巢湖典型流域河道沉积物磷赋存形态研究
2021-03-22姜晓霞胡晨雨方喆禹
姜晓霞,孙 玥,储 茵,胡晨雨,王 汛,方喆禹
巢湖典型流域河道沉积物磷赋存形态研究
姜晓霞,孙 玥,储 茵*,胡晨雨,王 汛,方喆禹
(安徽农业大学资源与环境学院,合肥 230036)
河道沉积物磷的含量和形态可为流域磷的来源解析及评估其对下游受纳水体的影响提供重要信息。选取巢湖典型支流丰乐河和柘皋河,在平水期对两个流域共计27个采样点进行了沉积物和河水采样,沉积物采用SMT(standards measurements testing)法进行分级测定磷的不同形态,包括总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁铝磷(Fe/Al-P)以及钙磷(Ca-P),水样测定总磷(TP)和可溶性磷(DP)。结果表明,丰乐河沉积物中TP、IP和OP的平均含量分别为522.12、323.78和140.42 mg·kg-1,而柘皋河分别为1 060.70、755.74和125.31 mg·kg-1,均表现为TP>IP>OP。丰乐河IP中的Fe/Al-P平均含量高于Ca-P,而柘皋河则相反。柘皋河沉积物TP、IP、Fe/Al-P和Ca-P总体均高于丰乐河,但丰乐河OP含量略高于柘皋河。两河不同采样点沉积物不同形态磷含量均存在较大的空间差异。丰乐河和柘皋河河水TP平均值分别为0.10和0.18 mg·L-1,均以溶解态为主,易导致富营养化。两个流域都是农业流域,河流中磷主要来源是农业非点源和城镇生活污水的输入。柘皋河农田和村镇都相对比较集中分布在河边,不同来源的磷更容易输送到达河道。柘皋河流域距入湖口近,沉积物和河水磷含量均高于丰乐河,因此柘皋河对加剧巢湖水体富营养化的风险更大,但丰乐河沉积物Fe/Al-P和河水磷含量也比较高,依然存在一定的风险。
沉积物;磷形态;河流;巢湖流域
巢湖位于长江中下游,是我国第五大淡水湖。巢湖水体富营养化严重,经过控制工厂及城镇点源污染废水的排放,水体中总氮总磷有下降趋势,但仍保持较高水平。氮磷富集是导致水质恶化、蓝藻爆发的重要原因,其中磷是水体富营养化的主要限制性营养元素[1]。水体中的磷主要来自外源输入,工业废水、生活污水、农业面源污染等通过径流进入河流,最终汇入巢湖。另一方面,在平水期及洪水退水时期河道水体流速缓慢,从而部分沉降在河道沉积物中[2],而沉积物随下一次洪水携带也将汇入巢湖。
沉积物中磷形态主要有无机磷和有机磷,无机磷中又包括金属氧化物结合态磷、钙结合态磷、还原态磷、弱吸附态磷等[3]。沉积物中不同形态磷组成过程复杂,受溶解氧、pH、温度、水力条件、沉积物组分等主要环境因素影响大[4]。沉积物中的磷不仅是水体内源磷污染的重要来源,不同形态磷具有不同的生物有效性,也会对水体富营养化有潜在的风险[5-6]。
目前在对沉积物中不同形态磷的研究中,有Golterman等利用鳌合物EDTA提取沉积物中的铁结合态磷、钙结合态磷、酸可提取有机磷和碱可提取有机磷来区分不同磷灰石的形态,但是DTA与EDTA对磷的提取有干扰,预处理复杂,提取过程有重复[7];李悦等提出七步连续提取法,将沉积物中的磷以吸附态磷、铝结合磷、铁结合磷、闭蓄态磷、自生钙结合磷、原生碎屑磷和有机磷,区分了原生碎屑磷和自生钙结合磷,但其主要针对海洋沉积物磷的分级测定,且步骤过于繁琐[8];在1999年欧洲标准体系下,Ruban等研究了沉积物中磷形态的分级测定方法(SMT, standards measurements testing),提取沉积物中总磷、无机磷、有机磷、铁铝结合态磷和钙结合态磷,方法简单实用,可提供生物可利用磷的信息,且对土壤和底泥均适用[9-10]。SMT法在我国应用广泛,常用于水库及湖泊沉积物磷的分级测定,如:三峡库区[11]、福建山美水库[12]、湖北天福庙水库[13]、东洞庭湖[14]等;以及河道沉积物中磷的测定,如合肥市板桥河蔡田铺污水厂尾水受纳河段[15]。
