海州灣海洋牧場海域表層沉積物磷的形態(tài)與環(huán)境意義

高春梅，朱 珠，王功芹，張 碩，2，3*（.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 20306；2.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 20206；3.國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 20306）

海州灣海洋牧場海域表層沉積物磷的形態(tài)與環(huán)境意義

高春梅1，朱 珠1，王功芹1，張 碩1，2，3*（1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201206；3.國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 201306）

采用沉積物無機(jī)磷分級(jí)方法結(jié)合上覆水初級(jí)生產(chǎn)力測定研究了海州灣海洋牧場海域表層沉積物磷的賦存形態(tài)及其生物有效性.結(jié)果表明：夏季總磷的含量高于春、秋兩季，賦存形態(tài)以無機(jī)磷為主，平均占總磷的45.50%，各無機(jī)磷賦存形態(tài)的含量大小依次為：殘?jiān)鼞B(tài)磷＞鈣結(jié)合態(tài)磷＞鐵鋁結(jié)合態(tài)磷＞可交換態(tài)磷.其中可交換態(tài)磷、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷以及鈣結(jié)合態(tài)磷與有機(jī)碳含量成顯著正相關(guān)（P＜0.01，R＞0.8）.平面分布整體上呈現(xiàn)由近岸向遠(yuǎn)岸減小的趨勢，這主要與陸源物質(zhì)排放及沉積物自身質(zhì)地有關(guān).沉積物中的生物有效磷含量占總磷的36.95%，所占比例較大.

磷；賦存形態(tài)；生物有效性；海州灣；沉積物

磷是海洋生物賴以生存的重要營養(yǎng)元素之一［1］，對(duì)維持海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)有重要的作用.磷也是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的重要限制因子之一.近海沉積物是海洋水體中磷的重要源和匯，沉積物中生物可利用磷影響水體的營養(yǎng)狀態(tài)和初級(jí)生產(chǎn)力，與沉積物-水界面磷的交換息息相關(guān)［2］.沉積物-水界面是水生環(huán)境的一個(gè)重要界面，沉積物-水界面的物質(zhì)通量和礦化過程尤為重要，可以滿足上層水體中浮游植物生長對(duì)氮磷營養(yǎng)鹽需求的 80%［3］.而沉積物中能參與界面交換的生物可利用磷的含量取決于沉積物中磷的賦存形態(tài)，不同形態(tài)磷的釋放能力差別較大，它們具有不同的地球化學(xué)行為和生物有效性［4］.沉積物中活性態(tài)Fe和Al是對(duì)磷持留的主要作用者.并且，鐵/鋁磷是沉積物“源”、“匯”轉(zhuǎn)化過程中較活躍的磷組分［5］.懸浮層沉積物中（Fe+Al）-P更能指示環(huán)境的污染狀況［6］.沉積物攜帶的本底吸附磷是水中溶解磷的重要來源［7］.因此研究沉積物中磷的形態(tài)分布，有助于理解調(diào)查區(qū)域沉積物中磷的地球化學(xué)行為特征及海區(qū)環(huán)境變化.

目前國內(nèi)外對(duì)磷形態(tài)的研究很多［8-12］，Ruttenberg［13］針對(duì)海洋沉積物首次提出了區(qū)分鈣結(jié)合磷中原生碎屑磷和自生鈣結(jié)合磷的 SEDEX方法；安明梅［14］、宋金明［15］分別研究了浙江近岸海域沉積物、黃河口鄰近海域沉積物中磷的形態(tài)，把沉積物中的磷分為5種形態(tài)，分別是弱吸附態(tài)磷、鐵結(jié)合態(tài)磷、鈣結(jié)合態(tài)磷、碎屑態(tài)磷和有機(jī)磷.

海州灣位于江蘇海域北部，北起繡針河口，南抵灌河口，面積約2萬km2，是海床平緩、開放型的淺海性水域［16］.由于沿岸有 17條河流注入，帶來大量的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)鹽類，使得海州灣成為江蘇赤潮發(fā)生頻率較高的海區(qū)［17］.自 2003年開始實(shí)施的海洋牧場示范區(qū)項(xiàng)目是針對(duì)海州灣地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)的重大工程.至2014年10月，海州灣海洋牧場示范區(qū)已形成 134.25km2人工魚礁建設(shè)海域面積.該區(qū)域的研究大多圍繞水體營養(yǎng)鹽的變化規(guī)律、海洋環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)以及表層沉積物中重金屬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等［18-21］，但對(duì)海州灣沉積物中磷的形態(tài)研究鮮有報(bào)道.因此，本文就海州灣海洋牧場海域表層沉積物磷的形態(tài)與分布進(jìn)行了分析，并簡要評(píng)估了其環(huán)境意義，以期為進(jìn)一步研究海州灣海域磷營養(yǎng)鹽遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律提供參考.

