农业流域中不同类型水塘沉积物磷素状态及其环境意义

环　境　化　学

ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＣＨＥＭＩＳＴＲＹ

Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１２Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２０１３

ＤＯＩ：１０．７５２４／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４⁃６１０８．２０１３．１２．０１３

农业流域中不同类型水塘沉积物磷素状态及其环境意义∗

∗

刘　洋１　付　强１∗　陆海明２　尹澄清３　王为东３　单保庆３　毛战坡４

（１．盐城工学院环境科学与工程学院，江苏省环境保护海涂生态与污染控制重点实验室，盐城，２２４０５１；

２．南京水利科学研究院水文水资源研究所，南京，２１００９８；

３．中国科学院生态环境研究中心，环境水质学国家重点实验室，北京，１０００８５；　４．中国水利水电科学研究院，北京，１０００４４）

摘　要　通过对安徽巢湖六叉河小流域的多水塘系统进行采样和分析，测定了流域中不同类型水塘沉积物磷素赋存形态与分布特征，并对其环境意义进行了探讨．研究表明，水塘周边土地利用对沉积物磷含量具有重要影响，水塘沉积物全磷（ＴＰ）含量在２８６．３—６５１．３ｍｇ·ｋｇ－１之间，村塘ＴＰ含量显著高于其他类型水塘，基本表现为村塘＞河塘＞山塘≈旱塘≈田塘；在ＴＰ中，铁铝结合态磷（Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ）和惰性磷（ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ）占主要地位（Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ，４４．２８％；ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ，３７．７４％），钙镁结合态磷（Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ）和活性有机磷（Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ）比例０􀆰２０％；ＴＰ中的活性组分如Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ、Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ、Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ以及有效磷（ＯｌｓｅｎＰ）、草酸浸提态磷（Ｏｘ⁃Ｐｉ）等同ＴＰ均具有显著的正相关性（Ｐ＜０．０１），其他组分如Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ和ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ与ＴＰ相关性不显著，水塘沉积物活性磷组分主要受控于外源输入，在水塘沉积物富磷化的同时，沉积物磷素的流失风险和潜在的生物可利用性均显著提高，因此在多水塘系统中，对水塘尤其是村塘的及时挖掘和疏浚是非常重要的．关键词　水塘，沉积物，磷形态，多水塘系统，富营养化．

相对较小（Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ，８．５０％；Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ，９．３７％），易解吸磷（Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ）所占比例最小，各水塘均不到

我国南方的湖泊正遭受着严重的富营养化，来自农业流域的非点源磷污染是其重要原因之一．研究显示，农业非点源磷污染负荷目前已超过总污染负荷的５０％［１⁃２］．控制农业流域的暴雨径流磷输出是控制湖泊富营养化的关键［３］．多水塘系统是我国南方特有的农业生态景观，也是一种特殊的湿地类型，在我国已有几千年的历史．许多水塘分布在农业流域中，拦截雨水进行灌溉［４⁃５］．近些年的研究表明，多水塘系统也是控制农业非点源磷污染的一种重要方法［３⁃７］．长期施用磷肥使得土壤磷素不断累积，这种累积通过暴雨径流进入水塘中，通过沉降、吸附等作用被固定在水塘沉积物中，在降低磷输出负荷同时，引起了水塘沉积物磷素的改变［８⁃９］．

作为多水塘系统控制磷行为的关键介质，沉积物磷素的变化对于水塘磷的持留和输出具有决定性影响［８⁃９］．沉积物不但可以吸附水体中的磷，而且高的沉积态磷也是上覆水体中磷的潜在来源之一，沉积物中少量的磷释放就可能导致上层水体中溶解磷酸盐的巨大增加［１０］．研究显示，沉积物磷素状态决定了其界面交换能力和生物可利用性［１１⁃１２］，不同赋存状态磷的含量也反映了沉积物磷污染程度及其释放潜力［１３⁃１５］，分析流域中湿地、水塘等持留体沉积物的磷素状态、分布特征及生物有效性对于研究磷在水⁃沉积物界面的迁移转化、在源⁃湿地⁃受纳水体之间的流动和归趋以及降低湖泊富营养化方面具有重要意义．目前对于不同类型湿地沉积物磷赋存形态已进行了大量研究［１６⁃１８］，但对我国南方农业流域中多水塘系统沉积物磷素水平、赋存形态等研究尚未开展．