在中小流域的尺度上,采用简单实用的磷分级测定方法来研究河道沉积物磷的不同形态和空间分布,进而探究磷的来源解析以及对下游受纳水体的影响,对下游受纳水体富营养化的治理与管理有重要意义,但这方面的研究尚比较缺乏。因此,作者选取巢湖典型支流丰乐河及柘皋河为研究对象,通过对流域分布式布点,采集河流沉积物及水样品,再选用SMT法进行测定,分析巢湖支流水体及沉积物中不同形态磷的含量及分布特征,以期为开展小流域面源污染防治及湖泊支流统筹管理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
丰乐河发源于六安市金安区张店镇境内,流经舒城县张母桥、桃溪和丰乐三镇[16],于三河镇与杭埠河自西汇合后注入巢湖全长112 km。丰乐河以桃溪水文站为流域出口,划分集水区域,流域面积为1 579 km2,耕地、林地、居民区面积分别占总面积的63%、19%和7%。河水汇入杭埠河流入巢湖,从流域出口至巢湖入口有47 km。
柘皋河流经柘皋镇、夏阁镇和中垾镇,全长 35 km。以柘皋大桥为流域出口划分集水区域,流域面积为497 km2,其中耕地、林地、居民区面积分别占总面积的75%、7%和8%。河水直接注入巢湖,从流域出口至巢湖入口仅有1.6 km。丰乐河、柘皋河与巢湖的位置分布如图1所示。
两河流域降水年际、年内分布较不均匀。主要降雨过程发生在夏季,易发生暴雨及大暴雨,洪水量大,持续时间长,属亚热带季风气候,温和湿润[17]。流域以丘陵为主,坡度较小,主要用地为农业和林地用地,流域内没有大的工厂及城镇。主要粮食作物为水稻、小麦,主要土壤类型为水稻土、黄棕壤。
1.2 样品的采集和处理
通过对两流域实地考察,基于流域数字高程DEM数据利用ArcGIS对流域划分河网,在主要支流入河口处布设采样点;在支流上游根据面积大小增加布设采样点;综合考虑流域支流长度、土地利用、人类活动及取样条件等因素,在干流中下游增设1~2个采样点。柘皋河中垾镇至柘皋镇河段周边均是圩区,无支流,故未布设采样点。将每个采样点作为子流域出口断面,划分子流域。每个采样点水质和沉积物均能反映所在区域河流污染的来源和输送特征。如图2所示,在丰乐河布设了14个采样点,流域出口布设采样点F1在桃溪水文站附近;柘皋河布设了13个采样点,流域出口布设采样点Z1在柘皋大桥。
图1 巢湖流域、丰乐河及柘皋河位置
Figure 1 Chao Lake basin and location of Fengle River and Zhegao River
本次取样时间为2020年5月21日和22日,属于春季取样。根据安徽省水文局公布的2020年5月桃溪水文站实测水位数据可知,当月16日11: 00出现月最高水位为9.07 m,当月8日18:00出现月最低水位为8.61 m,可知当月降雨不充沛,水位不高,属于平水期。按照已经布设的取样断面在丰乐河、柘皋河上、中、下游分别进行取样。根据取样断面河道宽度和取样难易程度,采用多点法用水质采样器采集河流水面下0.3 ~ 0.5 m处的表层水样,混合水样装入500 mL 的聚乙烯塑料瓶中,放置低温冷藏保温箱中带回;用抓斗式采泥器多点采集采样点河道底泥,样品封装于聚乙烯塑料袋中带回实验室。水样及时测定,底泥自然风干,过1 mm孔径筛后装塑封袋标号待测。
1.3 样品的分析方法
沉积物中磷分级测定采用欧洲标准测试委员会框架下的SMT法定义的总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁铝磷(Fe/Al-P)以及钙磷(Ca-P)[9-10,18-20]。该方法分3次提取测定,相比一次称样连续分级测定损耗更少,方法简单实用,适合对流域尺度环境影响分析使用[9-10,21]。总磷测定将0.2 g待测底泥样品置于银坩埚中高温煅烧,使底泥中含磷矿物及有机磷化合物全部转化为可溶性的正磷酸盐;再取0.2 g底泥样品用盐酸提取,使底泥中含磷矿物全部转化为可溶性的正磷酸盐,用于测定无机磷含量;有机磷化合物位于无机磷提取后的残渣中,经高温煅烧,将有机磷化合物全部转化为可溶性的正磷酸盐,再用盐酸提取;再取0.2 g待测底泥样品用氢氧化钠溶液提取铁铝磷,剩余残渣清洗后用盐酸提取钙磷。所有提取液均用钼蓝比色后测定吸光度。具体实验步骤如图3所示[22]。
