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本论文选取珠江广州河段(雅岗至琶洲大桥)作为研究区域,布设10个柱状采样点,同步采集上覆水、间隙水和沉积物样品。采用标准测试程序(SMT法)分析其中磷的赋存形态、各形态磷的含量分布,并应用SPSS软件分析各形态磷及其与有机质之间的相关关系,同时根据Fick第一定律对上覆水-沉积物之间磷的交换特性进行探讨,得出以下结论:
上覆水的pH变化范围在5.8~6.3之间。高锰酸盐指数在1.74~29.67mg/L之间,40﹪的采样点超过国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅴ类水质标准。上覆水总磷(TP)为0.705~3.893mg/L,花地涌北出口的TP浓度最高:溶解态总磷(TDP)占TP 2.71~85.93﹪;可溶性正磷酸盐(PO<,4><3->-P)的变化幅度最大,占TP 0.75~30.06﹪。间隙水TP含量为1.756~5.155mg/L,最大值出现在珠江大桥东桥右岸,最小值出现在雅岗;TDP占TP 2.48~15.15﹪,较上覆水中TDP占TP的比例小得多;PO<,4><3->-P占TP 0.44~4.57﹪,比上覆水中PO<,4><3->-P占TP的比例小。
沉积物pH值为7.00~7.86,垂向变化不明显。有机质含量为14.51~79.69g/kg,大部分柱状样的有机质含量表现为表层较底层的低,中间层的含量较两端高。沉积物以粉粒(0.002~0.05mm)为主,砂粒和粘粒所占比例较小。沉积物TP在373.97~3365.46mg/kg之间,60﹪样品的TP含量在1000mg/kg以上,对水体存在较高程度的潜在威胁;无机态磷(IP)占TP 55.4~95.3﹪,沉积物中TP以IP为主;铁铝结合态磷(Fe/Al-P)占TP 52.4~94.2﹪,是沉积物磷的主要赋存形态;钙结合态磷(Ca-P)含量较低,占TP 1.0~17.6﹪,各点含量相对较稳定;有机态磷(OP)占TP 2.6~40.8﹪,主要来自农业面源污染;各形态磷含量大小基本是Fe/Al-P>OP>Ca-P。
研究区域沉积物TP、IP和Fe/Al-P的垂向变化相似,大多数柱状样由表及里先升高后降低,总体表现为中间层含量高,表层及底层含量相对较低;Ca-P的垂向变化不大,与其本地岩质自生相符合;OP的垂向变化表现为两种类型,可能与外源污染有关,外源输入较多时,OP由上往下大致呈现减少的趋势,外源输入较少时,OP由上往下大致呈现增加的趋势。沉积物TP、Fe/Al-P和OP都与有机质呈显著的正相关关系,表明铁铝磷、有机磷的来源与有机质相似,以人为来源为主;TP、Fe/Al-P和OP三者之间都呈显著相关关系,其中Fe/Al-P与TP相关性最好(R=0.994);TP含量越高,则Fe/Al-P占IP的比例越大;Ca-P与有机质及其它形态磷都不存在显著相关关系;生物可利用磷(Fe/Al-P+OP)与TP呈现极显著的相关关系,可由TP粗略估算生物可利用磷。
研究发现,表层(0-5cm)沉积物TP含量与上覆水TP含量呈显著的正相关关系(R=0.762),其Fe/Al-P含量与上覆水TP含量更为显著(R=0.798),而Ca-P、OP与上覆水TP则不存在显著相关关系。可见沉积物中的Fe/Al-P是最容易释放至上覆水的形态,表明以Fe/Al-P为主的珠江广州河段沉积物对水体富营养化具有较大的潜在威胁。
TP的扩散通量介于-0.956~0.874 mg/(m<2>·d)之间,雅岗和花地涌北出口为负值,TP由上覆水向沉积物扩散,沉积物可能是TP的蓄积库;其余各柱状样的扩散通量均为正值,TP由沉积物向上覆水扩散,沉积物成为TP的内源。
磷形态及扩散通量的研究多见于湖泊、河口及海洋等富营养化比较严重的区域,而珠江广州河段由于其自身的水文特征,在西航道已出现富营养化现象,本论文首次将SMT法应用于珠江广州河段磷形态的研究,并对河流磷的扩散通量进行尝试估算。