本研究选择安徽巢湖流域典型的多水塘系统，分析了不同类型水塘沉积物的磷素状态，并对其环境意义进行了探讨，以期为进一步研究多水塘系统磷控制机制提供科学依据．

１　材料与方法

１．１　研究区域

　　实验地点选择在安徽省巢湖六叉河小流域．巢湖是我国五大淡水湖之一，近年来呈现严重的富营养

　∗国家自然科学基金项目（４１３０１５５１）；江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２０１３０４２６）；盐城工学院人才引进项目（２０１２０２０；２０１２０２１）；江苏省环境保护海涂生态与污染控制重点实验室开放项目（ＫＬＣＷ２０１２０２）资助．　∗∗通讯联系人，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｕｑｉａｎｇａａａ１＠１２６．ｃｏｍ２０１３年８月１７日收稿．

　２３０８环　　境　　化　　学３２卷

化状态［３，１９］．六叉河小流域位于巢湖北岸，流域面积约为６．９ｋｍ２，是江淮丘陵地区典型的农业流域，流域中分布着典型的多水塘系统．土地利用类型主要有５种：水田（４５．２％）、旱地（２５．７％）、林地（１５􀆰７％）、村庄（７．２％）、水塘（６．２％）．流域中分布着１９３个水塘，平均水深１．５ｍ，水面面积从０．０１ｈａ至１ｈａ不等．这些水塘能够接收周围土地利用的暴雨径流和农田排水．

根据水塘位置和周围土地利用，水塘可分为５种类型：村塘（位于村庄中，主要接收村庄来水）；山塘（位于山脚下，主要接收山间林地来水）；旱塘（位于旱地之间，主要接收旱地来水）；田塘（位于水田之间，主要接收水田来水）；河塘（与六叉河河道相通，主要接收上游水塘、周边水田及河流来水）．本研究１．２　样品采集

选择流域中一个典型塘链结构［９］的４个田塘、２个村塘、１个旱塘、１个山塘和１个河塘进行研究．

每个水塘设置２—４个断面．每个断面利用自制ＰＶＣ采样器（直径１０ｃｍ，长６０ｃｍ）随机采集３个平

行沉积物样柱（０—１２ｃｍ），柱状样立即空气干燥并混匀．样品研磨并过１００目筛后装入塑料袋中密封，１．３　分析方法

放于暗室中保存至化学分析．

全磷（ＴＰ）采用Ｈ２ＳＯ４⁃ＨＣｌＯ４消煮法测定［２０］．草酸浸提态磷（Ｏｘ⁃Ｐｉ）采用０．１ｍｏｌ·Ｌ－１Ｈ２Ｃ２Ｏ４＋

－［２１］

０􀆰１７５ｍｏｌ·Ｌ－１（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４溶液浸提测定（水土比５０∶１，振荡４ｈ，过滤测定ＰＯ３．有效磷（ＯｌｓｅｎＰ）４）－［２０］滤测定ＰＯ３．４）

采用Ｍｅｈｌｉｃｈ１法测定（浸提液０．０５ｍｏｌ·Ｌ－１ＨＣｌ＋０．０１２５ｍｏｌ·Ｌ－１Ｈ２ＳＯ４，水土比５∶１，振荡５ｍｉｎ，过方法将水塘沉积物磷分为：易解吸磷（Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ），铁铝结合态磷（Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ），活性有机磷（Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃

参考文献［１７，２０⁃２６］中的逐级浸提方法，并结合水塘沉积物特点，采用ＫＣｌ⁃ＮａＯＨ⁃Ｈ２ＳＯ４逐级浸提

２５ｍＬ浸提液分次连续提取（表１）．提取过程中总磷采用过硫酸钾消解法，磷酸盐采用钼蓝比色法测定［２７］．

表１　水塘沉积物磷形态分级与逐级浸提方法

Ｔａｂｌｅ１　Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｆｒａｃｔｉｏｎｓｉｎｐｏｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ

磷形态分级易解吸磷（Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ）铁铝结合态磷（Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ）

逐级浸提方法

１ｍｏｌ·Ｌ－１ＫＣｌ溶液振荡提取１ｈ，离心分离，测定上清液磷酸根浓度０．１ｍｏｌ·Ｌ－１ＮａＯＨ溶液振荡提取１７ｈ，离心分离，测定上清液磷酸根浓度

Ｐｏ），钙镁结合态磷（Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ）和惰性磷（ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ）．称取０．５ｇ沉积物样品于离心管，逐级加入

活性有机磷（Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ）钙镁结合态磷（Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ）惰性磷（ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ）

０．２５ｍｏｌ·Ｌ－１Ｈ２ＳＯ４溶液振荡提取１ｈ，离心分离，测定上清液磷酸根浓度由ＴＰ减去Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ、Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ、Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ和Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ获得