1　材料與方法

1.1樣品采集

2014年5月（春季）、8月（夏季）與10月（秋季）分別采集了海州灣海洋牧場海域中 10個(gè)站點(diǎn)的表層沉積物，其中海洋牧場區(qū)（RA）7個(gè)，對(duì)照區(qū)（CA）3個(gè)，主要分布34°52.15' ～ 34°58.00'N、119°21.15' ～119°34.80'E，具體采樣站點(diǎn)如圖1所示（紅框代表整個(gè)海州灣海域，綠色代表陸地，內(nèi)置黑框是海洋牧場范圍）.利用抓斗式采泥器采集表層（0～5cm）沉積物樣品，并放于密封袋中冷凍保存.分析前取適量沉積物樣品風(fēng)干，研磨過100目篩，待測.

圖1　采樣站點(diǎn)Fig.1 Sampling sites in HaiZhou Bay

1.2分析方法

1.2.1不同形態(tài)磷的提取與測定 沉積物中磷的形態(tài)分為有機(jī)磷（OP）與無機(jī)磷（IP），而無機(jī)磷的形態(tài)比較復(fù)雜，可分為可交換態(tài)磷（Ex-P）、鋁結(jié)合態(tài)磷（Al-P）、鐵結(jié)合態(tài)磷（Fe-P）、閉蓄態(tài)磷（Oc-P）、自生鈣磷（ACa-P）與碎屑態(tài)磷（Det-P）［22］.由于海州灣沉積物呈現(xiàn)弱堿性，而 NH4F提取劑對(duì)于偏堿性石灰性土壤和沉積物中鋁結(jié)合態(tài)磷選擇性不明顯［23］.并且，考慮到經(jīng)H2SO4提取鈣結(jié)合態(tài)磷之后，殘留的閉蓄態(tài)無機(jī)磷的活性很低［24］，本文就沒對(duì)閉蓄態(tài)磷進(jìn)行繼續(xù)提取.從沉積物中磷的穩(wěn)定性和釋放的可能性角度考慮，并結(jié)合海州灣沉積物的理化性質(zhì)，采用髙效江［24］與宋祖光

［25］的提取方法較為合理，將無機(jī)磷分級(jí)為可交換態(tài)磷（Ex-P）、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷（Fe+Al）-P、鈣結(jié)合態(tài)磷（Ca-P）與殘?jiān)鼞B(tài)磷（Re-P）.

總磷的測定方法：借鑒扈傳昱［26］的方法，稱取 0.05g樣品，放入 50mL錐形瓶中，加蒸餾水50mL，再加入3mL的過硫酸鉀溶液，蓋好蓋子.在壓熱器中壓熱 30min，冷卻，離心，取上層清液.加入 1.5mL抗壞血酸溶液混合半分鐘后加入1.5mL混合試劑（45mL 濃度為95g/L的鉬酸鹽、120mL 25%的鹽酸、5mL濃度為32.5g/L的酒石酸銻鉀以及70mL蒸餾水）.混勻，以空白試劑作參比，用5cm 比色皿在820nm 波長下測定吸光度.

有機(jī)磷的測定方法：采用灼燒法，用0.5mol/L H2SO4溶液分別浸提，經(jīng) 550℃灼燒和未灼燒的沉積物樣品，用獲得的可提取磷之差計(jì)算沉積物中有機(jī)磷［23］.

無機(jī)磷：總磷減去有機(jī)磷.無機(jī)磷形態(tài)的具體提取步驟如表1.

表1　沉積物中磷形態(tài)的提取方法Table 1 The extraction methods of phosphorus forms in the sediment

1.2.2粒徑的測定 表層沉積物粒徑組成采用MS2000激光粒度儀進(jìn)行測定.

1.2.3有機(jī)碳（TOC）的測定 稱取表層沉積物樣品1g，先用2mL的1mol/L的鹽酸超聲波3h除去無機(jī)碳，其中2mL的鹽酸分2次添加.干燥后取40～80mg，用錫舟包裹置入元素分析儀中，采用CN模式分析表層沉積物中的總有機(jī)碳（TOC）含量［27］.

