洱海表层沉积物中磷形态分布及pH、DO影响的分析

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环境保护科学
第43卷
总和[13-15]。采用化学连续提取法分析磷形态分 级[16-20]，提取方法见图3。
计算方法：湖泊沉积物磷形态根据测定的指 标代入以下公式：
沉积物
1 mol·L-1NH4Cl 50 mL(0.5 h)
残余物
BD溶液50 mL(1 h)
NH4Cl-P BD-P
式中：c为测定的各形态磷浓度，mg/kg； a为由标准曲线得到的各形态磷的浓度，mg/L；
摘 要：研究了洱海代表性区域表层沉积物中总磷分布及不同形态磷赋存特征，探讨了pH值及溶解氧对沉积物中
总磷和各形态磷赋存状态的影响。结果表明洱海表层沉积物中总磷和不同形态磷分布不均，总磷含量湖心高于湖口，
湖心区域闭蓄态磷（BD-P和Al-P）和生物有效态磷占总磷的比例较高，更容易受pH和DO的影响，碱性和厌氧条件会
第3期
何力为 等：洱海表层沉积物中磷形态分布及pH、DO影响的分析
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底泥鳞含量/mg·kg-1 TP/mg·kg-1
不同形态磷占TP的比值/%
45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00
0 NH4Cl-P
19# 21# 93# 105# 142#
洱海是云贵高原第二大淡水湖泊，位于云南 大理白族自治州境内，是大理苍山洱海国家级自 然保护区、国家级风景名胜区的核心组成部分。 20世纪70年代，洱海水量充沛、水质良好、水生 生物资源丰富、污染程度轻，从TN、TP单项指 标评价，属贫营养类型湖泊 。 [8-9] 但90年代以后 洱海的富营养化快速发展，目前处于富营养化初 期或轻度富营养化水平[10]。如果富营养化程度继
Vol.43 No.3 Jun.2017,106~111
洱海表层沉积物中磷形态分布及pH、DO影响的分析
何力为1，周学进2，吉 磊3，李 彬1 （1.昆明理工大学环境科学与工程学院，云南 昆明 650093；2.云南云投生态环境科技股份有限公司，
云南 昆明 650217；3.云南民族大学化学与生物技术学院，云南 昆明 650000）
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续 加 重 ， 部 分 水 体 功 能 可 能 丧 失 殆 尽 。 [11-12] 因 此，洱海沉积物内源磷形态及受影响因素的研究 对洱海的治理具有重要的意义。
21# 19#
1 材料和方法
1.1 样品采集与制备 选取5个洱海代表区域的表层底泥沉积物为试 验对象，采样点位置经GPS定位，编号分别为19#、 21#、93#、105#、142#，具体采样点位见表1和图1。 用自制不锈钢柱状沉积物采泥器采集柱状样 品，样品长度在20 cm以上，柱状样上方留上覆 水20~30 cm以避免扰动，然后将装有柱状样的有 机玻璃管上、下两端用橡皮胶塞塞紧，垂直放置 于恒温水箱中蔽光保存并进行固定。
He Liwei1, Zhou Xuejin2, Ji Lei3, Li Bin1 (1.School of Environmental Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China;
上覆水 曝气头
沉积物 自来水 玻璃缸 密封塞
图2 模拟实验装置图
1.2.2 实验设计 原水样通过0.45 μm玻璃纤维
滤膜后做模拟处理。每个点位沉积物设置6个处理， 分别为：好氧（pH=6、8和10）；厌氧（pH=6、 8和10），控制pH和Eh始终保持一定水平。 好氧厌氧处理：将先后通过稀硫酸、蒸馏水 的空气通入上覆水体，使水-土界面处于好氧状 态 (DO>7.5 mg/L)； 通 入 氮 气 提 供 厌 氧 状 态 (DO<1.0 mg/L)。 pH处 理 ： 稀 NaOH或 稀 H2SO4溶 液 调 节 ， 处 理值为6.0、8.0、10.0。 1.3 分析计算方法 实验中对所有样品均取3份平行，测定并取 其平均值，实验误差小于5%。 磷形态分级提取方法：弱吸附态磷(NH4Cl-P)、 铁 结 合 态 磷 (BD-P)、 铝 结 合 态 磷 (HCl-P)和 残 渣 磷 (Res-P)。 总 磷 (Tot-P)即 为 以 上 各 步 提 取 磷 的
2.Yunnan Yuntou Ecology and Environmental Technology Co., Ltd., Kunming 650217, China; 3.School of Chemistry and Biotechnology, Yunnan University of Nationalities, Kunming 650000, China)
收稿日期：2017-01-25 基金项目：云南省人培项目（KKSY201522057）基金资助 作者简介：何力为（1987-），女，博士研究生。研究方向：环境污染治理。E-mail：heliwei2010@ 通信作者：李 彬，E-mail：1143551103@
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何力为 等：洱海表层沉积物中磷形态分布及pH、DO影响的分析
36.23%； 难 释 放 磷 占 总 磷 比 例 范 围 43.52%~
66.29%， 均 值 54.88，其 中 93#、 142#采 样 点
BAP占总磷含量明显高于其他采样点，说明湖心
相对周边区富营养化风险更大，见图5。
磷被认为是水体中浮游藻类自然生长的重要 限制因子之一，我国绝大多数湖泊处于磷控制湖 范畴[1-3]。水体中磷含量达到0.02 mg/L时，会非常 明显的促进水体中富营养化进程。湖泊底泥沉积 物中含有内源磷，当环境发生改变时，会逐渐释 放出来补充水体中的营养盐水平，内源释放可使 水体的富营养化问题持续数十年，这一特性使底 泥成为巨大的潜在磷源[4-7]。
