陽宗海湖濱濕地沉積物砷和有機(jī)質(zhì)對(duì)磷賦存形態(tài)的影響

李夢(mèng)瑩，鄭 毅*，劉云根，2，侯 磊，2，王 妍，2，梁?jiǎn)⒈螅?

（1.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)農(nóng)村污水處理研究所，昆明 650224）

陽宗海湖濱濕地沉積物砷和有機(jī)質(zhì)對(duì)磷賦存形態(tài)的影響

李夢(mèng)瑩1，鄭 毅1*，劉云根1，2，侯 磊1，2，王 妍1，2，梁?jiǎn)⒈?，2

（1.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)農(nóng)村污水處理研究所，昆明 650224）

以云南省陽宗海南岸湖濱濕地為研究對(duì)象，研究了沉積物中總砷（TAs）、總磷（TP）及各形態(tài)無機(jī)磷的含量及空間分布特征，并對(duì)沉積物中TAs和有機(jī)質(zhì)（OM）含量與各形態(tài)磷的相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：沉積物TAs含量（1.84～24.37 mg·kg-1）處于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級(jí)限值的警戒線，表層富集明顯，湖濱濕地對(duì)砷具有攔截作用；沉積物TP含量受上游人為干擾方式影響，農(nóng)田和農(nóng)村綜合干擾樣帶的TP含量最高（604.13 mg·kg-1），表層富集明顯，湖濱濕地對(duì)外源磷也有截留作用，無機(jī)磷形態(tài)中以磷石灰型（Ca10-P）為主，活性磷酸二鈣磷（Ca2-P）和磷酸八鈣磷（Ca8-P）、潛在釋放的磷酸鋁鹽（Al-P）和磷酸鐵鹽（Fe-P）、惰性的閉蓄態(tài)磷酸鹽（O-P）含量均較低；沉積物TAs和OM含量對(duì)磷的賦存狀態(tài)均存在影響，主要與砷-磷在沉積物上的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用以及沉積物環(huán)境因素的變化有關(guān)。

陽宗海湖濱濕地；沉積物；砷-磷；無機(jī)磷形態(tài)

磷是湖泊富營養(yǎng)化的限制性因素，蓄積在沉積物中的磷可作為“內(nèi)源”釋放進(jìn)入湖泊水體，因此影響湖泊沉積物中磷釋放關(guān)鍵因素的磷賦存濃度和形態(tài)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)[1]。然而，隨著環(huán)境問題的發(fā)展，復(fù)合污染問題越來越多地受到研究者們的關(guān)注[2]，如陽宗海目前面臨重金屬污染和富營養(yǎng)化的雙重風(fēng)險(xiǎn)[3]。自2008年砷污染事件爆發(fā)以來，陽宗海沉積物中砷濃度一直高達(dá)396.49 mg·kg-1[4]，同時(shí)周邊各種人類活動(dòng)產(chǎn)生含磷污水的排入也讓湖泊面臨富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。砷和磷是同主族元素，它們的含氧鹽具有相似的化學(xué)性質(zhì)，在沉積物上的吸附-解吸過程對(duì)于湖泊水體砷-磷濃度及相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)具有重要的決定作用[5]。研究發(fā)現(xiàn)，砷酸鹽和磷酸鹽在土壤上存在競(jìng)爭(zhēng)吸附，與砷-磷的濃度有關(guān)[6]。

湖濱濕地是截留湖泊外源污染物的天然屏障，具有水位季節(jié)性漲落、微生物活動(dòng)頻繁、濕地植物多樣等特點(diǎn)[7]。在這個(gè)體系中砷-磷的相互影響機(jī)制可能發(fā)生變化，如無機(jī)砷以As（Ⅲ）和As（Ⅴ）兩種形式存在，這兩種價(jià)態(tài)砷的含氧陰離子與磷酸根在沉積物上的吸附競(jìng)爭(zhēng)能力存在差別[8]。湖濱濕地沉積物氧化還原條件變化顯著，生物（植物和微生物）作用可能使得砷-磷的相互作用機(jī)制更加復(fù)雜，然而湖濱濕地沉積物砷對(duì)磷形態(tài)影響的研究鮮有開展。因此，系統(tǒng)了解湖濱濕地沉積物砷對(duì)磷賦存形態(tài)的影響既能豐富砷-磷相互影響的基礎(chǔ)理論，又可為陽宗海湖泊污染防治提供科學(xué)數(shù)據(jù)。本文以陽宗海南岸湖濱濕地沉積物為研究對(duì)象，通過分析沉積物中總砷（TAs）、總磷（TP）及各形態(tài)磷的含量（磷酸二鈣型Ca2-P、磷酸八鈣型Ca8-P、磷酸鋁鹽Al-P、磷酸鐵鹽Fe-P、閉蓄態(tài)磷酸鹽O-P、磷石灰型Ca10-P）及水平和垂直分布特征，探究沉積物中TAs和有機(jī)質(zhì)（OM）與各形態(tài)磷的相關(guān)性，系統(tǒng)討論TAs和OM對(duì)沉積物中磷賦存狀態(tài)的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

