沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系

沉积物
0.5g
离心
35mL Ca-EDTA; pH=8; 2h 连二亚硫酸钠
残渣 I
铁磷
离心 35mL Na-EDTA; pH=4.5; 17h 钙磷
残渣 II 离心 10mL 0.25mol/L 硫酸;30min
酸可提取有机磷
残渣 III 10mL 2mol/L
离心 NaOH; 90℃ 碱可提取 30min 有机磷 50%硫酸 pH1.0;2h
samples
江苏太湖
安徽巢湖 安徽龙感湖
项 目 梅梁湾 东太湖 西部 东部 西部 东部
T2
T6
C2 C3 L1
L3
沉积物 总磷(µg/g) 518±21 433±20 657±33 503±27 258±21 583±22
总氮(µg/g) 2306±227 1180±94 1201±5 912±54 1156±2 1358±118 有机质(%) 4.75 4.16 4.94 3.39 4.42 5.66 上覆水 温度(℃) 21.2 21.3 20.2 20.8 21.5 22.3
项目
铁磷 钙磷 Org-Pac Org-Palk 残余磷 合计 TP 回收率(%)
太湖
T2
T6
218.8±8.7 184.2±10.8 91.2±2.4
8.6±3.1 10.8±0.8
92.6±6.1 128.1±7.3 125.7±4.2
6.0±1.4 8.5±0.8
513.6±5.3 99.1±1.0
沉积物磷的释放作用是形成浅水湖泊蓝藻 水华的重要因素.因此,研究沉积物中磷的赋存形 态及其与湖泊富营养化之间的关系具有重要意 义.化学连续提取法是湖泊沉积物中磷形态分离 的 重 要 手 段 [1,2]. 但 是尚 未 见 到 应 用 螯 合剂 法 [3,4] 对国内湖泊磷形态分离的报道,且太湖,巢湖和龙 感湖的相关报道也很少.为此,作者采用乙二胺四 乙酸(EDTA)选择性地提取出 3 个湖泊表层沉积 物中的铁磷和钙磷,再用酸、碱提取出有机磷,试 图发现磷形态与湖泊富营养化之间的内在联系.
360.9±4.9 83.3±1.1
巢湖
C2
C3
199.1±3.2
161.4±3.7
191.7±1.3
120.3±13.3
70.9±3.1
65.5±2.0
89.2±8.3
96.6±13.5
8.3±0.5
9.6±0.8
559.1±14.5
453.6±13.4
85.2±2.2
90.1±2.7
龙感湖
L1
L3
湖泊富营养化的重要过程.
关键词：磷；形态分离；沉积物；乙二胺四乙酸；湖泊富营养化
中图分类号：X524
文献标识码：A
文章编号：1000－6923(2003)06－0583－04
Relation between phosphorus forms in the sediments and lake eutrophication. HUANG Qing-hui, WANG Dong-hong, WANG Chun-xia, MA Mei, WANG Zi-jian (State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China). China Environmental Science, 2003,23(6)：583~586 Abstract：The forms of phosphorus in the surface sediments were extracted and determined sequentially with ethylene dinitrilo tetracetic acid (EDTA) technique in Lake Taihu, Lake Chaohu and Lake Longganhu in the middle and lower reaches of the Yangtze River. In the surface sediments of these 3 lakes, the contents of calcium-bound phosphate were similar relatively with occupation of about 30% of total phosphorus. The percentage contents of iron bound phosphate in Lake Taihu and Lake Chaohu were higher than that of Lake Longganhu, while the related content of organic phosphorus in Longganhu was higher, reaching 40%~50%. The forms of organic phosphorus in the sediments of these three lakes differed markedly. The organic phosphorus existed mainly in the form of acid extractable phosphorus in Lake Taihu sediments and the acid extractable organic phosphorus occupied 50% of total organic phosphorus in Lake Chaohu sediments; while the major organic phosphorus combined with humic acid in Lake Longganhu. The release of acid extractable organic phosphate in sediment might be an important process leading lake eutrophication except iron-bound phosphorus. Key words：phosphorus；form fractionation；sediment；ethylene dinitrilo tetracetic acid (EDTA)；lake eutrophication
残渣 IV
残渣磷
活性磷 胡敏酸-P 富里酸-P
图 1 沉积物磷形态分级提取流程 Fig.1 Scheme of phosphorus fractionation in the
sediments
用 0.05mol/L Ca-EDTA 和 0.1mol/L Na2EDTA 分别提取铁结合态磷[Fe(OOH) P]和钙结合态磷 (CaCO3 P), 用 硫 酸 提 取 出 酸 可 提 取 有 机 磷 (Org-Pac),磷在上述提取组分中以可溶性活性磷酸 盐(SRP)形式存在[4],因此可以直接用抗坏血酸法[5] 测定.碱可提取有机磷(Org-Palk)中含有的胡敏酸-P 和富里酸-P,以及残渣中的磷需要先采用过硫酸钾 高压消解[5],再测定消解后的SRP 含量.采用地球化 学标准参考样 GSS-1(地质矿产部化探质量监控 站 ), 确 认 总 磷 消 化 和 测 定 方 法 的 回 收 率 为 98.5%±6.8%.为了保证数据准确,对每个样品做 3 个平行提取,数据用均值和标准差表示.
