南漪湖沉積物磷的賦存形態(tài)及對(duì)上覆水的影響

謝發(fā)之,羅 錕,朱元榮,李海斌,李國蓮,劉 站,李婉璐,蔡格格

南漪湖沉積物磷的賦存形態(tài)及對(duì)上覆水的影響

謝發(fā)之1,羅 錕1,朱元榮2*,李海斌1,李國蓮1,劉 站1,李婉璐1,蔡格格1

(1.安徽建筑大學(xué),環(huán)境污染控制與廢棄資源化利用安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230601；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100012)

以宣城市南漪湖為例,采用改進(jìn)的無機(jī)磷分級(jí)提取方法對(duì)全湖共39個(gè)點(diǎn)位沉積物中磷(P)賦存形態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)研究,并分析其與上覆水體、間隙水等相互關(guān)系.結(jié)果表明,南漪湖水體磷污染水平已經(jīng)處于高位,沉積物間隙水磷與上覆水體磷空間分布特征具有密切關(guān)系.南漪湖沉積物中總磷(TP)含量變化范圍為463.3～1016.6mg/kg,其中各形態(tài)磷空間分布具有明顯的差異性,與外源磷輸入等密切相關(guān).賦存形態(tài)含量大小、相對(duì)比例順序依次為:鈣結(jié)合態(tài)磷(Ca-P)>鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-P)>鋁結(jié)合態(tài)磷(Al-P)>還原劑可溶性磷(RS-P)>殘?jiān)鼞B(tài)磷(Res-P)>弱吸附態(tài)磷(L-P).沉積物中TP含量與Fe-P、RS-P、Res-P極顯著正相關(guān),與L-P含量顯著正相關(guān).外源磷輸入和水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)南漪湖沉積物內(nèi)源磷中Fe-P和RS-P貢獻(xiàn)可能較大.南漪湖沉積物內(nèi)源磷對(duì)上覆水體的潛在風(fēng)險(xiǎn)較高,其中生物有效性較高的L-P、Al-P、Fe-P和Rs-P的總和相對(duì)比例可達(dá)60%左右.沉積物中磷形態(tài)與間隙水磷濃度關(guān)系較密切,其中Al-P、Ca-P對(duì)間隙水中磷遷移轉(zhuǎn)化具有重要影響.南漪湖主要出入湖河口沉積物磷的吸附解吸平衡濃度(EPC0)變化范圍為0.009～0.014mg/L,均表現(xiàn)為EPC0<總?cè)芙庑曰钚粤诐舛?SRP),主要河口沉積物目前仍為外源磷輸入的匯.

長江中下游；南漪湖；沉積物；磷賦存形態(tài)；遷移轉(zhuǎn)化；富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)

磷元素是湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵限制因子之一[1-2].近幾十年來,湖泊中磷負(fù)荷的增加及其引發(fā)的水體富營養(yǎng)化和藍(lán)藻水華問題,一直是湖泊水環(huán)境研究和關(guān)注的熱點(diǎn)之一[3-5].沉積物是湖泊中磷的重要源和匯,可加劇或長期維持一些湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)[6-7].沉積物中磷賦存形態(tài)分析是評(píng)估磷遷移轉(zhuǎn)化的重要依據(jù),部分磷形態(tài)較易釋放于上覆水體,同時(shí)一些磷形態(tài)可能較為傾向于長期埋藏,二者對(duì)上覆水體磷濃度及富營養(yǎng)化程度影響存在較大差異[6].因此,開展沉積物中磷賦存形態(tài)及其與上覆水體磷之間相互關(guān)系研究可為揭示沉積物“源”和“匯”作用提供科學(xué)依據(jù).沉積物中磷賦存形態(tài)可分為無機(jī)磷(IP)和有機(jī)磷(OP),一般而言,無機(jī)磷形態(tài)可包括弱吸附態(tài)磷(Ex-P)、與鋁氧化物、鐵氧化物結(jié)合態(tài)磷(Fe/Al-P)、鈣結(jié)合態(tài)磷(Ca-P)等[7-8].另外,磷賦存形態(tài)分析可以評(píng)估沉積物中磷生物可利用性,也是預(yù)測(cè)內(nèi)源磷負(fù)荷對(duì)上覆水體長期影響的重要參數(shù),甚至為沉積物中磷的來源解析提供重要依據(jù)[9-13].

我國的湖泊眾多,尤其是長江中下游地區(qū)分布著我國最大的淡水湖泊群[12-14].隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,長江中下游湖泊較早面臨嚴(yán)峻的富營養(yǎng)化問題,已經(jīng)開展了長期研究和治理,例如太湖、巢湖等典型大型淺水湖泊.近十幾年,長江干流水質(zhì)取得了較好的治理效果,然而長江流域湖泊水質(zhì)和富營養(yǎng)化問題并未得到好轉(zhuǎn)[14].這可能由于長江中下游湖泊主要為淺水型湖泊,長期外源負(fù)荷輸入,易導(dǎo)致內(nèi)源負(fù)荷大量累積.南漪湖是長江下游南岸外流淡水湖,皖南第一大湖泊,是調(diào)節(jié)水陽江水量的主要湖泊之一,匯入水陽江直達(dá)長江,其地理位置對(duì)長江流域下游水質(zhì)有著重要的影響[13].目前關(guān)于南漪湖水質(zhì)及其影響因素,尤其是沉積物內(nèi)源磷及其對(duì)上覆水體影響的研究鮮有報(bào)道.因此,本文以南漪湖為對(duì)象,選取代表不同環(huán)境類型的研究點(diǎn)位,采集大量沉積物樣品,以改進(jìn)磷形態(tài)連續(xù)提取方法,開展沉積物磷賦存特征及其對(duì)上覆水體影響研究,擬為南漪湖富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)防控,以及長江中下游湖泊群相關(guān)數(shù)據(jù)完善等提供參考.