陽宗海（102°5′～103°02′E、24°51′～24°58′N）位于云南省昆明市宜良、呈貢和澄江的交界處，是高原喀斯特地貌形成的天然斷陷型淡水湖泊。湖泊呈紡錘形，湖面面積為31.9 km2，總蓄水量6.04×108m3，最大水深30 m，平均水深20 m。陽宗海流域?qū)賮啛釒夂?，年降水?24.6 mm，雨季（5—10月）降水量占全年的85%，枯季（10月—次年4月）占15%。2008年陽宗海爆發(fā)了砷污染事件，湖泊水體砷濃度高達(dá)0.19 mg·L-1，超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838—2002）Ⅴ類限值，隨后在2009—2011年間通過噴灑絮凝劑（鐵鹽）對(duì)水體砷污染進(jìn)行治理，湖水中砷的濃度大幅度下降，低于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，但沉積物中砷濃度顯著升高，達(dá)54.86～193.29 mg·kg-1[9]，其平均值超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995）Ⅲ級(jí)限值30 mg·kg-1。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料顯示，陽宗海湖濱濕地在東、南、西、北4岸均有分布，主要植被以挺水植物香蒲和沉水植物苦草為主。由于陽宗海湖泊構(gòu)造及周邊人類活動(dòng)影響等因素，湖岸湖濱濕地退化嚴(yán)重，只有南岸湖濱濕地較為完整，具有典型性及研究?jī)r(jià)值。

1.2 樣點(diǎn)布設(shè)與樣品采集

本研究以陽宗海南岸的湖濱濕地為對(duì)象，采用典型樣帶法并根據(jù)上游人為干擾方式的差異布設(shè)3條樣帶，每條樣帶布設(shè)3條平行樣帶：樣帶1上游主要干擾方式為農(nóng)村，樣帶2為農(nóng)田，樣帶3則為農(nóng)村和農(nóng)田的混合。每條樣帶沿湖岸至湖心方向等比例布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）。2015年10月，采用柱狀沉積物分層采樣器采集沉積物樣品，每個(gè)樣點(diǎn)（表1）采集3個(gè)平行樣?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)沉積物顏色進(jìn)行分層，前10 cm（黑色）為表層，后10 cm（棕黃色）為底層，中間部分為中層，分層后裝入潔凈的聚乙烯密封袋中，貼上標(biāo)簽帶回實(shí)驗(yàn)室。

表1 陽宗海湖濱濕地采樣點(diǎn)位置Table 1 Locations of sampling point of Yangzonghai lakeside wetland

1.3 樣品分析與數(shù)據(jù)處理

沉積物樣品經(jīng)自然風(fēng)干，挑出植物根、石塊等雜物后研磨過100目篩備用。沉積物TP采用硫酸-高氯酸消解，鉬銻抗比色法測(cè)定[10]。沉積物無機(jī)磷形態(tài)（Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca10-P）采用《土壤農(nóng)

業(yè)化學(xué)分析方法》進(jìn)行測(cè)定[11]。沉積物TAs采用三酸（HCl-HNO3-HClO4）消解[12]，電感耦合等離子體光譜儀（ICP-OES，安捷倫700）測(cè)定。沉積物的pH值采用電位法測(cè)定，OM采用重鉻酸鉀法測(cè)定[13]。每個(gè)樣品的每個(gè)指標(biāo)做3個(gè)平行。數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件完成。

圖1 陽宗海湖濱濕地樣點(diǎn)設(shè)置示意圖Figure 1 Schematic map of sampling points in Yangzonghai lakeside wetland

圖2 陽宗海湖濱濕地沉積物TAs含量分布Figure 2 The content of arsenic in the sediments of Yangzonghai lakeside wetland

2 結(jié)果與分析

2.1 砷的空間分布特征

2.1.1 水平分布特征

陽宗海南岸湖濱濕地沉積物中TAs在各樣帶的水平（沿湖心至湖岸方向）及垂直（表層、中層、底層）分布規(guī)律如圖2所示。3條樣帶沉積物中TAs濃度變化范圍分別為6.62～11.15 mg·kg-1、7.01～12.46 mg·kg-1和12.52～24.37 mg·kg-1，樣帶3的TAs含量明顯高于另外兩條樣帶。水平分布（表層）表現(xiàn)出兩個(gè)趨勢(shì)：樣帶1和樣帶2沿湖心至湖岸方向遞減，而樣帶3則遞增；對(duì)于樣帶1和樣帶2，湖心位置TAs含量分別是湖岸的1.7倍和1.8倍，而樣帶3湖岸位置TAs含量是湖心的2倍。