图2 丰乐河(a)、柘皋河(b)采样点及子流域图
Figure 2 Sampling sites and sub-watersheds in Fengle River (a) and Zhegao River (b)
水体中总磷(TP)采用过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法(GB/T 11 893-1 989)测定,可溶性总磷(DP)是将水样过滤0.45 μm滤膜后,用钼酸铵分光光度法(GB/T 11 893-1 989)测定。
1.4 数据分析方法
使用Excel 2016、SPSS 20进行数据统计分析,利用Origin 2018、ArcGIS 10.2进行绘图,对两河流不同采样点的各形态磷进行差异分析。
图3 SMT磷分级测定
Figure 3 The SMT protocol
2 结果与分析
2.1 河道沉积物中TP含量及其空间分布特征
由图4可知,丰乐河14个采样点沉积物中TP含量介于145 ~ 1 015 mg·kg-1之间,各采样点平均含量达到522 mg·kg-1,较巢湖春季表层沉积物TP含量平均值980 mg·kg-1相比[23],丰乐河沉积物TP含量处于中下水平,是巢湖沉积物TP含量的53%。如图5(a)所示,不同采样点的TP含量水平不同,Duncan分析显示组内水平有显著差异。其中,F2采样断面底泥较难抓取,多处为石块和板结岩石,经实地调查,该处河道有过清淤,底泥沉积并不多,受来水冲击影响大;F7采样点出现高值与附近农村居民区和大面积农业种植有关;F13采样点TP含量最高达1 015 mg·kg-1,该采样点附近沿河有农户的鸡舍鸭棚,鸡鸭代谢产生的粪便会直接排入河岸边,降雨后会随径流进入水体,积累到沉积物中。可见,附近特定来源对沉积物TP含量的也有较大影响。
柘皋河13个采样点沉积物中TP含量介于534 ~1 611 mg·kg-1之间,各采样点平均含量达到1 060 mg·kg-1,约是丰乐河表层沉积物TP含量的2倍,已达巢湖表层沉积物TP含量的108%[23],略低于杭州西湖表层沉积物TP含量[24]平均值1 209 mg·kg-1,高于太湖西北部竺山湾沉积物TP含量[25]平均值930 mg·kg-1(图4)。柘皋河TP不同采样点两两之间差异也很显著。如图5(b)所示,Z12采样点的沉积物TP含量最高,达1 611.05 mg·kg-1,该处水葫芦覆盖水面,水体藻类悬浮物多,浊度高,透明度低,其污染源主要是河道一侧前李村的生活污水和另一侧农业蔬菜大面积种植的非点源污染输入所致;Z8、Z10和Z3均分布在城镇居民区,人口密度较高,受人类活动影响大;Z1采样点的沉积物TP含量最低,为 533.88 mg·kg-1,该处为柘皋河流域的出口断面,水位较深,河道较宽,可行船,下游是柘皋河汇入巢湖的入湖口,水面水生植物较少,河底有清淤及桥底水泥硬化,河道中央沉积物较难抓取,所以只取了岸边底泥,代表性略低。柘皋河整体水域的沉积物磷污染较丰乐河乃至巢湖更为严重。
图 4 丰乐河、柘皋河沉积物中不同形态磷含量箱线图
Figure 4 Box plot of concentrations of phosphorus fractions in sediments of Fengle River and Zegao River
2.2 河道沉积物中IP与OP含量及其空间分布特征
