十五里河底泥磷形態(tài)和磷釋放分析

孫倩倩，方 濤，笪春年

(合肥學院 生物食品與環(huán)境學院，安徽 合肥 230000)

水體富營養(yǎng)化一直以來是我國乃至世界水環(huán)境污染的主要問題之一，巢湖富營養(yǎng)化問題也由來已久。十五里河是巢湖重要的支流之一，也是合肥市內(nèi)的一條重要的納污河道，已成為巢湖營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源之一，因此污染狀況一度十分嚴重[1]。國內(nèi)外有大量的研究表明，氮、磷元素含量超標是造成富營養(yǎng)化的根本原因，而磷是主要的限制性元素[2]。相關(guān)研究表明在磷的生物有效性與底泥磷的釋放規(guī)律等方面，磷的形態(tài)起著不同程度的作用，對河流湖泊富營養(yǎng)化問題的影響也有較大差別[3]。為了弄清與認識內(nèi)源磷負荷及其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，有必要對十五里河底泥當中的磷形態(tài)與含量開展研究，并分析其在酸、堿條件下內(nèi)源磷的釋放規(guī)律，研究結(jié)果對十五里河乃至巢湖富營養(yǎng)化的治理具有重要的參考價值[4]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

十五里河穿越合肥市主城區(qū)，發(fā)源于大蜀山東南方向的山腳下，河道彎曲，不同季節(jié)的洪枯水位變化大并且差距也較大[5]。十五里河是合肥市一條重要的納污河道，曾經(jīng)的污染狀況十分嚴重，經(jīng)過近年來不懈的治理，如今已經(jīng)有所改善，但是其富營養(yǎng)化現(xiàn)象依舊存在，已成為巢湖氮磷營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源[6]。十五里河上游采樣點附近主要為城市居民居住區(qū)，原有的一些工業(yè)污染源如工廠與化肥廠等已經(jīng)搬遷或者停產(chǎn)；中下游附近主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，主要種植生產(chǎn)的農(nóng)作物有水稻、油菜、蔬菜、棉花、大豆、小麥等，另外還有水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)、畜禽養(yǎng)殖區(qū)等[7]。

1.2 樣品采集與前處理

為研究分析十五里河底泥磷形態(tài)及含量分布情況，分別在河流的上游、中游、下游采集表層底泥（0-5cm），具體采樣點如圖1，每個采樣點采集3 個平行樣。

圖1 研究區(qū)采樣點示意圖

底泥樣品采集以后，帶回實驗室，一部分在105℃條件下放置于烘箱中烘干，然后除去植物根莖、碎石等雜物，粉碎之后再充分混勻，之后通過0.15mm的孔徑篩，最后將樣品裝入實驗室專用的干凈塑料密封袋中，貼好標簽，置于陰涼干凈處保存，用于測定底泥磷形態(tài)及其含量。另一部分底泥樣品，簡單分揀出大塊碎石、植物根莖，用于探究上覆水體在不同環(huán)境條件下底泥磷的釋放過程。

1.3 磷的測定方法

底泥中磷形態(tài)的分級提取分析采用SMT 分離法[8]，將總磷（TP）分為其他3 種形態(tài)磷（交換態(tài)磷Exch-P、鐵鋁結(jié)合態(tài)磷(Al+Fe)-P、鈣磷Ca-P）進行分析；提取之后，磷的測定均采用鉬銻抗分光光度法，每個樣品均做3 組平行樣，最終數(shù)據(jù)取3 者的平均值。

1.4 磷釋放模擬實驗方法

磷釋放模擬實驗采用的是十五里河中游采樣點的底泥，準確稱取50g 濕污泥，將其平鋪于500ml的燒杯底部。然后沿著燒杯壁緩慢加入蒸餾水至500ml刻度線,調(diào)節(jié)水樣的pH、溫度以及溶解氧。每組做2個平行樣。每隔24h 取樣1次，連續(xù)觀察25d。取樣時用移液管吸取上覆水，用鉬銻鈧分光光度法測定水中總磷[9]。每次采集水樣之后都要用蒸餾水補齊至原來刻度，防止因為體積減少而導(dǎo)致上覆水的總磷濃度偏大。

2 結(jié)果與討論

2.1 底泥磷形態(tài)及含量

2.1.1 底泥中形態(tài)特征分析

十五里河各采樣點不同形態(tài)磷含量如表1所示。

表1 十五里河各采樣點不同形態(tài)磷含量（mg/kg）

從表1 可以看出：十五里河底泥中TP 含量為85.78-265.26mg/kg，從整體上來說，在不同采樣點，十五里河底泥中4種形態(tài)磷的含量基本上都呈現(xiàn)IP>Or-P>Ca-P>(Al+Fe)-P>Exch-P的關(guān)系。

