东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征

廖剑宇，王圣瑞，杨苏文，储昭升，金相灿，张 宇，3，曾清如

1.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128

2.中国环境科学研究院湖泊创新基地，国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，北京 100012

3.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019

东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征

廖剑宇1，2，王圣瑞2*，杨苏文2，储昭升2，金相灿2，张 宇2，3，曾清如1

1.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128

2.中国环境科学研究院湖泊创新基地，国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，北京 100012

3.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019

以选自东部平原3种不同类型8个浅水湖泊的18个表层沉积物样品为研究对象，运用分级提取法，研究了沉积物中有机磷(OP)质量分数、形态及其分布状况，并探讨了OP组分与湖泊富营养化的关系.结果表明：东部平原湖泊沉积物中w(OP)为65.2～539.2 mg/kg，占w(TP)的19.9% ～40.6%，污染程度高的沉积物w(OP)高于污染程度较轻的沉积物.沉积物中各形态有机磷主要以中活性有机磷(MLOP)与非活性有机磷(NLOP)为主，不同类型湖泊沉积物中各形态w(OP)顺序均为城市湖泊＞大型养殖型湖泊＞大型自然湖泊.城市湖泊与养殖型湖泊以NLOP为主，其相对含量达到50%以上;而大型自然湖泊以生物有效性有机磷(LOP+MLOP)为主，其相对含量为54.6% ～61.6%，表明沉积物中有机磷分布状况与湖泊污染程度和人类活动紧密相关.酸提取有机磷质量分数〔w(HCl-Po)〕为10.5～200.9 mg/kg，在不同污染程度湖泊沉积物中差异明显，其和总有机磷(Po)的比值〔w(HCl-Po)/w(Po)〕与湖泊水质指标呈显著正相关(P＜0.01)，与沉积物w(TP)，w(OP)，w(LOP)及w(MLOP)也均呈显著正相关(P＜0.01)，即沉积物中的HCl-Po可能是湖泊水体磷的重要来源，沉积物中w(HCl-Po)/w(Po)可以反映湖泊的富营养化程度.

湖泊;沉积物;有机磷;分布特征;富营养化

沉积物是湖泊营养盐的重要富集库，点源排放的污水、非点源污染地表径流的注入以及湖泊水生生物的死亡堆积，导致营养物在湖泊沉积物中不断累积，容易形成湖泊内源负荷.研究表明，湖泊沉积物中营养盐的特征及其赋存形态在一定条件下可以成为湖泊富营养化的主导因素［1］，而湖泊沉积物中的磷对湖泊系统的初级生产力和湖泊的营养状况有重要影响.湖泊沉积物中磷的释放是维持浅水湖泊富营养化水平的重要因素［2］，其释放潜力(即活性)、迁移能力和生态效应均取决于磷在沉积物中的赋存形态［3］.目前，对湖泊沉积物中磷的赋存形态多集中于无机磷及其生物有效性的研究方面［4-5］，而对湖泊沉积物中有机磷的研究还鲜见报道.事实上，有机磷也是沉积物中重要的活性组分.王雨春等［6］对云贵高原红枫湖和百花湖沉积物磷形态的研究表明，有机磷可占总磷的50%以上.有机磷可以经磷酸酶水解、细菌降解或光解等作用后快速转化成生物有效性磷，从而维持浮游生物的生长［7］;而对湖泊沉积物磷化合物组成发现，磷酸脂类等有机磷组分的矿化和再循环作用为浮游藻类提供了重要的磷源，对湖泊水体富营养化的发生产生了重要影响［8］.

东部平原是我国湖泊富营养化最严重的区域［9］，其湖泊中的大部分都是浅水湖泊，因此对该区域不同类型湖泊沉积物中有机磷特征的研究具有重要的理论和实践意义.应用 IVANOFF等［10］的提取方法，对东部平原湖区8个浅水湖泊表层沉积物中的有机磷进行分级提取，研究了不同类型湖泊沉积物中有机磷的质量分数、赋存形态及其分布特征，并结合湖泊沉积物理化性质和湖泊水质状况，探讨了有机磷组分与湖泊富营养化的关系，为进一步研究浅水湖泊沉积物磷的生物地球循环规律，揭示浅水湖泊富营养化发生机制提供理论依据.