经０．１ｍｏｌ·Ｌ－１ＮａＯＨ溶液提取后获得的上清液，测定总磷，由总磷减去磷酸根浓度获得

１．４　统计方法

采用Ｏｒｉｇｉｎ７．５软件对数据进行整理，结果表示为平均值±标准误差（ｘ􀭰±ｓｅ）．ＳＡＳ．ＪＭＰ．ｖ７．０软

件进行多重比较和相关性分析，显著性水平α＝０．０５．

２　结果与讨论

２．１　水塘沉积物磷含量

不同类型水塘沉积物磷含量如表２所示．水塘沉积物ＴＰ含量在２８６．３—６５１．３ｍｇ·ｋｇ－１之间，与其他类型湿地［１７，２５，２８⁃３０］相比，水塘沉积物ＴＰ含量处于相对较低水平．不同类型水塘之间ＴＰ表现为村塘＞山塘＞田塘≈旱塘≈河塘，村塘ＴＰ含量显著高于其他类型水塘．

ＯｌｓｅｎＰ通常指植物易吸收态磷，主要来自土壤肥料，其含量是土壤供磷能力的一项指标，可以反映

土壤磷的有效性．由表２可见，水塘沉积物ＯｌｓｅｎＰ含量在１．９—１５．２ｍｇ·ｋｇ－１之间，根据土壤有效磷分级标准［２０］，水塘沉积物ＯｌｓｅｎＰ处于较低水平．与ＴＰ类似，村塘ＯｌｓｅｎＰ含量显著高于其他类型水塘，不同类型水塘之间则表现为村塘＞山塘＞田塘≈旱塘≈河塘．

　１２期刘洋等：农业流域中不同类型水塘沉积物磷素状态及其环境意义　２３０９

边污染程度［１５，３２］．由表２可见，水塘沉积物Ｏｘ⁃Ｐｉ含量在１３１．１—５０２．２ｍｇ·ｋｇ－１之间，与ＴＰ类似，不同５种水塘中，Ｏｘ⁃Ｐｉ占ＴＰ比例在４５％—７７％之间，同样表现为村塘＞河塘＞山塘≈旱塘≈田塘，一方面反映了村塘污染的严重性，另一方面表明水塘沉积物中的磷可能主要是和无定形态及弱晶型态Ｆｅ／Ａｌ相结合，即吸附或包被在Ａｌ、Ｆｅ的氧化物及其水合物中［８⁃９］．

类型水塘之间Ｏｘ⁃Ｐｉ表现为村塘＞河塘＞山塘≈旱塘≈田塘，村塘Ｏｘ⁃Ｐｉ含量显著高于其他类型水塘．

Ｏｘ⁃Ｐｉ代表了同无定形态和弱晶型态Ｆｅ／Ａｌ结合的磷［３１］，主要受到外源磷输入的影响，能够反映周

由表２可以看出，村塘沉积物ＴＰ和ＯｌｓｅｎＰ含量明显高于其他类型水塘．已有研究表明，由于村庄

堆肥、禽畜养殖及生活垃圾等，村庄产生的暴雨径流中，总磷和溶解磷浓度明显高于从其他土地利用中产生的暴雨径流总磷浓度［６⁃７］，高磷含量的土壤颗粒在水塘中累积，并进一步吸附径流中高浓度的溶解降低了吸附容量，已有研究表明，村塘沉积物中的磷已接近饱和度阈值［８］．因此对村塘的及时清淤非常重要．

本研究中山塘沉积物ＴＰ和ＯｌｓｅｎＰ含量略高于旱塘和田塘，这主要是由于人为干扰的影响．近年来，在六叉河流域，山塘基本都成为鱼塘，农民不定期向山塘中施加饵料和肥料，使得山塘沉积物ＴＰ和ＯｌｓｅｎＰ含量升高．值得注意的是河塘的ＯｌｓｅｎＰ含量明显低于其他类型水塘，这可能是由于存在多水塘系统的流域中，暴雨径流经过水塘⁃沟渠系统的持留、转化和同化，进入河塘的磷的有效性已经大大降低［９］，进而使得进入巢湖等受纳水体的磷的有效性也大大降低，这对于降低受纳水体磷的有效负荷，减轻富营养化具有重要意义．