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

南漪湖(圖1,31°03'N～31°20'N,118°80'E～ 119°07'E)位于安徽省東南部宣城市宣城縣和郎溪縣境,是安徽省第四大天然淡水湖,屬通江湖泊,湖面面積約210km2,常年水深2～4m.南漪湖是長江南岸支流水陽江中游最大的調(diào)蓄洪湖泊和天然濕地,對(duì)維護(hù)流域生態(tài)平衡具有重要的作用[15].南漪湖跨宣城、郞溪兩市縣,以南姥嘴為界,分東、西兩大湖.其中,西部湖區(qū)水較淺,底質(zhì)為沙質(zhì),水草豐富;東部湖區(qū)水較深,底質(zhì)為泥質(zhì),河蜆等資源豐富[16].郎川河、飛里河和雙橋河等為9條主要入湖河流,宣州區(qū)境內(nèi)的北山河為主要出湖河流[17].

近年來,流域內(nèi)點(diǎn)源、農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷增加,以及圍欄水產(chǎn)養(yǎng)殖仍未得到較好控制,南漪湖營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)急劇升高,生態(tài)系統(tǒng)功能開始退化.2009年政府組織的湖區(qū)養(yǎng)殖圍網(wǎng)拆除行動(dòng),畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模由2005年的近5333.3hm2下降至目前的約666.7hm2,但是圍網(wǎng)養(yǎng)殖仍缺乏有效的污染防治措施,對(duì)南漪湖水生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn).20世紀(jì)80年代,南漪湖的水草覆蓋率達(dá)50%以上,主要為輪葉黑藻、苦草、馬來眼子菜等水質(zhì)凈化能力較強(qiáng)的水生植物.然而,目前水生植物僅以一些野菱角菜等為主,以及原有的大量螺螄、河蜆等底棲動(dòng)物也基本絕跡.

圖1 南漪湖位置及采樣點(diǎn)位分布

1.2 樣品采集與分析

1.2.1 樣品采集 2020年11月,依據(jù)南漪湖流域土地利用模式、主要出入湖河流分布、湖區(qū)特征等因素布設(shè)了39個(gè)代表性樣品采集點(diǎn)位(由數(shù)字1～39表示),可分為以下3類:東部湖區(qū)(點(diǎn)位15～27)、西部湖區(qū)(點(diǎn)位1～14)、主要出入湖河口(點(diǎn)位28～39)(圖1).采集了代表性點(diǎn)位水體樣品,為了更好反映上覆水體基本特征,將表層水體、中層水體和底層界面水體采集后混合.采用抓斗式沉積物采樣器采集了代表性點(diǎn)位表層沉積物樣品,置于自封袋中密封保存.沉積物樣品運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室后,部分沉積物樣品高速離心后獲取間隙水,剩余樣品于-20℃冰箱中保存?zhèn)溆?樣品經(jīng)冷凍干燥,去除貝殼、木屑等雜物,用瑪瑙研缽研磨,過篩后自封袋密封保存?zhèn)溆?

1.2.2 水樣基本參數(shù)測(cè)定 上覆水體的溫度、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率(Cond)等基本參數(shù)采用便攜式水質(zhì)多參數(shù)儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定.采集的上覆水體或者離心獲取間隙水樣品,采用過硫酸鉀消解、磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定總磷(TP)濃度[18];部分水體樣品,經(jīng)0.45μm濾膜過濾后,再測(cè)定TP濃度,獲得溶解性總磷(DTP)濃度,或過濾后直接采用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定水體樣品溶解性活性磷(SRP)濃度.

1.2.3 沉積物磷形態(tài)分析 沉積物磷形態(tài)的分析采用改進(jìn)的無機(jī)磷分級(jí)提取方法[19],該方法分別用NH4Cl、NH4F、NaOH、CBD溶液(Na2C6H5O7、NaHCO3、Na2S2O4混合液),以及H2SO4溶液提取,可依次獲得操作定義上的磷形態(tài)包括易溶解和弱結(jié)合態(tài)磷(L-P)、鋁結(jié)合態(tài)磷(Al-P)、鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-P)、還原劑可溶性磷(RS-P)和鈣結(jié)合態(tài)磷(Ca-P).操作過程簡(jiǎn)述如下:準(zhǔn)確稱取0.50g沉積物樣品,加入50mL離心管中,并加入25mL的1mol/L NH4Cl,振蕩30min后離心提取上清液,分析 L-P含量.殘?jiān)性俅翁砑?5mL的0.5mol/L NH4F (pH 8.2),振蕩提取1h后離心獲取上清液,并用25mL飽和NaCl清洗殘?jiān)?充分搖勻后再次離心獲取上清液,將以上2次獲得上清液混合后定容,移取適當(dāng)混合上清液,加入0.8mol/L H3BO3溶液,消除F-離子對(duì)磷鉬藍(lán)顯色影響,測(cè)定獲得Al-P含量.進(jìn)一步向剩余殘?jiān)屑尤?5mL 0.1mol/L NaOH并振蕩提取17h后,離心分離獲取上清液,使用飽和NaCl清洗殘?jiān)?離心分離獲取上清液,將以上二者上清液混合并分析獲得Fe-P含量.剩余殘?jiān)褂肅BD溶液和0.25mol/L H2SO4溶液提取,分別測(cè)定上清液磷濃度,依次獲得RS-P和Ca-P含量.剩余殘?jiān)褂酶邷仂褵虷Cl溶液提取,測(cè)定獲得殘?jiān)鼞B(tài)磷(Res-P)含量.最終,將以上獲得各形態(tài)磷含量加和,獲得沉積物TP含量.

1.2.4 沉積物磷吸附解吸平衡濃度(EPC0)分析 基于Zhang等[20]改進(jìn)的沉積物樣品磷吸附解吸平衡濃度(EPC0)分析方法,重點(diǎn)開展了南漪湖的主要出入湖河口沉積物EPC0分析,選取點(diǎn)位包括飛里河1(點(diǎn)位30)、飛里河2(點(diǎn)位31)、新郎川河1(點(diǎn)位32)、新郎川河2(點(diǎn)位33)、雙橋河(點(diǎn)位38)、畢溪河(點(diǎn)位36),如圖1所示.實(shí)驗(yàn)如下:準(zhǔn)確稱取0.50g沉積物樣品于50mL離心管中,然后加入25mL KH2PO4標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為0和0.50mg/L,以0.01mg/L CaCl2為背景離子強(qiáng)度),同時(shí)加入兩滴0.1%氯仿抑制微生物作用,在21℃下恒溫振蕩24h,振蕩速度為150r/min.吸附解析平衡后,將樣品以3000r/min的速度離心10min,取上層清液測(cè)定磷濃度.實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,樣品相對(duì)偏差<5%.最終,通過沉積物SRP吸附量(,mg/kg)與最終吸附解析平衡上清液SRP濃度的線性回歸關(guān)系,推算當(dāng)吸附解析含量為0時(shí),上清液SRP平衡濃度,即沉積物EPC0值.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與繪圖