2.1.2 垂直分布特征

沉積物TAs含量在垂直方向上表現(xiàn)出明顯的表層富集規(guī)律（圖2），樣帶2和樣帶3隨深度的增加，TAs含量逐漸下降，而樣帶1則表現(xiàn)出表層（6.625～11.15 mg·kg-1）＞底層（1.84～5.28 mg·kg-1）＞中層（2.73～8.22 mg·kg-1）的規(guī)律。

2.2 磷形態(tài)的空間分布特征

2.2.1 水平分布特征

陽宗海南岸湖濱濕地沉積物中TP的水平及垂直分布規(guī)律如圖3所示。樣帶1、樣帶2和樣帶3沉積物TP含量范圍分別為176.18～450.18 mg·kg-1、218.62～266.26 mg·kg-1和443.19～610.24 mg·kg-1。農(nóng)村和農(nóng)田混合干擾方式下的樣帶3TP含量最高，其次為農(nóng)村干擾方式下的樣帶2，農(nóng)田干擾方式下的樣帶1最低，樣帶3湖岸TP含量分別是樣帶1和樣帶2的1.3倍和2.3倍。3條樣帶沉積物TP含量均沿湖岸至湖心方向遞減，分別減少了60%、83%和73%。

研究探索了陽宗海南岸湖濱濕地沉積物中無機(jī)磷各形態(tài)的分布規(guī)律，其中Ca-P（包括Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P）的水平及垂直分布規(guī)律如圖4所示。3條樣帶沉積物中Ca2-P和Ca8-P的含量范圍分別為20.9～48.29 mg·kg-1和13.62～34.62 mg·kg-1，分別占TP的5.76%～15.05%和5.17%～9.62%。而Ca10-P含量范圍為95.42～292.44 mg·kg-1，占TP含量的45.38%～59.38%，是無機(jī)磷中主要存在形態(tài)。從水平方向上來看，三個(gè)組分的Ca-P在湖濱或湖岸樣點(diǎn)的沉積物中含量較高，但沿湖心至湖岸方向并無明顯規(guī)律。

圖3 陽宗海湖濱濕地沉積物TP含量分布Figure 3 The contents of phosphorus in the sediments of Yangzonghai lakeside wetland

圖4 陽宗海湖濱濕地沉積物Ca-P組分含量分布Figure 4 The contents of Ca-P components in the sediments of Yangzonghai lakeside wetland

沉積物無機(jī)磷形態(tài)中的Al-P和Fe-P的水平及垂直分布規(guī)律如圖5所示。3條樣帶Al-P含量范圍為5.19～10.60 mg·kg-1，僅占TP含量的2%，F(xiàn)e-P含量范圍為9.49～34.47 mg·kg-1，約占TP含量的6%。從水平方向上來看，Al-P無明顯分布規(guī)律，而Fe-P在樣帶1和樣帶3表現(xiàn)出沿湖心至湖岸遞減的規(guī)律，樣帶2規(guī)律不明顯。

沉積物無機(jī)磷形態(tài)中的O-P含量的水平及垂直分布規(guī)律如圖6所示。O-P含量范圍為11.18～25.61 mg·kg-1，約占TP的5%，水平方向上表現(xiàn)出樣帶1和樣帶3湖濱樣點(diǎn)含量較高，而樣帶2含量相差不大（14.39～15.43 mg·kg-1）。

2.2.2 垂直分布特征

圖5 陽宗海湖濱濕地沉積物Fe/Al-P含量分布Figure 5 The contents of Fe/Al-P in the sediments of Yangzonghai lakeside wetland

圖6 陽宗海湖濱濕地沉積物O-P含量分布Figure 6 The contents of O-P in the sediments of Yangzonghai lakeside wetland

由圖3～圖6可知，陽宗海南岸湖濱濕地沉積物中TP和各形態(tài)無機(jī)磷的垂直分布，總體上呈現(xiàn)出表層富集并隨深度增加而遞減的規(guī)律，但某些樣帶及某些形態(tài)的磷表現(xiàn)出不同的規(guī)律，如：TP在樣帶3表現(xiàn)為底層高于中層，Ca2-P和Ca8-P在樣帶2表現(xiàn)為底層高于中層，Al-P和Fe-P在湖岸或湖濱樣點(diǎn)處表現(xiàn)為中層或底層最高。

2.3 沉積物砷和有機(jī)質(zhì)對(duì)磷賦存形態(tài)的影響

為探究湖濱濕地沉積物TAs及OM含量對(duì)各形態(tài)磷的影響，TAs、OM與各形態(tài)磷含量之間進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。

由表2可觀察到三個(gè)趨勢(shì)：（1）沉積物TAs含量與各形態(tài)無機(jī)磷含量間的相關(guān)系數(shù)與沉積物的深度有關(guān)，除與Ca2-P各層都表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)之外，與其他形態(tài)的無機(jī)磷間的相關(guān)性表層、中層的規(guī)律與底層相反；（2）各層沉積物OM含量與TP、Ca8-P、Al-P、O-P和Ca10-P含量間均表現(xiàn)出正相關(guān)，與Fe-P表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)，而與Ca2-P在表層和中層為正相關(guān)，底層為負(fù)相關(guān)；（3）相關(guān)性的顯著性水平差異明顯，TAs僅與Al-P間在底層的相關(guān)性表現(xiàn)出顯著性，而OM與TP、Ca8-P、Al-P和Ca10-P間僅在特定分層的相關(guān)性表現(xiàn)出顯著性。

