浅谈水生植物对沉积物中各赋存形态磷的影响研究

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1、浅谈水生植物对沉积物中各赋存形态磷的影响研究　　沉积物中的磷是水体重要的内源污染物，其磷的释放对富营养化的影响不可忽视。对于抑制磷释放的措施很多，其中水生植物以其高效、低耗、低投资及有利于修复水生态环境，吸收水体中磷营养物等特点，用于治理水体的富营养化，在国内外已得到广泛共识。因此，研究沉积物中各赋存形态磷的释放规律、水生植物对沉积物中各赋存磷的影响是非常重要的。　　1沉积物中磷的赋存形态　　磷在沉积物中有多种赋存形态，由于不同研究领域的特点，沉积物中的磷形态有不同的分类方法，在国内外都不一样。对于富营养化水体沉积物中磷的分类，针对现今研究热点，较多关注藻类可利用性磷。伴随对沉积物中

2、磷的研究逐步加深和提取方法的提高，目前，对各赋存形态磷的分析采用改良的Ruttenbery法，磷分为交换态磷(Ex-P)、铝磷(Al-P)、铁磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、自生钙磷(ACa-P)、碎屑磷(De-P)、有机磷(Or-P)。其中交换态磷(Ex-P)、铝磷(Al-P)和铁磷(Fe-P)属于不稳态磷(labilephosphorus，LP)，这种磷在氧化还原等沉积物环境因素变化时，会变成可溶性磷并迁移至间隙水，成为容易被生物利用的无机磷，它们都是导致藻类爆发的重要磷营养物质;而闭蓄态磷(Oc-P)、自生钙磷(ACa-P)、碎屑磷(De-P)、有机磷(Or-P)相对前三

3、种磷形态要难被分解，对间隙水和上覆水的影响较小。研究表明，大多数湖泊沉积物中不稳态磷占赋存形态磷总量的10%左右，该种形态磷占有的比例是比较小的，但在富营养化湖泊中，沉积物中所有不稳态磷的量占全磷比例可达到35%以上。　　2磷在沉积物-水界面的迁移转化及其影响因素　　2.1磷在沉积物水界面的迁移转化　　泥水界面是上覆水和沉积物之间至关重要的物质交换区，各形态磷在泥水界面的交换过程是水体生态系统物质循环中必不可少的部分。研究表明，磷营养物质在沉积物-水界面进行着一系列的迁移转化过程，如吸附-解吸作用，络合-解络作用，分配-溶解作用，沉淀-溶解作用，离子交换作用以及氧化还原作用等，在沉积

4、物中磷营养物质还会发生如生物降解、同化等转化作用。总的来说，磷从沉积物到上覆水需要经过两个阶段，即颗粒态磷的活化与溶解态磷的扩散。沉积物再悬浮、解吸、含磷沉淀的溶解、配位体的交换、矿化和生物体分解等就是颗粒态磷活化过程;溶解态磷的扩散传输过程主要包括溶解态磷和间隙水向上的流动过程、间隙水中溶解磷的扩散过程以及水体与沉积物在界面的混合交换过程。　　在淡水生态系统中沉积物的表面通常含有95%到99%的水，这些水中只有小部分与其他组分结合成水合物，大部分是以自由移动的介质形态存在，即间隙水。对水体生态系统中磷的传输动力学而言，间隙水是一个非常重要的介质。在绝大多数水体中上覆水和间隙水之间有

5、很大的浓度梯度，间隙水中磷浓度大约比上覆水高5到20倍，为磷的扩散提供驱动力。　　2.2磷在沉积物水界面的迁移转化的影响因素　　泥水界面的微环境中，其条件变化与沉积物中各赋存形态磷释放有密切的关系。　　2.2.1微生物影响因素　　若水体生态系统中微生物比较丰富，则沉积物中磷的释放量会显著提高，一方面沉积物中的有机磷可以通过微生物生物解降作用转化为无机磷，使得沉积物中磷的释放增强;另一方面微生物在泥水界面的活动使沉积物再悬浮，同样加强了沉积物磷的释放。　　2.2.2化学影响因素　　影响磷释放的主要化学因素有以下几个：氧化还原电位、溶解氧、pH、温度。氧化还原电位：沉积物中磷的释放与磷的

6、存在形态紧密联系，而对磷释放量大小产生影响的主要是不稳态磷，包括交换态磷、铝磷、铁磷，这几种形态磷中铁磷所占比例较高，所以沉积物中释磷量受铁磷的影响较强烈。Rydin指出，当表层沉积物Eh较高时，会使得Fe2+向Fe3+转化，使Fe3+与磷组合变成不易溶解的磷盐，而当Eh较低(<200mv)时，会使得Fe3+向Fe2+的转化，不易溶解的Fe(OH)3与磷结合物变为可溶性Fe(OH)2，使PO43-从沉积物中溶解并进入间隙水，接着向上覆水中扩散，导致上覆水中磷浓度提高。溶解氧：由于泥水界面的氧化还原状态主要受溶解氧影响，所以泥水界面的含氧量与铁磷的吸附和释放有密切关系，当处于厌氧

7、条件下时，Eh较低，提高Fe3+向Fe2+的转化量，使PO43-从表层沉积物中溶解并进入间隙水，接着向上覆水中扩散，导致上覆水中磷浓度提高。　　pH：研究表明，pH是表层沉积物中磷释放的重要影响因素，中性范围时，颗粒态磷不易被释放;当pH偏离中性时，使颗粒态磷失稳，变为活化磷，释磷量显著增大，溶解性磷的释放量与pH呈U型相关。温度：温度升高时刺激沉积物整体矿化，将有机结合态磷从沉积物中释放到间隙水，除了这种直接效果，还能提高微生物活性，降低表层沉积物的氧化