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大型植物占优势的富营养化湖泊中有机磷矿化主导内源磷的释放

更新时间:2023-08-30   点击次数:243次
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大型植物占主导的富营养化(MDE)湖泊由于沉积物中的高磷(P)负荷而引起广泛关注,这对内源磷释放和污染管理带来风险。然而,由于其优越的生产力特征,沉积物中有机磷矿化在MDE湖内部磷负荷中的作用仍在争论中。本研究采用改进的Huffer序贯提取法、31P核磁共振谱(NMR)和薄膜扩散梯度(DGT)技术,研究了中国西南部MDE湖泊草海湖沉积物中P的释放动态。


结果表明,沉积物-水界面处的表观磷扩散通量非常高,平均值为0.37 mg m−2 d−1。沉积物中不断沉积和降解的磷酸酯有机磷组分(即Mono-P和Diester-P)保持了湖泊的高生产力,矿化过程对内源P的释放中起着关键作用。尽管沉积物中无机P的含量相对较高(约占总P的60%),但含磷氧化铁/氢氧化物的还原机制对内部磷负载的贡献较低,如铁锰(Fe-Mn)/铁铝(Fe-Al)(BD-P和NaOH-P)结合态的磷释放速率低,并且沉积物DGT有效态P和有效态Fe之间不呈现显著的正相关关系。

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草海湖上覆水域和表层沉积物孔隙水中TP和SRP的浓度和空间分布。(A、B)分别为上覆水TP和SRP。(C、D)分别为表层沉积物孔隙水TP和SRP。

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草海湖沉积物中DGT有效态P(Fe)浓度的变化。(A–C)分别代表高流量季节草海湖沉积物的植物优势区、中部过渡区和东部富营养区DGT有效态P(Fe)浓度。沉积物-水界面的位置用零表示。R2表示DGT有效态P和DGT有效态性Fe之间的线性相关系数。



本研究报告了高溶解氧和有机物富集环境下MDE湖泊表层沉积物中磷的动态变化。对沉积物剖面中磷形态的迁移和转化进行比较,表明这些化合物不同程度地参与了该湖泊的磷循环和成岩转化。根据对不同磷形态的分析,铁锰(Fe-Mn)/铁铝(Fe-Al)(BD-P和NaOH-P)结合态磷的释放和沉积速率较低,沉积物剖面中DGT有效态磷和有效态性铁之间没有显著的正相关。此外,沉积物中有机磷的矿化可以转化为Fe-Al/Fe-Mn结合态磷。然而,在严重富营养化的环境中,表层沉积物中Fe-Al/Fe-Mn结合态磷的富集在一定程度上抑制了单磷酸盐的矿化。尽管本研究中提供的数据有限,涵盖的范围相对较小,但对浅水湖泊沉积物内源磷释放可以得出一些有用的结论。沉积物中不断沉积和降解的磷酸酯有机磷组分(即Mono-P和Diester-P)维持了湖泊的高生产力,而矿化过程在内源磷的释放中起着关键作用。因此,在MDE湖泊的内源磷恢复过程中,应关注沉积物中的有机磷负载。