3 討論

3.1 砷的空間分布特征

陽宗海湖濱濕地沉積物中TAs的水平和垂直分布規(guī)律主要與砷的來源、湖泊的地質(zhì)構(gòu)造、湖濱濕地對(duì)砷的截留作用、砷污染治理的過程等因素有關(guān)。研究報(bào)道，陽宗海西岸譚葛營村附近磷肥廠含砷廢渣的不善堆棄，導(dǎo)致滲濾液進(jìn)入地下水再由泉眼冒出，致使樣帶1和樣帶2湖心樣點(diǎn)處砷濃度較高。而樣帶3表現(xiàn)出湖岸樣點(diǎn)處砷濃度較高，可能與南岸湖濱濕地的地形及泉眼位置有關(guān)，李發(fā)榮[14]等研究發(fā)現(xiàn)南岸地下存在多個(gè)上升出露泉眼且地質(zhì)構(gòu)造脆弱，可通過地下溶巖途徑進(jìn)入水體。此外，3條樣帶表層沉積物沿湖心至湖岸方向均表現(xiàn)出漸變規(guī)律，在一定程度上體現(xiàn)出湖濱濕地對(duì)砷有一定的截留作用。研究發(fā)現(xiàn)，湖濱濕地可通過水-土壤（沉積物）-植物系統(tǒng)的過濾、滲透、吸收、滯留和沉積等物理、化學(xué)和生物過程及其綜合作用，有效控制和減少流經(jīng)湖濱濕地水體中包括氮、磷和重金屬在內(nèi)的污染物，是湖泊水環(huán)境與陸地環(huán)境之間的凈化帶[15-16]。2008年陽宗海砷污染事件爆發(fā)后，通過人工手段向大面積湖泊水體噴灑鐵鹽絮凝劑，水體中的砷大量進(jìn)入沉積物。砷在3條樣帶垂直方向上以表層含量高，且隨深度增加而降低，說明沉積物中砷主要來自2008年的砷污染事件。另外，表層沉積物中TAs含量接近部分已超過我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995）Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值，具有一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

表2 陽宗海湖濱濕地沉積物總砷、有機(jī)質(zhì)與各形態(tài)磷相關(guān)系數(shù)及顯著性Table 2 The correlation coefficients and significances between contents of total arsenic/organic matter and each speciation of phosphorus in the sediments of Yangzonghai lakeside wetland

3.2 磷形態(tài)的空間分布特征

陽宗海湖濱濕地沉積物TP含量在不同樣帶表現(xiàn)出的差異主要與樣帶上游磷的來源有關(guān)，樣帶1和樣帶2上游磷的來源較單一，僅為農(nóng)村或農(nóng)田，而樣帶3則為農(nóng)村與農(nóng)田混合，磷的污染負(fù)荷量更大。陽宗海湖濱濕地表層沉積物中TP含量（220.08～449.69 mg·kg-1）比洱海（710.3～19 mg·kg-1）和太湖（420～34 mg·kg-1）低，說明陽宗海湖泊水體磷的污染水平和風(fēng)險(xiǎn)都更低。沉積物TP在水平分布上表現(xiàn)為沿湖岸至湖心方向逐漸降低，也在一定程度上說明湖濱濕地對(duì)外源磷具有一定的截留作用，與李衛(wèi)東等[17]研究劍湖濕地結(jié)果相似。垂直方向上，TP表現(xiàn)出明顯的表層富集特征，與宋倩文等[18]關(guān)于太湖梅梁灣的研究結(jié)果一致，說明陽宗海湖泊水體中磷的負(fù)荷逐年增加。