2　結(jié)果與分析

2.1海州灣表層沉積物理化性質(zhì)

海州灣表層沉積物的粒度分布情況以及有機(jī)碳含量如表2所示，總體來看，海州灣海洋牧場海域沉積物粒度分布較為集中，大部分分布在200～20μm的范圍內(nèi)，屬細(xì)砂沉積物類型，其粒級(jí)組分所占百分比處于 50.59%～80.36%之間，平均值為70.13%.其次是處于20～2μm范圍，屬粉粒沉積物類型，其所占的百分比處于 16.20%～41.93%之間，平均值為24.94%.而＜2μm黏粒類型的沉積物含量較少，其所占的百分比處于 3.39%～7.37%之間，平均只占 4.91%.海州灣沉積物幾乎不含處于2000～200μm的粗砂.TOC的測定結(jié)果表明，海州灣表層沉積物中有機(jī)碳的含量為 11.16～14.43g/kg.其中含量最高的站點(diǎn)是對(duì)照區(qū)1與對(duì)照區(qū)2.

表2　表層沉積物粒徑分布以及有機(jī)碳含量Table 2 The particle size distribution and the content of organic carbon in surface sediment

2.2海州灣表層沉積物中磷的含量以及季節(jié)變化

如圖2所示，海州灣海洋牧場海域各采樣點(diǎn)表層沉積物樣品的分析結(jié)果表明，3個(gè)季節(jié)（5月、8月和 10月）的總磷含量范圍為 345.53～475.15μg/g，平均值分別為 376.01、421.73與388.24μg/g.春秋兩個(gè)季節(jié)總磷的含量相當(dāng)，而夏季多數(shù)站點(diǎn)總磷的含量高于春秋兩季，尤其在海洋牧場區(qū)表現(xiàn)更為明顯，這可能是由于夏季雨水豐富，大量的降雨沖刷人類活動(dòng)區(qū)域，導(dǎo)致城市污水、農(nóng)田養(yǎng)分等外部磷隨雨水遷移到海州灣中，使得水體以及沉積物中總磷含量的增加.

圖2　海州灣沉積物中春夏秋季總磷含量的變化Fig.2 The variation of TP content in the Haizhou Bay sediment

圖3　春季（5月）、夏季（8月）與秋季（10月）總磷含量的平面分布Fig.3 The horizontal distribution of TP in May， August and October

如圖 3（a，b，c）所示，春季（5月）與秋季（10月）總磷含量在靠近灣頂一側(cè)對(duì)照區(qū)出現(xiàn)較高值，分別為432.63、442.92μg/g.在遠(yuǎn)離灣頂一側(cè)的對(duì)照區(qū)與海洋牧場區(qū)磷含量相當(dāng).夏季（8月）總磷含量的最大值出現(xiàn)在海洋牧場區(qū) 3與海洋牧場區(qū) 5，其余各站點(diǎn)總磷的含量相當(dāng).除了夏季的兩個(gè)站點(diǎn)（海洋牧場區(qū)3和海洋牧場區(qū)5），總體上3個(gè)季節(jié)表層沉積物的總磷含量均呈現(xiàn)出從近岸向遠(yuǎn)岸逐漸減少的趨勢，造成這一分布的原因可能與沉積物-水界面環(huán)境條件的變化、沉積物質(zhì)地以及陸源輸入等因素有關(guān).近岸靠近河流，受排污影響大，同時(shí)位于近岸的兩個(gè)站點(diǎn)CA1和CA2黏粒含量與其他站點(diǎn)相比高，黏粒含量越高，沉積物比表面積大，磷沉積效果就越好.這些均是造成近岸總磷含量大于遠(yuǎn)海總磷含量的原因.

2.3夏季（8月）海州灣表層沉積物磷的形態(tài)分布特征

如圖4所示，海州灣表層沉積物中無機(jī)磷的含量在228.75～337.45μg/g之間 ，平均為286.78μg/g.無機(jī)磷的含量占總磷的 55.17%～76.54%，平均占總磷的 66.93%，是海州灣海洋牧場海域表層沉積物中磷的主要賦存形態(tài).