根据SMT法,首先将沉积物中磷的形态分为无机和有机两种。如图6(a)所示,丰乐河14个采样点沉积物中IP含量在56.94 ~ 792.34 mg·kg-1之间,各采样点平均含量达到323.78 mg·kg-1,占TP 的比例为62%;OP含量在65.67 ~ 264.63 mg·kg-1之间,各采样点平均含量达到140.42 mg·kg-1,占TP 的比例为27%。如图6(b)所示,柘皋河13个采样点沉积物中IP含量在333.7 ~ 1 349.15 mg·kg-1之间,各采样点平均含量达到775.74 mg·kg-1,占TP 的比例为73%;OP含量在59.80 ~ 183.67 mg·kg-1之间,各采样点平均含量为125.31 mg·kg-1,占TP 的比例为12%。说明河流表层沉积物中磷的主要成分为IP。如图6 所示,丰乐河IP含量明显低于柘皋河,而OP含量水平两河差距不明显。不同采样点IP、OP 含量水平不同,经组内分析,两两之间随子流域变化,IP和OP均有显著差异,说明采样点位置不同对磷含量有显著影响。
图5 丰乐河(a)、柘皋河(b)不同采样点TP含量
Figure 5 Concentrations of TP in sediments at different sampling sites of Fengle River (a) and Zhegao River (b)
图6 丰乐河(a)、柘皋河(b)不同采样点沉积物IP与OP含量
Figure 6 Concentrations of IP and OP in sediments at different sampling sites in Fengle River (a) and Zhegao River (b)
图7 丰乐河(a)、柘皋河(b)不同采样点Fe/Al-P与Ca-P含量
Figure 7 Concentrations of Fe/Al-P and Ca-P in sediment at different sampling sites of Fengle River (a) and Zegao River (b)
2.3 河道沉积物中Fe/Al-P与Ca-P含量及其空间分布特征
IP 的主要形态为Fe/Al-P和Ca-P。如图7(a)所示,丰乐河各采样点间沉积物中Fe/Al-P含量为37.77 ~ 387.70 mg·kg-1,流域平均含量达到161.22 mg·kg-1,Ca-P含量为15.96 ~ 382.40 mg·kg-1,流域平均含量达到142.97 mg·kg-1,各采样点均值Fe/Al-P占IP的比例为49.8 %,Ca-P占IP的比例为44.2%。在丰乐河多数断面,Fe/Al-P在IP中所占比例最高,Fe/Al-P是指被铁铝氧化物及水化合物包裹的磷,不稳定,易转化,在还原环境下几乎可以全部释放,即可在一定条件下能够被生物所利用的活性磷或潜在活性磷,沉积物中这部分磷的含量能真正反映沉积物内源释放能力的大小[26-27]。它的来源受人类活动影响大,主要来自生活污水、工业废水的点源排放以及农业面源污染随降雨径流的进入,Fe/Al-P的含量可反映水体受外源污染的程度及沉积物中磷向水体内源释放的风险。
图7(b)显示,柘皋河各采样点间沉积物中Fe/Al-P含量为85.60 ~ 609.67 mg·kg-1,流域平均含量达到250.36 mg·kg-1,Ca-P含量为160.25 ~ 687.07 mg·kg-1,流域平均含量达到307.89 mg·kg-1,各采样点均值 Fe/Al-P占IP的比例为32.3%,Ca-P占IP的比例为38.7%。在柘皋河多数断面,Ca-P在IP中所占比例最高,可能与流域内有磷矿以及土壤类型有棕色石灰土有关。Ca-P主要是来自碳酸钙、磷灰石以及含磷矿物相关的沉积磷,形态稳定,不易直接释放到水体中,一般难以被生物利用,因此可认为多数断面水体中磷污染来自Ca-P内源释放的可能性并不大[28]。
