南淝河表層沉積物有機(jī)磷含量及形態(tài)分布特征

慈曾福 吳宏滿 王育來

摘要 [目的]明確南淝河不同采樣點(diǎn)底泥中不同形態(tài)有機(jī)磷沿程分布特征。[方法]以典型城市重污染水體—南淝河城區(qū)段表層沉積物為研究對(duì)象，采用修正的Bowman-Cole方法考察了有機(jī)磷（OP）不同形態(tài)[包括活性有機(jī)磷（LOP）、中穩(wěn)性有機(jī)磷（MSOP）、高穩(wěn)性有機(jī)磷（HSOP）和中活性有機(jī)磷（MLOP）]的分布特征。[結(jié)果]在南淝河城區(qū)段表層沉積物中，MLOP與LOP含量較高，且MLOP為有機(jī)磷的主要形態(tài)。同時(shí)，沉積物中TOC含量影響了沉積物中有機(jī)磷形態(tài)特征，TOC含量較高，MLOP與LOP含量也隨之增加。[結(jié)論]南淝河沉積物中，MLOP與LOP的含量較高，具有較大的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，且有機(jī)質(zhì)對(duì)MLOP與LOP的影響較明顯。

關(guān)鍵詞 南淝河；沉積物；有機(jī)磷形態(tài)；有機(jī)質(zhì)

中圖分類號(hào) S181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）21-0081-04

Abstract [Objective] The aim was to clear distribution patterns of different organicphosphorus fractions in the surface sediment from the Nanfei River.[Method] Distribution patterns of different organicphosphorus fractions in the surface sediment from the Nanfei River，a typical urban heavily polluted water body，were fractioned into labile organic phosphorus（LOP），moderately stabilized organic phosphorus（MSOP），highly stabilized organic phosphorus（HSOP）and moderately labile organic phosphorus using modified BowmanCole method.[Result] The content of MLOP and LOP in surface sediment of Nanfei River was high，and MLOP was the main form of organicphosphorus.Meanwhile，the content of TOC in the sediments affected the morphological characteristics of organicphosphorus in the sediments.With higher TOC content，the content of MLOP and LOP also increased. [Conclusion] The above results indicated that the content of MLOP and LOP in sediments of Nanfei River is high，which has a great potential ecological risk.Moreover organic matter has a significant effect on the two organic phosphorus forms of MLOP and LOP.

Key words Nanfei River；Sediment；Organicphosphorus fractions；Organic matter

磷作為水環(huán)境中的限制級(jí)營養(yǎng)元素，是水生動(dòng)植物賴以生存的基礎(chǔ)營養(yǎng)鹽之一，其含量對(duì)水環(huán)境、水生態(tài)都有很大的影響[1]。多年來人們控制富營養(yǎng)化水體中磷含量的策略是減少外源磷的輸入，但收效甚微，主要原因是沉積物中的磷存在二次釋放現(xiàn)象[2-3]。沉積物是水體中磷元素的“源”和“匯”，在正常水體中存在著磷的凈沉降，沉積物作為磷的“匯”；而在某些富營養(yǎng)化水體中，短時(shí)間內(nèi)磷從沉積物中釋放的量可能會(huì)超過磷沉降的量，使水體中的磷濃度保持在一個(gè)較高的水平，沉積物便成了磷的“源”。

筆者以城市重污染河流南淝河為例，通過實(shí)地沿河采集不同排口的沉積物樣品，測(cè)定沉積物基本理化指標(biāo)，然后對(duì)有機(jī)磷進(jìn)行分級(jí)提取，研究了南淝河不同采樣點(diǎn)底泥中不同形態(tài)有機(jī)磷沿程分布特征，以期為城市重污染水體沉積物有機(jī)磷形態(tài)特征研究及其內(nèi)源控制提供新思路。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南淝河是巢湖水系一大支流，發(fā)源于安徽省中部大潛山余脈將軍嶺的南部，流經(jīng)合肥市區(qū)向東南注入巢湖，全場(chǎng)約70 km，流域總面積為1 640 km2。南淝河也是巢湖流域重要的城市內(nèi)河之一，是合肥市的主要排污河道和航運(yùn)河道，其水質(zhì)對(duì)合肥市的可持續(xù)發(fā)展和城市規(guī)劃發(fā)展以及巢湖的水質(zhì)有著特殊的影響。沿途匯入多條支流，多年最大入湖流量為1 040 m3/s[4]。南淝河以 8.6% 的入湖水量貢獻(xiàn)了 21.3% 的入湖 COD、24.7% 的入湖 TP、8.9% 的入湖 TN。日益嚴(yán)重的污染降低了水體的使用功能，制約了流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，改善南淝河水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)成為亟待解決的問題。研究區(qū)域位于安徽省合肥市南淝河主城區(qū)河段，該區(qū)域人口密集，工業(yè)廢水和城市生活污水對(duì)河流水體污染嚴(yán)重，水質(zhì)多為Ⅴ類或劣Ⅴ類[5]。