1 研究区域概况

东部平原湖区位于中国大陆的第三台阶，地势低平多浅洼地.该区域湖泊的形成大多受海平面升降和江河水系的作用，湖泊大多较浅，平均水深普遍在1～6 m，东部平原地区湖泊大多地处温带地区，是湖泊最易发生富营养化的地带，太阳辐射和温度最适合浮游植物的生长［11］.东部平原湖泊地区是我国开发历史较早的区域，而沿湖地带是开发的重点，尤其是近年来，该地区经济高速发展，大量污染物未经处理即排入湖泊，因此，受自然与人为因素的影响，东部平原地区已成为我国富营养化湖泊集中分布区［12］.

根据对东部平原区10 km2以上的100个湖泊的调查结果，结合前人的研究成果［13］以及湖泊污染物的来源、功能及环境特征，选择了包括武汉东湖、岳阳南湖、大通湖、军山湖、洪湖、太湖、洞庭湖和鄱阳湖在内的8个湖泊进行研究，涉及东部平原地区8个湖泊及采样点位置见图1.其中，武汉东湖和岳阳南湖为城市湖泊，这类湖泊作为城市饮水源和风景游览地，同时也是工农业、生活等混杂污水的排放地，因其水深浅、流动性差、底泥营养负荷加重且极易受环境影响，导致水体普遍呈富营养化特征［14］;大通湖、军山湖和洪湖属于养殖型湖泊，这类湖泊主要受到养殖活动等的影响，由于常年网箱养殖，有机饵料、动植物残体等营养物和有机物的增加，导致湖泊淤泥增加、面积减小，部分原本水草繁茂、生物多样性较高的草型湖泊向藻型、沼泽化湖泊过渡，底泥营养负荷较重，水体大部分呈富营养化特征［15］;太湖、洞庭湖和鄱阳湖属于大型自然湖泊，为我国主要的淡水湖，这类湖泊湖区面积较大，受工农业的影响不及城市、养殖型湖泊，水体流动变幅巨大，自净能力较强，湖区底泥营养负荷较轻，除太湖梅梁湾外水质基本呈中营养水平［16］.

2 材料与方法

2.1 样品的采集与分析

于2007—2008年，在东部平原8个湖泊，现场用柱状采样器采集表层10 cm的沉积物样品18个，混合均匀后置于封口塑料袋中，在冰盒中存放，带回实验室.沉积物样品经冷冻干燥，分散、研磨、过筛100目(0.149 mm)后，置于密封袋中，保存备用.同时用2.5 L采水器采集表层湖水样品，加入少量浓H2SO4冷藏保存带回实验室分析，具体采样点位置见图1(b).

2.2 沉积物的理化性质

图1 湖泊及采样点位置Fig.1 Location of the lake and sampling sites

采用 SMT协议法［17］测定总磷(TP)、无机磷质量分数(w);有机磷(OP)质量分数则通过总磷与无机磷质量分数之间的差值计算得到;经浓H2SO4-CuSO4-Se催化消煮后，用KDY-9820型凯氏定氮仪测定沉积物总氮(TN)质量分数;采用经典重铬酸钾法［18］测定有机质(OM)质量分数;采用 EDTA-铵盐快速法［19］测定阳离子交换量(CEC).上覆水TP，TN，叶绿素 a(chla)和 CODMn质量浓度(ρ)的测定分别采用钼酸铵比色法、碱性过硫酸钾紫外分光光度法、光密度分光光度法和酸性滴定法［20-21］.

2.3 沉积物有机磷各形态

有机磷形态分级提取采用 IVANOFF等［10］的方法，将沉积物中的有机磷分为3种形态：活性有机磷用0.5 mol/L NaHCO3(pH为8.5)萃取16 h，主要为吸附于沉积物的松散磷;中活性有机磷由1 mol/L HCl萃取有机磷与0.5 mol/L NaOH萃取出来的富里酸磷组成;非活性有机磷则包括0.5 mol/L NaOH提取出来的胡敏酸磷，以及沉积物灼烧后1.0 mol/L H2SO4提取出来的残渣态有机磷.为了保证各步骤的提取效率，每一步均重复多次，直到该步骤最后一次的提取量低于提取总量的10%以下，连续提取过程中提取液磷的测定均采用钼蓝比色法.

试验所用药品均为分析纯，试验用水为去离子水(＞18 MΩ)，所有器皿均用0.3%HCl溶液浸泡过夜，再用去离子水清洗.运用 Excel 2003和 SPSS 16.0 for Windows程序进行数据处理.