沉積物中的可交換態(tài)磷（Ex-P）是活性磷，主要指被沉積物中的氧化物、氫氧化物以及黏土礦物顆粒表層等吸附的磷，主要源于水生顆粒，即沉降顆粒的吸附或生物碎屑的再生［28］，可交換態(tài)磷是最活躍的，當(dāng)上覆水體中磷酸鹽含量水平低于沉積物磷的吸附解吸平衡質(zhì)量濃度（EPC0）時(shí)，它可解吸釋放到上覆水體中，被浮游植物吸收.海州灣表層沉積物中可交換態(tài)磷的含量在3.59～ 8.10μg/g之間，平均為5.15μg/g，占無機(jī)磷含量的1.06%～3.47%，平均僅占無機(jī)磷含量的1.89%，這與宋祖光等［25］對(duì)杭州灣潮灘表層沉積物研究所得的可交換磷的含量（1.4 ～11.1μg/g）較接近.由于可交換態(tài)磷含量較少，說明沉積物中的可交換態(tài)磷對(duì)海州灣海水富營養(yǎng)化影響較小.可交換態(tài)磷平面分布呈現(xiàn)從近岸向遠(yuǎn)海逐漸減少的趨勢，表明可交換態(tài)磷的含量可能受陸源輸入的影響.除此之外，可交換態(tài)磷的含量還與沉積物質(zhì)地有關(guān)，由表2可以看出，近岸的站點(diǎn)沉積物含粉粒與黏粒的含量比遠(yuǎn)海的站點(diǎn)多，粒度相對(duì)較小，有機(jī)碳含量近岸的站點(diǎn)也比遠(yuǎn)海站點(diǎn)的含量大.這都是可交換態(tài)磷含量近岸比遠(yuǎn)海大的原因.

鐵鋁結(jié)合態(tài)磷是指與沉積物以及海水中的鐵、鋁和錳的氧化物以及氫氧化物等的結(jié)合磷，它具有很強(qiáng)的釋放活性，是內(nèi)源負(fù)荷的重要來源之一，其含量可隨著氧化還原電位的改變而改變［29］.當(dāng)沉積環(huán)境趨向還原時(shí)，鐵鋁結(jié)合態(tài)磷就會(huì)轉(zhuǎn)化成可溶解的磷，釋放到上覆水中，從而影響海水的富營養(yǎng)化.其中鐵結(jié)合態(tài)磷具有重要的環(huán)境意義，戴紀(jì)翠等［30］認(rèn)為，沉積物中鐵結(jié)合態(tài)磷的含量可以作為判斷海區(qū)沉積物污染程度的指標(biāo)之一.海州灣表層沉積物中鐵鋁結(jié)合態(tài)磷的含量范圍為7.60～14.62μg/g，平均含量為11.36μg/g，占無機(jī)磷含量的 4.13%.這與劉綠葉［31］對(duì)長江口潮灘沉積物研究所得的鐵鋁結(jié)合態(tài)磷的含量（6.6～135.3μg/g）較接近.鐵鋁結(jié)合態(tài)磷含量的高低在一定程度上反應(yīng)了人為污染程度.海州灣鐵鋁結(jié)合態(tài)磷的平面分布正呈現(xiàn)出從近岸向遠(yuǎn)海減小的趨勢，說明人為污染可能是造成海州灣區(qū)域富營養(yǎng)化的主要因素.

圖4　海州灣沉積物中磷形態(tài)的平面分布Fig.4 The horizontal distribution of phosphorus forms

沉積物中的鈣結(jié)合態(tài)磷是指與自生磷灰石、海洋沉積碳酸鈣以及生物骨骼等的含磷礦物有關(guān)的沉積磷存在形態(tài)，鈣結(jié)合態(tài)磷很難被分解或轉(zhuǎn)化為磷酸鹽，基本上對(duì)間隙水和上覆水中磷酸鹽的富集沒有貢獻(xiàn)［29］.海州灣表層沉積物中鈣結(jié)合態(tài)磷的含量在63.78～84.37μg/g之間，平均含量為 74.68μg/g，占無機(jī)磷含量的 26.85%.鈣結(jié)合態(tài)磷的平面分布也呈現(xiàn)從近岸向遠(yuǎn)海逐漸減少的趨勢，說明海州灣沿岸河流攜帶大量含碳酸鈣的顆粒物匯入灣口.

沉積物中的殘?jiān)鼞B(tài)磷主要是指禁錮于礦物氧化物和礦物晶格中的磷，這一部分是最穩(wěn)定的一種磷，難以成為溶解磷而釋放到上覆水中，對(duì)水體的富營養(yǎng)化幾乎沒有貢獻(xiàn)［29］.海州灣表層沉積物中殘?jiān)鼞B(tài)磷的含量范圍為 123.19～262.23μg/g，平均含量為195.59μg/g，平均占無機(jī)磷含量的 67.12%，是無機(jī)磷中含量最多的一種形態(tài).殘?jiān)鼞B(tài)磷與無機(jī)磷的相關(guān)性極好，相關(guān)系數(shù)高達(dá) 0.99，因此從圖 4可以看出，這兩種形態(tài)的磷的分布圖較為相似，并且分布差異明顯，無規(guī)律性.這種差異性與沉積物來源、沉積環(huán)境、礦物組成、氣候條件以及人為活動(dòng)多種因素引起的［2］.

