湖泊沉积物中磷形态与水体富营养化关系研究

湖泊沉积物中磷形态与水体富营养化关系研究环境科学学院摘要：研究湖泊沉积物中磷的赋存形态及其与湖泊富营养化的关系，对防治湖泊的富营养化等环境问题具有重要作用。

本次工作中，应用连续提取化学提取法对芜湖市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,在表层沉积物中,不同湖泊铁磷含量介于20ug/g-55ug/g，有机磷含量介于14ug/g-35ug/g。

凤鸣湖沉积物中铁磷含量可达35%~45%，可以发现铁磷在所有湖泊中所占比例最大，并且这3个湖泊沉积物中有机磷含量差别十分明显。

实验证明，沉积物中铁磷和有机磷与水体磷含量有良好的相关性。

关键词：湖泊；沉积物; 磷形态; 水体富营养化Study on Relation between phosphorus forms in the sediments and lakeeutrophicationXxxx College of Environmental ScienceAbstract：Study on the existing forms of phosphorus in sedments from lake and relation with lake eutrophication is very important for understanding and researching the environment problem about lake eutrophication etc. In this research, the forms of phosphorus in the surface sediments were extracted and determined sequentially with the sequential extraction method in Lake Fengming, Lake Jinghu and Lake Jiuliantang in Wuhu city . The Fe-bound P content range from 20ug/g to 55ug/g , organic phosphorus range from14ug/g to 35ug/g ,while the related content of Fe-bound P in Fengminghu was higher, reaching 35%~45%. We found Fe-bound P is the dominant form in the sediments of these three lakes. The forms of organic phosphorus in the sediments of these three lakes differed markedly. Iron-bound phosphorus and organic phosphorus are important constituent of the total phosphorus in the surface sediments .The union analysis on total phosphorus content in different lakes may discover that very close linear relations exist between total phosphorus in the water and iron -bound phosphorus、organic phosphorus which exist in the surface sediments of the lakes.Key words： lakes ; sediment ; phosphorus forms ; water eutrophication 1引言伴随着国民经济迅速发展，近年来日益严重的湖泊水体富营养化问题，使人们对湖泊环境中营养元素(氮、磷等)的含量、分布和迁移转换规律极其关注。

沉积物是湖泊中营养物质的主要归宿，进人沉积物的营养物质可通过水－土界面重新迁移到水体中，沉积物中营养物质(氮、磷等)是水体潜在的释放源，它可使水体中的营养盐含量在一段时间内维持稳定状态，但营养盐的释放与其赋存状态有重要联系，因此，研究沉积物中营养物质的形态对了解营养盐的释放和治理湖泊的富营养化具有重要的意义。

近年来，人们对磷在湖泊中的含量水平、分布规律、赋存状态及其地球循环行为进行了大量的研究。

湖泊水体中的磷主要以无机态磷和有机态磷的形式存在，其中无机态磷又包括铁结合态磷、钙结合态磷、残留态磷和吸附态磷等。

湖泊沉积物是湖泊中磷的归宿，湖水中的磷通过颗粒吸附、自生沉积及生物沉积等方式进入沉积物。

但是，沉积物中的磷并不是简单堆积，在沉积物的早期成岩作用过程中，有机质矿化降解引起沉积物环境中氧化还原、pH等物理化学条件的变化，从而对沉积物中磷的赋存形态造成影响。

在这样一个地球化学过程中，沉积物中磷的赋存形态要发生变化，各种相态之间也可能发生转换，此变化引起沉积物中的磷向上覆水体的再释放，沉积磷重新参加湖泊生态系统的物质循环，在一定条件下可能是湖泊重要的营养物来源。

因此，研究湖泊沉积物中磷的赋存形态及其与湖泊富营养化的关系，是了解湖泊系统中磷的生物地球化学循环的重要方面，对防治湖泊的富营养化具有重要的作用 [1,2,3,4,5,6]。

凤鸣湖、镜湖和九莲塘都是安徽省芜湖市的城市湖泊，分别位于城北、城中和城东。

虽然近年来芜湖市政府不遗余力的加大治理力度，但是湖泊富营养化问题依然突出并有逐渐恶化的趋势。

因此，本次采用“连续化学提取技术”研究此三个湖泊沉积物中的磷的赋存形态及其与水体富营养化的关系，对于了解城市湖泊系统中磷的生物地球化学循环，防治湖泊富营养化等都具有重要的理论与现实意义。

2.采样与分析方法2.1样品采集与处理2006年11月分别在凤鸣湖、镜湖和九莲塘采集表层沉积物.凤鸣湖南半湖F1点在调查期间出现大范围的水草疯长现象，沿岸区域水草已经完全覆盖水面，确定为较严重的水华现象。

