论文总字数：19863字

目 录

一 前言 5

1.1沉积物中有机磷的来源及形态 5

1.2有机磷的释放及生物可利用性 5

1.3沉积中的磷对水体环境的影响 6

1.4研究目的及意义 6

二 材料与方法 6

2.1样品采集 6

2.2样品分析 7

2.3有机磷形态的提取过程 8

2.4数据分析 9

三 结果 9

3.1上覆水的基本物理化学性质 9

3.2沉积物中各形态有机磷的含量及分布特征 10

四 讨论 13

4.1沉积物中有机磷的主要来源 13

4.2各形态有机磷之间的迁移转化 13

4.3 APA与各形态有机磷之间的相关性 15

4.4金属阳离子与有机磷之间的相互作用 16

五 结论 17

参考文献 18

河流湿地沉积物中有机磷形态及生物可利用性分析

康瑞娥

，China

Abstract: The results of sequential extraction of organic phosphorus from sediment profiles of a riverine wetland located in the Huaihe Watershed, China, indicated that organic phosphorus is an important phosphorus fraction. Total microbial phosphorus (Biomass-Po), humic-associated phosphorus (HA-Po) and residual phosphorus (Res-Po) increased distinctly from the bottom to the surface layer of the sediments, and they accounted for 8.0 to 17.4 %, 3.3 to 34.5 % and 29.9 to 63.2 % of total organic phosphorus (TOP), respectively. In contrast, fulvic-associated phosphorus (FA-Po), accounting for 17.3 to 32.6 % of total organic phosphorus, showed no clear depth-related trend and exhibited characteristics of accumulation. Relative to FA-Po, HA-Po was more easily mineralized to other phosphorus species, such as dissolved reactive phosphorus (DRP), which can be ingested directly by aquatic organisms. Furthermore, alkaline phosphatase activity (APA) increased from 4.58 to 44.03 μmol/(g.h) with decreasing depth in the sediment profile. Significant positive correlations observed between APA and all phosphorus species, except FA-Po, suggested that APA facilitated the transformation of HA-Po and Biomass-Po to inorganic phosphorus in the sediment samples. Finally, strongly significant positive correlations between Fe/Al and HA-Po and with Biomass-Po suggested that organic phosphorus associated with Fe/Al cations, relative to Ca/Mn, were easier to be hydrolyzed and mineralized under anaerobic conditions.

Key words: Sequential extraction—organic phosphorus—alkaline phosphatase activity

一 前言

1.1沉积物中有机磷的来源及形态

沉积物中无机磷主要来源于岩石和土壤的风化侵蚀，而有机磷中很大一部分来源于有机质的降解，水体中有机质在沉降过程，没来得及分解的有机物则沉降在沉积物表层^[1]。除此之外，大量的生活污水，工业废水，农田径流等人为因素的污染物排放是沉积物中有机磷的又一重要来源。国内外许多学者如Bowman-Cole、Ivanoff、熊恒多等都先后提出了有机磷分级及其修正体系，将有机磷大致分为活性有机磷，中活性有机磷和非活性有机磷。活性有机磷主要有NaHCO₃-OP和微生物磷，中活性有机磷主要包括HCl-OP和富里酸结合态磷，非活性有机磷主要包括胡敏酸结合态和残渣态磷^[2-3]。其中，活性有机磷易矿化和被植物吸收利用，中活性有机磷较易矿化和易被植物吸收，而非活性有机磷不易被矿化和吸收利用^[4]。