整體來看，無機(jī)磷的賦存形態(tài)按平均含量大小排序是殘?jiān)鼞B(tài)磷＞鈣結(jié)合態(tài)磷＞鐵鋁結(jié)合態(tài)磷＞可交換態(tài)磷.

沉積物中的有機(jī)磷可以分為兩大類：一類是堿可提取磷（Org-Palk），與腐殖質(zhì)相結(jié)合，穩(wěn)定度較高，生物可利用性低，以富里酸磷（FA-P）和胡敏酸磷（HA-P）等為主要存在形式.另一類是酸可提取磷（Org-Pac），其主要存在形式有磷脂、核酸和植素（環(huán)已六醇磷酸酯），大部分是生物大分子，穩(wěn)定性較差，在一定條件下可被水解或礦化為溶解性的小分子有機(jī)磷或溶解性磷酸根，通過沉積物-上覆水界面遷移擴(kuò)散，具有潛在的生物有效性.有機(jī)磷主要通過陸源輸入和食物鏈等生物過程形成，在磷的寡營養(yǎng)區(qū)，部分有機(jī)磷可透過沉積物-上覆水界面轉(zhuǎn)化為可供海洋浮游植物利用的磷［32］.海州灣表層沉積物中有機(jī)磷的含量在99.14～189.93μg/g之間，平均值為140.67μg/g，占總磷含量的33.06%，其含量高于黃東海陸架區(qū)（32.69μg/g）［2］、桑溝灣（118.94μg/g）［28］沉積物有機(jī)磷的含量.有機(jī)磷的平面分布也呈現(xiàn)從近岸向遠(yuǎn)海逐漸減小的趨勢，說明表層沉積物中有機(jī)磷含量受陸源輸入與生物活動(dòng)的影響，可能會(huì)成為海州灣水體潛在的磷源，進(jìn)而影響海區(qū)磷含量.

2.4各形態(tài)的磷與有機(jī)碳（TOC）、表層沉積物粒度之間的相關(guān)性分析

如表2所示，對(duì)照區(qū)1和對(duì)照區(qū)2與其他站點(diǎn)相比，粒徑相對(duì)較小，粉粒含量比其他站點(diǎn)大，因此粒度分布從近岸向遠(yuǎn)岸呈現(xiàn)逐漸增大趨勢.理論上沉積物粒度越小，比表面越大，對(duì)磷的吸附就越強(qiáng)，進(jìn)而磷的含量就會(huì)越高［33］.這正好與大部分形態(tài)的磷（可交換態(tài)磷、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷、鈣結(jié)合態(tài)磷以及有機(jī)磷）的含量整體上呈現(xiàn)從近岸向遠(yuǎn)岸逐漸減小的分布特點(diǎn)相一致.從表3沉積物中不同形態(tài)的磷與粒徑的相關(guān)性來看，殘?jiān)鼞B(tài)磷與細(xì)小粒徑（＜2μm、20～2μm）成負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與較大粒徑（200～20μm）呈顯著正相關(guān)（P＜0.05，R＞0.7）.可交換態(tài)磷、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷以及鈣結(jié)合態(tài)磷更傾向于存在較小粒徑的沉積物中，這三種形態(tài)的磷與較小粒徑（＜2μm、20～2μm）呈極顯著正相關(guān)，而與較大粒徑（200～20μm）呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01，R＞0.8）.此結(jié)論與 Meng［34］等在研究東海內(nèi)陸架沉積物中磷的形態(tài)與粒徑之間的關(guān)系所得出的結(jié)果相類似.

表3　沉積物中不同形態(tài)的磷與粒徑、有機(jī)碳之間的相關(guān)分析Table 3 The correlation analysis between the different forms of phosphorus with the particle size and TOC

沉積物中的有機(jī)碳含量是指有機(jī)物所含碳的總量.根據(jù)表3沉積物中不同形態(tài)的磷與有機(jī)碳的相關(guān)分析可知，可交換態(tài)磷、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷以及鈣結(jié)合態(tài)磷均與有機(jī)碳（TOC）含量有顯著的正相關(guān)（P＜0.01，R＞0.8）.說明有機(jī)碳含量越高，這3種形態(tài)的磷含量可能會(huì)隨之增大.因?yàn)槌练e物有機(jī)質(zhì)對(duì)磷等營養(yǎng)物質(zhì)有吸附作用［35］，而有機(jī)碳變化能反映有機(jī)質(zhì)的變化.

