滇池与红枫湖沉积物中磷的地球化学特征比较研究

第33卷第4期2013年4月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.33,No.4Apr.,2013基金项目:国家自然科学基金(No.40903052,41273151);国家重点基础研究发展计划项目(No.2008CB418006);贵州省省长专项资金项目(黔省专合字[2012]7号);贵阳市科技计划项目(筑科合[2012103]86号)SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.40903052,41273151),theNationalBasicResearchProgramofChina(No.2008CB418006),theSpecialResearchFoundationoftheGovernorofGuizhouProvince([2012]7)andtheScienceandTechnologyProjectofGuiyangCity([2012103]86)作者简介:刘超(1986—),男,E-mail:liuchao1393@163.com;∗通讯作者(责任作者),E-mail:zhangrunyu@mails.gyig.ac.cnBiography:LIUChao(1986—),male,E-mail:liuchao1393@163.com;∗Correspondingauthor,E-mail:zhangrunyu@mails.gyig.ac.cn刘超,朱淮武,王立英,等.2013.滇池与红枫湖沉积物中磷的地球化学特征比较研究[J].环境科学学报,33(4):1073-1079LiuC,ZhuHW,WangLY,etal.2013.ComparativestudyonthegeochemicalcharacteristicsofphosphorusinsedimentsfromLakeDianchiandHongfeng[J].ActaScientiaeCircumstantiae,33(4):1073-1079滇池与红枫湖沉积物中磷的地球化学特征比较研究刘超1,2,朱淮武1,王立英2,张润宇2,∗,吴丰昌31.贵州师范大学化学与材料科学学院,贵阳5500012.中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵阳5500023.中国环境科学研究院,北京100012收稿日期:2012-07-15　　　修回日期:2012-08-26　　　录用日期:2012-08-27摘要:对比研究了滇池与红枫湖表层沉积物中磷的形态含量及其生物有效性.结果表明,两湖沉积物总磷含量相当,分别为1373.8~4616．3mg·kg-1、1194.4~4324.3mg·kg-1.HCl-P、Res-P为滇池沉积物中主要的磷形态,占总磷的62.9%~86.4%;而红枫湖中磷形态顺序为NaOH-PRes-PHCl-PBD-PNH4Cl-P;两湖沉积物中有机磷均以低活性态为主.红枫湖沉积物中NH4Cl-P、BD-P、NaOH-rP及生物有效磷等平均含量明显高于滇池,表明其内源磷释放对上覆水体富营养化的贡献更大.Olsen-P与NH4Cl-P、BD-P、NaOH-rP等活性磷形态呈显著正相关,而与NaOH-nrP、HCl-P、Res-P、TP等相关性不显著,因此,可作为评价两湖沉积物释磷能力及其潜在环境风险的重要指标.关键词:湖泊沉积物;磷;形态;生物有效性;富营养化文章编号:0253-2468(2013)04-1073-07　　　中图分类号:X524,X142　　　文献标识码:AComparativestudyonthegeochemicalcharacteristicsofphosphorusinsedimentsfromLakeDianchiandHongfengLIUChao1,2,ZHUHuaiwu1,WANGLiying2,ZHANGRunyu2,∗,WUFengchang31.SchoolofChemistryandMaterialsScience,GuizhouNormalUniversity,Guiyang5500012.StateKeyLaboratoryofEnvironmentGeochemistry,InstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,Guiyang5500023.ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012Received15July2012;　　　receivedinrevisedform26August2012;　　　accepted27August2012Abstract:Phosphorus(P)forms,contentsanditsbioavailabilityintypicalsurfacesedimentsfromLakeDianchiandHongfengwasinvestigatedandcompared.ResultsshowedthatTPcontentsinsedimentsfromLakeDianchiweresimilartothosefromLakeHongfeng,rangingfrom1373.8to4616．