1.2 樣品采集與預(yù)處理

于2015年3月，在南淝河城區(qū)段自上游往下游采集表層沉積物樣品，用于基礎(chǔ)理化指標(biāo)分析、有機(jī)磷含量測(cè)定及有機(jī)磷形態(tài)分析。所有采樣點(diǎn)均采用GPS定位。每個(gè)樣點(diǎn)采集3個(gè)平行樣。采樣點(diǎn)具體位置見圖1，采樣點(diǎn)位置及周邊環(huán)境描述見表1。

表層沉積物樣采用金屬抓取式采樣器采集，樣品采集后裝于聚乙烯塑料自封袋中并編號(hào)，放入冷藏箱帶回實(shí)驗(yàn)室。樣品帶回后進(jìn)行冷凍，再用真空干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥，然后將干燥后的樣品研磨并分別過80目、100目和200目篩，置于聚乙烯塑料自封袋中避光低溫保存。各采樣點(diǎn)上覆水的pH、DO和電導(dǎo)率采用便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀（哈希HQ40D）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

1.3 底泥有機(jī)磷測(cè)定及形態(tài)分級(jí)提取

1.3.1 底泥有機(jī)磷提取及含量測(cè)定。

先稱取0.200 0 g土樣置于離心管中，加入1 mol/L HCl溶液并在搖床上振蕩16 h；在離心機(jī)中以8 000 r/min離心10 min后達(dá)到固液分離；所得提取液即為無機(jī)磷（IP）提取液；所剩殘?jiān)萌ルx子水沖洗2次后移到坩堝中，置于馬弗爐中以450 ℃燒3.5 h；將燒好的樣品重新移至離心管中，加入20 mL 1 mol/L HCl溶液20 mL并搖勻，置于搖床上振蕩16 h，再離心后所得的上清液即為有機(jī)磷提取液。

所有提取液根據(jù)測(cè)定磷酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線適用的范圍進(jìn)行稀釋，采用鉬銻抗比色法測(cè)定磷酸鹽濃度。為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，對(duì)每個(gè)樣品做2組平行測(cè)試。

1.3.2 底泥有機(jī)磷形態(tài)分級(jí)。

采用修正的Bowman-Cole方法[6]，對(duì)南淝河底泥中的有機(jī)磷進(jìn)行提取和形態(tài)分析，將有機(jī)磷分為活性有機(jī)磷（LOP）、中活性有機(jī)磷（MLOP）、中穩(wěn)性有機(jī)磷（MSOP）和高穩(wěn)性有機(jī)磷（HSOP）。其方法與過程見圖2。

2 結(jié)果與分析

2.1 南淝河不同采樣點(diǎn)沉積物基本理化環(huán)境分析

由圖3可知，表層沉積物的pH變化不大，呈現(xiàn)中性偏弱堿性，在7.01～7.62。其中，最小值出現(xiàn)在采樣點(diǎn)S11，采樣點(diǎn)S6、S13的pH較大，分別為7.58和7.62。