沉積物各形態(tài)無機(jī)磷的含量分布顯示，Ca10-P最大（超過TP的50%），其余形態(tài)（包括Ca2-P，Ca8-P，Al-P，F(xiàn)e-P和O-P）含量均較低（不超過TP的6%），與趙海超等[19]關(guān)于洱海沉積物磷形態(tài)的研究結(jié)果相似。Ca-P來源于湖泊沉積碳酸鈣或自生的磷灰石，通常把Ca-P作為一個(gè)整體認(rèn)為是生物不可利用的磷，其賦存的具體形態(tài)較多，本研究根據(jù)蔣柏藩等[20]的方法對(duì)Ca-P分級(jí)，分為活性較高的Ca2-P、Ca8-P和惰性Ca10-P，其中活性較高的Ca2-P和Ca8-P在湖濱或湖岸樣點(diǎn)處表現(xiàn)出了相對(duì)較高的含量。這兩種組分均容易被水生生物吸收，在湖濱和湖岸位置挺水植物較為豐富，有利于這兩種Ca-P組分的形成。相比之下，Ca10-P生物有效性較低，是無機(jī)磷中主要的存在形式，這與桂林會(huì)仙濕地研究結(jié)果一致[21]。Fe/Al-P是沉積物中主要的活性磷，具有潛在的釋放活性，主要來源于生活污水、工業(yè)廢水和部分農(nóng)業(yè)面源流失的磷，當(dāng)沉積物變?yōu)檫€原環(huán)境時(shí)，F(xiàn)e-P可轉(zhuǎn)化為溶解性磷，而沉積物變?yōu)樗嵝曰驂A性環(huán)境時(shí)有利于Al-P的溶解[22]。O-P是包裹在Fe2O3膠膜內(nèi)部的還原溶解性磷酸鐵和磷酸鋁，很難釋放及被生物利用，O-P在TP中所占比重較小且分布含量均勻，可能與沉積物來源、物理和風(fēng)化強(qiáng)度有關(guān)[23]。各種形態(tài)磷的垂直分布無顯著規(guī)律。這可能是湖濱濕地復(fù)雜的環(huán)境因素（溫度、pH值、氧化還原電位等）及生物（植物和微生物）綜合影響下，各形態(tài)磷間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化所致，但研究目前已有數(shù)據(jù)并不能進(jìn)行深入分析，有待進(jìn)一步研究。

3.3 沉積物砷和有機(jī)質(zhì)對(duì)磷賦存形態(tài)的影響

陽宗海湖濱濕地沉積物砷與各形態(tài)磷含量間的相關(guān)性分析結(jié)果表明，沉積物砷對(duì)于無機(jī)磷賦存狀態(tài)存在影響，且與沉積物深度有關(guān)。磷和砷屬同族元素，化學(xué)性質(zhì)相似，在沉積物土壤中形成結(jié)構(gòu)相似的化合物，如在沉積物上磷酸根與同樣以含氧陰離子形式存在的砷酸根產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附作用[24]。Ca2-P是沉積物無機(jī)磷中最容易釋放的磷形態(tài)，TAs與Ca2-P間呈負(fù)相關(guān)說明易釋放進(jìn)入水體的砷和磷形態(tài)間存在相互抑制的作用。研究發(fā)現(xiàn)，砷污染的土壤多以無機(jī)砷為固定的主要砷形態(tài)，其含量水平與土壤中Fe、Al、Ca的含量有關(guān)，含F(xiàn)e（鐵氧化物和鐵氫氧化物）、Al（無定形氫氧化鋁和活性氧化鋁）和Ca（磷酸鈣和羥基磷灰石）的礦物可與砷形成共沉淀。這可能是TAs與Fe-P、Al-P、Ca10-P表現(xiàn)出正相關(guān)的主要原因[25-27]。O-P是包裹在Fe2O3膠膜內(nèi)部的還原溶解性磷酸鐵和磷酸鋁，土壤中Fe、Al的氧化物及其氫氧化物也是砷的主要吸附劑[28]，沉積物表層和中層砷與O-P呈正相關(guān)則說明這兩層沉積物中O-P與砷結(jié)合較多，而底層OP含量較低，對(duì)As的吸附較少。另外，除Ca2-P之外，TAs與各形態(tài)無機(jī)磷間的相關(guān)性均表現(xiàn)出表層、中層與底層相反的規(guī)律，可能與沉積物的氧化還原電位有關(guān)。底層沉積物相對(duì)處于還原環(huán)境，砷主要以As（Ⅲ）形式存在；而表層和中層沉積物相對(duì)處于氧化環(huán)境，砷則主要以As（Ⅴ）形式存在，所以不同價(jià)態(tài)砷的含氧陰離子與磷酸根的競(jìng)爭(zhēng)能力不同[29]，可能導(dǎo)致砷對(duì)磷賦存形態(tài)的影響存在差異。

沉積物OM含量與磷形態(tài)間的相關(guān)性結(jié)果顯示，沉積物OM含量的高低對(duì)總磷存在影響，并能影響沉積物磷的賦存形態(tài)。OM一方面具有較多的官能團(tuán)，可通過離子交換或其他金屬陽離子架橋的方式結(jié)合磷酸根離子[30]，另一方面OM分解形成膠膜，包覆在氧化鐵、鋁及碳酸鈣等礦物表面，降低沉積物對(duì)磷的吸附[31]，因此OM與各形態(tài)磷的相關(guān)性既有正相關(guān)也有負(fù)相關(guān)。以上提及OM的兩種相反的作用與沉積物的性質(zhì)、環(huán)境因素和微生物活性等因素有關(guān)。本研究的相關(guān)性分析顯著性水平較低，可能與研究體系及影響因素的復(fù)雜性有關(guān)，若要進(jìn)一步明確沉積物中砷對(duì)磷形態(tài)的影響規(guī)律和機(jī)制，需要通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格控制影響因素，有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）陽宗海湖濱濕地沉積物TAs含量處于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級(jí)限值的警戒線，表現(xiàn)出明顯表層富集特征，水平分布存在漸變規(guī)律，說明湖濱濕地對(duì)砷有攔截作用。