3 结果与分析

3.1 沉积物营养盐质量分数

沉积物基本特征如表1所示.由表1可见，样品中w(OM)为1.1% ～6.27%，其最大值为武汉东湖的WD-2采样点，最小值为太湖的T-2采样点，最大值与最小值相差 6倍;沉积物中w(TN)为0.80% ～5.06%，最大值为武汉东湖的WD-2采样点，最小值为鄱阳湖的 PY-2采样点，变化范围及趋势与w(OM)基本相近;CEC为 40.45～258.44 mmol/kg，最大值为岳阳南湖，最小值为太湖的T-3采样点.该结果与东部平原湖泊富营养化程度是一致的［22］，污染严重的湖泊沉积物营养盐质量分数均大于污染较轻的湖泊.

沉积物中w(TP)是反映湖泊富营养化程度的重要指标之一.该研究16个表层沉积物中w(TP)差异均很大，w(TP)为 327.0～1 760.7 mg/kg，平均值为 800.6 mg/kg，总体上不同类型湖泊w(TP)顺序为城市湖泊 ＞养殖型湖泊 ＞大型自然湖泊，其中武汉东湖沉积物中w(TP)最高，达到1 760.7 mg/kg.根据刘鸿亮等［23］的研究，将沉积物分为严重污染〔w(TP)＞1 000 mg/kg〕、中度污染〔500 mg/kg≤w(TP) ≤1 000 mg/kg〕和未污染〔w(TP) ≤500 mg/kg〕3类：①岳阳南湖、武汉东湖和大通湖，这类湖泊主要为城市、养殖型湖泊，沉积物中w(TP)均在1 000 mg/kg以上;②太湖梅梁湾、鄱阳湖入湖口、洞庭湖、洪湖和军山湖，这类湖泊主要为养殖型湖泊，沉积物中w(TP)在500～1 000 mg/kg;③东太湖、太湖贡湖湾、鄱阳湖主航道和洞庭湖主航道，这类湖泊均为大型自然湖泊，沉积物中w(TP)均在500 mg/kg以下.w(OP)为 65.2 ～539.2 mg/kg，占w(TP)的19.9%～42.3%.不同污染程度湖泊沉积物中w(OP)与w(TP)变化趋势相一致，污染程度高的湖泊沉积物中w(OP)高于污染程度较轻的湖泊，严重污染湖泊沉积物中w(OP)为352.8～539.2 mg/kg，中度污染湖泊为143.7～346.4 mg/kg，未 污 染 湖 泊 为 65.5～124.5 mg/kg，严重污染湖泊沉积物中w(OP)分别是中度污染、未污染湖泊的1.7和4.2倍.

表1 沉积物基本理化特征Table 1 Physicochemical characteristics of the sediment samples

3.2 沉积物中各形态有机磷的质量分数及分布

不同污染程度、不同污染类型导致了湖泊各形态有机磷差异很大，研究区域内沉积物中各形态有机磷的质量分数及分布情况见图2，3.分析图2，3表明，沉积物中的OP主要以MLOP与NLOP为主，二者的质量分数之和能达到w(TP)的90%左右，其中w(MLOP)为 31.5～241.1 mg/kg，占w(TP)的40.7% ～52.9%，平均值为113.5 mg/kg;w(NLOP)为26.2～247.4 mg/kg，占w(TP)的40.6% ～54.0%，平均值为113.6 mg/kg，而沉积物中活性有机磷质量分数〔以w(LOP)表示〕最低，处于5.0～32.3 mg/kg，占w(TP)的 4.0% ～7.4%，平均值为13.5 mg/kg.不同类型湖泊各形态有机磷质量分数顺序均为城市湖泊＞养殖型湖泊＞大型自然湖泊，各湖泊w(LOP)顺序为岳阳南湖＞武汉东湖＞军山湖 ＞洪湖 ＞大通湖 ＞洞庭湖 ＞太湖 ＞鄱阳湖，w(MLOP)顺序为岳阳南湖＞武汉东湖＞大通湖＞洪湖＞军山湖＞洞庭湖 ＞太湖＞鄱阳湖，w(NLOP)顺序为岳阳南湖＞武汉东湖＞军山湖＞大通湖＞洪湖＞洞庭湖＞太湖 ＞鄱阳湖.研究表明，各形态有机磷质量分数随着湖泊污染程度的增加而增加，这与梁海清等［24］对长江中下游4个不同污染程度湖泊的研究结果基本一致;在对土壤有机磷的研究中也发现，有机肥的增加可以活化土壤中难溶性磷化物，提高各形态有机磷含量［25］.城市湖泊、养殖型湖泊各形态有机磷质量分数均大于大型自然湖泊，这可能与近年来湖泊受到越来越严重的外来有机污染有关，人类活动的加剧与工业的快速发展是导致湖泊富营养化的一个重要因素，说明湖泊沉积物中的有机磷不仅受到湖泊内源污染的控制，外源污染的影响也同样不容忽视.