2.5海州灣沉積物中磷的環(huán)境意義

海州灣海洋牧場海域表層沉積物總磷的含量（345.53～475.15μg/g）與廈門灣、桑溝灣沉積物中總磷的含量相當(dāng)，低于杭州灣總磷的含量，但高于大亞灣總磷的含量（表4）.說明海州灣總磷含量水平在近海范圍內(nèi)處于中等含量水平.

表4　 海州灣與其他海域表層沉積物中總磷含量的比較Table 4 The content of TP in the surface sediment of Haizhou bay and other region

研究沉積物中磷形態(tài)的主要目的是定量生物有效磷，生物有效磷包括沉積物中可釋放并參與水體中磷再循環(huán)的部分，它與沉積物-水界面磷的交換息息相關(guān)，通過對(duì)不同形態(tài)磷含量的分析可以確定沉積物中潛在生物有效性磷的上限［37- 39］.根據(jù)上文得出，可交換態(tài)磷、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷以及有機(jī)磷可視為海州灣表層沉積物的生物有效性磷.

如表5所示，海州灣沉積物中所有生物有效性磷均與水體中的磷酸鹽以及葉綠素 a成顯著正相關(guān)（P＜0.05，R＞0.6），尤其是可交換態(tài)磷與葉綠素a呈極顯著（P＜0.01，R＞0.8）.說明生物有效性磷均可在一定的條件下，向上覆水體釋放磷素，成為浮游植物進(jìn)行光合作用的營養(yǎng)成分，進(jìn)而影響水體的初級(jí)生產(chǎn)力.其中可交換態(tài)磷與葉綠素a的相關(guān)性最高，這也正驗(yàn)證了可交換態(tài)磷是最活躍的一種磷.本調(diào)查區(qū)域生物有效性磷的含量為133.91～212.66μg/g（圖5），占總磷含量的25.99%～50.19%，平均占總磷含量的 36.95%，在總磷中所占比重較大.在近岸復(fù)雜的水動(dòng)力條件、風(fēng)浪、生物擾動(dòng)以及人為因素等的作用下，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)這些生物有效性磷在沉積物-水界面上發(fā)生再生活化，從而影響水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)以及初級(jí)生產(chǎn)力.

表5　海州灣生物有效性磷與水體磷酸鹽、葉綠素a的相關(guān)性Table 5 Correlationship between the bioavailable phosphorus andChlorophyll a in overlying water of Haizhou bay

表5　海州灣生物有效性磷與水體磷酸鹽、葉綠素a的相關(guān)性Table 5 Correlationship between the bioavailable phosphorus andChlorophyll a in overlying water of Haizhou bay

注：*表示顯著相關(guān)性水平P＜0.05，**表示顯著相關(guān)性水平P＜0.01

相關(guān)系數(shù) 有機(jī)磷 可交換態(tài)磷鐵鋁結(jié)合態(tài)磷鈣結(jié)合態(tài)磷　　殘?jiān)鼞B(tài)磷水體中磷酸鹽　0.778*　0.674*　0.677*　0.695*　-0.663葉綠素a　0.745*　0.805**　0.740*　0.581　-0.539

圖5　海州灣沉積物中生物有效性磷的平面分布Fig.5 The horizontal distribution of BAP

3　結(jié)論

3.1海州灣海洋牧場海域表層沉積物中含量范圍為 345.53～475.15μg/g，且夏季總磷的含量高于春、秋兩季.從平面分布來看，總磷含量整體上呈現(xiàn)出從近岸向遠(yuǎn)岸逐漸減少的趨勢.

3.2使用連續(xù)提取法將磷的形態(tài)進(jìn)行分離提取，得出無機(jī)磷的含量最大，平均占總磷的 45.50%，各形態(tài)磷含量的大小依次為：殘?jiān)鼞B(tài)磷＞鈣結(jié)合態(tài)磷＞鐵鋁結(jié)合態(tài)磷＞可交換態(tài)磷.

3.3海州灣表層沉積物大部分屬于細(xì)砂沉積物類型，并且粒度分布呈現(xiàn)從近岸向遠(yuǎn)岸逐漸增大趨勢，這與大部分形態(tài)磷的分布特點(diǎn)相一致.并且可交換態(tài)磷、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷以及鈣結(jié)合態(tài)磷與有機(jī)碳含量呈顯著的正相關(guān)（P＜0.01，R＞0.8）.

3.4海州灣表層沉積物中生物有效性磷的含量占總磷含量36.95%.

戚曉紅.中國近海部分典型海域磷的生物地球化學(xué)研究 ［D］. 青島：中國海洋大學(xué)， 2005.

張小勇，楊 茜，孫 耀，等.黃東海陸架區(qū)沉積物中磷的形態(tài)分布及生物可利用性 ［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2013，33（11）：3509-3519.