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2019進(jìn)行整理,并使用Origin 2021軟件、SigmaPlot 10.0和Surfer軟件繪圖,SPSS軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性、顯著性差異等分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 上覆水體和間隙水水質(zhì)基本參數(shù)分析

南漪湖上覆水體TP濃度介于0.06～1.29mg/L (表1),基于現(xiàn)行的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[21],其中,56.4%采樣點(diǎn)位屬于Ⅳ類～Ⅴ類水體,43.6%甚至為劣Ⅴ類以下水平.本研究中樣品為底層、中層和表層水體混合樣品,同時(shí),未進(jìn)行30min的沉降預(yù)處理過程.這可能造成所測(cè)水體中TP濃度相對(duì)較高,均值已經(jīng)達(dá)到0.26mg/L.但是,這也可能表明了南漪湖水體磷污染水平已經(jīng)處于高位.上覆水體DTP濃度為0.032～0.100mg/L,均值為0.054mg/L.基于上覆水體TP與TDP比較分析表明南漪湖水體TP主要以顆粒態(tài)磷的形式存在.上覆水體SRP濃度介于0.020～ 0.116mg/L之間,均值為0.046mg/L.這表明南漪湖水體中DTP主要以活性較高的SRP形式存在,生物可直接吸收利用的SRP對(duì)進(jìn)一步增加湖體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)較高.與太湖(梅梁灣水體TP長期變化均值為0.14mg/L)[22]、滇池(水體TP均值約為0.16mg/L)[23]等相比,南漪湖水體中磷的濃度水平已經(jīng)較高.一般而言,湖泊水體中磷濃度能夠在一定程度上反映水質(zhì)的基本狀況.上覆水體中磷濃度受湖泊沿岸居民生活污染排放、入湖河流等外源性輸入與沉積物吸附和釋放過程共同影響,在一定的時(shí)空范圍內(nèi)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡[24-25].因此,目前南漪湖水質(zhì)狀況變化亟需引起關(guān)注.

南漪湖沉積物間隙水TP、DTP和SRP均值分別為0.37,0.072,0.065mg/L,均較上覆水體對(duì)應(yīng)形態(tài)磷濃度高(表1、圖2).其中,間隙水體TP和TDP濃度均顯著高于上覆水體(值分別為0.043和0.005),而間隙水SRP濃度未體現(xiàn)出顯著高于上覆水體趨勢(shì)(=0.098).從空間分布上分析,西部湖區(qū)沉積物間隙水中TP濃度明顯較高,其次為主要出入湖河口以及東部湖區(qū).間隙水中TP的空間分布與上覆水體TP空間分布極顯著相關(guān)(=0.509,<0.01,=39).因此,南漪湖沉積物中磷具有從沉積物到間隙水,再向上覆水體釋放的潛力與風(fēng)險(xiǎn).沉積物內(nèi)源磷可能已經(jīng)成為南漪湖上覆水體磷的重要來源之一.

表1 南漪湖上覆水理化性質(zhì)

圖2 南漪湖沉積物間隙水磷分布特征

XB為西部湖區(qū); DB為東部湖區(qū); HK為主要出入湖河口區(qū)域

2.2 沉積物磷賦存形態(tài)及其空間分布特征

南漪湖表層沉積物的TP含量為463.3～ 1016.6mg/kg,均值為654.7mg/kg(圖3).沉積物中TP含量總體呈現(xiàn)由中心向四周逐漸減少的趨勢(shì),其中一些局部點(diǎn)位含量也較高,例如雙橋河入湖口區(qū)域沉積物TP含量最高,可達(dá)1016.6mg/kg,約為流域表層土壤TP平均含量的2倍.這可能表明南漪湖匯集了大量來自農(nóng)業(yè)徑流、生活廢水等輸入磷.除了區(qū)域的快速城市化,農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等發(fā)展也是沉積物中磷積累的重要因素.東部湖區(qū)中心區(qū)域沉積物TP含量為463.3～796.5mg/kg,該區(qū)域分布多處圍欄水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū),養(yǎng)殖過程中的殘餌、動(dòng)物排泄物和藥物殘留可能會(huì)對(duì)該區(qū)域磷含量偏高產(chǎn)生一定影響.東部湖區(qū)北部區(qū)域城鎮(zhèn)人口居多,生活排放污水影響較大,沉積物中TP含量略高.因此,人類活動(dòng)導(dǎo)致的外源性輸入增加可能是南漪湖沉積物磷含量增加的重要因素之一[26].東部湖區(qū)與西部湖區(qū)交界區(qū)域沉積物TP含量略低,這可能由于該區(qū)域受外源輸入影響相對(duì)較小.另外,西部湖區(qū)沿岸表層沉積物的TP含量變化較大.盡管近年來南漪湖流域內(nèi)針對(duì)宣城市、郎溪縣和廣德市工業(yè)聚集區(qū)內(nèi)的工業(yè)廢水和生活污水進(jìn)一步開展了管網(wǎng)建設(shè)、集中處理等工程措施,但城市人口的快速增長在很大程度上抵消了這些措施削減營養(yǎng)負(fù)荷輸入的作用.