图2 湖泊沉积物各形态有机磷质量分数的分布Fig.2 Distribution of organic phosphorus forms in the lake sediment samples

图3 不同类型湖泊沉积物各形态有机磷质量分数的分布Fig.3 Distribution of organic phosphorus forms in different types of lake sediment samples

根据湖泊中各形态有机磷质量分数与有机磷质量分数的比值确定各湖泊有机磷的相对含量.结果表明，城市湖泊与养殖型湖泊的OP以NLOP为主，而大型自然湖泊的 OP以 LOP与 MLOP为主，岳阳南湖、武汉东湖等城市湖泊w(LOP)占w(OP)的4.0%～4.9%，大通湖等养殖型湖泊中w(LOP)占w(OP)的比例与城市湖泊相近，而太湖、洞庭湖和鄱阳湖等大型自然湖泊中w(LOP)占w(OP)的比例均大于前人报道的土壤中w(LOP)占w(OP)的比例(7%)［26］.前人对土壤和湖泊沉积物的研究发现，LOP与MLOP是植物可利用磷的主要来源，而近期沉积的LOP组分则是富营养化湖泊磷释放的主力［27］，沉积物中的 LOP在一定条件下可矿化或水解成为溶解态的活性磷，当水体中活性磷质量分数降低时会促进水体中活性较高的有机磷的转化［28］，该研究自然湖泊沉积物中生物有效性有机磷(LOP+MLOP)相对含量为 54.6% ～61.6%，自然湖泊相对含量均高于城市湖泊和养殖型湖泊，这与JIN等［29］对不同污染程度湖泊沉积物的研究结果一致.w(LOP)在w(OP)中所占比例的差异表明，污染严重的城市、养殖型湖泊的沉积物通过矿化作用释放到水体中有机磷的含量大于污染较轻大型自然湖泊，对湖泊水体富营养化影响更大.污染严重的城市、养殖型湖泊的沉积物中w(NLOP)占w(OP)的比例均大于50%，而大型自然湖泊的沉积物中w(NLOP)占w(OP)的比例为39.4% ～45.2%，NLOP的分布与不同类型湖泊水动力条件及富集有机质的矿化降解有关，沉积物中的NLOP主要以腐殖质结合态的形式存在，含量相对稳定，大型自然湖泊水动力条件较强，如太湖有多条河流连汇，而鄱阳湖与洞庭湖均属于季节性吞吐湖泊，水体流动性大，水体中磷和有机质的寄宿时间较长，磷的迁移转化速率快，导致有机磷组分不易沉积，而城市、养殖型湖泊水动力条件相对稳定，风浪搅动影响较小，可降解有机磷组分易于沉积;沉积物中w(OM)的高低也是影响湖泊w(LOP)差异的一个重要因素，城市湖泊主要受工业废水及生活污水的影响，导致沉积物中w(OM)高，养殖型湖泊中鱼类、贝类、藻类的死亡残体、代谢废物、残饵等也含有丰富的有机质，这些高有机质中可被降解沉积的有机磷组分远大于其能矿化降解组分，在水交换能力较弱的情况下，它们被颗粒物吸附后以有机质的形式进入沉积相，导致沉积物的组成发生改变，所以难降解的有机磷组分大多容易沉积下来［30］，而大型自然湖泊有机质含量偏低，在水交换能力较强的情况下，可矿化的有机磷组分大于可降解组分.ZHANG等［31］研究发现，NLOP只是化学溶解上的相对“惰性”，在一定条件下，主要组分(如植酸态磷)可以被微生物及植物吸收利用，其仍具有潜在的生物活性，严重污染的城市、养殖型湖泊比污染较轻的大型自然湖泊的沉积物中w(NLOP)占w(OP)的比例高，这说明了 NLOP对于湖泊富营养化同样产生了重要影响.

3.3 沉积物中各形态有机磷的相互关系及影响因素

分析沉积物及土壤中各形态有机磷之间的关系以及它们与沉积物的某些理化性质之间的相关关系，对于更进一步认识各形态有机磷的分布特征意义重大.沉积物中各形态有机磷的质量分数及与沉积物理化性质的相关关系如表2所示.由表2可见，w(TP)与w(OP)呈显著正相关(R=0.76，P＜0.01)，说明沉积物中w(TP)和w(OP)在来源上具有较好的一致性.各形态有机磷质量分数与w(OP)均呈显著正相关〔w(LOP)，R=0.76;w(MLOP)，R=0.86;w(NLOP)，R=0.80;P ＜0.01〕，各形态有机磷质量分数之间同样呈显著正相关，w(MLOP)与w(LOP)的相关性高于与w(NLOP)的相关性，表明表层沉积物中各形态有机磷的转化过程可能主要由MLOP向LOP进行，其主要机理有待深入研究.