Fisher T R， Carlson P R， Barber R T. Sediment nutrient regeneration in three North Carolina estuaries ［J］. Estuarine， Coastal Shelf Science， 1982，14（1）：101-116.

曲瑛璇，盛彥清，丁超鋒，等.海岸帶表層沉積物中磷的地球化學(xué)特征［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2014，34（1）：246-252.

金相燦，姜 霞，王 琦，等.太湖梅梁灣沉積物中磷吸附/解吸平衡特征的季節(jié)性變化 ［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2008，28（1）：24-30.

劉巧梅，劉 敏，許世遠(yuǎn)，等.上海濱岸潮灘不同粒徑沉積物中無機(jī)形態(tài)磷的分布特征 ［J］. 海洋環(huán)境科學(xué)， 2002，21（3）：29-33.

蔣增杰，王光花，方建光，等.桑溝灣養(yǎng)殖水域表層沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附特征 ［J］. 環(huán)境科學(xué)， 2008，29（12）：3405-3409.

姜雙城，鄭愛榕，林培梅.北部灣南部沉積物中磷的形態(tài)特征及環(huán)境意義 ［J］. 廈門大學(xué)學(xué)報(bào)， 2008，47（3）：438-444.

侯立軍，陸健健，劉 敏，等.長江口沙洲表層沉積物磷的賦存形態(tài)及生物有效性 ［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2006，26（3）：488-494.

趙志梅，秦延文.渤海灣表層沉積物磷形態(tài)分析 ［J］. 海洋技術(shù)，2006，25（4）：51-494.

Zheng L， Ye Y， Zhou H. Phosphorus forms in sediments of the East China Sea and its environmental significance ［J］. Journal of Geographical Sciences， 2004，14：113-120.

黎 睿，王圣瑞，肖尚斌，等.長江中下游與云南高原湖泊沉積物磷形態(tài)及內(nèi)源磷負(fù)荷 ［J］. 中國環(huán)境學(xué)， 2015，35（6）：1831-1839.

Ruttenberg K C. Development of a sequential extraction method for different forms of Phosphorus in marine sediments ［J］. Linmology and Oceanogerphy， 1992，37（7）：1460-1482.

安明梅，王益鳴，鄭愛榕.浙江近岸海域表層沉積物中磷的存在形態(tài)及其分布特征 ［J］. 廈門大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012，51（1）：77-83.

宋金明.黃河口鄰近海域沉積物中可轉(zhuǎn)化的磷 ［J］. 海洋科學(xué)，2000，24（7）：42-45.

張明亮.連云港海州灣人工魚礁建設(shè)淺論 ［J］. 海洋開發(fā)與管理，2004，30（5）：35-42.

程軍利，張 鷹，張 東，等.海州灣赤潮發(fā)生期生態(tài)環(huán)境要素分析 ［J］.海洋科學(xué)進(jìn)展， 2009，27（2）：217-223.

謝 冕.海州灣南部近岸海域氮、磷營養(yǎng)鹽變化規(guī)律及營養(yǎng)鹽限制狀況 ［D］. 青島：國家海洋局第一海洋研究所， 2013.

李 飛，徐 敏.海州灣保護(hù)區(qū)海洋環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià) ［J］. 長江流域資源與環(huán)境， 2014，23（5）：659-667.

盧 璐，張 碩，趙裕青，等.海州灣人工魚礁海域沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的分析 ［J］. 大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011，26（2）：126-132.

李 飛，徐 敏.海州灣表層沉積物重金屬的來源特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］. 環(huán)境科學(xué)， 2014，23（3）：1035-1040.

李 悅，烏大年，薛永先.沉積物中不同形態(tài)磷提取方法的改進(jìn)及其環(huán)境地球化學(xué)意義 ［J］. 海洋環(huán)境科學(xué)， 1998，17（1）：15-20.

佩器奇 AL，米勒 RH.土壤分析法 ［M］. 閔九康，郝心仁譯.北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社， 1991：276-296.

高效江，陳振樓，張念禮，等.長江口濱岸帶潮灘沉積物中磷的環(huán)境地球化學(xué)特征 ［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2003，23（6）：711-715.

宋祖光，高效江，張 弛.杭州灣潮灘表層沉積物中磷的分布、賦存形態(tài)及生態(tài)意義 ［J］. 生態(tài)學(xué)雜志， 2007，26（6）：853-858.

扈傳昱，王正方，呂海燕.海水和海洋環(huán)境中總磷的測定 ［J］. 海洋環(huán)境科學(xué)， 1999，18（3）：48-52.