图 8 丰乐(a)、柘皋(b)不同采样点河水TP与DP含量
Figure 8 Concentrations of TP and DP in water at different sites of Fengle River (a) and Zhegao River (b)
表1 丰乐河沉积物各形态磷及水样总磷间的相关性分析(n=14)
注:*<0.05,**<0.01,W-TP为水样总磷。下同。
表2 柘皋河沉积物各形态磷及水样总磷间的相关性分析(n=13)
如图7所示,不同采用点Fe/Al-P与Ca-P含量差异大,组内分析两两采样点间Fe/Al-P或Ca-P大多数都具有显著性差异,子流域不同对均值有显著影响。
2.4 水中总磷、可溶性磷含量及其空间分布特征
如图8(a)所示,丰乐河河水TP含量介于0.03~0.15mg·L-1之间,均值约为0.10 mg·L-1,河水DP含量在0.02~0.11 mg·L-1之间,均值为0.06 mg·L-1,DP占TP的比例67.1%, F11采样点河水总磷及可溶性磷含量均较高;由图8(b)所示,柘皋河河水TP含量为0.07~0.59 mg·L-1之间,均值为0.18 mg·L-1,河水DP含量为0.05~0.45 mg·L-1之间,均值为0.12 mg·L-1,DP占TP的比例65.9%。湖泊水质富营养化的评价标准中TP<0.10 mg·L-1为富营养化、0.10 mg·L-1<TP为重度富营养化[29]。显然,两河水体磷含量均已达到富营养化限制水平,有向下游水体输送超标富营养化元素的风险。根据《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中TP含量标准限值,丰乐河一半采样点水质均达Ⅱ类水,另一半采样点水质达Ⅲ类水;柘皋河大部分采样点水质达Ⅲ类水,Z12采样点水体TP含量超Ⅴ类水0.4 mg·L-1的限值,该点沉积物中TP含量也高达1 611 mg·kg-1。柘皋河水体TP均值是丰乐河的1.8倍,DP均值是丰乐河的2倍,柘皋河河水TP、DP含量总体均高于丰乐河河水。丰乐河、柘皋河DP占TP的比例基本一致,说明平水期河流水体中磷的主要成分为可溶解性磷。
3 讨论与结论
进一步比较两个河流沉积物中不同形态磷之间的特征,对两个河流沉积物中不同形态磷赋存含量及水体中总磷含量之间分别进行皮尔逊相关性分析,结果分别见表1和表2。在丰乐河中,沉积物中TP含量与IP含量、OP含量、Fe/Al-P含量和Ca-P含量均显著正相关(表1),而沉积物中各形态磷与水体总磷均无相关性,说明了丰乐河水体TP与沉积物中各形态磷影响不大。这可能与平水期田块冲刷较少、河水多来自地下水补给、丰乐河水体流速快与底泥交换时间相对较短等原因有关。
由柘皋河沉积物各形态磷及水样总磷间的皮尔逊相关性分析(表2)可得,柘皋河沉积物中TP含量与IP含量、OP含量和Fe/Al-P含量均显著正相关,Ca-P含量与TP、IP、OP和Fe/Al-P含量相关性均不明显,柘皋河流域内有磷矿可能影响Ca-P含量。这一结果与江立文等[26]在探究中度营养型湖泊与轻度营养型湖泊沉积物中磷形态特征及主成分分析结果是一致的。柘皋河水体总磷与沉积物中TP、IP、OP和Fe/Al-P均正相关,说明了柘皋河水体TP与沉积物中各形态磷关系密切。这可能与柘皋河水体流速小、水体相对静止、有充足的时间供底泥与水体交换且柘皋河沿河生活污水输入较多等原因有关。
从河流沉积物磷赋存形态的平均含量来看,丰乐河沉积物中TP、IP、OP、Fe/Al-P和Ca-P的平均含量分别为522.12、323.78、140.42、161.22和142.97 mg·kg-1,TP>IP>Fe/Al-P>Ca-P>OP,这与江立文等[26]对江西湖泊的研究结果是一致的。柘皋河沉积物中TP、IP、OP、Fe/Al-P和Ca-P的平均含量分别为1 060.70、755.74、125.31、250.36和307.89 mg·kg-1,TP>IP>Ca-P>Fe/Al-P>OP。柘皋河沉积物各形态磷含量不同于丰乐河的是Ca-P含量高于Fe/Al-P,且除OP略低于丰乐河含量外,其他含量均高于丰乐河。