3mg·kg-1and1194.4to4324.3mg·kg-1,respectively.HCl-PandRes-PwerethetwomainPfractionsinLakeDianchiwiththerelativecontributionof62.9%~86.4%toTP.Oppositely,PfractionsinLakeHongfengvariedintherankorderofNaOH-PRes-PHCl-PBD-PNH4Cl-P.Lowly-labileorganicPfractionsweredominantinthoselakesediments.TheaveragecontentsofNH4Cl-P,BD-P,NaOH-rPandbioavailablePinthesedimentofLakeHongfengweresignificantlyhigherthanLakeDianchi,whichsuggestedthatinternalPloadingwasmorehazardousinLakeHongfengonpromotinglakeeutrophicationthaninLakeDianchi.Olsen-PwassignificantlypositivelyrelatedtothecontentsofNaOH-rP,BD-P,NH4Cl-P,butitwasnotsignificantlycorrelatedwithNaOH-nrP,HCl-P,Res-PandTP,indicatingtheappropriateindexforestimatingPbioavailabilityinsedimentsanditspotentialreleaseriskintothosetwolakes.Keywords:lakesediments;phosphorus;forms;bioavailability;eutrophication1　引言(Introduction)湖泊富营养化已成为当今全球水环境面临的热点问题之一,严重制约了淡水资源的可利用性与社会经济的可持续发展.我国是一个多湖泊国家,面积大于1km2的湖泊有2600多个,湖库贮水总量达6.38×1011m3,城镇饮用水源的50%以上源于湖泊(马荣华等,2011).因此,湖泊在我国水生生态环环　　境　　科　　学　　学　　报33卷境和营养物质循环研究中具有独特的地位.云贵高原是我国淡水湖泊分布较多的地区之一,共有大小湖泊73个,占全国湖泊总面积的1.5%.其中,滇池为云贵高原面积最大的淡水湖泊,素有“高原明珠”之称,兼具供水、渔业、航运、景观和调节气候等诸多功能.红枫湖系黔中地区最大的人工水库,是贵阳市及其周边百万居民的主要饮用水源.近年来,随着湖泊流域内经济及城镇化的快速发展,人口不断增加,生活污水、工业废水的大量排入致使滇池和红枫湖水质恶化,蓝藻水华频发,两湖目前均为富营养化湖泊.磷是水生植物生长所必需的营养元素,也是造成湖泊富营养化的关键限制性因子(Schelske,2009).研究已证实沉积物是湖泊营养物质的重要蓄积库,内源磷的释放是水体营养物质的重要来源,直接关系到富营养化湖泊的恢复成效.目前不少学者对滇池、红枫湖沉积物中磷的赋存特征、释放机制开展了大量的研究工作(Huetal.,2007;高丽等,2004;朱元荣等,2010a;2010b),但同时对两湖磷的地球化学特征的对比研究鲜见报道(吴峰炜等,2009).因此,本文通过综合分析滇池与红枫湖表层沉积物中磷的含量分布、形态组成及其生物有效性,对比研究两湖沉积物中磷的地球化学特征,以阐释云贵高原不同类型湖泊富营养化机理,并为湖泊污染治理和管理保护提供参考依据.2　材料与方法(Materialsandmethods)图1　滇池、红枫湖采样点位图Fig.1　SamplingsitesinLakeDianchiandHongfeng2.1　样品采集与处理在前人研究工作的基础上(高丽等,2004;朱元荣等,2010a;2010b),2010年8月利用彼得森挖泥器采集两湖不同典型区域表层0~10cm沉积物样品,采样点位具体分布见图1.采样时每个点位同步采集两份样品,将样品混匀后置于封口袋中,放入车载冰箱中冷藏带回实验室,经真空冷冻干燥2d,然后采用四分法取样,玛瑙研钵研磨并过100目筛,密封保存备用.2.2　样品分析沉积物磷含量分析采用SMT方法(Rubanetal.,2001),主要步骤为:称取两份0.2g沉积物样品,将一份样品在马弗炉中于450℃下灰化3h,然后转移至离心管中,加入3.5mol·L-1HCl振荡提取16h,用钼锑抗分光光度法测定上清液中磷含量,计算得总磷(TP)含量;另一份样品直接用1mol·L-1HCl提取,测定无机磷(Pi)含量.有机磷(Po)含量通过TP与Pi相减差值计算.图2　沉积物中有机磷分级提取程序Fig.2　ThefractionationprocedureofsedimentaryPo磷形态分析采用Hupfer等(1995)提出的连续提取法,选取滇池全部样品及红枫湖H1、H3、H6、H8、H9、H10、H11等样品,依次采用1mol·L-1NH4Cl、0.11mol·L-1NaHCO3/Na2S2O4、1mol·L-1NaOH、0.5mol·L-1HCl等试剂提取获得NH4Cl-P、BD-P、NaOH-P、HCl-P,残渣经450℃灼烧3h后用1mol·L-1HCl提取后测定得残渣态磷(Residual-P,简写Res-P).其中,沉积物样品残渣经1mol·L-1NaOH溶液提取后,取上清液分成两份,一份经K2S2O8/H2SO4消解后测定提取液中磷含量,为NaOH-P;另一份直接测定磷含量为NaOH提取活性磷(NaOH-extractablereactivephosphorus,NaOH-rP),两者差值为NaOH提取惰性磷(NaOH-extractablenonreactivephosphorus,NaOH-nrP).沉积物中有机磷47014期刘超等:滇池与红枫湖沉积物中磷的地球化学特征比较研究形态分级参照Zhang等(2008)的方法,取滇池D1、D4、D7及红枫湖H3、H5、H6、H8、H11等样品,具体步骤见图2.沉积物中生物有效磷(BioavailablePhosphorus,BAP)主要包括水溶态磷(WaterSolublePhosphors,WSP)、易解吸磷(ReadilyDesorbablePh