（2）陽宗海湖濱濕地沉積物TP含量在農(nóng)田和農(nóng)村混合干擾下最高，表層富集明顯；無機(jī)磷以惰性的Ca10-P含量最高（超過TP的50%），活性的Ca2-P和Ca8-P、具有潛在釋放潛力的Al-P和Fe-P及不易釋放的O-P含量均較低。各形態(tài)磷的水平和垂直分布規(guī)律與湖濱濕地復(fù)雜的環(huán)境因素（溫度、pH值、氧化還原電位等）及生物（植物和微生物）因素有關(guān)。

（3）陽宗海湖濱濕地沉積物TAs和OM含量對(duì)磷的賦存狀態(tài)均有影響，主要與砷-磷在沉積物上的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用以及沉積物環(huán)境因素的變化有關(guān)。

[1]楊永瓊.高原亞湖泊沉積物內(nèi)源磷釋放特征與控制途徑研究[D].北京：中國科學(xué)院大學(xué),2013.

YANG Yong-qiong.Study on the characteristics and control of phosphorus release from the sediments in the lake sediments of the high altitude [D].Beijing：University of the Chinese Academy of Sciences,2013.

[2]王凱.鎘—多環(huán)芳烴復(fù)合污染土壤植物修復(fù)的強(qiáng)化作用及機(jī)理[D].杭州：浙江大學(xué),2012.

WANG Kai.Cadmium-strengthen the role and mechanism of PAHs contaminated soil phytoremediation[D].Hangzhou：Zhejiang University, 2012.

[3]張燦強(qiáng),張彪,楊艷剛,等.太湖上游西苕溪近岸森林土壤氮磷養(yǎng)分差異特征[J].水土保持學(xué)報(bào),2011,25（5）：53-58.

ZHANG Can-qiang,ZHANG Biao,YAN Yan-gang,et al.Located in the upper reaches of Taihu Lake West Tiaoxi River coastal forest soil nitrogen and phosphorus nutrient difference characteristics[J].Journal of Soil and Water Conservation,2011,25（5）：53-58.

[4]張玉璽,向小平,張英,等.云南陽宗海砷的分布與來源[J].環(huán)境科學(xué),2012,33（11）：3768-3777.

ZHANG Yu-xi,XIANG Xiao-ping,ZHANG Ying,et al.Distribution and sources of arsenic in Yangzonghai Lake[J].Environmental Sciences, 2012,33（11）：3768-3777.

[5]王小玲,馬杰,顧明華,等.砷和磷在不同污染類型土壤中的競(jìng)爭(zhēng)吸附動(dòng)力學(xué)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2015,24（4）：694-699.

WANG Xiao-ling,MA Jie,GU Ming-hua,et al.Competitive adsorption kinetics of arsenic and phosphorus in different kinds of contaminated soils[J].Journal of Ecological Environment,2015,24（4）：694-699.

[6]吳萍萍,曾希柏,李蓮芳,等.離子強(qiáng)度和磷酸鹽對(duì)鐵鋁礦物及土壤吸附As（Ⅴ）的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2012,31（3）：498-503.

WU Ping-ping,ZENG Xi-bai,LI Lian-fang,et al.As（Ⅴ）and the ionic strength of phosphate adsorption on the Fe-Al minerals and soil[J]. Agricultural Environmental Sciences,2012,31（3）：498-503.

[7]張亮.湖濱帶濕地截磷研究進(jìn)展及問題討論[J].長江流域資源與環(huán)境,2012,21（7）：875.

ZHANG Liang.Cut phosphorus lakeside wetland research progress and discussion[J].Resources and Environment in the Yangtze,2012,21（7）：875.

[8]劉凡,賀紀(jì)正,譚文峰,等.砷酸根和磷酸根在針鐵礦表面的競(jìng)爭(zhēng)吸附[C].海峽兩岸環(huán)境保護(hù)學(xué)術(shù)研討會(huì),2001.

LIU Fan,HE Ji-zheng,TAN Wen-feng,et al.Arsenate and phosphate in the competition goethite surface adsorption[C].Strait Environmental Symposium,2001.

[9]齊劍英,許振成,李祥平.陽宗海水體中砷的形態(tài)分布特征及來源研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38（20）：10789-10792.

QI Jian-ying,XU Zhen-cheng,LI Xiang-ping.Distribution characteristics and sources of arsenic in Yangzonghai[J].Anhui Agricutural Science,2010,38（20）：10789-10792.

[10]趙金蘭,張樹蓮,祁建峰.硫酸-高氯酸-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷的注意事項(xiàng)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009,37（21）：234.

ZHAO Jin-lan,ZHANG Shu-lian,QI Jian-feng.Sulfuric acid perchloric acid molybdenum antimony anti colorimetric method for the determination of soil total phosphorus matters needing attention[J].Modern Agricultural Science and Technology,2009,37（21）：234.