圖3 南漪湖表層沉積物TP空間分布特征

湖泊沉積物中磷賦存形態(tài)分析通常來源于土壤中磷賦存形態(tài)分析方法.目前,Hendley磷形態(tài)連續(xù)提取方法是在土壤、沉積物中應(yīng)用較為廣泛的方法[8,19].然而,Hendly磷連續(xù)提取方法獲得磷賦存形態(tài)較少,尤其是無法分別獲得Fe-P和Al-P賦存形態(tài)[8,19].Chang等[27]提出一種磷連續(xù)提取方法并被William等[28]修訂后可分別獲得Fe-P和Al-P,該方法被應(yīng)用于南漪湖沉積物磷賦存形態(tài)分析.該連續(xù)提取方法在沉積物中應(yīng)用較少.基于該連續(xù)提取方法,南漪湖沉積物中磷賦存形態(tài)含量大小、相對(duì)比例順序依次為:Ca-P > Fe-P > Al-P > RS-P > Res-P > L-P (表2和圖4).湖泊沉積物中磷賦存形態(tài)往往與區(qū)域地質(zhì)背景、氣候條件、外源輸入特征等密切相關(guān).例如:我國北方地區(qū)土壤發(fā)育程度相對(duì)較低,河湖沉積物中鈣含量較高,一般以Ca-P為主要形態(tài)[29];南方地區(qū)的太湖沉積物Fe-P含量高于Al-P[30],鄱陽湖沉積物中Fe-P為主要的賦存形態(tài)[31].從沉積物磷賦存形態(tài)及其含量和相對(duì)比例上分析,南漪湖沉積物各形態(tài)磷空間分布具有明顯的差異性:不同區(qū)域、不同點(diǎn)位沉積物中磷賦存形態(tài)相對(duì)比例差異性(圖3),以及各賦存形態(tài)磷含量空間分布上的差異性(圖 4).

沉積物中L-P為松散的吸附態(tài)磷,具體包括礦物弱吸附磷、植物碎屑和細(xì)菌生物殘?bào)w等可溶出磷、以及間隙水中磷等,代表了最具遷移能力、生物可利用性較高的磷[26].南漪湖沉積物中L-P含量平均值為39.6mg/kg,僅占TP的6.1%,其含量與比例最低.沉積物中Al-P主要為鋁氧化物或氫氧化物結(jié)合態(tài)磷,也是潛在活性磷之一,可釋放至上覆水中被生物利用[26,32].南漪湖表層沉積物的Al-P含量不高,平均含量為138.8mg/kg,可占TP的18.3%.Fe-P主要為沉積物中以不同形式與Fe、Mn化合物結(jié)合形成的磷,易受人為活動(dòng)引起的外源磷輸入的影響,因此,也可作為指示人為活動(dòng)導(dǎo)致外源磷輸入重要指標(biāo)[33].沉積物中Fe-P平均含量為152.5mg/kg,占TP的23.3%,占比相對(duì)較高.一方面,表明南漪湖外源磷輸入在沉積物中累積;另一方面,可能與本研究采樣季節(jié)有一定關(guān)系,即秋冬季水體溶解氧濃度高,表層沉積物處于氧化環(huán)境,無定形的Fe2+更容易被氧化成穩(wěn)定的Fe3+,導(dǎo)致沉積物表面形成的氧化層吸附一些底層沉積物釋放的Fe-P[33].本研究采用的連續(xù)提取方法,RS-P更多可能指向一些緊密包裹在Fe2O3膠膜內(nèi)部的還原劑可溶性磷[34].南漪湖沉積物RS-P的含量均值為107.9mg/kg,其相對(duì)含量不低.綜合Fe-P和RS-P含量、比例,表明南漪湖沉積物內(nèi)源磷易受沉積物-水界面氧化環(huán)境變化的影響,未來可能對(duì)上覆水體磷濃度具有重要貢獻(xiàn).Ca-P也是南漪湖沉積物中磷的主要賦存形態(tài)之一,約占TP的25.3%.湖泊沉積物中Ca-P一般被認(rèn)為是相對(duì)穩(wěn)定的惰性磷,主要由兩部分組成:碎屑碳酸鹽結(jié)合磷和自生磷灰石結(jié)合磷.沉積物中磷灰石一般穩(wěn)定存在于巖土礦物中,主要包括自生磷灰石、原生碎屑磷,是一種分布較廣泛的磷,不易與上覆水體進(jìn)行磷交換[32].另外,南漪湖沉積物中Res-P的含量不高,均值僅為59.9mg/kg,約占TP的8.9%(圖4).Res-P一般被認(rèn)為是難溶性磷,主要包含難溶解礦物內(nèi)閉蓄態(tài)磷和一些難溶解有機(jī)結(jié)合態(tài)磷.除有機(jī)磷外,Res-P其它結(jié)合形式的磷被認(rèn)為是湖泊沉積物中最為惰性的磷,一般的環(huán)境條件變化難以對(duì)該賦存形態(tài)磷遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響.南漪湖沉積物中Res-P含量和相對(duì)比例較低,一方面可能與本研究采樣William等[28]修訂的連續(xù)提取方法密切相關(guān),尤其是采用不同試劑將Al-P、Fe-P和RS-P進(jìn)行了較好的分離提取;另一方面,與其他受人為活動(dòng)導(dǎo)致的磷賦存形態(tài)不同,Res-P含量較低也可能與長江中下游一些湖泊磷本底值較低密切相關(guān)[35].總體而言,南漪湖沉積物中生物有效性較高的磷賦存形態(tài),包括L-P、Al-P、Fe-P和Rs-P的含量總和較高,相對(duì)比例可達(dá)60%左右.因此,南漪湖沉積物內(nèi)源磷對(duì)上覆水體的潛在風(fēng)險(xiǎn)可能較高.