丰乐河流域内村镇分散,河道水体水深较浅,大面积农业种植水稻。柘皋河流域面积相对较小,村镇集中,河道宽而深,多圩区,农业种植多水稻、小麦和蔬菜。两个河流磷主要来源都是农业非点源污染以及城镇生活污水的点源排放。含量差异可能与柘皋河农田和城镇都相对比较集中分布在河边,相对强度更大,也更容易输送至河道有关。此外,柘皋河流域有矿区,部分稻田发展稻虾结合新型农业模式,致使矿物质及大量饵料残渣及虾的代谢产物容易随径流进入水体。
柘皋河沉积物TP、Fe/Al-P和Ca-P和河水磷含量均高于丰乐河,且距巢湖入湖口更近,对加剧巢湖水体富营养化的风险更大,但丰乐河沉积物Fe/Al-P和河水中磷含量也比较高,依然存在一定的风险。因此,治理巢湖水体富营养化问题要同步将支流作为治理对象,加强群众控磷意识,减少化肥用量,生活污水要处理后排放,沿河养殖场的畜禽粪便要妥善处理,距离入湖口近的河段要及时清淤等。
通过在平水期对巢湖两个典型子流域丰乐河和柘皋河沉积物的分布式采样,并采用SMT方法对沉积物磷的不同赋存形态进行了测定,结果表明两个河流不同采样点沉积物不同形态磷含量差异较大。柘皋河沉积物TP含量总体高于丰乐河。从磷的不同形态来看,沉积物中IP和OP平均含量分别是:丰乐河为323.78和140.42 mg·kg-1,而柘皋为755.74和125.31 mg·kg-1,表明两个流域都是以IP为主。而IP中Fe/Al-P、Ca-P的平均含量分别是:丰乐河为161.22和142.97 mg·kg-1,而柘皋为250.36和307.89 mg·kg-1,丰乐河Fe/Al-P平均含量高于Ca-P,而柘皋河则相反。柘皋河沉积物IP、Fe/Al-P和Ca-P平均含量均高于丰乐河,但丰乐河OP含量略高于柘皋河。丰乐河、柘皋河河水总磷平均值分别为0.10和0.18 mg·L-1,均以溶解态为主。
除了OP,河道沉积物其他形态磷的含量均是柘皋河高于丰乐河,柘皋河水TP和DP浓度也总体高于丰乐河。两个流域都主要是农业流域,这种明显的差异可能与柘皋河农田和城镇都相对比较集中分布在河边有关,农业非点源来源的磷,特别是城镇生活污水的点源排放相对强度更大,且更容易输送到达河道。
柘皋河相比丰乐河距巢湖入湖口近,且沉积物TP、Fe/Al-P和Ca-P含量和河水磷含量均高于丰乐河,因此柘皋河对加剧巢湖水体富营养化的风险更大,但丰乐河沉积物Fe/Al-P和河水磷含量也比较高,依然存在一定的风险。
[1] 苏玉萍, 赖寿辉, 林佳, 等. 富营养化饮用水源地山仔水库限制性营养元素研究[J]. 环境科学学报, 2015, 35(10): 3107-3113.
[2] LIU W B, WANG S R, ZHANG L, et al. Phosphorus release characteristics of sediments in Erhai Lake and their impact on water quality[J]. Environ Earth Sci, 2015, 74(5): 3753-3766.
[3] 叶宏萌, 杨浩, 袁旭音, 等. 基于流域沉积物氮磷形态的生态风险评价: 以沙溪流域为例[J]. 环境化学, 2020, 39(12): 3471-3479.
[4] SØNDERGAARD M, JENSEN J P, JEPPESEN E. Internal phosphorus loading in shallow Danish lakes[J]. Hydrobiologia, 1999, 408/409: 145-152.