各形态有机磷质量分数与w(OM)和w(TN)均呈显著正相关〔w(LOP)，R=0.87;w(MLOP)，R=0.84;w(NLOP)，R=0.76;P ＜0.01〕，这与前人的研究成果［31-32］一致.一般而言，河湖生态系统内有机磷主要来自于陆源、海源和自生相有机磷的混合输入，并且沉积物中的有机磷主要受有机质的控制［33］. 李军等［34］在对太湖五里湖的研究发现，沉积物在早期成岩作用过程中，湖泊内源自身有机质发生降解时优先释放有机磷，可降解有机磷部分可以在早期成岩过程中随有机质的降解而释放甚至向其他结合态磷转化，在沉积物-水界面附近，富集有机质因物理化学及微生物的共同作用［35］，可能导致有机磷被释放，进一步矿化后进入上覆水体，类似于土壤中有机化肥的施入可使土壤w(OP)升高，从而使土壤有机磷库发生再分配［36］.阳离子交换量与活性较低形态的有机磷质量分数相关性高，这是由于沉积物表面胶体中有机交换基主要由腐殖质酸构成，而LOP则提供了更多的有机交换基，在沉积物表面形成了更多的可交换的有机无机复合体.

表2 有机磷各形态之间及其与沉积物理化性质指标的相关关系Table 2 Correlations of various organic phosphorus forms and sediment physicochemical indexes

3.4 沉积物有机磷形态与湖泊富营养化的关系

利用EDTA法分析沉积物磷形态时发现，湖泊表层沉积物中酸提取有机磷(HCl-Po)含量与总有机磷(Po)含量的比值可以大致反映湖泊富营养化水平的差异［37］，孙晓航等［38］对太湖沉积物磷形态的研究也发现类似结果.虽然提取方法不同，但该研究中对各形态有机磷的研究发现，酸提取有机磷质量分数与总有机磷质量分数的比值〔w(HCl-Po)/w(Po)〕同样具有明显的差异性，同时与湖泊的富营养化污染程度密切相关，如严重污染的武汉东湖、岳阳南湖其值均大于0.3，未污染的大型自然湖泊太湖(除梅梁湾外)、洞庭湖、鄱阳湖湖区在0.2左右，而养殖型湖泊则基本介于0.2～0.3之间(见图4).根据w(HCl-Po)/w(Po)与上覆水体中ρ(TP)，ρ(TN)，ρ(chla)和ρ(CODMn)的相关性分析发现，w(HCl-Po)/w(Po)大小与湖泊水质污染水平基本一致，表明HCl-Po可能是湖泊水体磷的重要来源，w(HCl-Po)/w(Po)可以很好地反映湖泊富营养化水平，能够为今后湖泊水环境质量标准的制订及湖泊水体富营养化的评价与预测研究提供新的理论依据.

图 4 w(HCl-Po)/w(Po)与水体w(TP)，w(TN)，w(chla)和CODMn指数的相关关系Fig.4 Correlations between HCl-Po/Po and concentrations of total phosphorus，total phosphorus，chla and CODMn in water

HCl-Po是MLOP的主要组成部分，其化学组分主要以磷酸酯、磷脂、核酸、磷蛋白和磷酸糖类为主［39］，多为易分解的生物大分子，稳定性差，在一定条件下可水解或矿化［40］，分解为溶解性的小分子有机磷或溶解性磷酸根，通过孔隙水迁移扩散，具有潜在的生物有效性.INGALL等［41-42］分别运用31P核磁共振波谱法调查了海洋与江口沉积物中磷的组成发现，磷酸酯类是所有沉积物中有机磷的主要部分;HERNANDEZ等［43］对一个温带中等富营养化的湖泊的研究发现，磷酸单酯提供了藻类40%以上的磷需求;而MONBET等［44］利用酶水解技术发现，水体可酶解磷中约有60%的磷酸单酯和双酯磷被降解.这些研究进一步表明，酸可提取有机磷对湖泊环境的威胁性.该研究w(HCl-Po)为 10.5～200.9 mg/kg，占w(MLOP)的 32.2% ～83.3% ，占w(TP)的3.2%～14.9%.污染严重的城市湖泊及污染较重的养殖型湖泊的w(HCl-Po)均在100 mg/kg以上，而大型自然湖泊为13.4～51.7 mg/kg.对湖泊沉积物中w(HCl-Po)与湖泊的基本理化性质进行相关性分析(见图 5)发现，w(HCl-Po)与w(TP)，w(OP)，w(LOP)及w(MLOP)均呈显著正相关〔w(TP)，R=0.91;w(OP)，R=0.97;P ＜0.01〕，可见HCl-Po与湖泊磷库间关系紧密，与湖泊污染程度密切相关，特别是与活性较高的有机磷组分的相关性高，说明其具有较高的潜在生物活性，在一定条件下可以转化为生物可利用性磷，如小分子磷脂类磷经酶水解后能被浮游植物直接利用，而分子量较大的核酸、磷蛋白等组分在矿化作用下重新参与湖泊养分循环，其迁移转化可能是导致湖泊富营养化的一个重要过程，今后应重视对湖泊沉积物酸可提取有机磷的研究.