表２　不同类型水塘沉积物磷素含量（ｍｇ·ｋｇ－１）

磷赋存形态Ｈｕ／Ｆｕ

ａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ

态磷酸盐，使得村塘沉积物ＴＰ和ＯｌｓｅｎＰ含量高于其他类型水塘．高的磷含量增加了磷素的流失风险，

Ｔａｂｌｅ２　Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｖａｒｉｏｕｓｐｏｎｄｔｙｐｅｓ（ｍｇ·ｋｇ－１）

水塘

类型村塘河塘山塘旱塘田塘

ＴＰ６５１．３±６９．３ａ３７４．７±２．６ｂ３１５．６±５．０ｃ２８６．３±１９．３ｃ２８９．１±６．９ｃ

Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ０．６３±０．０６ａ０．５５±０．０６ａ０．３７±０．０５ｂ０．２８±０．０４ｂ０．３４±０．０３ｂ

Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ３８９．９±４９．２ａ１１５．６±２．９ｂｃ１５０．１±１１．６ｂ９７．９±４．９ｂｃ９５．１±４．９ｃ

Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ３９．５±３．６ｂ７０．１±９．２ａ３５．７±４．７ｂ９．１±１．０ｃ８．６±０．７ｃ

ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ１５２．２±２１．３ａ１７１．６±７．９ａ９１．９±１８．５ｂ１４８．４±１２．５ａ１５９．２±６．９ａ

ＯｌｓｅｎＰ１５．２±１．７ａ１．９±０．６ｃ６．６±０．８ｂ２．８±０．２ｃ３．５±０．３ｃ

Ｏｘ⁃Ｐｉ５０２．２±３５．９ａ２６８．４±１４．５ｂ１４５．２±９．８ｃ１３８．９±７．９ｃ１３１．１±１０．７ｃ

６９．１±２７．０ａ１６．５±２．４ｂ３７．５±１０．２ａｂ３０．６±５．３ｂ２５．８±２．４ｂ

　　注：同列数据中相同字母表示差异不显著（Ｐ＞０．０５），不同字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）．

２．２　水塘沉积物磷的赋存形态

８．５０％；Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ，９．３７％），Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ所占比例最小，仅占ＴＰ的０．１１％左右（图１）．

要地位（Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ，４４．２８％；ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ，３７．７４％），Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ和Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ比例相对较小（Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ，Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ由于其较强的活性而对植物生长及控制上覆水磷浓度具有重要影响［２５］．由表２、图１可见，Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ含量在０．２８—０．６３ｍｇ·ｋｇ－１之间，占ＴＰ的０．１０％—０．１５％，除河塘比例略高外，其他类型水塘比例差别不大．已有研究表明Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ在湿地沉积物中一般为２％左右［２５，３３］．Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ含量和比例很低，说明吸附于水塘沉积物上的磷相对较稳定不易解吸．

般代表了被无定形态Ｆｅ／Ａｌ水合氧化物和氢氧化物结合的无机磷［２５］．Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ易受氧化还原电位、ｐＨ

ＮａＯＨ溶液既可以浸提出沉积物的无机磷组分也可以浸提出部分有机磷组分，其中无机磷组分一ＫＣｌ溶液浸提的磷（Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ）一般代表了沉积物中无机磷的易解吸组分，通常Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ含量较低，但

水塘沉积物逐级浸提磷组分含量及其分布如图１所示．在水塘沉积物中Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ和ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ占主

等的影响而释放到上覆水中，因此通常被认为是生物可利用的磷［１５，３２］．作为沉积物中的活性磷组分，Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ与沉积物吸附⁃解吸特性密切相关，对水⁃沉积物界面磷的循环起到主要作用［８⁃９］．Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ的含量主要受到外源磷输入的影响，来源主要为生活污水、农业面源、工业废水等［１５，３４］．在水塘沉积物中Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ含量为９５．１—３８９．９ｍｇ·ｋｇ－１（表２），约占全磷含量的３０．８８％—５９．８６％，平均为４４．２８％（图１），Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ是水塘沉积物磷的主要赋存形态．村塘沉积物Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ含量相对较高，而旱塘和田塘相

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对较低，含量的差异体现了人类活动对不同类型水塘的影响程度．与其他类型湿地［１７⁃１８，２５，３５］相比，水塘沉积物Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ含量处于较高水平．

图１　水塘沉积物磷赋存形态特征

Ｆｉｇ．１　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｐｏｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓ

速利用的有机磷（如微生物体磷）也包括可缓慢利用的有机磷（如腐殖酸和富里酸结合的磷）［２５，３３］．这部分有机磷能够直接或水解后形成生物可利用形态，是潜在的生物可用性磷源之一［２５］．在水塘沉积物中Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ含量在１６．５—６９．１ｍｇ·ｋｇ－１之间（表２），约占ＴＰ的４．４１％—１１．８８％，平均不足１０％（图１）．