表2 南漪湖表層沉積物中磷賦存形態(tài)含量變化范圍及平均值

從南漪湖沉積物各形態(tài)磷空間分布特征上分析(圖5),沉積物中L-P含量分布總體呈現(xiàn)由中心向四周逐漸增加的趨勢(shì),即沿岸出入湖河口沉積物L(fēng)-P含量高于其它區(qū)域.其中,東部湖區(qū)沉積物中L-P的含量為17.5～44.8mg/kg,均值為26.7mg/kg;西部生活湖區(qū)沉積物L(fēng)-P含量介于14.7至49.4mg/kg,均值為26.4mg/kg;而各出入湖河口的L-P含量均值為49.6mg/kg.沉積物中L-P含量與沉積物間隙水中的磷濃度密切相關(guān),且受季節(jié)氣候等因素的影響[36].南漪湖沉積物中L-P含量空間分布特征可能表明了其與入湖河流外源磷輸入密切相關(guān),并在一些主要入河口累積了更高含量的L-P,可能是內(nèi)源磷潛在高風(fēng)險(xiǎn)來源區(qū)域.西部生活湖區(qū)沉積物中Al-P含量為123.9～185.9mg/kg,均值為141.3mg/kg,東部養(yǎng)殖湖區(qū)沉積物中Al-P含量均值為142.8mg/kg,其空間分布總體呈現(xiàn)東部湖區(qū)高于西部湖區(qū);其他主要出入湖河口沉積物中Al-P含量變化介于87.7 ～ 185.9mg/kg,較西部湖區(qū)、東部湖區(qū)低.平均而言,Al-P分別占湖區(qū)和主要出入河口沉積物中TP的23.4%和19.1%(圖4).這可能表明了東部湖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖等人為活動(dòng)對(duì)局部Al-P累積具有重要貢獻(xiàn),成為上覆水體生物有效性磷潛在來源之一[34].南漪湖西部湖區(qū)沉積物中Fe-P含量變化范圍為85.9～ 187.7mg/kg,均值為146.3mg/kg;東部湖區(qū)沉積物Fe-P變化范圍為104.1～195.9mg/kg,均值為139.7mg/kg;主要出入湖河口沉積物中Fe-P含量由103.2變化至348.7mg/kg,均值為173.2mg/kg.南漪湖沉積物中Fe-P空間分布特征與Al-P具有較高的相似性,即東部湖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖等人為活動(dòng)也對(duì)局部Fe-P累積具有重要貢獻(xiàn).另外,值得注意的是,局部入湖河口區(qū)域Al-P和Fe-P的含量均較高,例如,在雙橋河入湖口區(qū)域沉積物中Fe-P可達(dá)348.6mg/kg.這可能由于入湖河流在河口區(qū)流速的放緩,促進(jìn)了顆粒物沉降過程,以及增加了磷與Al、Fe、Mn等金屬氧化物等吸附過程[37].另外,南漪湖湖區(qū)和主要出入湖河口沉積物中Fe-P含量占TP比例分別為23.6%和25.14%,二者差異不大,來源可能具有一致性,這可能進(jìn)一步表明了外源輸入對(duì)湖區(qū)Fe-P具有重要貢獻(xiàn).南漪湖西部生活湖區(qū)沉積物RS-P含量變化為41.2～164.4mg/kg,均值為97.9mg/kg;東部養(yǎng)殖湖區(qū)RS-P含量變化為57.6～175.3mg/kg,均值為106.2mg/ kg.東部湖區(qū)沉積物中RS-P含量稍高,這表明東部湖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖也對(duì)RS-P累積具有一定的貢獻(xiàn).另外,主要出入湖河口區(qū)沉積物中RS-P含量均值為121.2mg/kg,較湖區(qū)RS-P含量高.這可能與上述入湖口沉積物中鐵、錳氧化物磷沉降、吸附和累積密切相關(guān).

另外,Ca-P和Res-P兩種相對(duì)惰性沉積物磷空間分布特征而言,西部湖區(qū)沉積物中Ca-P含量變化范圍為81.3～263.8mg/kg,均值為182.6mg/kg,東部湖區(qū)Ca-P含量均值為141.6mg/kg,其它出入湖河口沉積物中Ca-P含量均值為146.2mg/kg.沉積物中Ca-P空間分布呈現(xiàn)由東向西的遞增的趨勢(shì)(圖5).一方面,可能由于南漪湖沉積物中早期成巖過程中形成的自生鈣磷含量較高,入湖河口區(qū)域地勢(shì)平坦,入湖碎屑物質(zhì)也相對(duì)較多.另一方面,南漪湖沿岸以居民聚居區(qū)和農(nóng)田為主,大量的農(nóng)業(yè)灌溉用水和生活污水帶來磷肥和含磷農(nóng)藥,以及降雨徑流帶來的動(dòng)植物殘骸輸入,使得南漪湖西部湖區(qū)表層沉積物中Ca-P含量相對(duì)較高.另外,南漪湖西部生活湖區(qū)沉積物中Res-P含量變化為28.4～108.7mg/kg,均值為54.2mg/kg;東部養(yǎng)殖湖區(qū)Res-P含量均值為54.7mg/ kg.總體而言,南漪湖不同湖區(qū)間沉積物中Res-P含量差異不大.

圖5 南漪湖沉積物各賦存形態(tài)磷含量的空間分布特征

2.3 沉積物各賦存磷形態(tài)之間及其與間隙水、上覆水體磷濃度相互關(guān)系

南漪湖沉積物中TP含量與Fe-P、RS-P和Res-P極顯著正相關(guān),與 L-P含量顯著正相關(guān)(表3).這與長江中下游其他湖泊濕地沉積物中磷賦存形態(tài)之間相互關(guān)系研究具有類似結(jié)果,如沉積物中TP與Fe-P的關(guān)系[38].其中,Res-P可能與南漪湖流域本身惰性含磷礦物密切相關(guān).如上所述,Fe-P和RS-P可能更多與外源磷輸入密切相關(guān),表明了Fe-P和RS-P外源磷輸入對(duì)南漪湖內(nèi)源磷貢獻(xiàn)較大.南漪湖沉積物中TP含量與L-P含量顯著相關(guān)(表3),進(jìn)一步表明了南漪湖沉積物中外源輸入和累積磷越高,其最具生物有效性的L-P對(duì)上覆水體影響及風(fēng)險(xiǎn)越高.另外,Fe-P作為沉積物中較活躍的磷賦存形態(tài),卻與沉積物中Al-P和Res-P具有極顯著性相關(guān).其中,Fe-P與Al-P極顯著負(fù)相關(guān),這可能表明南漪湖沉積物中Fe-P在遷移轉(zhuǎn)化過程中,易被Al氧化物二次捕獲,并部分轉(zhuǎn)化為Al-P[39].沉積物中Fe-P與Res-P極顯著正相關(guān),這表明了部分外源輸入磷,在一定程度上也可能轉(zhuǎn)化為Res-P,并傾向埋藏于沉積物中[26,40].

表3 南漪湖沉積物各賦存磷形態(tài)之間Pearson相關(guān)性分析

注: *為顯著性水平< 0.05(雙尾); **為顯著性水平< 0.01(雙尾).

表4 南漪湖沉積物磷形態(tài)與上覆水體、間隙水磷濃度相關(guān)性分析

注: *在0.05級(jí)別(雙尾)相關(guān)性顯著; **在0.01級(jí)別(雙尾)相關(guān)性顯著.