沉積物的有機(jī)質(zhì)對(duì)磷的遷移釋放行為起著重要作用。由圖4可知，在研究區(qū)域中，各采樣點(diǎn)的有機(jī)碳含量（TOC）差異很大，在14.63～61.99 mg/g。采樣點(diǎn)S6、S9和S13的TOC較高，分別為54.20、56.19和61.99 mg/g，S4有機(jī)碳含量最低，為14.63 mg/g?？傮w而言，南淝河表層沉積物中TOC較高，即反映了表層沉積物有機(jī)質(zhì)的含量較高。采樣點(diǎn)S4之后的河段TOC含量（平均值為47.46 mg/g）明顯高于采樣點(diǎn)S4之前的河段（平均值為26.43 mg/g），說明南淝河從上游往市中心方向有機(jī)污染情況加重。

2.2 南淝河不同采樣點(diǎn)沉積物有機(jī)磷形態(tài)分析

由表2可知，所有的采樣點(diǎn)中，TOP的含量在114.05～722.15 mg/kg，MSOP的含量在45.23～218.89 mg/kg，HSOP的含量在38.87～187.55 mg/kg，MLOP的含量在32.12～263.13 mg/kg，LOP的含量在18.98～91.23 mg/kg。

由圖5可知，不同采樣點(diǎn)表層沉積物中不同形態(tài)有機(jī)磷的含量是不同的。S1采樣點(diǎn)為MSOP>MLOP>HSOP>LOP；S2～S5采樣點(diǎn)為MSOP>HSOP>MLOP>LOP；S6采樣點(diǎn)為HSOP>MLOP>MSOP>LOP；S7采樣點(diǎn)為MLOP>HSOP>MSOP>LOP；S8～S15采樣點(diǎn)為MLOP>MSOP>HSOP>LOP。從第7個(gè)采樣點(diǎn)到第15個(gè)采樣點(diǎn)，有機(jī)磷的主要形態(tài)都是MLOP，占TOP的比例為24.99%～37.51%；而第1個(gè)采樣點(diǎn)至第5個(gè)采樣點(diǎn)，有機(jī)磷的主要形態(tài)是MSOP，占TOP的比例為31.40%～39.51%。

各種形態(tài)有機(jī)磷的最低值都是在S4采樣點(diǎn)，這是因?yàn)镾4點(diǎn)處為雨水污水合流排口，排放量為1.8×105 t/d，排量很大。表層沉積物以砂土為主，排放的尾水對(duì)表層沉積物有一定的沖刷作用。結(jié)合沉積物理化指標(biāo)的數(shù)據(jù)，S4采樣點(diǎn)的總有機(jī)碳含量也最低，僅為14.63 mg/g，有研究表明，沉積物中有機(jī)質(zhì)含量越高，其總磷含量也就越高[7]。而根據(jù)孟凡德等[8]的沉積物的理化性質(zhì)和磷賦存形態(tài)的相關(guān)系數(shù)矩陣可知，總磷與有機(jī)磷含量高度相關(guān)。

2.3 南淝河不同采樣點(diǎn)沉積物不同磷形態(tài)與有機(jī)質(zhì)相關(guān)分析

以TOC值代表有機(jī)質(zhì)含量，計(jì)算出不同采樣點(diǎn)沉積物中有機(jī)質(zhì)與不同形態(tài)P之間的相關(guān)性。由表3可知，研究區(qū)域表層沉積物中有機(jī)質(zhì)和TP、IP、OP之間均存在顯著相關(guān)性，由此推斷，南淝河不同采樣點(diǎn)的沉積物中有機(jī)質(zhì)含量是有機(jī)磷含量的影響因素。

3 結(jié)論

南淝河研究區(qū)域河段表層沉積物的pH呈中性偏弱堿性，在7.01～7.62；TOC含量分布在14.63～61.99 mg/g；由上述指標(biāo)可以看出，南淝河各采樣點(diǎn)的理化環(huán)境存在差異，從上游往下游方向有機(jī)污染情況逐漸加重。

不同采樣點(diǎn)沉積物中不同形態(tài)有機(jī)磷的含量和組成不同。MLOP和LOP是沉積物有機(jī)磷的主要形態(tài)，且受外源污染影響較明顯。這表明南淝河沉積物中，MLOP與LOP具有較高的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

南淝河不同采樣點(diǎn)的表層沉積物中有機(jī)質(zhì)和TP、IP、OP之間均存在顯著的相關(guān)性，因此，南淝河沉積物中有機(jī)質(zhì)含量是有機(jī)磷含量的影響因素。

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