深入探究湿地沉积物磷释放风险

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1、深入探究湿地沉积物磷释放风险1研究背景　　湿地是水陆相互作用形成的特殊自然综合体，是地球上最富生物多样性的生态系统和人类最重要的生存环境之一，与森林、海洋并称为全球3大生态系统。由于在抵御洪水、控制污染、调节径流、调节气候等方面具有重要作用，也被誉为地球之肾。但是21世纪来，受经济发展、城市化过程、气候变化影响，湿地退化已成为一种全球现象，美国自殖民时期以来50%的湿地已消失，欧洲的大部分国家也损失50%以上，而我国71%湿地受到人类活动严重威胁，故退化湿地的恢复与重建尤为重要。　　磷是水体浮游植物生长的限制性因子，磷的过量输入被认为是导致水体发生富营养化的主要因素之

2、一。在湿地中，大多数外源磷通过溶解性磷吸附作用或与有机颗粒物结合在沉积物中一起沉降下来，但是沉积物对磷的吸附是有限的。当外源磷输入减少时，沉积物中吸附的磷会再次释放到上覆水中。因而沉积物内源磷的滞留是水体富营养化的一个重要，长期以往将会影响湿地水体质量，进而影响退化湿地的恢复进程。大多数研究发现，湿地沉积物磷含量及不同形态释放风险对湿地生态系统健康存在重要影响。国内外对湿地沉积物磷形态分布特征及环境意义、释放风险等进行了大量研究，如夏威夷滨海湿地，路易斯安那湿地，黄河三角洲新生湿地，盐城河口湿地等。沉积物充当了磷的汇或源，而不同形态的磷具有不同的生物有效性及释放潜能，

3、这对于退化湿地的生态恢复过程具有重大影响。因此通过研究湿地沉积物磷分布特征与赋存状态，并结合具体湿地的理化性质，明晰湿地恢复过程中沉积物不同形态磷含量及其释放风险就显得十分重要。　　2湿地沉积物磷赋存形态　　湿地沉积物中不同形态磷的分布特征及吸附解吸特性，影响着湿地生态系统功能。此外，磷的形态不同，其生物有效性也不同，进而影响湿地的生态恢复效果，尤其是湿地的植被恢复。故有必要对沉积物中磷进行分级研究。沉积物中磷形态一般大致分为有机磷(OP)与无机磷(IP)。　　(1)无机磷磷赋存形态。无机磷形态的提取又可以采用不同的化学提取剂对沉积物样品进行分级提取，其中磷的释放潜能

4、也可以通过提取的磷含量反映出来。在20世纪50年代以前，沉积物磷分级研究有所开展，但未有一套经过严格论证的完整分级体系。直到1957年，Chang和Jackson等提出较为完整和系统的无机磷分级方法，将无机磷分成Al-P(磷酸铝盐)、Fe-P(磷酸铁盐)、Ca-P(磷酸钙盐)和O-P(闭蓄态磷)。Samanta等在2015年采用此方法，对两个热带湿地沉积物磷形态进行了研究，发现惰性磷>Ca-P>Fe-P，并且还发现沉积物中生物可利用磷浓度偏高，有巨大的磷释放潜能。后来经过许多学者的修正和补充，形成了多种不同化学连续提取法，其中以欧洲标准测试委员会框架下发展

5、的磷分级方法(StandardMeasurementsandTesting，简称SMT法)应用较多。该方法将沉积物中总磷(TP)分为有机磷(OP)、无机磷(IP);又将无机磷(IP)分为氢氧化钠提取磷(NAIP或Fe/Al-P)、盐酸提取磷(AIP或Ca-P)。Gao等在2013年采用SMT法，研究了山东荣成湾滨海湿地磷的生物可利用性及释放风险，发现沉积物中IP大于OP，Ca-P是磷的主要形态，并发现在荣成湾天鹅湖西部，水华现象频繁，沉积物中生物可利用磷浓度相对偏高，沉积物中磷的释放潜能大。Lu等在2016年采用SMT法，对泉州湾河口湿地沉积物磷形态分布特征及生物可利

6、用性进行了研究，发现Fe/Al-P与IP主要受生物可利用磷影响，并且发现该区域沉积物磷污染不严重。　　(2)有机磷磷赋存形态。土壤中OP大约占全磷(TP)量的20%～80%，其中15%～60%的有机磷是不稳定性有机磷，它们通过矿化作用可以转变成供给植物直接利用的有效态磷，因而它们直接关系着土壤中可利用的有效磷量，尤其是在无机磷量较低的土壤中，有机磷的矿化就成为植物吸收磷素的重要[16]。相关研究表明，OP被认为是藻类存在下优先释放的磷形态，因此在湿地恢复过程，研究有机磷形态及生物可利用性具有重大意义。　　1978年，Boan和Cole最早提出一个比较完善的有机磷分级体

7、系，将有机磷分为4部分：活性有机磷，易矿化，易为植物吸收;中活性有机磷，较易矿化，较易为植物吸收;中稳性有机磷，较难矿化，较难为植物吸收;高稳性有机磷，很难矿化，基本不被植物吸收。Li等在2012年采用Boan-Cole有机磷分级法，对野鸭湖湿地磷形态分布特征进行了研究，发现沉积物不同形态有机磷含量大小关系为：高稳性有机磷>中稳性有机磷>中活性有机磷>活性有机磷。Ivanoff等提出活性有机磷应包括微生物量磷，他将浸提中等活性有机磷的浸提剂改成了1mol/LHCl，使得有机磷提取率得到提高，但对沉积物有机磷的分类方法上基本与Boan