[11]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000：175-213.

LU Ru-kun.Soil agricultural chemical analysis method[M].Beijing：China’s Agricultural Science and Technology Press,2000：175-213.

[12]鄭錦輝.土壤中總汞與總砷的檢測(cè)方法綜述[J].廣東化工,2013,40（10）：137-138.

ZHENG Jin-hui.Methods of detecting soil total mercury and arsenic in total[J].Guangdong Chemical Industry,2013,40（10）：137-138.

[13]李靜.土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法比對(duì)分析[J].綠色科技,2012,49（5）：203-204.

LI Jing.Soil organic matter measuring method comparative analysis[J]. Green Technology,2012,49（5）：203-204.

[14]李發(fā)榮,李曉銘,徐瓊,等.陽宗海湖泊砷污染來源解析與防治[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2015,34（5）：27-31.

LI Fa-rong,LI Xiao-ming,XU Qiong,et al.Identification of arsenic sources and pollution control in Yangzonghai Lake[J].Chinese Journal of Environmental Science,2015,34（5）：27-31.

[15]鄭建偉,關(guān)保華.湖濱濕地氮磷的轉(zhuǎn)化及其歸趨研究進(jìn)展[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2009,1（3）：238-242.

ZHENG Jian-wei,GUAN Bao-hua.Review of diversion and morphological change of nitrogen and phosphorus between lake and aquaticterrestrial everglade[J].Journal of Nanjing University of Information Science and Technology：Natural Science Edition,2009,1（3）：238-242.

[16]趙海超.不同形態(tài)磷在水-沉水植物-沉積物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2006：38-40.

ZHAO Hai-chao.Transplant and translation of different form phosphorus in water-sediment-submerged plant[D].Huhhot：Inner Mongolia Agricultural University,2006：38-40.

[17]李衛(wèi)東,劉云根,田昆,等.滇西北高原劍湖茭草濕地湖濱帶對(duì)入湖泥沙截留效果研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38（31）：17643-17645.

LI Wei-dong,LIU Yun-gen,TIAN Kun,et al.Northwestern Yunnan Plateau sword pepper grass wetland lake with research into the lake sedimenttrappingeffect[J].Anhui Agricultural Sciences,2010,38（31）：17643-17645.

[18]宋倩文,李永峰.太湖梅梁灣沉積物中磷形態(tài)垂直分布特征分析[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2013,29（2）：156-159.

SONG Qian-wen,LI Yong-feng.Characteristics of phosphorus fractions in core sediments of Meiliang Bay,Taihu lake[J].Journal of Harbin University of Commerce（Natural Sciences Edition）,2013,29（2）：156-159.

[19]趙海超,王圣瑞,焦立新,等.洱海沉積物有機(jī)質(zhì)及其組分空間分布特征[J].環(huán)境科學(xué)研究,2013,26（3）：243-249.

ZHAO Hai-chao,WANG Sheng-rui,JIAO Li-xin,et al.Characteristics of composition and spatial distribution of organic matter in the matter in the sediment of Erhai Lake[J].Research of Environmental Sciences,2013,26（3）：243-249.

[20]蔣柏藩,顧益初.石灰性土壤無機(jī)磷分級(jí)體系的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1989,22（3）：58-66.

JIANG Bai-fan,GU Yi-chu.A suggested fractionation scheme of inorganic phosphorus in calcareous soils[J].Scientia Agricultura Sinica, 1989,22（3）：58-66.

[21]邵亞,蔡崇法,趙悅,等.桂林會(huì)仙濕地沉積物中磷形態(tài)及分布特征[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2014,8（12）：5311-5317.

SHAO Ya,CAI Chong-fa,ZHAO Yue,et al.Forms and distribution ofphosphorus in sediments of Huixian Wetland in Guilin[J].Journal of Environmental Engineering,2014,8（12）：5311-5317.

[22]Jin X,Wang S,Yan P,et al.Phosphorus fractions and the effect of pH on the phosphorus release of the sediments from different trophic areas in Taihu Lake,China[J].Environmental Pollution,2006,139（2）：288-295.

[23]徐圣友,戴凱文,吳亮,等.新安江（屯溪段）沉積物中不同形態(tài)磷的分布特征研究[J].黃山學(xué)院學(xué)報(bào),2015,17（5）：59-62.

XU Sheng-you,DAI Kai-wen,WU liang,et al.A study on the distribution feature of phosphorus forms in the sediment of Xin’an river（Tunxi section）[J].Journal of Huangshan University,2015,17（5）：59-62.

[24]李士杏,駱永明,章海波,等.不同性質(zhì)鐵鋁土對(duì)砷酸根吸附特性的比較研究[J].土壤學(xué)報(bào),2012,49（3）：474-480.

LI Shi-xing,LUO Yong-ming,ZHANG Hai-bo,et al.A comparative study of the different nature ferralsols arsenate adsorption characteristics[J].Journal of Soil Science,2012,49（3）：474-480.