图 5 w(HCl-Po)与沉积物w(TP)，w(OP)，w(LOP)及w(MLOP)的相关关系Fig.5 Correlations between concentration of HCl-Po and concentrations of total phosphorus，total organic phosphorus，labile and moderately labile organic phosphorus in sediments

4 结论

a.研究区域内w(TP)为327～1 929 mg/kg，总体上不同类型湖泊w(TP)顺序为城市湖泊＞养殖型湖泊 ＞大型自然湖泊;w(OP)为 65.2～539.2 mg/kg，占w(TP)的19.9% ～40.6%.不同污染程度湖泊中的沉积物w(OP)与w(TP)变化趋势相一致，总体上不同类型湖泊沉积物中w(OP)顺序为城市湖泊＞养殖型湖泊＞大型自然湖泊;

b.沉积物中各形态有机磷主要以MLOP与NLOP为主，各形态有机磷质量分数随着湖泊污染程度的增加而增加，不同类型湖泊各形态有机磷质量分数顺序为城市湖泊＞养殖型湖泊＞大型自然湖泊;城市湖泊与养殖型湖泊以NLOP为主，而大型自然湖泊以活性较高的OP(LOP+MLOP)为主.

c.酸提取有机磷(HCl-Po)是MLOP的主要组成部分，不同污染程度湖泊沉积物中w(HCl-Po)差异明显，并且与水体w(TP)，w(TN)，w(Chla)，以及CODMn指数呈显著正相关，表明HCl-Po可能是湖泊水体磷的重要来源，w(HCl-Po)/w(OP)可以很好地反映湖泊的富营养化程度;w(HCl-Po)与沉积物w(TP)，w(LOP)及w(MLOP)均呈显著正相关，表明HCl-Po的迁移转化可能是湖泊富营养化的一个重要过程，今后应重视对湖泊沉积物中HCl-Po的研究.

［1］ FRINK C R.Nutrient budget：rational analysis of eutrophication in a Connecticut lake［J］.Environ Sci Technol，1967，1(5)：425-428.

［2］ SØNDERGAARD M，WINDOLF J，JEPPESEN E.Phosphorus fractions and profiles in the sediment of shallow Danish Lakes as related to phosphorus load，sediment composition and lake chemistry［J］.Water Res，1996，30(4)：992-1002.

［3］ RUTTENBERG K C.Development of a sequential extraction method for different forms of phosphorus in marine sediments［J］.Limnol Oceanogr，1992，37(7)：1460-1482.

［4］ 金相灿，庞燕，王圣瑞，等.长江中下游浅水湖沉积物磷形态及其分布特征研究［J］.农业环境科学学报，2008，27(1)：279-285.

［5］ 李江，金相灿，姜霞，等.太湖不同营养水平湖区沉积物理化性质和磷的垂向变化［J］.环境科学研究，2007，20(4)：64-69.

［6］ 王雨春，马梅，万国江，等.贵州红枫湖沉积物磷赋存形态及沉积历史［J］.湖泊科学，2004，16(1)：21-27.

［7］ BALDWIN D S，BEATTIE J K，COLEMAN L M，et al.Hydrolysis of an organophosphate ester by manganese dioxide［J］.Environm Sci Technol，2001，35(4)：713-716.

［8］ REITZEL K， AHLGREN J， DEBRABANDERE H，et al.Degradation rates of organic phosphorus in lake sediment［J］.Biogeochemistry，2007，82(1)：15-28.

［9］ 赵生才.我国湖泊富营养化的发生机制与控制对策［J］.地球科学进展，2004，19(1)：138-140.

［10］ IVANOFF D B， REDDY K R， ROBINSOM S.Chemical fractionation of organic phosphorus in selected histosols［J］.Soil Science，1998，163(1)：36-45.