沉積物中磷賦存形態(tài)與上覆水體、間隙水磷濃度之間的相互關(guān)系分析,表明沉積物中磷形態(tài)與間隙水磷之間的關(guān)系可能更密切(表4).南漪湖沉積物間隙水中TP濃度與Al-P、Ca-P呈顯著正相關(guān)(<0.05).Al-P、Ca-P均為南漪湖沉積物磷形態(tài)重要組成部分,對(duì)間隙水中磷遷移轉(zhuǎn)化具有重要影響.一方面,南漪湖上覆水體、間隙水中磷可能更易被沉積物中Al、Ca相關(guān)礦物吸附[41];另一方面,Al-P、Ca-P可能與南漪湖間隙水中易遷移轉(zhuǎn)化膠體態(tài)磷的形成具有密切關(guān)系.另外,南漪湖沉積物中Al-P、Ca-P和間隙水中TP的來源上可能具有同源性.間隙水中SRP濃度與Al-P顯著負(fù)相關(guān)(<0.05),進(jìn)一步表明了沉積物中Al相關(guān)礦物對(duì)上覆水體、間隙水以及沉積物中釋放Fe-P等吸附過程[42].南漪湖沉積物中Res-P與上覆水體DTP顯著正相關(guān)(<0.01),這可能與Res-P中有機(jī)磷組分密切相關(guān),即Res-P中有機(jī)磷組分可礦化降解并釋放于上覆水體.

2.4 沉積物磷吸附解析特征及其對(duì)上覆水體影響

圖6 南漪湖主要出入湖河口沉積物EPC0與上覆水SRP濃度的比較分析

沉積物EPC0值即沉積物-水界面SRP吸附解析平衡濃度,與沉積物作為上覆水體SRP的源(EPC0> SRP)或匯(EPC0

3 結(jié)論

3.1 南漪湖沉積物中TP含量變化范圍為463.3～ 1016.6mg/kg,其中各形態(tài)磷空間分布具有明顯的差異性,與外源磷輸入等密切相關(guān).各賦存形態(tài)磷的含量、相對(duì)比例大小順序依次為:Ca-P > Fe-P > Al-P > RS-P > Res-P > L-P.沉積物磷賦存形態(tài)中生物有效性較高的L-P、Al-P、Fe-P和Rs-P總量的相對(duì)比例可達(dá)60%左右.因此,南漪湖沉積物內(nèi)源磷對(duì)上覆水體的潛在風(fēng)險(xiǎn)較高.

3.2 南漪湖沉積物中TP含量與Fe-P、RS-P、Res-P極顯著正相關(guān),與 L-P含量顯著正相關(guān).外源磷輸入和水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)南漪湖內(nèi)源磷中Fe-P和RS-P貢獻(xiàn)可能較大.另外,從空間分布特征分析,南漪湖外源磷輸入對(duì)生物有效性磷的貢獻(xiàn)相對(duì)較高,而水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)同步促進(jìn)局部區(qū)域生物有效性磷累積,尤其是RS-P.

3.3 南漪湖水體磷污染水平已經(jīng)處于高位,上覆水體磷受沉積物間隙水磷濃度的影響更為密切.同時(shí),間隙水磷濃度與沉積物中磷形態(tài)關(guān)系更為密切.其中,南漪湖沉積物Al-P、Ca-P對(duì)間隙水中磷遷移轉(zhuǎn)化具有重要影響.

3.4 南漪湖主要出入湖河口沉積物EPC0值的變化范圍為0.009 ～ 0.014mg/L,均表現(xiàn)為EPC0< SRP,判斷目前主要河口沉積物仍可能為外源磷輸入的“匯”,有效控制外源磷的輸入仍是關(guān)鍵環(huán)節(jié).

[1] Memet V. Spatio-temporal changes in surface water quality sediment phosphorus content of a large reservoir in Turkey [J]. Environmental Pollution, 2020,259:113860.

[2] Conley D J, Paerl H W, Howarth R W, et al. Controlling eutrophication: nitrogen and phosphorus [J]. Science, 2009,323:1014-1015.

[3] Ma H, Zhao B, Li L, et al. Fractionation trends of phosphorus associating with iron fractions: An explanation by the simultaneous extraction procedure [J]. Soil and Tillage Research, 2019,190:41-49.

[4] McRose D L, Newman D K. Redox-active antibiotics enhance phosphorus bioavailability [J]. Science, 2021,371(6533):1033-1037.

[5] 高可偉,朱元榮,孫福紅,等.我國典型湖泊及其入湖河流氮磷水質(zhì)協(xié)同控制探討 [J]. 湖泊科學(xué), 2021,33(5):1400-1414.

Gao K W, Zhu Y R, SUN F H, et al.Discussion on Synergistic Control of Nitrogen, Phosphorus and Water Quality in Typical Lakes and Their Inflowing Rivers in my country [J]. Journal of Lake Sciences, 2021, 33(5):1400-1414.

[6] Golterman H L. Fractionation and bioavailability of phosphates in lacustrine sediments: a review [J]. Limnetica, 2001,20(1):15–29.

[7] 鄭培儒,李春華,葉 春,等.鏡泊湖沉積物各形態(tài)磷分布特征及釋放貢獻(xiàn) [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2021,41(2):883-890.

Zheng P R, Li C H, Ye C, et al. Distribution characteristics and release contribution of different phosphorus forms in sediments of Jingpo Lake [J]. Chinese Environmental Science, 2021,41(2):883-890.

[8] Hedley M J, Stewart J W B, Chauhan B S. Changes in inorganic and organic soil phosphorus fractions induced by cultivation practices and by laboratory incubations [J]. Soil Science Society of America Journal, 1982,46(5):970?976.

[9] Pan G, Krom M D, Zhang M, et al. Impact of suspended inorganic particles on phosphorus cycling in the Yellow River (China) [J]. Environmental Science & Technology, 2013,47(17):9685-9692.

[10] Zhu Y, Wu F, He Z, et al. Characterization of organic phosphorus in lake sediments by sequential fractionation and enzymatic hydrolysis [J]. Environmental Science & Technology, 2013,47(14): 7679-7687.

