底泥擾動(dòng)下藻類對(duì)不同形態(tài)磷在水體中分布的影響

陳 俊,李大鵬,李 勇,黃 勇,袁 怡,李 祥 （蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215009）

底泥擾動(dòng)下藻類對(duì)不同形態(tài)磷在水體中分布的影響

陳 俊,李大鵬*,李 勇,黃 勇,袁 怡,李 祥 （蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215009）

研究了反復(fù)擾動(dòng)與藻類共存條件下,水體中溶解性磷、顆粒態(tài)磷、生物有效磷的分布規(guī)律,并分析了顆粒物質(zhì)物理化學(xué)吸附與藻類生物利用對(duì)水體中磷消失的貢獻(xiàn)率.結(jié)果表明,擾動(dòng)抑制了水體中藻類生長,葉綠素 a增加量僅為 3.53μg/L（初始 30μg/L）和 4.80μg/L（初始120μg/L）,而無擾動(dòng)下該值分別為21.36μg/L （初始30μg/L）和14.49μg/L （初始120μg/L）.并且,溶解氧水平和pH值均低于無擾動(dòng)狀態(tài).擾動(dòng)導(dǎo)致水體中總磷和顆粒態(tài)磷顯著增加,但溶解性總磷（DTP）和溶解性磷酸鹽（DIP）均有所降低.對(duì)于DTP而言,擾動(dòng)狀態(tài)下,顆粒物質(zhì)吸附占90%,而無擾動(dòng)下,則降低至60%,相應(yīng)地,藻類生物利用則增加至40%.無論擾動(dòng)與否,BAP基本處于穩(wěn)定狀態(tài),而BAPP占BAP的百分比則有所增加.擾動(dòng)狀態(tài)下BAPP占PP的百分比明顯低于無擾動(dòng)狀態(tài).這暗示了擾動(dòng)對(duì)水體中磷遷移和轉(zhuǎn)化的作用大于藻.

擾動(dòng)；藻類；磷；遷移和轉(zhuǎn)化；太湖

內(nèi)源磷的再生和形態(tài)轉(zhuǎn)化對(duì)水體富營養(yǎng)化的進(jìn)程起著極為重要的作用［1］,而 沉積物擾動(dòng)是促使內(nèi)源磷再生和形態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素［2-4］.研究者分別從擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)頻率、擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間、擾動(dòng)次數(shù)等［5-8］對(duì)磷在泥水兩相間的遷移轉(zhuǎn)化作了深入探討.擾動(dòng)有利于上覆水中磷向沉積物遷移,并且進(jìn)入上覆水中的懸浮物扮演著紐帶和橋梁的作用［9-10］.

磷在泥水兩相間的遷移轉(zhuǎn)化除了受懸浮的顆粒物質(zhì)影響外,藻類的吸收利用也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生重要作用.Cyr等［11］認(rèn)為,擾動(dòng)下上覆水中磷的減少可歸因于藻類等浮游植物對(duì)溶解性磷酸鹽的吸收.汪明等［12］在對(duì)太湖梅粱灣的周年監(jiān)測中發(fā)現(xiàn),藻類的大量生長并未導(dǎo)致溶解性磷降低,相反卻顯著增加.這與Cyr等［11］研究有所不同,但這也暗示了在擾動(dòng)與藻類共存條件下,磷的遷移規(guī)律更加復(fù)雜.實(shí)際上,擾動(dòng)導(dǎo)致水體中顆粒物質(zhì)增加,顆粒物質(zhì)除了對(duì)水體中磷有吸附作用外,顆粒物質(zhì)在擾動(dòng)作用下可能對(duì)藻類產(chǎn)生摩擦作用而抑制藻類生長.但是,藻類因?yàn)榕c顆粒物質(zhì)接觸幾率增加,在藻類“泵吸”作用下,也加快了顆粒態(tài)磷向溶解態(tài)磷的轉(zhuǎn)化.因此,在擾動(dòng)與藻類雙重作用下,對(duì)水體中磷（顆粒態(tài)磷、溶解態(tài)磷）消失而言,究竟是顆粒物質(zhì)的物理吸附作用占主要地位還是藻類的生物利用作用占主要地位,還有待進(jìn)一步研究.因此,本研究采用反復(fù)擾動(dòng)模式,探討了在加藻條件下,水體中溶解態(tài)磷、顆粒態(tài)磷、生物有效磷在泥水兩相間遷移及轉(zhuǎn)化的變化規(guī)律,旨在為淺水湖泊磷的遷移轉(zhuǎn)化提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù).

1　材料與方法

1.1沉積物與上覆水的采集

利用進(jìn)口大口徑柱狀采樣器（Rigo Co.直徑110mm,高500mm）于2014年10月采集梅梁灣（N 31○31′33.6″, E 120○12′32.4″）沉積物,并現(xiàn)場切得表層 3cm的沉積物樣品,裝袋,立即用冰盒保存（4℃）送至實(shí)驗(yàn)室,同時(shí)采集采樣點(diǎn)上覆水50L.將采集的沉積物過孔徑為1mm的鐵篩,對(duì)沉積物進(jìn)行攪拌使其充分混勻,對(duì)上覆水和沉積物進(jìn)行分析.沉積物和上覆水理化性質(zhì)見表1.