［11］ 张运林，秦伯强，黄群芳.东部平原地区湖泊富营养化的演变及区域分析［J］.上海环境科学，2002，21(9)：549-553.

［12］ 马经安，李红清.浅谈国内外江河湖库水体富营养化状况［J］.长江流域资源与环境，2002，11(6)：575-578.

［13］ 窦鸿身，王苏民，姜加虎，等.中国湖泊综合分类原则、级别划分及分类程序之初探［J］.湖泊科学，1996，8(2)：174-178.

［14］ 彭俊杰，李传红，黄细花.城市湖泊富营养化成因和特征［J］.生态科学，2004，23(4)：370-373.

［15］ 刘家寿，崔奕波，刘建康.网箱养鱼对环境影响的研究进展［J］.水生生物学报，1997，11(2)：154-157.

［16］ 王苏民，窦鸿身.中国湖泊志［M］.北京：科学出版社，1998.

［17］ RUBAN V，BRIGUALT S，DEMARE D，et al.An investigation of the origin and mobility of phosphorus in freshwater sediments from Bort-Les-Orgues Reservoir，France［J］.J Environ Monit，1999，1(4)：403-407.

［18］ 鲍士旦.土壤农化分析［M］.3版.北京：中国农业出版社，2000.

［19］ 中国科学院南京土壤所.土壤理化分析［M］.上海：上海科技出版社，1978：73-92.

［20］ 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京：中国环境科学出版社，2002.

［21］ 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范［M］.2版.北京：中国环境科学出版社，1990.

［22］ 孟凡德，姜霞，金相灿.长江中下游湖泊沉积物理化性质的研究［J］.环境科学研究，2004，17(S1)：24-29.

［23］ 刘鸿亮，金相灿，荆一风.湖泊底泥环境疏浚工程技术［J］.中国工程科学，1999，1(1)：81-84.

［24］ 梁海清，王圣瑞，金相灿，等.不同污染程度沉积物不同粒级有机磷形态及其分布［J］.中国农学通报，2007，23(3)：380-385.

［25］ 孟庆华，李根英.山东省主要土类的有机磷及其与磷酸化酶和解磷微生物的相关性研究［J］.土壤通报，2006，37(1)：84-87.

［26］ BOWMAN R A， COLE C V.An exploratory method for fractionation of organic phosphorus from grassland soils［J］.Soil Science，1978，125(2)：95-101.

［27］ GONSIORZYK T， CASPER P， KOSCHEL R.Phosphorusbinding forms in the sediment of an oligotrophic and an eutrophic hardwater lake of the Baltic Lake District(Germany)［J］.Water Sci Technol，1998，37(3)：51-58.

［28］ TURNER B L， MCKELVIE I D， HAYGARTH P M.Characterization of water-extractable soil organic phosphorus by phosphatase hydrolysis［J］.Soil Biology Biochem，2002，34(1)：27-35.

［29］ JIN X C，WANG S R，CHU J Z，et al.Organic phosphorus in shallow lake sediments in middle and lower reaches of the Yangtze River area in China［J］.Pedosphere，2008，18(3)：394-400.

［30］ 王迪迪，孙耀，石晓勇，等.乳山湾东流区沉积物中不同形态磷的分布特征［J］.生态学报，2008，28(5)：2417-2423.

［31］ ZHANG R Y，WU F C，LIU C Q，et al.Characteristics of organic phosphorus fractions in different trophic sediments of lakes from the middle and lower reaches of Yangtze River region and Southwestern Plateau，China［J］.Environ Pollut，2008，152(2)：366-372.

［32］ 高海鹰，刘韬，丁士明，等.滇池沉积物有机磷形态分级特征［J］.生态环境，2008，17(6)：2137-2140.

［33］ FANG T H.Partitioning and behavior of different forms of phosphorus in the Tanshui estuary and one of its tributaries，Northern Taiwan［J］.Estuar，Coast Shelf Sci，2000，50(5)：689-701.

［34］ 李军，刘丛强，王仕禄，等.太湖五里湖表层沉积物中不同形态磷的分布特征［J］.矿物学报，2004，24(4)：405-410.

［35］ ANSCHUTZ P，CHAILLOU G，LECROART P.Phosphorus diagenesis in sediment of the Thau Lagoon［J］.Estuar，Coast Shelf Sci，2007，72(3)：447-456.

［36］ ZHANG Y S，NI W Z，SUN X.Influence of organic manure on organic phosphorus fraction in soils［J］.Pedosphere，1993，3(4)：361-369.

