(羰基、羧基、羥基和酯基)越多,反之則以脂肪鏈為主[44]。SUVA254不僅可以表征天然有機質(zhì)的親水性,還可以反映芳香碳在有機質(zhì)中的豐富度,該值越高,物質(zhì)的芳香性越強,腐殖化程度越高,微生物可利用性越弱[45]。南四湖消落帶底泥DOM的A253/203和SUVA254變化范圍分別為0.02～0.22、0.26～0.85(圖4a,b),A253/203和SUVA254在空間上均表現(xiàn)為東岸的潮土和砂姜黑土大于南岸及西岸的褐土,表明消落帶東岸底泥中含有的芳香環(huán)取代基濃度高,DOP釋放速率低[44]。Li[44]等指出羧基、羥基、羰基等活性官能團能夠吸附、絡(luò)合、氧化還原底泥及上覆水中某些金屬離子、有機質(zhì)等形成穩(wěn)定化合物。當(dāng)A253/203和SUVA254值較高時DOM芳香環(huán)取代基濃度高,腐質(zhì)化程度高,有機質(zhì)更加穩(wěn)定,在一定程度上會抑制底泥DOP的釋放[9],從而使西岸有機磷釋放風(fēng)險高于南岸和東岸。

圖4 南四湖消落帶底泥各紫外指數(shù)空間分布Fig.4 Spatial distribution of UV indices of sediment in water-level-fluctuation zone of Lake Nansi

E2/E3可以反映有機物質(zhì)的分子量大小,隨著該值的減小,物質(zhì)的分子量逐漸增加,有機質(zhì)中所含的芳香族類化合物及不飽和碳鍵越多,造成微生物對DOM的利用和降解能力減弱[46],進(jìn)而導(dǎo)致DOM的穩(wěn)定性增強;本研究中南四湖消落帶底泥E2/E3變化范圍分別在1.04～8.03,平均值為4.10。E2/E3在空間上表現(xiàn)為南岸(5.08)與西岸(5.36)的褐土大于東岸的潮土(4.93)與砂姜黑土(4.68)(圖4c),相比于南岸及西岸,東岸底泥DOM更為穩(wěn)定,DOP釋放風(fēng)險更小。南四湖消落帶底泥DOM紫外光譜指數(shù)A253/203、SUVA254、E2/E3所表征的結(jié)果均表明西岸DOP釋放風(fēng)險高于南岸和東岸,這與2.2節(jié)所討論結(jié)果一致。

2.3.2 消落帶底泥DOM熒光光譜指數(shù)變化特征 本研究選用FI、HIX和BIX熒光光譜指數(shù)來表征南四湖消落帶底泥DOM性質(zhì)(圖5)。南四湖消落帶底泥DOM的FI范圍為2.19～2.47,平均值為2.29。研究區(qū)域內(nèi)底泥FI均大于1.9,表明南四湖消落帶底泥OP含量及形態(tài)受生物源影響較大[47]。消落帶底泥FI值空間上變化范圍不大,西岸略高于東岸及南岸(圖5a);夏季日照充足、降水充沛,內(nèi)生性強,西岸大型水生植物覆蓋率高可能是導(dǎo)致西岸FI值略高的重要原因。

圖5 南四湖消落帶底泥三維熒光指數(shù)空間分布Fig.5 Spatial distribution of three dimensional fluorescence index of sediment in the water-level-fluctuation zone of Lake Nansi

南四湖消落帶底泥DOM的BIX范圍為0.79～0.96,平均值為0.87,高于湖區(qū)沉積物BIX平均值(0.81)[48]。底泥BIX值表現(xiàn)為南岸略高于東岸及西岸(圖5b),但整體差異較小。消落帶底泥BIX值位于0.80～1.00區(qū)間說明其具有較強的自生源特性[32,49],且消落帶底泥自生源特性強于湖區(qū)沉積物。

南四湖消落帶底泥DOM的HIX范圍在1.96～3.86,平均值為3.01,與湖區(qū)沉積物HIX(3.13)[48]接近,表明南四湖消落帶腐殖化程度較低,且均以自生源為主[50-51]。消落帶底泥HIX值表現(xiàn)為西岸大于東岸及南岸(圖5c),表明西岸腐殖化程度較高,這可能與西岸的水生植物覆蓋率高,底泥微生物活動活躍有關(guān)。

上述對熒光指數(shù)FI、BIX和HIX的分析表明南四湖消落帶底泥DOM呈現(xiàn)出較強的自生源特征,表明消落帶底泥DOM主要受內(nèi)源影響,即主要來自細(xì)菌和內(nèi)源微生物代謝,這與Ren等[48]對南四湖沉積物研究結(jié)果一致,側(cè)面表明南四湖消落帶底泥OP含量及形態(tài)主要受內(nèi)源的影響。南四湖消落帶底泥DOM受內(nèi)源影響程度大小表現(xiàn)為西岸大于東岸及南岸,表明西岸底泥OP受內(nèi)源影響比較大。

