巢湖烔炀河沉积物磷来源的氧同位素解析

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磷是生命不可或缺的营养元素,但当其超过一定水平则可能会成为引发湖泊富营养化和水华爆发的营养盐污染物。巢湖是我国三大富营养化湖泊之一,且是典型的磷限制型湖泊。营养盐污染物主要通过入湖河流输入湖泊,在传输的过程中部分营养盐会沉降并储存在河流沉积物中,河流沉积物成为了解湖泊营养盐来源的重要载体之一。河流沉积物中不同形态磷的生物可利用性有所不同,可用于指示环境条件的变化。沉积物中不同形态磷酸盐的氧同位素组成(δ18OP)具有指示磷的来源,迁移以及转化的作用。因此,通过磷赋存形态特征和磷酸盐氧同位素组成研究巢湖入湖河流沉积物磷的来源及其迁移、转化、循环具有重要的科学意义。本研究选取受多种磷来源输入的丰乐河、烔炀河和岐阳河为研究对象,通过SMT磷形态分级提取法结合磷酸盐氧同位素技术分析、研究了入湖河流表层沉积物中不同形态磷的来源,并选择烔炀河为代表区域,利用SEDEX分级提取法将钙结合态磷细分为自生磷和碎屑磷,分析了烔炀河表层沉积物中铁结合态磷、自生磷和碎屑磷的氧同位素组成,进一步解析了烔炀河沉积物中磷的来源及其转化循环。同时,选择烔炀河入湖口处柱状沉积物为研究对象,通过SEDEX分级提取法对河口柱状沉积物中不同形态磷的垂向分布及其来源变化指示进行了研究。本论文主要研究结果、结论如下。(1)各入湖河流各样点表层沉积物不同形态磷酸盐的氧同位素值均明显偏离巢湖流域河流沉积物磷酸盐氧同位素平衡值(19.4‰–21.5‰),可以用来示踪沉积物中磷的来源及其转化循环。烔炀河表层沉积物铁氧化物结合态磷的δ18O特征主要指示了生活污水磷来源的贡献;此外,沉积物中δ18OFe/Al–Pi、δ18OFe–Pi和相关磷形态之间显著的负相关性,以及有机磷水解释放无机磷的理论计算值(12.2‰–14.6‰)接近或低于δ18OFe/Al–Pi(15.4±2.1‰)和δ18OFe–Pi(17.0±1.3‰)表明烔炀河表层沉积物中铁氧化物结合态磷可能吸附了有机磷水解释放的无机磷使其氧同位素值降低;烔炀河表层沉积物δ18OCa–Pi值趋近于生活污水和农业化肥的氧同位素值区间,表明烔炀河表层沉积物中钙结合态磷可能含有部分来源于农业化肥和生活污水中的新形成的次生钙结合态磷酸盐。烔炀河表层沉积物中碎屑磷和自生磷的含量具有良好的正相关关系,表明自生磷和碎屑磷具有相近的磷来源,而δ18ODetr–Pi值和δ18OAuth–Pi值相近且明显高于自然风化磷酸盐的δ18O值,进一步表明自生磷和碎屑磷中均包含新形成的次生钙结合态磷酸盐。(2)烔炀河入湖口柱状沉积物中总磷、无机磷、有机磷、弱吸附态磷和铁结合态磷含量都呈现随深度增加而降低的趋势,碎屑磷含量则呈现随深度增加含量略有增加的趋势,而自生磷含量尽管在垂直分布上有一定的波动性,但并无明显规律。无机磷是烔炀河入湖口柱状沉积物中磷的主要赋存形态,占总磷的平均比例为71.6±6.6%,铁结合态磷则是主要的无机磷赋存形态,占总磷的平均比例为33.9±11.2%。烔炀河入湖口柱状沉积物中较高的铁结合态磷和有机磷含量表明沉积物中磷主要来源于人为活动影响下的生活污水及农业面源排放。此外,沉积物中不同形态磷的垂向分布特征表明,烔炀河河口柱状沉积物17cm以下以自然风化的陆源磷输入为主,17cm以上磷源输入以生活污水和农业径流为主。
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