［37］ 黄清辉，王东红，王春霞，等.沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系［J］.中国环境科学，2003，23(6)：583-586.

［38］ 孙晓航，张昱，杨敏，等.太湖悬浮物磷的形态分布特征［J］.安全与环境学报，2005，5(4)：19-23.

［39］ AHLGREN J，REITZEL K，DANIELSSON R，et al.Biogenic phosphorus in oligotrophic mountain lake sediments：differences in composition measured with NMR spectroscopy［J］.Water Res，2006，40(20)：3705-3712.

［40］ KRUUSEMENT K，PUNNING JM.Distribution of phosphorus in the sediment core of hypertrophic Lake Ruusmaee and some palaeoecological conclusions［J］.Proceedings of the Estonian Academy of Sciences，Biology Ecology，2000，49(2)：163-176.

［41］ INGALL E D，SCHROEDER P A，BERNER R A.The nature of organic phosphorus in marine sediments：new insights from 31P NMR［J］.Geoch et Cosmoch Acta，1990，54：2617-2620.

［42］ SUNDARESHWAR P V，MORRISJ T，PELLECHIA P J，et al.Occurrence and ecological implications of pyrophosphate in estuaries［J］.Limnol Oceanogr，2001，46(6)：1570-1577.

［43］ HERNANDEZ I，CHRISTMAS M，YELLOLY J M，et al.Factors affecting surface alkaline phosphatase activity in the brown alga focus spiralis at a North Sea inter tidal site(Tyne sands，Scotland)［J］.J Phycol，1997，33(3)：569-575.

［44］ MONBET P，MCKELVIE I D，SAEFUMILLAH A，et al.A protocol to assess the enzymatic release of dissolved organic phosphorus species in waters under environmentally relevant conditions［J］.Environl Sci Technol，2007，41(21)：7479-7485.

Characteristics of Organic Phosphorus in Different Forms of Lake Sediments from East Plain Region

LIAO Jian-yu1，2，WANG Sheng-rui2，YANG Su-wen2， CHU Zhao-sheng2，JIN Xiang-can2，ZHANG Yu2，3，ZENG Qing-ru1

1.College of Resources＆ Environment，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China
2.State Environmental Protection Key Laboratory For Lake Pollution Control，Research Center of Lake Environment，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China
3.College of Ecology＆ Environmental Science，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010019，China

Eighteen surface sediment samples taken from eight shallow lakes belonging to three different types in the eastern plain region of China were chosen to investigate their contents，forms and distribution characteristics of organic phosphorus(OP).The relationships between the OP fractions in sediments and their lake eutrophication were also discussed.The results showed that the contents of OP ranged from 65.2 to 539.2 mg/kg，accounting for 19.9%to 40.6%of w(TP)，which were higher in the heavily polluted sediments than those in the lightly polluted ones.The main forms of OP in the sediments from the eight lakes were moderately labile organic phosphorus(MLOP)and nonlabile organic phosphorus(NLOP).Their contents varied greatly，and the rank order from different type of lakes was urban lakes＞farmings lake＞large lakes.The NLOP was the main organic phosphorus form for the sediments from the urban lakes and the farming lakes，the content of which accounted for above 50%of w(TP).However，the main organic phosphorus form of the sediments from the large natural lakes was the bioavailable organic phosphorus(LOP+MLOP)，the content of which accounted for 54.6%～61.6%of w(TP).It was suggested that the organic phosphorus distribution of the sediments was tightly connected with their lake pollution degrees and human activities.In addition，the contents of HCl-Poranged from 10.5 to 200.9 mg/kg，varying greatly in different pollution degrees of lake sediments.The ratio w(HCl-Po)/w(Po)of the sediment was significantly associated with its water quality(P＜0.01)，and the contents of HCl-Powere significantly associatedwith the contents of TP，OP，LOP and MLOP in the sediments of those lakes(P ＜0.01).Hence，it was proven that the HCl-Poin lake sediment may be an important phosphorus source for the overlying water，and the ratio w(HCl-Po)/w(Po)in the sediment could reflect the level of lake eutrophication.

lake;sediment;organic phosphorus;distribution characteristics;eutrophication

X524

A

1001-6929(2010)09-1142-09

2010-02-10

2010-04-16

社会基础性工作项目(2006FY110600);中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2007KYYW27)

廖 剑 宇 (1985 - )， 男， 湖 南 长 沙 人，andrew19850416@163.com.

*责任作者，王圣瑞(1972-)，男，内蒙古呼和浩特人，研究员，博

士，主要从事湖泊富营养化研究，wangsr@craes.org.cn

(责任编辑：潘凤云)