[5] 万杰, 袁旭音, 叶宏萌, 等. 洪泽湖不同入湖河流沉积物磷形态特征及生物有效性[J]. 中国环境科学, 2020, 40(10): 4568-4579.
[6] VICENTE M A F, DE MELO G V, BAPTISTA NETO J A, et al. Phosphorus fractionation distribution in Guapimirim estuary: SE Brazil[J]. Springer Plus, 2016, 5(1): 1406.
[7] GOLTERMAN H L. Fractionation of sediment phosphate with chelating compounds: a simplification, and comparison with other methods[J]. Hydrobiologia, 1996, 335(1): 87-95
[8] 李悦, 乌大年, 薛永先. 沉积物中不同形态磷提取方法的改进及其环境地球化学意义[J]. 海洋环境科学, 1998(1): 16-21.
[9] RUBAN V, LÓPEZ-SÁNCHEZ J F, PARDO P, et al. Selection and evaluation of sequential extraction procedures for the determination of phosphorus forms in lake sediment[J]. J Environ Monit, 1999, 1(1): 51-56.
[10] RUBAN V, LÓPEZ-SÁNCHEZ J F, PARDO P, et al. Harmonized protocol and certified reference material for the determination of extractable contents of phosphorus in freshwater sediments: a synthesis of recent works[J]. Fresenius J Anal Chem, 2001, 370(2/3): 224-228.
[11] 张志永, 万成炎, 胡红青, 等. 三峡水库干流沉积物及消落带土壤磷形态及其分布特征[J]. 环境科学, 2018, 39(9): 4161-4168.
[12] 路丁, 郭沛涌, 沈芳芳, 等. 福建省山美水库入库河道沉积物磷释放风险[J]. 环境化学, 2015, 34(8): 1498-1505.
[13] 刘明盟, 李永福, 葛继稳, 等. 宜昌市天福庙水库沉积物磷形态分布特征及其释放通量估算[J]. 环境科学研究, 2018, 31(7): 1258-1265.
[14] 王婷, 王坤, 姜霞. 东洞庭湖沉积物覆水后磷形态变化及其释放量[J]. 湖泊科学, 2018, 30(4): 937-947.
[15] 汤宁, 李如忠, 王聿庆, 等. 污水厂尾水受纳河段沉积物磷形态及释放风险效应[J]. 环境科学, 2020, 41(2): 801-808.
[16] 储茵, 潮洪武, 马友华, 等. 巢湖流域丰乐河洪水事件营养盐输出动态研究[J]. 长江流域资源与环境, 2013, 22(8): 1072-1080.
[17] 储茵, 朱江, 夏守先, 等. 巢湖典型支流柘皋河水质污染时空变化特征[J]. 水土保持学报, 2011, 25(4): 243-248.
[18] YANG W Q, XIAO H, LI Y, et al. Vertical distribution and release characteristics of phosphorus forms in the sediments from the river inflow area of Dianchi Lake, China[J]. Chem Speciat Bioavailab, 2018, 30(1): 14-22.
[19] LOH P S, YING C Y, ALNOOR H I M, et al. Comparative study on the elucidation of sedimentary phosphorus species using two methods, the SMT and SEDEX methods[J]. J Anal Methods Chem, 2020, 2020: 8548126.
[20] 朱梦圆, 朱广伟, 钱君龙, 等. SMT法插标分析沉积物中磷的地球化学形态[J]. 中国环境科学, 2012, 32(8): 1502-1507.
[21] 孙境蔚. 沉积物磷的分级提取方法及提取相的共性分析[J]. 环境科学与技术, 2007, 30(2): 111-114,121.
[22] PARDO P, RAURET G, LÓPEZ-SÁNCHEZ J F. Shortened screening method for phosphorus fractionation in sediments[J]. Anal Chimica Acta, 2004, 508(2): 201-206.
[23] 徐康, 刘付程, 安宗胜, 等. 巢湖表层沉积物中磷赋存形态的时空变化[J]. 环境科学, 2011, 32(11): 3255-3263.
[24] 严攀, 徐栋, 刘子森, 等. 杭州西湖沉积物磷分析及释放风险[J]. 环境化学, 2019, 38(7): 1479-1487.