Ｈ２ＳＯ４溶液浸提态无机磷代表了水塘沉积物中同Ｃａ、Ｍｇ矿物稳定结合的磷［１７，２５］，例如羟基磷灰石

ＮａＯＨ浸提态有机磷（Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ）代表了沉积物中具有生物活性的有机磷部分，既包括可被快

８．６—７０．１ｍｇ·ｋｇ－１之间（表２），约占ＴＰ的２．９８％—１８．７１％，平均为８．５０％（图１）．与其他类型湿地［１７⁃１８，２５，３５］相比，水塘沉积物Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ含量处于极低水平．

磷和不能被酸碱提取的矿物结合态磷，这部分磷通常难以被生物所利用［１７，２５］．ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ在水塘沉积物中占有很高的比例，占到了全磷的２３．３７％—５５．０８％，平均为３７．７４％，仅次于Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ．

了解湿地沉积物磷的含量及组成对于研究湿地系统沉积物对于流域水质改善的作用至关重要［１８］．经过ＫＣｌ⁃ＮａＯＨ⁃Ｈ２ＳＯ４连续浸提后仍剩余的磷（ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ）一般代表了沉积物中高度惰性的有机

和氟磷灰石，一般很难被生物体同化利用［３６］．由表２可见，在水塘沉积物中，Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ含量相对较低，在

从表２和图１可以看出，在多水塘系统中，和其他无机磷相比Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ占有绝对优势，这主要是由于六叉河流域的多水塘系统位于中国南方典型的酸性高铁铝红壤和黄棕壤地区，已有研究表明，多水塘系统所在流域水塘沉积物ｐＨ值一般在４—６之间，呈现明显酸性，活性铁含量高达５０００ｍｇ·ｋｇ－１以上，而活进一步水解转化为晶质磷酸盐，除大量的磷被固定在无定形态的活性铁铝表面外，沉积物中的水合铁铝性铝含量也超过１０００ｍｇ·ｋｇ－１［８⁃９］．Ｆｅ、Ａｌ在酸性水体中易于和磷结合，形成非晶质的磷酸铁铝化合物，

　１２期刘洋等：农业流域中不同类型水塘沉积物磷素状态及其环境意义　２３１１

氧化物也能吸附上覆塘水中的溶解磷，导致水塘沉积物中铁铝结合态磷含量远大于其他无机态磷［３７］．

同时，在沉积物酸性的影响下，Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ的溶解性大大增加，而水塘长期渍水条件也使得Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ溶解损失加剧，导致了水塘沉积物中Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ含量很低［３５，３８］．Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ较高而Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ较低，显示水塘磷释放潜力（流失风险）相对较高［１５］，尽管水塘能够通过强烈的吸附作用将磷固定于沉积物中［８⁃９］，但仍要２．３　水塘沉积物磷组分的相关关系

注意其流失风险，对水塘沉积物进行定期清淤非常必要．

系，进一步验证了ＮａＯＨ浸提态无机磷是沉积物中同无定形态活性Ｆｅ／Ａｌ相结合的磷［２５］．

表３　水塘沉积物磷组分的相关关系

水塘沉积物各磷组分的相关关系如表３所示．可以看出，Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ和Ｏｘ⁃Ｐｉ具有极显著的正相关关

Ｔａｂｌｅ３　ＴｈｅｉｎｔｅｒｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｔｈｅｖａｒｉｏｕｓＰｆｒａｃｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｐｏｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓａｓｓｈｏｗｎｂｙＰｅａｒｓｏｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ

Ｏｘ⁃Ｐｉ

Ｏｘ⁃Ｐｉ

１

ＯｌｓｅｎＰ

∗

０．７７∗

磷组分

Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ

∗

０．７１∗∗

０．５６∗

Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ

∗

０．９３∗∗

０．８４∗∗

０．５２∗

Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ

∗

０．５２∗∗

０．７３∗

Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ

∗

０．５１∗

ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ－０．０６－０．１０－０．０８１０．０１０．２７０．０２

ＴＰ

∗

０．９３∗∗

０．８２∗∗

０．６４∗∗

０．９５∗∗

０．７１∗

ＯｌｓｅｎＰＥｘｃｈ⁃ＰｉＦｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ

１

１

Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃ＰｏＣａ／Ｍｇ⁃ＰｉＴＰＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ

　　注：ｎ＝２８；∗∗Ｐ＜０．０１；∗Ｐ＜０．０５．

１

０．３１１

０．１７０．３２０．０３１

∗

０．６５∗

∗

０．５６∗

０．４２∗０．１５１

较好的相关性，两者均达到极显著水平，而与Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ的相关性相对较差，只达到显著水平，表明水塘沉积物中ＴＰ含量的变化，主要来自与Ｆｅ、Ａｌ结合的磷，其次是与富里酸、胡敏酸结合的磷，这与前人研究结果基本一致［３２，３４］．Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ与Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ的相关性不显著，表明两者的含量相对，可能是因为二者来源不同所致［３２］，而Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ与Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ具有较好的相关性，表明二者可能来源一致，均受到外源输入的影响［１５，３４］．

由表３可见，ＯｌｓｅｎＰ、Ｏｘ⁃Ｐｉ以及磷组分Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ、Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ、Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ均与ＴＰ具有极显著正相

由表３可以看出，在主要磷组分中，ＴＰ含量与Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ的相关性最好，与Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ含量也有

关关系（Ｐ＜０．０１）．这几种磷均为沉积物ＴＰ中的活性组分，能直接或间接（如厌氧条件下）被生物体利用［３３］．ＴＰ和活性磷组分有如此强的相关性，表明水塘沉积物中的活性组分主要受到了全磷的控制，即水塘沉积物活性磷组分主要受控于外源输入［３９］．水塘沉积物ＴＰ主要来源于周围土地利用的暴雨径流［６］，沉积物中的活性磷组分也主要来源于外源的农业土地利用．沉积物中的活性磷组分和全磷的相关关系说明来自于周围土地利用具有生物活性的磷在很大程度上都固定在水塘中，从而减轻了下游受纳水体的磷压力，降低了非点源磷负荷，这是多水塘系统水质净化的重要功能之一．而从另一个角度讲，在水塘沉积物富磷化的同时，沉积物磷素的流失风险和潜在的生物可利用性也显著提高，因此在关注水塘固磷作用的同时，也要注意其流失和潜在的生物可利用性提高所致的风险．Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ和ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ同ＴＰ周围地块输入的影响较小．

将水塘沉积物ＯｌｓｅｎＰ和其他磷组分做相关性分析，发现最强的相关性为ＯｌｓｅｎＰ和Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ（ｒ＝相关性很低，这两类活性较弱的磷可能主要受到沉积物本身沉积特征和水塘本身生物活动的影响，而受

０．８４，Ｐ＜０．０１），其次和Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ（ｒ＝０．７３，Ｐ＜０．０１）．由此可见，水塘沉积物磷的有效性可能主２．４　水塘沉积物磷素状态的环境意义

要来自于铁铝结合态磷，而活性有机磷对水塘沉积物磷的有效性也有作用［３５］．

近年来，巢湖等湖泊富营养化逐渐加剧，其重要原因是入湖的农业磷负荷没有得到有效消减［１，４］．

历史上主要用于储水灌溉的多水塘系统对于消减入湖磷负荷具有重要作用，其在生态和环境方面的重

　２３１２环　　境　　化　　学３２卷

要性近年来已逐渐得到重视［５⁃９］．作为土地利用和湖泊之间的屏障，水塘可以将暴雨径流或农田排水所携带的村庄堆肥、生活垃圾，农田施用的化肥、有机肥等通过沉降、吸附等作用储存在水塘沉积物中，从而有效降低了入湖的污染负荷［８⁃９］．然而近年来随着农业耕作方式和人力资源的转变，大量水塘被废弃，现有水塘也已多年未清淤，这直接导致了湖泊富营养化风险的升高．一方面由于颗粒沉降导致水塘被慢慢填平，更重要的是随着水塘沉积物磷含量的提高，其吸附容量逐渐降低而流失风险和生物可利用性逐渐升高，从而导致入湖径流和颗粒物磷活性升高，增大了富营养化风险．

本研究结果一方面证实了水塘可以有效地将活性磷组分固定于沉积物中，另一方面也指出随着水塘沉积物磷含量的提高，其流失风险逐渐增大．不同类型水塘其磷含量和磷组分各不相同，研究指出，村塘的磷吸附容量很低，而磷饱和度较高［８］，同时ＴＰ和活性磷组分也远高于其他类型水塘，因此比较而言，应更加关注村塘的清淤和流失风险．

山塘主要接收山间林地来水，其沉积物磷含量应低于田塘和旱塘，然而本研究结果发现，山塘ＴＰ以及活性磷组分含量均高于田塘和旱塘，这主要是由于部分山塘已被用作鱼塘，肥料、饵料以及鱼粪等导致其磷含量及流失风险升高．因此就控制湖泊富营养化而言，水塘的养殖业也需要加以．