此外各采样点不同磷形态占总磷的比例进行对比分析发现190j磷及残渣态磷占总磷比例略高于其他采样点93铝结合态磷占总磷的比例明显高于其他采样点142铁结合态磷含量明显高于其他采样点各采样点不同形态磷占总磷的比例见图4
第43卷 第3期 2017年6月
环境保护科学 Environmental Protection Science
18.07%~25.81%，平均值21.09%。各形态磷占总 磷 比 值 大 小 关 系 为 HCl-P＞ Res-P＞ BD-P＞ NaOH-rP＞NaOH-nrP＞NH4Cl-P。 弱吸附态磷占总磷比值最低，但最容易受到 外界扰动进入水体，这部分磷可以很好地表征水 体磷盐含量[13]；钙磷占总磷比例最高，这部分磷 通常也被认为是难释放态磷[24]；惰性磷是所有磷 形态中最为稳定的部分，一般情况下很难释放出 来。此外，各采样点不同磷形态占总磷的比例进 行对比分析发现19#钙磷及残渣态磷占总磷比例 略高于其他采样点，93#铝结合态磷占总磷的比 例明显高于其他采样点，142#铁结合态磷含量明 显高于其他采样点，各采样点不同形态磷占总磷 的比例见图4。
增加洱海湖心底泥中磷的潜在释放能力。
关键词 : 洱海；表层底泥沉积物；磷形态
中图分类号： X524
文献标志码： A
DOI:10.16803/ki.issn.1004-6216.2017.03.019
Analysis of Phosphorus Form Distribution and Influence by pH and DO in the Surface Sediment of Erhai Lake
m为沉积物干重，g；n为分取倍数；V为稀释后 体积。
2 结果与讨论
2.1 表层沉积物总磷及磷形态分布分析 对洱海表层沉积物代表性取样分析，总磷及 磷分级形态测定结果见表2。
表2 洱海表层沉积物磷分级形态分析
mg·kg-1
/
从表2可以看出，采样点总磷(Tot-P)含量分布 范围在860~2 511 mg/kg之间，均值1 424 mg/kg， 各采样点总磷93#＞142#＞105#＞19#＞21#，空 间分布总体呈中部最高，即入湖心区域底泥磷含 量大于入湖口。这是由于湖心沉积物颗粒相对湖 岸沉积物颗粒较细，对磷的吸附性能力较强[21-22]。 磷形态分级分离是分析沉积物磷形态及迁移 转化的重要手段 。各 [19,23] 采样点弱吸附磷含量占 总 磷 比 值 范 围 0.13%~3.35%， 平 均 值 1.71%； 铁 结合态磷与总磷比值范围7.02%~36.19%，平均 值 17.29%； 铝 结 合 态 磷 与 总 磷 比 值 范 围 5.25%~31.30%， 平 均 值 17.24%； 有 机 磷 与 总 磷 比 值 范 围 6.37%~22.10%， 平 均 值 12.22%； 各 采 样点钙磷与总磷比值范围23.21%~36.02%，平均 值 33.79%； 各 采 样 点 惰 性 磷 与 总 磷 比 值 范 围
BD-P NaOH-rP NaOH-nrP HCl-P Res-PS
图4 各采样点不同形态磷占总磷的比例
2.2 表层沉积物生物可利用磷、有机磷及难释
放磷的分布
采 用 连 续 提 取 法 提 取 的 NH4Cl-P，BDP，NaOH-rp三部分磷的总和称为潜在生物可利
用磷(BAP)，NaOH-nrP为有机磷，具有潜在的生
表1 采样点位置描述
93# 105#
142#
图1 采样点位置分布图
1.2 实验方案
1.2.1 实验装置 通过调节上覆水体pH值和控
制通氧状况，原位模拟不同pH值和好氧、厌氧
环境对沉积物磷释形态赋存状况的影响。实验装
置见图2。
N2、O2
控制阀 充气泵 导气管
出气孔 密封塞
pH=6 pH=8 pH=10
物可利用性，钙磷和惰性磷统称为难释放磷， 三者在一定条件下能相互转化[25]。其中，BAP能
被沉水植物、藻类及底栖动物等直接或间接利
用，与总磷相比更能反映水体的富营养化水平 和 风 险 。 [26-27] 分 析 结 果 表 明 ， 洱 海 表 层 沉 积 物
BAP占 总 磷 比 例 范 围 23.68%~55.78%， 均 值
Abstract: In this paper, distribution of the total phosphorus and phosphorus forms in the surface sediments of Erhai Lake were studied and the changes were discussed under different pH and DO conditions. The results showed that the distribution was uneven and TP in the surface sediments was higher in the middle lake than in the lakeside. The ratios of BD-P and Al-P to TP and of BAP to TP were higher in the surface sediments from the middle lake. Phosphorus in the middle lake sediment was vulnerable to be affected by pH and DO. Under alkaline or anaerobic conditions, release potential of phosphorus from the surface sediments was more likely to be increased. Keywords: Erhai Lake; Surficial Sediment; Phosphorus Form CLC number: X524
残余物
0.1 mol·L-1NaOH 50 mL(16 h)
NaOH-rP
残余物
消解
NaOH-TP
NaOH-nrP=NaOH-TP-NaOH-rP
0.5 mol·L-1HCl 50 mL(16 h)
Hcl-P
550 ℃ 5 h,1 mol·L-1HCl(16 h)
残余物
Res-P
图3 沉积物中P分级提取过程