沉水植物对沉积物及土壤垂向各形态无机磷的影响-生态环境学报.DOCVIP

沉水植物对沉积物及土壤垂向各形态无机磷的影响 赵海超1,2，赵海香1，王圣瑞2，金相灿2*，刘景辉3 1: 河北北方学院农林科学院河北 张家口 075131；2:中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地/国家环境保护湖泊污染控制重点实验室北京 100012；3: 内蒙古农业大学农学院内蒙古 呼和浩特 010018 研究利用相同区域湖泊沉积物及土壤在室内模拟条件下培养黑藻，运用化学连续浸提法分离不同层次底质中各形态无机磷，并通过对水体中磷质量浓度和Eh值的测定，分析不同层次底质中各形态无机磷质量分数和间隙水中磷质量浓度的变化，揭示在沉水植物作用下淹水土壤和沉积物中不同层次各形态无机磷的迁移转化规律。结果表明，本试验条件下，黑藻主要影响上层和下层（根系所在层）底质中各形态无机磷的迁移转化；黑藻主要吸收利用弱吸附态磷和可还原态磷，并通过改变底质氧化还原环境影响可还原态磷和铁铝氧化态磷的迁移转化；黑藻的生长促进钙结合态磷的释放，但是黑藻的腐烂促进钙结合态磷的沉积；土壤中各形态无机磷比营养水平相当的沉积物中的磷容易迁移转化，黑藻对沉积物中各形态无机磷迁移转化的影响大于土壤。 沉水植物；沉积物；土壤；磷形态中图分类号：X1 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（200）0-0074-07表1 二种底质本底营养环境状况 Table 1 The environmental conditions of two sediments 营养状况 w(有机质)/%w(总氮)/(g·kg-1) w(总磷)/(mg·kg-1) w(无机磷)/(mg·kg-1) w(有机磷)/(mg·kg-1) HK 2.41 1.24 687.62 578.68 108.49 TR 2.27 1.16 781.73 626.23 155.50 富营养化是湖泊水库淡水系统面临的一个严重环境问题。水体中氮、磷等营养元素大量增加是导致自然水体富营养化的根本原因。在许多自然水体系统中因为氮比磷有更多的来源且迁移转化更加复杂，因此磷常被认为是湖泊富营养化的制约性因子[1]。在许多地区，以农田排磷为主的非点源磷污染往往是水体中磷的最主要来源，而且其所占份额仍在不断增加[2]，同时随着水库和水利工程的修建淹没大量的耕地，成为水体重要的污染源[3]。沉积物与上覆水中磷的源、汇关系可相互转化，因此即使外源磷得到有效的控制，沉积物中磷的重新释放仍然可以维持水中较高的磷浓度水平[4]，沉积物中不同形态磷的迁移转化规律及其影响因子各不相同，从而使湖泊水体修复难度大增。沉水植物是浅水湖泊的主要生物类群，占据了湖泊中水和底质的主要界面，对湖泊生态系统的物质、能量循环和传递起调控作用[5]，近年来广泛用于湖泊水体修复。黑藻（Hydrilla verticillata (L.f) Royle）属于单子叶植物纲，水鳖科，黑藻属，是长江中下游浅水湖泊中重要的沉水植物之一。本试验运用湖泊沉积物和土壤培养黑藻，分析不同层次各形态无机磷的变化，试图揭示沉水植物作用下沉积物和土壤不同层次底质中磷的迁移规律，为利用沉水植物修复富营养湖泊提供科学基础。 本试验所用黑藻取自北京房山区拒马河，在温室内预培养14 d，选取生长良好长势一致的植株顶枝20 cm做试验材料。沉积物取自中国环境科学研究院湖泊（HK），土壤取自北京朝阳区清河营村表层土壤（TR）并进行浸水处理后晾干（用水浸泡1个月，经过与沉积物类似的浸水过程），将沉积物与土壤分别混匀过筛去除杂质。二种底质取自相同区域基质构成基本相同，营养状况如表1所示，营养质量分数基本相当。试验设4个试验组，分别以沉积物和土壤作底质培养黑藻（HK组、TR组）同时作无植物组（TRCK组、HKCK组）。每组在1 m×1 m×0.8 m的玻璃缸内设16个小桶（20 cm（高）×20 cm（直径）），每桶装3 kg底质，栽10株黑藻（干重0.4 g），用自来水培养。玻璃缸内定期补充培养水。培养4个月，定期取样五次（每次各组取3桶）。沉积物均匀分为三层，分别测定各层中各形态无机磷质量分数和氧化还原电位（Eh）值及间隙水中活性磷（SRP）和总磷（TP）质量浓度。 Table 2 The sequential extractions of inorganic phosphorus forms in sediments 磷形态 提取方法(浸提剂、温度、震荡) 主要成分 弱吸附态磷(labile P) 1 mol·L-1 HN4Cl (25 ℃,0.5h) 沉积物中浮游植物细胞内的磷和吸附于颗粒物中水合氧化物表面磷[9] 可还原态磷(RSP) 0.11 mol·L-1 NaHC03-NaS203 (40 ℃,1 h) 主要是Fe2O3胶膜所包蔽的还原