总之，为保护湖泊生态安全，不但需要重视废弃水塘的恢复，也要重视现有水塘尤其是村塘的清淤工作，从而降低磷流失风险，充分发挥磷持留作用，保护下游受纳水体．

３　结论

表现为村塘＞河塘＞山塘≈旱塘≈田塘．

（１）水塘沉积物ＴＰ含量在２８６．３—６５１．３ｍｇ·ｋｇ－１之间，村塘ＴＰ含量显著高于其他类型水塘，基本（２）水塘沉积物中以Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ和ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ为主，分别占ＴＰ的４４．２８％和３７．７４％，Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ和（３）水塘沉积物中的活性组分如Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ、Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ、Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ等和ＴＰ均呈显著正相关关系，而（４）村塘磷含量和活性远高于其他类型水塘，为避免成为新的污染源，保持其磷持留特性，村塘沉

０􀆰２０％．水塘沉积物中磷以活性磷为主，其释放潜力和流失风险较大．

Ｈｕ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏ比例相对较小，仅占ＴＰ的８．５０％和９．３７％，Ｅｘｃｈ⁃Ｐｉ所占比例最小，各水塘均不到

惰性磷组分如Ｃａ／Ｍｇ⁃Ｐｉ和ＲｅｓｉｄｕａｌＰｏ同ＴＰ相关性不显著．水塘沉积物活性磷组分主要受控于外源输入，而惰性磷组分主要受到沉积特征和水塘本身生物活动的影响，而受周围地块输入的影响较小．积物应及时进行疏浚．

参　考　文　献

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ＷａｔｅｒＱｕａｌｉｔｙＲｅｓｅａｒｃｈＪｏｕｒｎａｌｏｆＣａｎａｄａ，２００９，４４（３）：２４３⁃２５２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＱｕａｌｉｔｙ，１９９８，２７（５）：１００９⁃１０１７１９９３，２５１：３２１⁃３２９

Ｔｈｅｐｏｎｄｃｈａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

［１０］　ＨｕａｎｘｉｎＷ，ＰｒｅｓｌｅｙＢＪ，ＶｅｌｉｎｓｋｙＤＪ．ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｓｏｕｒｃｅｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｔｉｄａｌｒｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅＷａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，Ａｒｅａ［Ｊ］．［１１］　ＲｕｔｔｅｎｂｅｒｇＫＣ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｍｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｍａｒｉｎｅ⁃ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｌｉｍｎｏｌｏｇｙａｎｄ

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３）：２２４⁃２２８

ｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｓ⁃Ａｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｒｅｃｅｎｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＦｒｅｓｅｎｉｕｓＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００１，３７０（２／

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　２３１４环　　境　　化　　学３２卷

Ｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｎｄｉｔｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎ

ｖａｒｉｏｕｓｐｏｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｎａｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｗａｔｅｒｓｈｅｄ

ＬＩＵＹａｎｇ１　　ＦＵＱｉａｎｇ１∗　　ＬＵＨａｉｍｉｎｇ２　　ＹＩＮＣｈｅｎｇｑｉｎｇ３　　ＷＡＮＧＷｅｉｄｏｎｇ３　　

（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｏｆＣｏａｓｔａｌＷｅｔｌａｎｄｓ（ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ），ＹａｎｃｈｅｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ，２２４０５１，Ｃｈｉｎａ；　２．ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，

