蓝藻暴发对巢湖表层沉积物氮磷及形态分布

Influence of algae bloom on distribution of total and speciation of nitrogen and phosphorus in the surface sediments from Lake Chaohu. KONG Ming1,2 , ZHANG Lu1, YIN Hong-bin1*, CAI Yong-jiu1, GAO Jun-feng1 (1.State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China ； 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China). China Environmental Science, 2014,34(5)：1285~1292 Abstract：Surface sediment and overlying water from Lake Chaohu were sampled before (in April) and after (in July) algal bloom. Total and speciation of nitrogen and phosphorus in the sediments were analyzed, and their relationship with algal bloom was discussed. Algal bloom could increase the concentrations of nitrogen and decrease the concentrations of phosphorus from surface sediments, and therefore weaken the heterogenicity of sediment phosphorus concentrations. The algal bloom did not cause the obvious fluctuation of concentrations and proportion of nitrogen speciation (NH4+-N, NO3--N, Org-N), but decrease the concentrations and proportion of reactive phosphorus (LP and Fe/Al-P) rather than the proportion and content of Ca-bound P (Ca-P) in surface sediments. Meanwhile, algal boom decrease the concentrations of surface sediment bioavailable phosphorus (AAP) in whole lake. Correlation analysis indicated that the concentration of Chlorophyll-a correlated significantly with Fe/Al-bound P (Fe/Al-P) and organic phosphorus (OP) (P<0.05) but with the nitrogen forms (NH4+-N, NO3--N, Org-N) in surface sediments. These results indicated that phosphorus mainly Fe/Al-P and AAP in surface sediment played an important role in promoting algae bloom in Lake Chaohu and indicated that nitrogen and its fractions in surface sediment contributed less to the algal bloom in Lake Chaohu. Key words：algae bloom；sediment；nitrogen and phosphorus；speciation；bioavailability
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(弱吸附态磷和铁铝结合态磷之和)含量及比例的下降,钙结合态磷(Ca-P)以及有机磷(OP)含量及比例增加,生物有效性磷(AAP)的含量的减 小.相关性分析表明,上覆水中叶绿素 a(Chl-a)的浓度与铁铝结合态磷(Fe/Al-P)以及有机磷(OP)的含量显著相关(P<0.05),却与氮形态(铵态 氮,硝态氮和有机氮)相关性不显著.巢湖沉积物磷(Fe/Al-P 及 AAP)对巢湖水体蓝藻暴发具有促进作用,而氮及其形态对蓝藻暴发作用较弱. 关键词：蓝藻暴发；沉积物；氮磷；形态；生物有效性 中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2014)05-1285-08
