封丘湿地沉积物中全磷和有效磷的分布特征

张家洋,王乾芬，蔺 芳,赵琬璐,陈恩希,毛鑫羽

(新乡学院 生命科学与基础医学学院，河南 新乡 453003)

1 引言

湿地因具有对水体的净化能力和磷元素的储存能力而被誉为“地球之肾”[1]。湿地沉积物是湿地生态系统中磷的主要储存库[2]。沉积物也是湖泊生态系统中污染物的来源，沉积物中累积的高浓度磷会在一定条件下进入到水体中[3～5]。研究该湿地沉积物中磷的分布特征，对该湿地生态环境的治理具有指导意义。

已有学者对沉积物中磷含量的分布进行了研究，如贾雪莹等[6]以小兴凯湖里的表层沉积物为研究对象，测定了磷的吸附效率，结果表明沉积物中磷吸附效率与沉积物中的有机质含量呈现正相关性，而与沉积物中的砂粒比重呈负相关；李慧等[7]研究了北大港湿地沉积物的磷含量和分布特征，表明该湿地处于严重污染的状态；李乾岗等[8]研究了沉积物中磷的释放机制及其影响因素，结果表明微生物在一定程度上有利于沉积物中磷的释放；郑飞燕等[9]研究了三峡水库香溪河库弯磷分布状况以及沉积物的污染情况，表明该水库沉积物中不稳定的磷释放导致了水体富营养化。目前，对于新乡封丘湿地沉积物中的磷含量的分布特征还未见报道。

基于此，本研究将河南省新乡市封丘县陈桥湿地作为研究区，在研究区内选取11个具有代表性的区域为采样区，每个采样区分两个土层(0～20 cm和20～40 cm)分别进行采样，共采集22份沉积物。通过分析各样地不同土层的全磷和有效磷含量，以评估该湿地土壤养分状况。

2 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

研究区域位于河南省新乡市封丘县陈桥湿地，地处34.93°N，114.50°E，占地面积约4000亩，南依黄河大堤，北边为农田。

2021年11月份，在陈桥湿地内选择了11个最有代表性的样地，根据样地的不同土层深度(0～20 cm和20～40 cm)采集了22份土壤，样地名称以下简称L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11。其中，L8、L9、L10、L11为核心区(水域地带)，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7为缓冲区(核心区外围区域，多种植有林木或农作物)，具体分布位置见图1。

图1 各采样点在该湿地的分布情况

2.2 研究方法

2.2.1 样品的采集和预处理

在选定的11个样地中，将每个样地按“S”字形设置3个取样点，用铲刀去掉沉积物表面的杂质后，在各个定好的取样点用取土器分土层(0～20 cm和20～40 cm)取土，并把在3个取样地点同一土层深度采到的泥土加以混匀，去除土中明显的动植物残体、杂草、石块等杂物，装入自封袋中，带回实验室进行风干、过筛、称重。

2.2.2 沉积物全磷和有效磷含量的测定

采用氢氧化钠熔融——钼锑抗比色法测定沉积物中的全磷含量；采用碳酸氢钠提取——钼锑抗比色法测定沉积物中的有效磷含量。

3 结果与分析

3.1 各样地沉积物不同层次全磷含量分析

由图2可知，在湿地土壤0～20 cm的区域内，本研究选取的11种样地沉积物中全磷含量的高低顺序为L5>L8>L11>L6>L7>L10>L2>L4>L3>L1>L9。其中，L5土壤全磷含量最高(1048 mg/kg)，L9土壤全磷含量最低(640 mg/kg)，变化幅度为63.8%。在20～40 cm的土壤深度范围内，11种样地的沉积物中全磷含量的大小排序为L10>L4>L6>L7>L1>L9>L11>L5>L2>L8>L3。其中，L10最高，为875 mg/kg，L3最低，仅662 mg/kg，变化幅度为32.2%。