ＳＨＡＮＢａｏｑｉｎｇ３　　ＭＡＯＺｈａｎｐｏ４

ＮａｎｊｉｎｇＨｙｄｒａｕｌｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＲｅｓｅａｒｃｈ４．ＣｅｎｔｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ，ＣｈｉｎａｆｏｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅＥｃｏ⁃ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｏｆＷａｔｅｒＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｔａｔｕｓａｎｄｉｔｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｍｐｏｒｔａｎｔａｎａｌｙｚｅｄｅｆｆｅｃｔｓｉｎＬｉｕｃｈａｈｅｏｎｔｈｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｔｈｏｓｅｔｈｅｓｃｏｐｅｐｏｎｄ．ｏｆＴｈｅｏｔｈｅｒｏｆ２８６．Ｆｅｐｏｎｄ１—６５１．／Ａｌ⁃ｂｏｕｎｄｔｙｐｅｓ．ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓＴｈｅ３ｍｇｏｒｄｅｒ·ｄｏｍｉｎａｎｔ５０％；Ｈｕ（Ｃａｐｏｏｌｓ／Ｆｕ／Ｍｇ⁃Ｐｏｆａｃｉｄｓ⁃Ｐｉ）ＴＰｏａｎｄ（Ｆｅ／Ａｌ⁃Ｐｉ，，９．ｒｅａｃｔｉｖｅ３７％）．ｏｒｇａｎｉｃｉ，０．１１％）．ＴｈｅｒｅｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙＴｈｅａｓＥｘｃｈ⁃Ｐｉ，Ｆｅ／Ａｌ⁃ＰｉａｎｄＨｕ／Ｆｕｌｉｎｅａｒｌｙ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（Ｏｘ⁃Ｐｉ）．ＫｅｙｗｏｒｄｓｔｏｄｉｇａｌｓｏｔｈｅｒｉｓｋｏｆＷｉｔｈｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ：ｔｈｅｐｏｎｄ，ｓｅｄｉｍｅｎｔｓｓｅｄｉｍｅｎｔ，ｏｆｐｏｎｄｓｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｉｎａ；　ａｎｄＣｈｉｎｅｓｅ３．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＡｑｕａｔｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，

ＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＡｃａｄｅｍｙＲｅｓｅａｒｃｈ，ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００４４，１０００８５，Ｃｈｉｎａ）

Ｃｈｉｎａ；

ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅＡＢＳＴＲＡＣＴ

ｉｎｖａｒｉｏｕｓｐｏｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｐｏｎｄｓｙｓｔｅｍ

．ＴＰｐｏｎｄＬａｋｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓ．ｗａｔｅｒｓｈｅｄ．ＴｈｅＲｅｓｕｌｔｓｃｏｎｔｅｎｔｓｓｈｏｗｅｄｏｆｔｏｔａｌｔｈａｔｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｔｈｅａｍｂｉｅｎｔ（ＴＰ）ｌａｎｄｗｅｒｅｕｓｅｓＦｅＶｉｌｌａｇｅｃｏｎｔｅｎｔ／ｐｏｎｄｏｆ＞ｔｈｅＲｉｖｅｒＶｉｌｌａｇｅｐｏｎｄｐｏｎｄ＞Ｈｉｌｌｓｅｄｉｍｅｎｔｐｏｎｄ≈ｗａｓＮｏｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｐｏｎｄｈｉｇｈｅｒ≈２８％Ａｌ⁃Ｐｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｒｅｓｉｄｕａｌｉ）ａｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｔＰｏ，３７．ｏｒｇａｎｉｃ７４％）．ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓＴｈｅｐｅｒｃｅｎｔｓ（ＲｅｓｉｄｕａｌｏｆＣａ／Ｍｇ⁃ｂｏｕｎｄＰｏ）ｗｅｒｅｐｏｏｌｏｆＰ（Ｈｕｉ（Ｅｘｃｈ⁃Ｐ／Ｆｕａｃｉｄｓ⁃Ｐｏｉ）ｈａｄｔｈｅ）ｗｅｒｅｌｏｗｅｓｔｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｌｏｗｏｆ（ＣａＴＰ／Ｍｇ⁃ＰｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎＴＰａｎｄｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（Ｅｘｃｈ⁃ｏ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅａｖａｉｌａｂｌｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（ＯｌｓｅｎＰ）ａｎｄｏｘａｌａｔｅ⁃

ｐｏｏｌｓ，ｉｎｃｒｅａｓｅｌｏｓｓａｎｄｏｆＴＰ，ｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｐｏｏｌｓｉｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．ｐｏｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓｆｏｒｍｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｍｕｌｔｉｐｏｎｄｔｈｅＶｉｌｌａｇｅｓｙｓｔｅｍ，ｐｏｎｄ．

Ｉｔｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎ．

２１００９８，ＲｅｓｏｕｒｃｅｓｗｅｒｅＣｈａｏｈｕｈａｄｏｆｔｈｅＲｉｃｅ（ｗｉｔｈｉｎｋｇ－１ｔｈｅ４４．ｔｈａｎｗａｓｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉ，Ｐｐｏｓｉｔｉｖｅｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｉｎｔｉｍｅ，８．ｌａｂｉｌｅｓｕｃｈａｃｉｄｓ⁃Ｐ