表1　梅梁灣沉積物和上覆水的理化性質(zhì)Table 1　physics-chemical properties of sediments and overlying water from Meiliang Bay

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開始前,首先接種培養(yǎng)銅綠微囊藻,藻種購自中國科學(xué)院水生生物研究所,接種后每天振蕩培養(yǎng)基,使藻類正常生長.培養(yǎng)2周后,從培養(yǎng)基取出部分培養(yǎng)好的藻進(jìn)行饑餓培養(yǎng),培養(yǎng)周期為1周.

選擇 4個(gè) 1L玻璃容器作為實(shí)驗(yàn)裝置（d=10cm, h=18cm）,分別標(biāo)記為E1組和E2組,每組各2個(gè)玻璃容器.稱取200g梅梁灣濕沉積物放入玻璃容器中,并取適量培養(yǎng)基中藻液以采集的上覆水稀釋配成2組不同藻濃度的藻溶液,并小心沿容器壁加入該上覆水配制的藻溶液1L,使得E1和E2上覆水藻濃度分別為30,120μg/L.盡量小心避免沉積物懸浮.

試驗(yàn)周期為12h.采用機(jī)械攪拌機(jī)（RW20digital）對(duì) E1沉積物進(jìn)行反復(fù)擾動(dòng)（60r/min）.每間隔3h擾動(dòng)15min.早上8：00開始擾動(dòng),至晚上20：00試驗(yàn)結(jié)束. E2為對(duì)照試驗(yàn),對(duì)上覆水和沉積物均不擾動(dòng).在每次擾動(dòng)之前,分別采集E1和E2上覆水（液面下10cm處）,測定DO、pH值、葉綠素a、總磷（TP）、顆粒態(tài)磷（PP）、溶解性總磷（DTP）、溶解性正磷酸鹽（DIP）、生物有效磷（BAP）.每次采集水樣后,立即補(bǔ)充等量湖水.

1.3分析方法

TP：將水樣采用過硫酸鉀消解后鉬銻抗分光光度法測定； DTP：將水樣經(jīng)過0.45μm濾膜過濾后的濾液消解后測定；DIP含量：將水樣經(jīng)過0.45μm濾膜過濾后直接測定；PP：TP與DTP差值.

BAP的分析測定選用Ellison［13-14］的方法.具體過程為：經(jīng)過饑餓培養(yǎng)后的藻加入含有樣品的培養(yǎng)基中,14d后,測定水中藻類的生長量,計(jì)算獲得被藻類利用的DIP含量.每個(gè)樣品有3個(gè)平行樣,相對(duì)誤差＜5%.藻類可利用磷（AAP）采用0.1mol/L NaOH溶液提取法進(jìn)行測定.

上覆水中DO和pH值分別通過便攜式溶解氧測定儀（美國HACH HQ30d）和數(shù)顯 pH計(jì)（pHs-3TC,武漢）測定.

沉積物含水率的定義為 105℃條件下烘干12h的質(zhì)量損失.沉積物燒失量為550℃灼燒5.5h的質(zhì)量損失.

2　結(jié)果與討論

2.1擾動(dòng)下藻類的變化規(guī)律

由于擾動(dòng)的存在,可能對(duì)藻類的生長產(chǎn)生抑制作用［15］,通過與無擾動(dòng)對(duì)照,探討了擾動(dòng)對(duì)藻類生長的影響（圖1）.

圖1　擾動(dòng)下上覆水中葉綠素a變化規(guī)律Fig.4　Variation of chlorophyll a in the overlying waterunder sediment disturbance

圖1顯示,擾動(dòng)對(duì)藻類的生長有較大影響.無擾動(dòng)下,加藻后,上覆水中葉綠素a含量明顯高于擾動(dòng)狀態(tài).擾動(dòng)狀態(tài)下,葉綠素a含量基本保持不變.葉綠素a最大含量分別達(dá)到33.53μg/L （初始濃度為 30μg/L）和 124.80μg/L （初始濃度為120μg/L）.試驗(yàn)過程中,葉綠素a平均僅為29.04μg/L （初始濃度為30μg/L）和118.44μg/L （初始濃度為 120μg/L）,明顯低于無擾動(dòng)狀態(tài)（40.41μg/L和129.23μg/L）.無擾動(dòng)狀態(tài)下,葉綠素a有所增加.葉綠素a分別從30μg/L和120μg/L增加至51.36μg/L和134.49μg/L.其總增加量及單位增加量均顯著高于擾動(dòng)狀態(tài).說明擾動(dòng)抑制了藻類生長.究其原因,顆粒物質(zhì)摩擦、攪拌槳導(dǎo)致的藻類破壞,以及顆粒物質(zhì)對(duì)入射光強(qiáng)的降低都可能造成藻類生長受限［16-17］.此外,顆粒物質(zhì)對(duì)水體中磷的競爭性吸附也會(huì)限制藻類生長［15,18］.