2.4 消落帶底泥有機磷形態(tài)與環(huán)境因子相關(guān)性分析

2.4.1 底泥磷形態(tài)與理化性質(zhì)Pearson相關(guān)性分析 南四湖消落帶底泥磷形態(tài)及各理化指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)果如表3所示。消落帶底泥TP、OP及NaOH-Po與OM呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),可能原因是底泥OM是OP的重要載體,OM的含量及分解速率會在一定程度上影響TP、OP、NaOH-Po含量,這與徐建等研究結(jié)果一致[52]。底泥中TP、IP、OP、H2O-Po、NaHCO3-Po、HCl-Po含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān),表明底泥堿性的增強可能會導(dǎo)致底泥磷向水體中釋放[53]。底泥TP、IP與NaHCO3-Po、HCl-Po相關(guān)性顯著,TP與IP也呈極顯著相關(guān),表明TP與IP具有潛在的生物有效性且受NaHCO3-Po、HCl-Po含量的影響較大。Residual-Po與OP呈極顯著相關(guān),這是由于Residual-Po是OP的主要組成部分。底泥各有機磷形態(tài)之間H2O-Po與NaHCO3-Po呈顯著性相關(guān)(P<0.05),底泥中的NaHCO3-Po容易被分解為小分子化合物或磷酸鹽進(jìn)而釋放到間隙水中[42],NaHCO3-Po的遷移轉(zhuǎn)化成H2O-Po可能是導(dǎo)致兩者顯著性相關(guān)的重要原因[49]。HCl-Po與NaHCO3-Po呈極顯著相關(guān)(P<0.01),可能原因是在湖泊環(huán)境中HCl-Po仍具有潛在的生物活性,可能成為NaHCO3-Po的潛在磷源。

表3 南四湖消落帶底泥磷形態(tài)及理化指標(biāo)Pearson相關(guān)性分析Tab.3 Pearson correlation analysis of phosphorus morphology and physicochemical properties in the bottom sediment of the water-level-fluctuation zone of Lake Nansi

2.4.2 底泥有機磷形態(tài)主成分分析 南四湖底泥TP、IP、OP以及各賦存形態(tài)有機磷均表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系(圖6),表明消落帶底泥各形態(tài)磷具有同源性。南四湖消落帶底泥有機磷含量與有機質(zhì)含量呈正相關(guān)(箭頭長,夾角小),NaOH-Po、HCl-Po與OP的相關(guān)性大于其它有機磷形態(tài)與OP的相關(guān)性(夾角小),可能因為NaOH-Po和HCl-Po在底泥可提取有機磷中占比大(75.67%),性質(zhì)相對穩(wěn)定,不易向水體中釋放。消落帶底泥pH與底泥磷含量呈顯著負(fù)相關(guān),這與韓年等[4]研究結(jié)果一致,隨著底泥堿性的增強可能會導(dǎo)致底泥磷向水體中釋放的風(fēng)險更高。此外,不同母質(zhì)類型底泥分布分散(圖6),表明底泥磷形態(tài)受底泥母質(zhì)類型的影響較小。

圖6 南四湖消落帶底泥各形態(tài)磷PCA分析Fig.6 PCA analysis of various phosphorus forms in the bottom sediment of the water-level-fluctuation zone of Lake Nansi

3 結(jié)論

1)南四湖消落帶底泥中各形態(tài)有機磷空間分布具有明顯差異性,各賦存形態(tài)的有機磷含量大小依次為:Residual-Po>HCl-Po>NaOH-Po>NaHCO3-Po>H2O-Po。南四湖西岸消落帶底泥活性有機磷含量高于東岸及南岸,淹水時向水體中釋放的風(fēng)險更大。

2)基于紫外可見分光光譜的A253/203、E2/E3、SUVA254特征指數(shù)表明西岸底泥DOP釋放風(fēng)險高于南岸和東岸;基于三維熒光光譜的FI、BIX和HIX指數(shù)分析表明南四湖消落帶底泥DOM受內(nèi)源影響為主,且西岸DOM受內(nèi)源影響大于東岸及南岸,側(cè)面表明消落帶底泥OP含量及賦存形態(tài)主要受內(nèi)源影響且西岸受內(nèi)源影響最大。

3)南四湖消落帶底泥pH與磷含量顯著負(fù)相關(guān),表明隨著底泥堿性的增強可能導(dǎo)致底泥中的磷向水體中釋放的風(fēng)險更高;底泥OM與底泥OP顯著正相關(guān),表明有機質(zhì)是OP的重要載體;底泥TP、IP、OP以及各賦存形態(tài)有機磷均表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系,表明消落帶底泥各形態(tài)磷具有同源性。