贵州草海湿地植物对沉积物中磷形态分布的影响

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贵州草海因历史原因曾遭受过大面积排水放干,导致其完整的生态结构被严重破坏。人为活动的加剧加速了草海湿地生态功能结构的退化,目前草海水质已处于轻中度富营养化状态。磷作为湿地水体富营养化的关键性限制因子之一,在水体和沉积物中以多种不同的形态存在,具有不同的迁移特性和生物有效性,对湿地水体富营养化控制至关重要。本文采用化学连续提取法对草海沉积物不同形态磷进行提取分析,根据磷形态的迁移转化特性和生物有效性对沉积物磷二次释放潜力进行充分评估;湿地植物作为草海生态功能结构中不可忽视的重要组成,对水体和沉积物中磷的地球化学行为具有重要影响,通过野外样品调查分析和室内对比培养等方式,以不同植被条件下水体和沉积物磷组分为研究对象,结合沉积物理化因子相关关系分析,讨论草海沉积物磷形态迁移转化的影响因素,可为草海水体富营养化提供合理建议。主要结果如下:(1)湿地植物系统对水体营养物质具有良好的吸收作用,在降低水体氮磷水平的同时有利于抑制水体中藻类的繁殖。不同植被类型下,草海湖区沉积物总磷(TP)平均含量为0.38±0.07 g·kg-1,剖面特征反映出草海近些年存在一定程度的受污染现象。草海沉积物有机磷(Or-p)是提取磷形态的主要组成,在水深区域(湖心)含量突出,其积累与湿地植物关系密切并对应该部分较高的潜在磷释放风险。碎屑钙磷(De-p)、闭蓄态磷(Oc-p)和自生钙磷(Aca-p)含量相对次之,在空间分布上无明显特征,对草海水体富营养化影响较小。交换态磷(Ex-p)、铝磷(Al-p)和铁磷(Fe-p)在草海沉积物磷形态中占比不大,但其赋存转化受沉积物理化因子(pH、TN和SOC等)影响明显,具有较强的迁移特性和生物利用性。(2)草海湖滨带芦苇植物体不同部位磷含量存在差异分布,呈现叶TP>茎TP>根TP的典型生物积累特征。根据芦苇磷积累特点能反映出该区域沉积物的受污染情况,建议通过定期收割芦苇等方式以减少磷流向水体的比例。芦苇根际沉积物TP含量为0.69±0.18g·kg-1,高于非根际沉积物TP含量,根系沉积物TP积累特征反映出植物生长对周围环境具有良好的磷富集作用。在空间分布上,沉积物TP分布特征反映出草海湖滨带对外源磷有一个良好的截留作用,应重视草海周边湖滨带的生态保护工作。芦苇根际沉积物磷形态含量顺序为有机磷Or-p(43.78%)>碎屑钙磷De-p(29.50%)>自生钙磷Aca-p(12.38%)>闭蓄态磷Oc-p(12.20%)>交换态Ex-p(1.75%)>铝磷Al-p(0.27%)>铁磷Fe-p(0.13%)。其中Or-p的积累主要源于芦苇残体腐烂沉积,在根际含量高于非根际。Aca-p的积累与沉积物自身性质相关,与沉积物pH呈显著正相关关系(P<0.05),其含量沿公路至湖区呈逐步递减特征。根际沉积物Ex-p含量高于非根际,含量沿公路至湖区呈逐步递减特征,其迁移转化受多重环境因子的共同影响。(3)在为期12周的室内对比培养中,湿地植物生长能有效促进上覆水体pH升高,加速界面可溶性磷酸盐(SRP)交互趋于稳定的低水平,降低水体总磷(TP)含量。植物生长能在一定程度上降低沉积物总磷(TP)水平,表明植物生长对沉积物营养物质具有良好的吸收作用,且芦苇的吸收效果优于水葱。植物生长能显著降低沉积物活性磷(Act-p)水平,与植物株高呈极显著负相关关系(P<0.01),对沉积物磷的直接释放风险控制具有重要意义;植物生长对沉积物有机磷(Or-p)的含量变化表现为轻度的影响,对沉积物非活性磷(Ina-p)含量变化无明显影响效果。
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