1 材料与方法
1.1 样品采集和处理 2002 年 10 月分别在江苏太湖和安徽巢湖,
龙感湖采样.太湖北部梅梁湾 T2 点在调查期间 出现严重水华,其表泥中总磷(TP)含量显著高于 东太湖的 T6 点(表 1).T6 点在围网内,无水草,水
收稿日期：2003－03－27 基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1-SW-12-II-32) * 通讯联系人
取冷冻干燥样品 0.5g,按照图 1 所示的流程 进行连续分级提取.为了保证连续提取各步骤的 提取效率,每一步提取均多次重复,直到该步骤最 后一次的提取量低于提取总量的 10%以下.实际 操作中,无机磷的提取重复 2~3 次,有机磷重复 1~2 次.在每次提取后,4000r/min 离心 20min,分离 固液相,测定上清液中的磷含量,残渣再次提取或 进入连续提取的下一步提取.
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中国环境科学
23 卷
体清澈见底,底部有黑色植物残渣,而围网外到处 可见水草.巢湖 C2 和 C3 点分别代表西部和东 部,C3 附近观测到藻华,沉积物 TP 含量自西向东 有递减的趋势.龙感湖水质状况较好,未见发生藻 华的报道.
表 1 采样点沉积物与水样的基本理化特征 Table 1 Characteristics of the sediment and water
6期
黄清辉等：沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系
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清楚,但是在同一湖泊中其含量基本相同,应该与 提取试剂难以溶解部分磷(如肌醇六磷酸)有关.
表 2 不同湖泊沉积物中各形态磷的含量比较 (µg/g) Table 2 Comparison of concentrations of different phosphorus forms in the sediments of three lakes (µg/g)
48.5±4.5 65.0±9.5 13.5±0.5 121.6±0.7 6.1±1.6
95.4±15.2 186.9±5.1 30.5±1.8 172.5±8.5
6.9±1.8
254.7±9.5 98.9±3.7
492.1±13.0 84.4±2.2
注: TP 回收率是指 EDTA 分级提取得到不同形态磷的总量与沉积物直接消解测得的总磷的百分比
沉积物中,3 个湖泊钙磷的百分含量比较接近,占总磷的 30%左右,太湖和巢湖铁磷的百分含量显著高于龙感湖,而龙感湖有机磷的相对含量
较高,可达 40%~50%.这 3 个湖泊沉积物中有机磷形态差别十分明显,其中太湖沉积物中的有机磷主要以酸可提取有机磷形式存在,巢湖沉
积物中酸可提取有机磷约占总有机磷的一半,而龙感湖的有机磷大部分与腐殖酸结合.沉积物中酸可提取有机磷的释放可能又是一个导致
2 结果与讨论
如表 2 所示,龙感湖 L1 和太湖 T6 总磷相对 较低,其他样点总磷均超过 450µg/g.各部分形态 的总和达到了直接消化后测定的沉积物总磷含量 的 80%以上,说明该分级提取法可以定量回收沉 积物中不同形态的磷.该法可以选择性地提取出 铁磷和钙磷,再用酸、碱提取出有机磷,有效避免 了以往的磷连续提取法中有机磷被水解进入无机 磷的提取液中.表 2 中的残渣磷的具体形态尚不
中国环境科学 2003,23(6)：583~586
China Environmental Science
沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系
黄清辉,王东红,王春霞,马 梅,王子健＊ (中国科学院生态环境研究中心,环境水化学国家重点实验室, 北京
100085)
摘要：应用乙二胺四乙酸法对长江中下游太湖、百度文库湖和龙感湖等 3 个湖泊表层沉积物中磷的形态进行连续提取和测定.结果发现,在表层
pH 值
8.32 9.14 7.83 7.99 7.35 7.93
EC(µs/cm) 428 274 241 240 196.4 173.9
DO(mg/L)
－
－
4.94 4.30 4.21 7.05
注: －为未检测, EC 为电导率, DO 为溶解氧
利用抓斗采泥器或中国科学院地理与湖泊 研究所自制柱状采样器采集表层沉积物.从每个 采样点分别采集 2~3 个重复样,在不锈钢盆中充 分搅匀,取 1kg 左右装入密实塑料袋,放入装有冰 袋的保温箱(IGLOO)暂存,上岸后立即装入冷冻 柜中冷冻保存.样品运回实验室后,取沉积物 100g 左右,用铝箔包住,放入 FD-1 冷冻干燥机中 干燥 3~5d.取出后碾磨、过筛(100 目),保存于聚 乙烯瓶中,用密实袋封装,置于冷藏柜中待用. 1.2 分级提取和分析测定