2.1.2 空間特征分析

十五里河底泥磷空間特征如圖2所示。

圖2 底泥磷空間特征

由圖2 可知，十五里河底泥中4 種形態(tài)磷在空間分布上均存在著先升高后降低的趨勢；在中游采樣點，位于濱湖會展中心地鐵口附近，靠近人群活動區(qū)與居住區(qū)，污染來源廣泛，總磷含量相對較高，其中(Al+Fe)-P 在中游底泥中的含量為95.511mg/kg，相對于上游59.600mg/kg、下游12.105mg/kg，其含量是最高的。有文獻表明，鐵鋁結(jié)合態(tài)磷是底泥向水體中釋放磷的主要來源與組成，可以看出相較于上游與下游，十五里河中游底泥在外界環(huán)境作用下，具有向水體釋放磷的巨大潛力[10]。上游、下游的采樣點都比較偏離人類活動與居住區(qū)，附近無常住人口以及活動區(qū)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)等地，污染物來源相對較少，因此污染程度較輕。特別是下游河段，正在開展河道治理工作，因此其污染程度更低。

2.2 不同環(huán)境條件對底泥磷釋放的影響

不同環(huán)境條件底泥中磷形態(tài)含量及比例變化情況如表2所示。

表2 不同環(huán)境條件底泥中磷形態(tài)含量及比例變化

2.2.1 pH對底泥磷釋放的影響

為研究在不同pH 值條件下，上覆水對底泥磷釋放的影響，本文研究了pH=5、7、9 情況下底泥磷釋放情況。由表2 可知，當pH=9 時，底泥中總磷濃度減少最多，上覆水總磷濃度最大。堿性的環(huán)境有利于底泥中磷釋放。而Or-P 不論在酸性環(huán)境還是堿性環(huán)境都減少了3%和4%。(Al+Fe)-P 在堿性環(huán)境下降顯著，可能是由于水體中OH-與Fe3+和Al3+生成了更穩(wěn)定的氫氧化物。Ca-P 在酸性環(huán)境下減少了6.27%，是因為H+對其有溶解作用；而在堿性環(huán)境下卻升高了4.37%，可能是OH-產(chǎn)生了某些化學沉淀[11]。

2.2.2 溫度對底泥磷釋放影響

本文研究了T=10℃、20℃、30℃時，上覆水對底泥磷釋放的影響。實驗結(jié)果表明，上覆水水溫越高，底泥中總磷濃度減少的越顯著。而隨著溫度升高，Or-P、(Al+Fe)-P、Ca-P 含量也不斷降低。這是由于溫度加劇了微生物的活動，活化了Or-P、(Al+Fe)-P；而溫度升高，有機質(zhì)礦化作用變強，加劇CO2產(chǎn)生，促使Ca-P溶解[12]。

2.2.3 溶解氧對底泥磷釋放影響

本文研究了好氧（DO>5mg/L）和厭氧（DO<1mg/L）環(huán)境下底泥磷釋放的影響。實驗中，根據(jù)氧化還原電位的變化可知好氧環(huán)境表現(xiàn)出強氧化性，厭氧環(huán)境表現(xiàn)為還原性。TP 在厭氧環(huán)境減少的更顯著為20%。Or-P 在好氧和厭氧的環(huán)境中都減少了16%。而(Al+Fe)-P 在好氧環(huán)境下增加了11.4%，在厭氧環(huán)境下下降了7.7%。Ca-P 在好氧和厭氧環(huán)境下都變化不大。原因是溶解氧的變化影響到水底底泥中微生物的活動，進而使底泥中磷形態(tài)發(fā)生了改變。

3 結(jié)論

1.十五里河底泥中TP含量為85.78-265.26mg/kg，對底泥中的磷進行形態(tài)分析，各形態(tài)磷平均濃度高低順序為：IP>Or-P>Ca-P>(Al+Fe)-P>Exch-P。

2.十五里河底泥中各形態(tài)磷在空間分布不同；在中游采樣點，人類活動密集，導(dǎo)致河道污染情況相對嚴重一些，上游、下游的采樣地點污染程度較輕。

3.不同環(huán)境條件上覆水體對河流湖泊底泥磷釋放過程的影響，溶解氧對底泥中磷釋放的影響較為顯著，溫度和pH 次之。其中Or-P、(Al+Fe)-P 受環(huán)境影響較大，而Ca-P相對來說比較穩(wěn)定。