河流與河口顆粒物中磷的生物地球化學(xué)特征研究.pdf

1、磷是地球生命系統(tǒng)不可或缺的生命元素之一。作為海洋中磷的主要來源，河流向海洋所輸送的磷主要以顆粒態(tài)存在。顆粒物本身的許多性質(zhì)影響著土壤、河流、湖泊、水庫、河口以及陸架等環(huán)境中磷的形態(tài)、含量及分布，其中顆粒物粒徑是主要影響因素之一。粒徑不但影響著顆粒物這一磷的主要攜帶者在自然環(huán)境中的輸運(yùn)，而且磷在顆粒物中的存在形態(tài)與含量也與顆粒物粒徑密切相關(guān)。對(duì)于分粒級(jí)技術(shù)的研究及在河流、河口中的應(yīng)用，可以為研究自然界各種媒介中磷的行為特征提供有力的工具。

2、 本文在實(shí)驗(yàn)室建立了水淘選顆粒物分級(jí)分離方法，該方法最大限度地保持了顆粒物的“原始存在狀態(tài)”，然后在黃河調(diào)水調(diào)沙期間及一次流域降雨期間采集了懸浮顆粒物，在長(zhǎng)江口采集了懸浮顆粒物、表層沉積物樣品，以水淘選顆粒物分級(jí)分離方法對(duì)上述懸浮顆粒物、沉積物樣品按粒徑大小進(jìn)行了分離，并以改進(jìn)后的SEDEX化學(xué)連續(xù)提取法對(duì)懸浮顆粒物、表層沉積物、分粒級(jí)懸浮顆粒物以及分粒級(jí)沉積物中各形態(tài)磷的含量進(jìn)行了分析。 主要研究結(jié)果如下：

3、 (1)依據(jù)斯托克斯原理在實(shí)驗(yàn)室制作了水淘選分級(jí)分離裝置，并對(duì)分級(jí)條件進(jìn)行了優(yōu)化，選定100mL/min為裝置的工作流量。在選定的工作條件下，水淘選分級(jí)分離裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)懸浮顆粒物各粒徑顆粒物的分離效率在50％-95％之間，分級(jí)分離效果較好。 (2)利用水淘選顆粒物分級(jí)分離方法對(duì)黃河懸浮顆粒物、長(zhǎng)江口懸浮顆粒物和長(zhǎng)江口表層沉積物按粒徑大小進(jìn)行了分離，分析了不同粒徑顆粒物中磷的賦存形態(tài)，結(jié)果表明不同粒徑顆粒物中磷的賦存形態(tài)差異較大

4、，可交換態(tài)磷、有機(jī)磷、自生磷灰石磷以及難分解有機(jī)磷在細(xì)顆粒物中(如粘土-極細(xì)粉砂、細(xì)粉砂)含量較高，而碎屑磷則主要存在于粗顆粒物中(如粉砂、砂)。 (3)2005年黃河調(diào)水調(diào)沙和一次流域降雨期間，在黃河利津站采集了懸浮顆粒物樣品，并以改進(jìn)后的SEDEX化學(xué)連續(xù)提取法對(duì)懸浮顆粒物中磷的賦存形態(tài)進(jìn)行了分析。黃河調(diào)水調(diào)沙期間，黃河所輸送的懸浮顆粒物中碎屑磷含量較高，而流域降雨期間黃河所輸送的懸浮顆粒物中含有更多的可交換態(tài)磷、有機(jī)磷、

5、自生磷灰石磷以及難分解有機(jī)磷。調(diào)水調(diào)沙期間，黃河所輸送的懸浮顆粒物主要來源于河床，而流域降雨期間流域土壤則是河流懸浮顆粒物的主要來源。懸浮顆粒物來源的不同，使得黃河所輸送的懸浮顆粒物在流域降雨期間含有更多的細(xì)顆粒物(如粘土-極細(xì)粉砂)和更少的粗顆粒物(如粉砂)，從而使得可交換態(tài)磷、有機(jī)磷、自生磷灰石磷以及難分解有機(jī)磷等在細(xì)顆粒物中含量較高的各形態(tài)磷，在此期間含量較高。 (4)2007年4月在長(zhǎng)江口及毗鄰海區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究

