论文总字数：14240字

目 录

1 前言 1

1.1 沉积物中有机磷的来源及形态 1

1.2 沉积物中的磷对水体环境的影响 1

1.3 有机磷的释放及生物可利用性 2

1.4 沉积物中磷释放的主要影响因素 2

1.5 有机磷形态国内研究进展 3

1.6 研究目的及意义 4

2 材料和方法 5

2.1 样品采集 5

2.2 理化性质测试 5

2.3 有机磷分级 6

2.4 多变量分析方法 6

3 结果 6

3.1 理化性质分析 6

3.2 表层沉积物中磷的形态 9

4 讨论 11

5 结论 12

参考文献 13

致 谢 15

太湖西北部湖区表层沉积物中有机磷形态和特征分析

木拉提·卡山

，China

Abstract: Various organic phosphorus species in surface sediments from the northwest area of Taihu Lake, China, were measured using organic phosphorus fractionation scheme, and the relationships among total organic carbon (TOC) and different phosphorus species including total phosphorus (TP), total inorganic phosphorus (TIP), total organic phosphorus (TOP), Microbial biomass P (Biomass-Po), fulvic-associated P (FA-Po), humic-associated P (HA-Po) and Residual P (Res-Po) were also investigated. The results showed that large amount of phosphorus was associated by organic matter. Organic phosphorus was the important phosphorus species and accounting for 20 to 50% of TP. TOP, HA-Po and Biomass-Po concentrations decreased from the northwest to southeast region of the lake on the whole. HA-Po accounting for 34-46% of TOP displayed unstable trend and was easier to be transformed to other phosphorus species. FA-Po was relatively stable and did not directly contribute to internal loading of phosphorus. Significant and positive correlation between HA-Po and other species indicated that HA-Po and Biomass-Po were easier to transform to inorganic phosphorus that could be ingested by aquatic organism directly and responsible for high primary productivity of northwest of Taihu Lake.

Keywords: Taihu Lake；Sediments；Organophosphorus

1 前言

1.1 沉积物中有机磷的来源及形态

营养盐蓄积在水体沉积物中并导致湖泊富营养化是目前湖泊等水生态系统面临的一个重要的世界性问题，其中磷（P）被视为限制湖泊中藻类等初级生产力的主要限制性营养因子^[1]，而沉积物中内源磷的释放是决定湖泊水体中磷含量的非常重要的因素。在外源污染物得到有效控制的情况下，湖泊水体中营养盐及生物量恢复到富营养化前的水平需要十年乃至数十年的时间。湖泊沉积物是磷等营养物质的重要蓄积库，同时又是潜在的二次污染源，因此，对沉积物中磷的各种结合形态进行研究有助于磷在沉积物-水系统中迁移转化的认识。

生态系统沉积物中磷以无机磷和有机磷的形式存在^[2]，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。沉积物中的一大部分磷来自于上覆水中很多颗粒的吸附和沉降作用，在沉积过程中，大部分磷会与水体里,如Fe、Ca、Al等离子相结合，并以不同的结合状态存在于沉积物中。在沉积物中，磷有多种不同结合条件下形成的磷形态^[3]，其中主要包括无机磷Fe-P、Al-P、Ca-P和固着态Fe-P和Al-P，其中Fe-P、Ca-P和Al-P是由表面键相结合的，因此是不稳定的。因为固着态Al-P和Fe-P是可溶的，并且是用相似于晶格键相结合的，因此是稳定的，即是有机磷。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，无法及时分解的有机物则沉降在沉积物表层上。除这个以外，大量的生活含磷洗衣粉的使用，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另外一个重要来源。

无机磷的存在形态包括：吸附态磷(Loosely sorbedP)、铁结合态磷(Fe-bound P)、钙结合态磷、矿物晶格中联合力比较强的有机磷和剩余态磷(Detrial-P)。有机磷是磷的重要形态，对水生态系统有着重要影响。国内外许多学者如Bowman-Cole、Ivanoff、熊恒多^[4] 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，非活性有机磷则主要包括胡敏酸结合态和残渣态磷。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。

1.2 沉积物中的磷对水体环境的影响

磷在水体营养元素循环中占有极重要的地位，是水体富营养化的主要控制因子之一，同时也是水生生物 ^[5]生长的重要限制性营养元素。沉积物在水生态系统中充当了储存库的作用，磷可以在沉积物中沉淀、储存，并在一定条件下释放出来，从而致使沉积物间隙水、上覆水和生物体中的磷负荷增加。湖泊沉积物向水体释放可溶性磷是内源磷的主要来源。在浅水湖泊的磷总量平衡中，底泥磷占据了60～80% ^[6] 的比例。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力。水体里磷的由来可分为内源性磷和外源性磷，而沉积物是水体中磷的重要储存库，上覆水体富营养化过程则是被沉积物中磷的迁移转化直接影响着^[7] 。磷在沉积物中的形态特别复杂，而磷形态的转化成为了控制沉积物水界面之间磷循环的主要元素，有机磷在沉积物中的含量可以占到总磷的20%～80%，其作用不可忽视。沉积物释放磷量大小不仅与沉积物有机磷含量有关，有机磷活性也是决定有机磷在沉积过程中矿化为无机磷的关键因素，其在整个水域中起关键作用，而且直接影响着上覆水质的营养状况。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，对认识太湖西北部湖区表层沉积物中有机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。

1.3 有机磷的释放及生物可利用性

沉积物中有机磷被认为是一种重要的潜在的生物可利用性磷。有机磷虽然不能被水生植物直接吸收利用，但是经过磷酸酶的水解、细菌降解或光解等作用后，可转化成生物活性无机磷，释放^[8] 到间隙水和上覆水中，从而被水生生物摄取利用。有机磷与有机质可以通过各种理化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。有机磷的稳定性将决定与有机磷与金属离子和有机质的结合程度。如磷酸单酯具有较高的亲合力，它们与高价金属离子以及有机质结合形成较为稳定的高分子化合物。沉积物中的有机磷具有的稳定性特征非常重要，因为有机磷的矿化可以调节初级生产力，并最终影响水生生态系统中活性溶解性磷的生物可利用性。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，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，并为水生生物直接利用 ^[9]。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。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的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。

1.4 沉积物中磷释放的主要影响因素

影响水体营养状态的重要因素是沉积物中磷的释放。沉积物不仅是水体的营养源之一，也是水体营养盐的归宿。沉积物中的磷会起缓冲作用于上覆水体中的磷含量，伴随着水温、pH值、氧化还原等环境因素 ^[10]的改变，沉积物中的磷会通过扩散作用排放进入间隙水中，从而重新在上覆水体里参与循环。

沉积物营养物释放与水体的富营养化程度有比较密切的关联。水环境内源污染的主要因素究其原因，是由于沉积物的冲刷沉降和再次悬浮于水体中，而主要途径是通过沉积物间隙水的污染释放来造成的。磷在水与水体沉积物的表面上不停地进行着互换，溶解磷可以被水体沉积物以三种方式即化学吸附、专性吸附及物理化学吸附等方式吸附”。一般性的观点认为，浓度梯度会随着沉积物中磷浓度的增大而增大，这种观点只是造成沉积物磷释放的一个因素之一，还有其他很多因素会对其产生一定的影响，比如溶解氧、pH、温度、水体扰动、光照 ^[11] 等原因。

（1）对磷的释放有非常重要影响的因素之一，是水体溶解氧(DO)的含量^[12]。水体溶解氧的含量若有变动，就会改变水土界面的氧化还原电位(Eh)的浮动，从而影响着沉积物中磷的释放。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：14240字

相关图片展示：