[11] Ma H, Zhu Y, Jiang J, et al. Characteristics of inorganic and organic phosphorus in Lake Sha sediments from a semiarid region, Northwest China: Sources and bioavailability [J]. Applied Geochemistry, 2022, 137:105209.

[12] Zhang G, Yao T, Chen W, et al. Regional differences of lake evolution across China during 1960s～2015 and its natural and anthropogenic causes [J]. Remote Sensing of Environment, 2019,221:386-404.

[13] 萬 杰,袁旭音,葉宏萌,等.洪澤湖不同入湖河流沉積物磷形態(tài)特征及生物有效性 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2020,40(10):4568-4579.

Wan J, Yuan X Y, Ye H M, et al. Characteristics and bioavailability of different forms of phosphorus in sediments of rivers flowing into Hongze Lake [J]. Chinese Environmental Science, 2020,40(10):4568- 4579.

[14] Qin B, Zhang Y, Deng J, et al. Polluted lake restoration to promote sustainability in the Yangtze River Basin, China [J].National Science Review, 2022,9(1):12-14.

[15] 湯奇峰.宣城市南漪湖水環(huán)境現(xiàn)狀及保護(hù)對(duì)策[J]. 智能城市, 2021, 7(13):120-121.

Tang Q F. Current situation and protection countermeasures of Nanyi Lake water environment in Xuancheng City [J]. Smart City, 2021, 7(13):120-121.

[16] 陳立婧,王 武,孫家平,等.南漪湖建閘前后夏季浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化[J]. 水利漁業(yè), 2008,1:78-79,104.

Chen L J, Wang W, Sun J P, et al.Changes of phytoplankton community structure in summer before and after the construction of sluice in Nanyi Lake [J].Water conservancy and fishery, 2008,1:78- 79,104.

[17] 高 健,楊正勇,孫家平.南漪湖漁業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展路徑的調(diào)研[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2004,4:35-38.

Gao J, Yang Z Y, Sun J P.Investigation on the sustainable development path of fishery economy in Nanyi Lake [J].Journal of Anhui Agricultural University (Social Sciences Edition), 2004,(4):35-38.

[18] 國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法 [M]. (第四版).北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2002:246-248.

State Environmental Protection Administration.Monitoring and analysis methods of water and wastewater [M]. (Fourth Edition) Beijing: China Environmental Science Press, 2002:246-248.

[19] Liu J, Hu Y, Yang J, et al. Investigation of soil legacy phosphorus transformation in long-term agricultural fields using sequential fractionation, P K-edge XANES and solution P-NMR spectroscopy [J]. Environmental Science & Technology, 2015,49:168-76.

[20] Zhang R M, Yin A J, Gao C. Sediment phosphorus fraction and release potential in the major inflow rivers of Chaohu Lake, Eastern China [J]. Environmental Earth Sciences, 2019,78:117.

[21] GB/T16159-1996 地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) [S].

GB/T16159-1996 Environmental quality standards for surface water [S].

[22] 郭文景,符志友,汪 浩,等.水華過程水質(zhì)參數(shù)與浮游植物定量關(guān)系的研究[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2018,38(4):1517-1525.

Guo W J, Fu Z Y, Wang H, et al. The quantitative relation of aquatic parameters and phytoplankton biomass in the process of algal blooms—the case of Meiliang Bay in Taihu Lake [J]. Chinese Environmental Science, 2018,38(4):1517-1525.

[23] 何 佳,陳春瑜,鄧偉明,等.滇池水-沉積物界面磷形態(tài)分布及潛在釋放特征[J]. 湖泊科學(xué), 2015,27(5):799-810.

He J, Chen C Y, Deng W M, et al.Phosphorus speciation distribution and potential release characteristics at the water sediment interface in Dianchi Lake [J]. Journal of Lake Sciences, 2015,27(5):799-810.

[24] Barrow N J. A mechanistic model for describing the sorption and desorption of phosphate by soil [J]. Journal of Soil Science, 1983, 34(4):733-750.

[25] Wu F C, Qing H R, Wan G J. Regeneration of N, P, and Si near the sediment/water interface of lakes from southwestern China plateau [J]. Water Research, 2001,35(5):1334-1337.

[26] Zhu Y R, Zhang R Y, Wu F C, et al. Phosphorus fractions and bioavailability in relation to particle size characteristics in sediments from Lake Hongfeng, Southwest China [J]. Environmental Earth Sciences, 2013,68(4):1041-1052.

[27] Chang S C, Jackson M L. Fractionation of soil phosphorus [J]. Soil Science, 1957,84(2):133?144.

[28] Williams J D H, Syers J K, Walker T W. Fractionation of soil inorganic phosphate by a modification of Chang and Jackson’s procedure [J]. Soil Science Society of America Proceedings, 1967,31(6):736?739.

[29] Lin C Y, Liu S Q, He M C, et al. Distribution of rare earth elements in the estuarine and coastal sediments of the Daliao River System, China [J]. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2013,298:627- 634.

[30] Jin X C, Wang S R, Pang Y, et al. Phosphorus fractions and the effect of pH on the phosphorus release of the sediments from different trophic areas in Taihu Lake, China [J]. Environmental Pollution, 2006, 139(2):288-95.

[31] 向速林,周文斌.鄱陽湖沉積物中磷的賦存形態(tài)及分布特征[J]. 湖泊科學(xué), 2010,22(5):649-654.

Xiang S L, Zhou W B.Occurrence forms and distribution characteristics of phosphorus in sediments of Poyang Lake [J]. Journal of Lake Sciences, 2010,22(5):649-654.

[32] 王雨春,馬 梅,萬國江,等.貴州紅楓湖沉積物磷賦存形態(tài)及沉積歷史[J]. 湖泊科學(xué), 2004,16(1):21-27.

Wang Y C, Ma M, Wan G J, et al.Occurrence forms and sedimentary history of phosphorus in sediments of Hongfeng Lake, Guizhou [J]. Journal of Lake Sciences, 2004,16(1):21-27.

[33] 侯立軍,陸健健,劉 敏,等.長江口沙洲表層沉積物磷的賦存形態(tài)及生物有效性[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2006,26(3):488-494.

Hou L J, Lu J J, Liu M, et al.Occurrence forms and bioavailability of phosphorus in surface sediments of sandbars in the Yangtze River Estuary [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2006,26(3):488-494.