6、了水體中各形態(tài)磷，并對(duì)懸浮顆粒物中各賦存形態(tài)磷進(jìn)行了分析。在長(zhǎng)江口低鹽區(qū)(0-5)，隨鹽度升高懸浮顆粒物中的有機(jī)磷含量由7-8μmol/g減小到了3-4μmol/g，而溶解態(tài)有機(jī)磷和懸浮顆粒物中的可交換態(tài)磷則分別由0.34μmol./L和1.15μmol/g增加到了0.61μmol/L和2.61μmol/g，溶解態(tài)無機(jī)磷濃度變化于1.10-1.30μmol/L之間，高于理論稀釋曲線濃度；顆粒態(tài)有機(jī)磷發(fā)生分解，一部分向懸浮顆粒物中可交換態(tài)

7、磷轉(zhuǎn)化，另一部分則以溶解態(tài)有機(jī)磷和溶解態(tài)無機(jī)磷的形式釋放到水體中了。在鹽度稍高區(qū)域內(nèi)(6-15)，隨鹽度升高溶解態(tài)有機(jī)磷濃度及懸浮顆粒物中的可交換態(tài)磷分別由0.61μmol/L和2.61μmol/g減小到了0.10μmol/L和1.05μmol/g，而溶解態(tài)無機(jī)磷濃度變化于1.20-1.60μmol/L之間，高于理論稀釋曲線濃度；部分溶解態(tài)有機(jī)磷及懸浮顆粒物中的可交換態(tài)磷向溶解態(tài)無機(jī)磷轉(zhuǎn)化了。在位于較高鹽度區(qū)(20-25)的河口羽狀鋒，

8、溶解態(tài)無機(jī)磷濃度變化于0.07-0.23μmol/L之間，明顯小于理論稀釋曲線濃度，而顆粒物中可交換態(tài)磷和有機(jī)磷含量平均值分別高達(dá)10μmol/g和19μmol/g，是顆粒態(tài)磷的主要組成；在這一區(qū)域，光照不再是光合作用的限制性因素，大量的浮游植物將溶解態(tài)無機(jī)磷轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)磷，該區(qū)域懸浮顆粒物主要由浮游植物組成。 (5)2006年6月在長(zhǎng)江口及毗鄰海區(qū)采集了懸浮顆粒物樣品，以水淘選顆粒物分級(jí)分離方法對(duì)部分懸浮顆粒物按粒徑大小進(jìn)行

9、了分離，并對(duì)懸浮顆粒物和分粒級(jí)懸浮顆粒物中磷的賦存形態(tài)進(jìn)行了分析。同時(shí)，根據(jù)長(zhǎng)江口淡水端不同粒徑懸浮顆粒物中各形態(tài)磷含量、懸浮顆粒物含量、懸浮顆粒物粒徑分布以及調(diào)查期間長(zhǎng)江流量，對(duì)調(diào)查期間長(zhǎng)江向河口區(qū)所輸送的各形態(tài)磷通量及其在各粒徑顆粒物中的分布進(jìn)行了估算，并依據(jù)顆粒物沉降速度將其劃分為“可沉降”和“不可沉降”部分。 結(jié)果表明，2006年6月長(zhǎng)江通過懸浮顆粒物向河口區(qū)所輸送的顆粒態(tài)磷的通量為45.45×108μmol/s；其中

10、，通過“不可沉降”懸浮顆粒物輸送的通量為8.27×108μmol/s，通過“可沉降”懸浮顆粒物輸送的通量為37.17× 108μmol/s，即約有18％的顆粒態(tài)磷可參與向海洋的輸送。長(zhǎng)江向河口區(qū)所輸送的顆粒態(tài)磷中，潛在生物可利用磷的通量為13.58×108μmol/s，約占顆粒態(tài)磷輸送通量的30％，其遠(yuǎn)大于溶解態(tài)無機(jī)磷和溶解態(tài)有機(jī)磷輸送通量；其中，通過“不可沉降”顆粒物輸送的潛在生物可利用磷的通量為4.24×108μmol/s

11、，通過“可沉降”顆粒物輸送的潛在生物可利用磷的通量為9.34×108μmol/s，即約有31％的潛在生物可利用磷可以顆粒態(tài)的形式參與向海洋的輸送。 (6)2006年6月和2007年4月對(duì)長(zhǎng)江口及毗鄰海區(qū)表層沉積物中磷的賦存形態(tài)進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)江口及杭州灣外存在一個(gè)條狀帶，在這一區(qū)域內(nèi)表層沉積物中可交換態(tài)磷、有機(jī)磷、鐵結(jié)合態(tài)磷、自生磷灰石磷以及難分解有機(jī)磷呈現(xiàn)高含量，而碎屑磷在此區(qū)域含量則較低，這與沉積物的粒度分布有關(guān)。