白亞之，劉季花，張 輝，等.海洋沉積物有機(jī)碳和總氮分析方法 ［J］.海洋環(huán)境科學(xué)， 2013，32（3）：444-459.

蔣增杰，方建光，張繼紅，等.桑溝灣沉積物中磷的賦存形態(tài)及生物有效性 ［J］. 環(huán)境科學(xué)， 2007，28（12）：2783-2788.

田忠志，邢友華，姜瑞雪，等.東平湖表層沉積物中磷的形態(tài)分布特征研究 ［J］. 長江流域資源與環(huán)境， 2010，19（6）：719-723.

戴紀(jì)翠，宋金明，李學(xué)剛，等.膠州灣沉積物中磷以其環(huán)境指示意義 ［J］.環(huán)境科學(xué)， 2006，27（3）：1953-1961.

劉綠葉.長江口潮灘沉積物中磷的環(huán)境地球化學(xué)特征 ［D］. 上海：復(fù)旦大學(xué)， 2005.

姜雙城，林培梅，林建偉，等.廈門灣沉積物中磷的形態(tài)特征及環(huán)境意義 ［J］. 熱帶海洋學(xué)報(bào)， 2014，33（3）：72-78.

高 敏.烏梁素海沉積物對(duì)磷吸附特性的粒度效應(yīng)研究 ［D］. 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2011.

Meng Jia， Yao Qingzhen， Yu Zhigang. Particulate phosphorus speciation and phosphate adsorption characteristics associated with sediment grain size ［J］. Ecological Engineering， 2014（70）：140-145.

遲 杰，趙旭光，董林林.有機(jī)質(zhì)和低相對(duì)分子質(zhì)量有機(jī)酸對(duì)沉積物中磷吸附/解吸行為的影響 ［J］. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 44（11）：968-972.

何 桐，謝 健，余漢升，等.大亞灣表層沉積物中磷的形態(tài)分布特征［J］. 中山大學(xué)學(xué)報(bào)， 2010，49（6）：126-131.

ANDRIEUXF， AMIONTA. A two year survey of phosphorus speciation in these diments of the Bay off Seine （France） ［J］. Continental Shelf Research， 1997，17（10）：1229-1245.

LIUSM， ZHANG J， LID J. Phosphorus cycling in sediments of the Bohaiand Yellow seas ［J］. Estuarine， Coast aland Shelf Science，2004，59（2）：209-218.

戴紀(jì)翠，宋金明，李學(xué)剛，等.膠州灣不同形態(tài)磷的沉積記錄及生物可利用性研究 ［J］. 環(huán)境科學(xué)， 2007，28（5）：929-936.

The distribution of phosphorus forms and its environmental significance in the marine ranching. demonstrationarea of Haizhou Bay sediment.

GAO Chun-mei1， ZHU Zhu1， WANG Gong-qin1， ZHANG Shuo1，2，3*（1.College of Marine Sciences， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China；2.Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources， Ministry of Education， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China；3.National Engineering Research Center for Oceanic Fisheries， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China）.

China Environmental Science， 2015，35（11）：3437～3444

The chemical speciation of phosphorus as well as its bioavailability of the marine ranching demonstration area of Haizhou Bay sediment was investigated by the grading methods for inorganic phosphorus in combination with the determination of the overlying water primary productivity. The results showed that the content of TP in summer was significantly higher than the spring and autumn， Inorganic phosphorus （IP） was the most abundant form， which accounted for 45.50% of TP. Content of inorganic phosphorus fractions in the surface sediment followed the order： residual inorganic phosphorus （Re-P）＞calcium bound phosphorus （Ca-P）＞Fe and Al-bound phosphorus （（Fe+Al）-P）＞exchangeable phosphorus （Ex-P）. Ex-P， （Fe+Al）-P and Ca-P had positive correlation with organic carbon content （P＜0.01， R＞0.8）. Phosphorus content in surface sediments decreased from inshore to open sea of Haizhou Bay. This trend can be mainly attributed to the effects of terrigenous input and the sediment texture. The potentially biological available phosphorus （BAP） accounted for a large proportion （36.95%） of TP.

phosphorous；chemical speciation；bioavailability；Haizhou Bay；sediment

X55

A

1000-6923（2015）11-3437-08

2015-04-07

農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)項(xiàng)目—江蘇省海州灣海洋牧場示范項(xiàng)目（D-8006-13-8023，D8006-12-8018）；國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201003068）

* 責(zé)任作者， 副教授， s-zhang@shou.edu.cn

高春梅（1976-），女，河北正定人，副教授，博士，主要從事污水處理和膜生物反應(yīng)器方面的研究.發(fā)表論文30余篇.