[34] Ellen L. Petticrew, Joselito M. Arocena. Evaluation of iron-phosphate as a source of internal lake phosphorus loadings [J]. Science of the Total Environment, 2001,266(1-3):87-93.

[35] 薛 濱,姚書春,王蘇民,等.長江中下游不同類型湖泊沉積物營養(yǎng)鹽蓄積變化過程及其原因分析 [J]. 第四紀(jì)研究, 2007,1:122-127.

Xue B, Yao S C, Wang S M, et al. Enrichment of nutrients and analysis of its reason in sediments of different kinds of lakes at middle and lower Yangtze River Basin [J]. Quaternary Sciences, 2007,1:122-127.

[36] 陳海龍,袁旭音,王 歡,等.苕溪干流懸浮物和沉積物的磷形態(tài)分布及成因分析[J]. 環(huán)境科學(xué), 2015,36(2):464-470.

Chen H L, Yuan X Y, Wang H, et al. Phosphorus form distribution and genesis analysis of suspended solids and sediments in the main stream of Tiaoxi [J]. Environmental Science, 2015,36(2):464-477.

[37] 江 雪,文帥龍,姚書春,等.天津于橋水庫沉積物磷賦存特征及其環(huán)境意義[J]. 湖泊科學(xué), 2018,30(3):628-639.

Jiang X, Wen S L, Yao S C, et al.Occurrence characteristics of phosphorus in sediments of Yuqiao Reservoir in Tianjin and its environmental significance [J]. Journal of Lake Sciences, 2018,30(3): 628-639.

[38] 劉永九,黃素珍,張 璐,等.洪湖國際重要濕地沉積物磷空間分布特征及釋放風(fēng)險(xiǎn)[J]. 環(huán)境科學(xué), 2021,42(7):3198-3205.

Liu Y J, Huang S Z, Zhang L, et al.Spatial distribution characteristics and release risk of phosphorus in sediments of Honghu international important wetland [J]. Environmental Science, 2021,42(7):3198-3205.

[39] Jing L, Liu X, Bai S, et al. Effects of sediment dredging on internal phosphorus: A comparative field study focused on iron and phosphorus forms in sediments [J]. Ecological Engineering, 2015,82:267-271.

[40] 朱元榮,張潤宇,吳豐昌.滇池沉積物生物有效性氮和磷的分布及相互關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2010,23(8):993-998.

Zhu Y R, Zhang R Y, Wu F C.Distribution and relationship of bioavailable nitrogen and phosphorus in sediments of Dianchi Lake. [J]. Environmental Science Research, 2010,23(8):993-998.

[41] Ni Z K, Wang S R, Wang Y M. Characteristics of bioavailable organic phosphorus in sediment and its contribution to lake eutrophication in China [J]. Environmental Pollution, 2016,219:537-544.

[42] 王志齊,李 寶,梁仁君,等.南四湖沉積物磷形態(tài)及其與間隙水磷的相關(guān)性分析[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013,33(1):139-146.

Wang Z Q, Li B, Liang R J, et al.Phosphorus forms in sediments of Nansi Lake and their correlation with phosphorus in interstitial water [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2013,33(1):139-146.

[43] 潘 綱.亞穩(wěn)平衡態(tài)吸附(MEA)理論——傳統(tǒng)吸附熱力學(xué)理論面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2003,23(2):156-173.

Pan G.Metastable equilibrium adsorption (MEA) theory——challenges and development of traditional adsorption thermodynamics theory [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2003,23(2):156-173.

Characteristics of phosphorus fractions in sediments and its influence on the water quality of Lake Nanyi.

XIE Fa-zhi1, LUO Kun1, ZHU Yuan-rong2 *, LI Hai-bin1, LI Guo-lian1, LIU Zhan1, LI Wan-lu1, CAI Ge-ge1

(1.Anhui Provincial Key Laboratory of Environmental Pollution Control and Resource Reuse, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China；2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China)., 2022,42(11)：5318～5327

Fractions of phosphorus (P) in sediments were investigated by using an improved sequential extraction procedure for inorganic P in 39 sampling sites from Lake Nanyi, Xuancheng city, Province of Anhui, China. The relationships between P fractions in sediments, concentrations of P in the overlying water and pore water were analyzed. Results show that the concentrations of total P (TP) in the overlying water of Lake Nanyi were in a high level, which were closely related with concentrations of TP in the pore water. Contents of TP in the sediments of Lake Nanyi ranged from 463.3 to 1016.6 mg/kg. Spatial distribution of P fractions in sediments was significant difference, which was closely related with the inputs of external P. Contents and their relative percentages were decreased in the order that calcium-bound P (Ca-P) > iron-bound P (Fe-P) > aluminium-bound P (Al-P) > reduced soluble P (RS-P) > residual P (Res-P) > loosely absorbed and dissolved P (L-P). Contents of TP in the sediments were significantly correlated with Fe-P, RS-P, Res-P and L-P. Input of external P and aquiculture was likely contributed large of internal Fe-P and RS-P in sediments from Lake Nanyi. The potential risk of internal load of P in sediments was high, which bioavailable P fractions including L-P, Al-P, Fe-P, and Rs-P accounted for 60% approximately. Concentrations of P in pore water were closely related with the spatial distribution characteristics of P fractions in sediments. The main compositions of P including Al-P and Ca-P have important influence on migration and transformation of P in the pore water. The zero equilibrium P concentration (EPC0) value of the sediments from the area of main river estuary ranged from 0.009 to 0.014 mg/L, which showed that the EPC0< Soluble Reactive P (SRP). This result showed that the sediments in the area of main river estuary were still the sink for the input of external P.

the middle and lower reaches of the Yangtze River；Lake Nanyi；sediments；phosphorus fractions；migration and transformation；eutrophication risk

X524

A

1000-6923(2022)11-5318-10

謝發(fā)之(1976-),男,安徽定遠(yuǎn)人,安徽建筑大學(xué),教授,博士,主要從事水體富營養(yǎng)化與水污染控制的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)研究.發(fā)表論文60余篇.

2022-04-02

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(42277075,41877380);國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2021YFC3201005);安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(202004i07020006);住建部科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(2019-K-138)

* 責(zé)任作者, 研究員, zhuyuanrong07@mails.ucas.ac.cn