其表层沉积物中总磷含量明显高于北半湖的F2点。

F2点位于凤鸣湖大桥以北，基本无水草，水体清澈见底。

镜湖J1和J2点分别代表东部与西部湖区。

J2点附近可以观察到水面漂浮着水草，沉积物中总磷含量自东向西有逐渐增大的趋势。

九莲塘观测期间水质良好，没有见到水草疯长的现象。

不同湖泊的相对地理位置与采样点分布见图1。

采样时利用自行制作的便携式采样器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,装入密实塑料袋。

同步取相应采样点位处的水样。

样品运回实验室后,各取沉积物100g左右,用铝箔包住,放入冷冻干燥机中干燥4d.取出后碾磨、过筛(150目),保存于聚乙烯瓶中,用密实袋封装,置于冷藏柜中待用. 表1显示了沉积物各采样点与水体的基本理化特征。

图1 不同湖泊的地理位置与采样点分布图表1 采样点沉积物与水体的基本理化特征凤鸣湖镜湖九莲塘F1 F2 J1 J2 T1 T2总磷（ug/g）143.347 122.108 120.591 127.625 147.199 129.591 pH值 6.40 6.58 6.85 7.23 6.72 6.94 水体总磷0.264 0.204 0.217 0.191 0.161 0.185(mg/L)含水率(%) 12.15 10.24 20.07 21.36 27.63 24.38注：用“酸溶钼锑抗比色法”测定沉积物样品中的总磷 [7]。

2.2 分级提取和分析测定用“酸溶钼锑抗比色法”(GB7852-87 )测定沉积物样品和水样中的总磷。

采用“连续化学提取”方法研究沉积物磷的形态。

现代湖泊沉积物主要是由有机质、未定型矿物和离散矿物等组成的复杂混合物。

为了准确描述沉积物中磷与湖泊沉积过程的关系，研究沉积磷的矿物学和化学特征是十分必要的，Williams(1971)、Froelich(1982)、Baturin(1988)等人也先后提出了各种对于沉积物或土壤中磷形态的提取方法，Ruttenberg[8]在已有的研究基础上，专门针对海洋沉积物提出了更为有效的“连续提取法”(Sequential Extraction Method)来研究各种磷的存在形态。

本次研究中，笔者采用王春雨［9］等“Ruttenberg连续提取技术”，对湖泊沉积物中磷的赋存形态进行研究。

根据提取液的化学强度，把沉积物中的磷分为:吸附态磷(Loosely sorbed P)、铁结合态磷(Fe-bound P),钙结合态磷(Ca-bound P),矿物晶格中结合力强的残留态磷(Detrial-P)和有机态磷(Organic-P)。

(1) 吸附态磷:该部分磷主要是指被沉积物矿物颗粒表面吸附的磷酸盐，其中水铁矿、赤铁矿、针铁矿、纤铁矿等活性铁矿物表面吸附的磷占较大比例，粘土矿物如伊利石、蒙脱石等也能吸附一定量的磷。

准确称取0.200g研磨好的沉积物(pH=8)溶液10m1，振荡2h，在4000转的样品，置于10m1离心管中，加人1M MgCl2条件下离心取上清液，然后用去离子水清洗两次，定容后分析。

(2) 铁结合态磷:指与铁的氧化物或氢氧化物(如水铁矿、纤铁矿、纤铁矿、针铁矿等)发生共沉淀的磷酸盐。

在上一步提取所剩下的沉积物样品中，加人10ml CDB(柠檬酸钠-连二亚硫酸钠一碳酸氢钠)溶液(pH=7.6),振荡3h，离心取上清液，用20ml 1M的MgC1溶液清洗剩余沉积物样品，然后用1Oml去离子水清洗，定容后2分析。

(3)钙结合态磷:主要指与自生磷灰石、湖泊沉积碳酸钙以及生物骨骼等的含磷矿物有关的沉积磷存在形态。

在上一步提取所剩下的沉积物样品中，加人10m11M醋酸钠溶液(pH =4)，振荡2.5h,高速离心取上清液，再分别用10ml 1M的MgC12溶液清洗剩余沉积物样品两次，然后用lOml去离子水清洗，定容后分析。

(4)矿物晶格中结合力强的残留态磷:在上一步提取所剩下的沉积物样品中，加人10ml1M HCl,振荡4h,高速离心后，取上清液定容后分析。

(5)有机态磷:包括水生生物(如藻类等)死亡后的遗体、未及矿化降解的有机污染物等。

上一步提取所剩下的沉积物样品洗人坩埚，加人lml 50% MgNO低温3下干燥，然后在550o C条件下灰化样品，用1M HCl将样品洗入离心管，振荡4h，定容后分析。

(6) 总磷 (Total-P):以上各提取步骤所得结果加和而得，另外，用“酸溶一铂锑抗比色法"(GB7852-87)测定沉积物样品中的全磷。