[25]李勛官.土壤砷的化學(xué)形態(tài)及其含量[J].土壤學(xué)報(bào),1982,34（4）：360-366.

LI Xun-guan.Chemical forms of arsenic in the soil and its content[J] Journal of Soil Science,1982,34（4）：360-366.

[26]韋東甫,華珞,白玲玉,等.土壤對(duì)砷的緩沖性與砷的生物效應(yīng)及形態(tài)分布[J].土壤,1996,38（2）：94-97.

WEI Dong-fu,HUA Luo,BAI Ling-yu,et al.Soil arsenic cushioning and biological effects of arsenic and distribution[J].Soil,1996,38（2）：94-97.

[27]Ahmed Z U,Panaullah G M,Jr H G,et al.Genotype and environment effects on rice（Oryza sativa,L.）grain arsenic concentration in Bangladesh[J].Plant&Soil,2011,338（1/2）：367-382.

[28]Wang F M,Chen Z L,Zhang L,et al.Arsenic uptake and accumulation in rice（Oryza sativa L.）at different growth stages following soil incorporation of roxarsone and arsanilic acid[J].Plant&Soil,2006,285（1）：359-367.

[29]李達(dá)明.遼寧丹東不同類型金礦尾礦砷的形態(tài)和釋放研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué),2014.

LI Da-ming.Dandong form different types of gold mine tailings and release of arsenic research[D].Beijing：Chinese Geology University,2014.

[30]張培志,馮旭文,錢江初.有機(jī)質(zhì)對(duì)S1nm錳礦相金屬陽離子交換能力的影響[J].海洋學(xué)報(bào)：中文版,2002,24（5）：134-140.

ZHANG Pei-zhi,FENG Xu-wen,QIAN Jiang-chu.Organic matter on S1nm magnesium ore with a metal cation exchange capacity[J].O-ceanography：Chinese Edition,2002,24（5）：134-140.

[31]易文利.有機(jī)質(zhì)對(duì)磷素在沉積物-水-沉水植物間遷移轉(zhuǎn)化的影響[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2008.

YI Wen-li.Organic matter for P prime in the sediment-water-submerged plant migration transformation[D].Yangling：Northwest Agriculture and Forestry University,2008.

Effects of arsenic and organic matter on the speciation of phosphorus in the sediments of Yangzonghai lakeside wetland

LI Meng-ying1,ZHENG Yi1*,LIU Yun-gen1,2,HOU Lei1,2,WANG Yan1,2,LIANG Qi-bin1,2
（1.College of Environmental Science and Engineering,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China;2.Research Institute of Rural Sewage Treatment,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China）

Yangzonghai lakeside wetland located in Yunnan Province was selected as the research object,and sediment samples were collected.The contents and distribution characteristics of total arsenic（TAs）,total phosphorus（TP）and each speciation of inorganic phosphorus of these samples were determined,and the correlation analyses between contents of arsenic and organic matter（OM）and each speciation of phosphorus were conducted.It was found that the contents of TAs in the sediments were near the levelⅢvalue of environmental quality standard for soils,whereas that of TP in the sediments were affected by the manners of upstream human disturbance and the contents of TP in the sampling belt under the comprehensive disturbance of farmland and village showed the highest values.The contents of TAs and TP showed significant accumulation in the surface layer of sediment,and reduction effects both of arsenic and phosphorus could be noticed by lakeside wetland.Ca10-P was the dominant component among all the speciation of inorganic phosphorus,whereas the contents of the rest speciation of phosphorus（including active Ca2-P and Ca8-P,potential-release Al-P and Fe-P,inert O-P）were relatively lower.Both of the contents of arsenic and OM in the sediments had marked effects on the speciation of phosphorus,which was related to the competition effects of adsorption to the sediments between arsenic and phosphorus and also the changes of environmental factors.These results could provide a scientific basis for the prevention and management of Yangzonghai Lake pollution.

Yangzonghai lakeside wetland;sediments;arsenic and phosphorus;speciation of inorganic phosphorus

X53

A

1672-2043（2016）11-2171-09

10.11654/jaes.2016-0293

2016-03-08

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31560147，51469030，31460551）；西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)一級(jí)學(xué)科后備人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目

李夢(mèng)瑩（1991—），女，碩士研究生，主要從事濕地生態(tài)修復(fù)方面的研究工作。E-mail：dreamy1024lee@163.com

*通信作者：鄭毅E-mail：zhengyi@swfu.edu.cn

李夢(mèng)瑩，鄭毅，劉云根，等.陽宗海湖濱濕地沉積物砷和有機(jī)質(zhì)對(duì)磷賦存形態(tài)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,35（11）：2171-2179.

LI Meng-ying,ZHENG Yi,LIU Yun-gen,et al.Effects of arsenic and organic matter on the speciation of phosphorus in the sediments of Yangzonghai lakeside wetland[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（11）：2171-2179.