1.2有机磷的释放及生物可利用性

有机磷被认为是一种重要的潜在性生物可利用磷^[5]。有机磷虽然不能被水生植物直接吸收利用 ^[6]，但是经过磷酸酶水解，细菌降解或光解等作用后很快地转化成生物活性磷，释放到间隙水和上覆水中，从而被浮游生物利用^[7]。有机磷与有机质可以通过各种物理、化学作用相互结合或通过减价作用使有机磷吸附于金属阳离子上 ^[8]。有机磷与金属离子和有机质的结合将决定有机磷的稳定性，具有较高亲合力的铁和铝的氧化物，磷酸单酯等与高价金属离子以及有机质结合形成较为稳定的合成体^[9]。沉积物中的有机磷具有的稳定性特征是很重要的，因为有机磷的矿化可以调节初级生产和影响水生生态系统中溶解性磷的生物可利用性^[10]。研究发现在不同的环境条件下（pH值的变化，氧化还原电位，生物活性和酶的活性）沉积物中各形态的磷表现出不同的生物地球化学行为^[11]。在有机磷的循环过程中碱性磷酸酶（APA）发挥了重要的作用。它可以催化有机磷的水解，将有机磷转化成无机磷 ^[12]。沉积物和悬浮颗粒物中有机磷的降解和矿化是水生生物生长的重要补充机制 ^[13]。不过，目前的研究主要集中于APA对总磷量和无机磷的影响，而从事有关水生生态系统中APA和沉积物中有机磷之间环境影响的研究却很少。研究各形态磷与APA之间的相关性对于理解磷对生态系统的影响具有重要作用。

1.3沉积中的磷对水体环境的影响

磷是水生生物生长的重要限制性营养元素，同时也是引起淡水系统水体富营养化的主要因子^[14]。沉积物充当了储存库的作用，磷可以在沉积物中储存并在一定条件下释放出来从而致使上覆水和生物体中的磷负荷增加 ^[15]。湖泊沉积物向水体释放可溶性磷是内源磷的主要来源。在浅水湖泊中，底泥磷占据了总磷的60～80%^[16]。因此，沉积物中的磷对水体富营养化产生很大的影响，磷的再生和循环可能最终控制初级生产^[17]。此外，不同形态磷的生物地球化学循环作用不同。然而，我们对沉积物中储存的磷的含量和形态以及它们在不同环境地球化学条件下的变化情况仍然知之甚少。研究沉积物中有机磷的赋存形态，含量分布及其迁移转化过程，对认识河流湿地中磷的生物地球化学循环，阐述水体富营养化机制及其修复治理工作具有十分重要的意义。

1.4研究目的及意义

淮河位于中国东部，介于长江与黄河之间，是中国七大河流之一。淮河的上游位于河南省，流经大量的工业区和农业区。随着城市化的快速发展，大量高浓度的含磷废水被排入淮河和它的众多支流.使得淮河水质恶化，直接影响了河流两岸人们的健康生存与社会经济发展。因此，本论文研究的目的是：（1）确定淮河流域湿地中沉积物不同深度中各种有机磷化合物的含量；（2）运用连续提取法评估沉积物中磷的来源；(3)评定不同形态有机磷的潜在移动性。

二 材料与方法

2.1样品采集

沉积物样品(34°51′40″N, 113°33′31″E)采集于以双穗雀稗为主的淮河流域三级河流索须河的河流湿地中。每份沉积物样品都用柱状采样器收集（2014年四月）。采集约8cm长的沉积物柱样为样本，然后将它们以1cm间隔分层切割为子样本。这些次级样品被快速放进密封的塑料袋且均匀混合，然后在4 °C的温度条件下稳定储存，以备分析利用。在每个采样点，采集沉积物样品前都要优先采集此处的水样并立即送往实验室进行分析。使用多参数水质分析仪(HORIBA U-50，日本)就地测定每个采样点的常见物理化学性质，例如温度（T），PH,总溶解固体（TDS），氧化还原电位（ORP），电导率(EC)和溶解氧(DO)。采样点位置分布如图1。

图1研究领域的示意图和采样点的位置

2.2样品分析

在实验室测定水样中的铵盐(NH₄ )，硝酸盐(NO₃^-)，化学需氧量(COD_Mn)，总氮量(TN.w)，总磷(TP.w)和磷酸盐(PO₄^3-)浓度。具体方法如下：NH₄ 用水杨酸分光光度法，COD_Mn用酸性高锰酸钾法，TP用钼酸铵分光广度法，TN.w 和 NO₃^- 用紫外分光光度法。对于磷酸盐(PO₄^3-)浓度的分析，首先将水样通过粒径为0.45um GF/C的滤膜过滤，然后再用钼锑抗分光光度法进行分析^[18]。

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