[25] 方家琪, 祁闯, 张新厚, 等. 太湖竺山湾沉积物碳氮磷分布特征与污染评价[J]. 环境科学, 2019, 40(12): 5367-5374.
[26] 江立文, 李铭敏, 杨银, 等. 江西省不同营养类型湖泊底泥沉积物中磷的赋存形态及其差异性[J]. 环境工程, 2020, 38(9): 48-52,167.
[27] 王丛丹, 汪金成, 杨宇, 等. 平水期洞庭湖不同形态磷赋存特征[J]. 水文, 2019, 39(6): 74-79.
[28] 何佳, 陈春瑜, 邓伟明, 等. 滇池水-沉积物界面磷形态分布及潜在释放特征[J]. 湖泊科学, 2015, 27(5): 799-810.
[29] FADIRAN A O, DLAMINI S C, MAVUSO A. A comparative study of the phosphate levels in some surface and ground water bodies of Swaziland[J]. Bull Chem Soc Eth, 2008, 22(2): 197-206.
Study on phosphorus fractions in river sediments of typical watersheds of Chao Lake basin
JIANG Xiaoxia, SUN Yue, CHU Yin, HU Chenyu, WANG Xun, FANG Zheyu
(School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036)
The contents and fractions of phosphorus in river sediment can provide important information for source analysis and the evaluation of its influence on downstream receiving water bodies. In this study, spatially distributed sampling was applied during normal-low flow period on Fengle and Zhegao, which are the two inflow rivers of Chao Lake basin. Sediment and river water samples were taken at 14 sites on Fengle river and 13 on Zhegao. The SMT(standards measurements testing) protocol was applied for the analysis of five fractions of phosphorus, including total phosphorus (TP), inorganic phosphorus (IP), organic phosphorus (OP), iron-aluminum phosphorus (Fe/Al-P) and calcium phosphorus (Ca-P); river water samples were analyzed for TP and dissolved phosphorus (DP). The results showed that the average contents of TP, IP and OP in Fengle river sediments were 522.12, 323.78 and 140.42 mg·kg-1, respectively; and which in Zhegao river sediments were 1 060.70, 755.74 and 125.31 mg·kg-1, respectively; both demonstrating an order as TP>IP>OP. For IP, the average content of Fe/Al-P in Fengle river sediment was higher than that of Ca-P, while it was the opposite for Zhegao. The average contents of TP, IP, Fe/ Al-P and Ca-P in sediments of Zhegao river were higher than those in Fengle river, but the content of OP in Fengle was slightly higher than that in Zhegao. The concentrations of phosphorus fractions in sediments demonstrated large spatial variations for both rivers. The average TP concentrations in the water of Fengle and Zhegao were 0.10 and 0.18 mg·L-1, respectively, which were mainly composed of DP, thus at a risk of eutrophication. Both Fengle and Zhegao were of typical agricultural watersheds. Agricultural nonpoint sources inflow and the input of town sewage were the main contributions of phosphorus in river sediments and water. The crop and vegetable fields, towns or villages of Zhegao watershed were mostly located along or near the riverbanks, where phosphorus could be more easily transported to river
sediment; phosphorus fractions; river; Chao Lake basin
X522
A
1672-352X (2021)06-0960-08
channels. As Zhegao watershed was closer to Chao Lake and the phosphorus content in both sediment and river water was higher than that in Fengle, it had a greater risk of worsening the eutrophication status in Chaohu Lake. However, since Fe/Al-P in sediments and TP in river water of Fengle river were relatively high as well, there was still a risk of contributing to the eutrophication in the downstream reaches and finally the Chao Lake.
10.13610/j.cnki.1672-352x.20220106.005
2022-1-10 8:58:11
[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20220107.1339.003.html
2021-02-04
安徽省自然科学基金(1908085MD102 )和安徽省大学生创新创业训练计划项目(ds195209)共同资助。
姜晓霞,硕士研究生。E-mail:jiang__xiaoxia@126.com
通信作者:储 茵,教授。E-mail:chuyin@ahau.edu.cn