磷通常被认为是湖泊富营养化的主要限制因 子 ,而湖泊沉积物中磷的持续释放被认为是湖 泊富营养化问题得不到有效改观的直接原因. 通 常,沉积物中的磷形态分为弱吸附态磷、 铁铝结合 态磷、有机磷、钙结合态磷以及残渣态磷.湖泊水 体中磷的浓度与沉积物磷形态转化密切相关, 因 此弄清湖泊蓝藻水华与沉积物磷形态之间的关 系, 对于认识湖泊富营养化的产生机制具有重要
温保温箱内保存,于 24h 内带回实验室内 4℃下 冷藏.利用水质速测仪(YSI)现场测定水体 pH 值、 溶 解 氧 (DO) 等 理 化 指 标 . 水 样 于 实 验 室 内 用 0.45μm 过滤,冷藏待分析,滤膜用于叶率素 a(Chla)的分析.Chl-a 的测定采用热乙醇提取法[14];上 覆水总氮(TN),总磷(TP)采用过硫酸钾消解法[15]; 铵态氮 (NH4+-N) 的测定采用纳氏试剂分光光度 法[15]. 1.2.2 沉积物的采集及分析 采用彼得森采样 器采集表层沉积物(0~15cm)样品.各个采样点的 沉积物样品混匀后置于低温保温箱内保存 , 于 24h 内带回实验室内 4℃下冷藏.于实验室内,将 沉积物样品风干、研磨,过 100 目尼龙筛后,装入 样品袋封口备用. 采用 Psenner 的磷连续提取法[16 17],将磷形 态 分 为 弱 吸 附 态 磷 (LP) 、 铁 铝 结 合 态 磷 (Fe/Al-P)、有机磷(OP)、钙磷(Ca-P)和残渣态磷 1 材料和方法 (Res-P);生物有效磷(AAP 和 Olsen-P)采用 Zhou 1.1 研究区域 等的化学提取法[18],连续提取剂及生物有效磷用 于 2013 年巢湖蓝藻暴发前(4 月)和蓝藻暴发 钼蓝比色分光光度法测定;总氮(TN)采用碱性过 期(7 月),对巢湖进行 2 次现场调查和样品采集, 硫酸钾消解法[15];沉积物铵态氮(NH4+-N)和硝态 利用 GPS 全球卫星定位系统在全湖设 33 个采 氮(NO3 -N)分别采用 KCl 浸提-蒸馏法,酚二磺 样点位,采样点分布如图 1 所示. 酸比色法测定[19];浸提液中的 NH4+-N,采用纳氏 试剂分光光度法测定[15];有机质含量以沉积物干 样在 550℃下灼烧 6h 的烧失量(LOI)表示[20]. 2 2.1 结果与讨论
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者也提出了湖泊氮磷共同控制的策略[6 8]. 巢湖是我国第五大淡水湖泊,位于安徽省中 部,介于 302528N~314328N 和 1171654E~ 1175146E 之间,水域面积 760km2,平均水深约 3m,属于浅水型富营养化湖泊[9].近年来巢湖频繁 暴发严重的蓝藻水华,尤其是在夏季大量繁殖,西 半湖区域内繁殖更加旺盛 , 覆盖率可达湖面的 60%~80%,边缘厚度最高可达 20~30cm[10]. 以往研究主要集中在巢湖沉积物氮磷的赋 存形态以及底泥营养盐释放的影响因素[11 12].而 针对蓝藻暴发前后氮磷分布以及生物有效性的 研究涉及较少[13],沉积物不同形态氮磷与蓝藻水 华的关系尚不清楚.因此,本文研究了蓝藻暴发前 后沉积物氮磷及其形态含量的变化,分析不同氮 磷形态与蓝藻水华的关系,以便理解巢湖蓝藻水 华暴发的机制.
表 1 巢湖表层沉积物及上覆水理化性质 Table 1 Physicochemical properties in surface sediments and overlying water
上覆水 月份 参数 最大值 4 最小值 平均值 最大值 7 最小值 平均值 pH 值 9.03 7.36 8.50 9.28 7.71 8.67 DO (mg/L) 13.1 7.72 9.63 12.3 7.46 9.25 TN (mg/L) 5.28 1.23 2.48 3.01 0.67 1.75 TP (mg/L) 0.81 0.05 0.16 0.57 0.02 0.12 NH4+-N (mg/L) 1.177 0.128 0.489 2.005 0.090 0.437 Chl-a (mg/L) 17.16 2.54 10.59 135.4 2.30 33.56 沉积物 pH 值 7.36 6.89 7.11 7.55 7.01 7.25 LOI (%) 8.07 1.64 5.06 8.72 2.08体为对象,于蓝藻暴发前(4 月)和蓝藻暴发期(7 月)采集水样及沉积物样品,分析了氮磷及其形态赋存特征, 并探讨了沉积物氮磷及其形态与蓝藻暴发的关系.结果发现,蓝藻暴发时,巢湖表层沉积物总磷减少,总氮增加,同时削弱了磷在空间上分布 的异质性.从氮磷形态来看,蓝藻暴发未造成巢湖表层沉积物氮形态(NH4+-N、 NO3 -N 和 Org-N)含量和比例的明显波动,但却造成了活性磷
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