图2 各样地沉积物全磷含量

就各土层的平均含量而言，0～20 cm土层11种样地沉积物全磷含量为763.3 mg/kg，20～40 cm土层全磷含量为764.6 mg/kg，二者相差仅1.3 mg/kg。从核心区和缓冲区沉积物中全磷的平均含量来看，0～40 cm土层中核心区沉积物全磷含量均为762.8 mg/kg，缓冲区为764.7 mg/kg，差值仅为1.9 mg/kg。可见，在0～40 cm土层范围内，核心区和缓冲区的全磷含量差异较小。

3.2 各样地沉积物不同层次有效磷含量分析

有效磷含量通常用来表征土壤的供磷状况。由图3可知，在湿地土壤0～20 cm的深度范围内，11种样地的土壤中，有效磷含量由高至低依次为L8、L11、L10、L4、L2、L9、L7、L3、L1、L6、L5。其中，L8样地有效磷含量最高，为63.1 mg/kg，L5样地有效磷含量最低，仅13.9 mg/kg，变化幅度为354.0%。在20～40 cm的土壤深度区域内，11种样地的沉积物中有效磷含量由高至低排序为L8>L4>L11>L7>L6>L1>L9>L3>L5>L10>L2。其中L8样地含量最高，为93.2 mg/kg，L2样地最小，仅17.0 mg/kg，变化幅度为448.2%。

图3 各样地沉积物有效磷含量

就平均含量而言，各种样地沉积物0～20 cm土层中的有效磷含量为35.4 mg/kg，20～40 cm土层为39.3 mg/kg。就缓冲区和核心区的各个沉积物中的总磷平均含量而言，0～40 cm土层核心区沉积物中有效磷的平均含量为47.5 mg/kg，缓冲区为31.6 mg/kg。

4 讨论

在本研究中，就全磷而言，11种样地缓冲区和核心区整体上相差不大，在0～20 cm和20～40 cm土层，其差值分别为0.8 mg/kg和2.9 mg/kg。在湿地土壤0～20 cm的深度区域内，11种样地沉积物中全磷含量的高低顺序为L5>L8>L11>L6>L7>L10>L2>L4>L3>L1>L9。在20～40 cm的土壤深度范围内，11种样地的沉积物中全磷含量的大小排序依次为L10>L4>L6>L7>L1>L9>L11>L5>L2>L8>L3。总体来说，L6样地在0～40 cm的深度范围内全磷含量较高，分析原因是L6样地种植有农作物，受人类活动影响较大，故导致磷素含量富集在土壤表层和亚表层[10]。

土壤有效磷是可被植物吸收的磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷[11]。本研究中，就有效磷而言，11种样地的有效磷含量变化幅度较大(0～20 cm土层变化幅度为354.0%，20～40 cm土层变化幅度为448.2%)，在湿地土壤0～20 cm的深度范围内，在11种样地的土壤中，有效磷含量由高至低依次为L8、L11、L10、L4、L2、L9、L7、L3、L1、L6、L5。在20～40 cm的土壤深度区域内，有效磷含量由高至低依次为L8、L4、L11、L7、L6、L1、L9、L3、L5、L10、L2。可见，在0～40 cm的深度范围内，L8、L11和L4样地有效磷含量较高。本研究中，L8和L11样地位于核心区，L4样地位于缓冲区，种植有白蜡树，白蜡林林地土壤的有效磷含量较高，可见土壤肥力较高，有利于白蜡树根系的生长发育，这也是白蜡林树木整体生长良好的原因之一。此外，本研究中，L5样地的全磷含量较高，而有效磷含量较低，原因可能是L5样地土壤较贫瘠，微生物较少，磷的很大一部分含量都无法被转换成植物能够吸收利用的有效磷。

5 结论

本研究探讨了新乡市封丘县陈桥湿地核心区和缓冲区沉积物中全磷和有效磷的分布特征，结果表明：在0～40 cm的深度范围内，核心区沉积物中全磷的平均含量为762.8 mg/kg，缓冲区为764.7 mg/kg，相差仅1.9 mg/kg；核心区沉积物中有效磷的平均含量为47.5 mg/kg，缓冲区为31.6 mg/kg，差值较大为15.9 mg/kg。种植有农作物的样地(例如L5样地)有效磷含量较低，说明其处于需要补充磷肥的状态。栽种有林木的样地(例如L11样地)有效磷含量较高，对林木生长有利。