2.2上覆水中DO和pH值的變化規(guī)律

圖2　上覆水中DO和pH值變化規(guī)律Fig.4　Variation of DO and pH in the overlying water with and without disturbance

圖2a顯示,無擾動(dòng)狀態(tài)下,上覆水中DO含量明顯高于擾動(dòng)狀態(tài).無擾動(dòng)狀態(tài)下,DO含量與葉綠素a呈正相關(guān)關(guān)系.相反,擾動(dòng)狀態(tài)下,DO與葉綠素a成負(fù)相關(guān)關(guān)系.試驗(yàn)期間,葉綠素a初始濃度為0,DO含量基本保持不變；葉綠素a初始濃度越高,則 DO含量越高.DO平均值分別為6.96mg/L （30μg/L）和7.17mg/L （120μg/L）.擾動(dòng)狀態(tài)下,DO含量隨時(shí)間逐漸降低.試驗(yàn)結(jié)束時(shí),基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).其中,DO的消耗速率分別為0.198mg/（L·h） （葉綠素a 30μg/L）和0.255mg/（L·h）（葉綠素a 120μg/L）.表明擾動(dòng)過程中導(dǎo)致了部分藻類死亡.此外,擾動(dòng)導(dǎo)致水體中顆粒物質(zhì)含量增加,融入的溶解氧也會(huì)被中小分子有機(jī)物以及某些金屬離子消耗,從而使得溶解氧濃度降低.

圖2b顯示,擾動(dòng)狀態(tài)下,pH值波動(dòng)較小,基本處于穩(wěn)定狀態(tài),而無擾動(dòng)狀態(tài)下,pH值略有波動(dòng).總體而言,葉綠素a初始濃度相同條件下,無擾動(dòng)下pH值略高于擾動(dòng)狀態(tài).但在9h時(shí),pH值波動(dòng)略大,根據(jù)無擾動(dòng)狀態(tài)下pH值的整體趨勢,該值的測定可能有誤,其水樣可能受到了污染.

2.3對(duì)上覆水中磷含量的影響

圖3a顯示,擾動(dòng)下上覆水中TP濃度高于無擾動(dòng),特別是試驗(yàn)后期（6～12h）.擾動(dòng)狀態(tài)下,藻類初始含量越高,則上覆水中TP含量也越高；上覆水中TP呈逐漸增加趨勢,而無擾動(dòng)下TP則呈逐漸降低趨勢.TP的平均值分別穩(wěn)定在 0.63mg/L（葉綠素a30μg/L）和1.20mg/L （葉綠素a120μg/L）.無擾動(dòng)狀態(tài)下,TP的平均值分別穩(wěn)定在0.33mg/L（葉綠素a 30μg/L）和0.67mg/L （葉綠素a 120μg/L）.擾動(dòng)下上覆水中TP含量增加主要源于沉積物中顆粒態(tài)磷的釋放（圖 3b）,而無擾動(dòng)則有利于上覆水中顆粒物質(zhì)的沉降,從而致使TP降低.

圖3b顯示,PP的變化規(guī)律與TP基本一致.因?yàn)镻P是TP的主要組成部分.擾動(dòng)下,PP占TP的90%（2種葉綠素 a試驗(yàn)平均值）,而無擾動(dòng)下,僅為82%（2種葉綠素a試驗(yàn)平均值）.這也證實(shí)了無擾動(dòng)有利于水體中顆粒物質(zhì)的沉降,從而有利于降低水體中PP和TP含量.擾動(dòng)下PP含量明顯高于無擾動(dòng),擾動(dòng)下PP平均值分別是無擾動(dòng)下的2.36倍（葉綠素a 30μg/L）和1.97倍（葉綠素a 120μg/L）.

圖3c顯示, 無擾動(dòng)下DTP均明顯高于擾動(dòng)狀態(tài).無論擾動(dòng)與否,上覆水中 DTP均呈降低趨勢,在試驗(yàn)的第6h達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).擾動(dòng)下,DTP分別穩(wěn)定在 0.02mg/L （葉綠素 a 30μg/L）和0.01mg/L （葉綠素a 120μg/L）；無擾動(dòng)下,DTP分別穩(wěn)定在 0.05mg/L （葉綠素 a 30μg/L）和0.07mg/L （葉綠素a 120μg/L）.有藻類存在條件下,擾動(dòng)加快了上覆水中DTP的降解.這種降解可歸因于顆粒物質(zhì)對(duì)磷的捕捉和吸附、藻類的生物利用［9,19-20］.將試驗(yàn)開始及結(jié)束時(shí)DTP含量對(duì)照,可以發(fā)現(xiàn),擾動(dòng)導(dǎo)致 DTP消失量最大,達(dá)到0.172mg/L （葉綠素a 120μg/L）,該值明顯高于無擾動(dòng)的0.77mg/L （葉綠素a 120μg/L）.在無擾動(dòng)狀態(tài),上覆水中DTP的消失歸因于顆粒物質(zhì)對(duì)磷的吸附和藻類的生物利用,并假設(shè)在此過程中,通過釋放或者轉(zhuǎn)化從顆粒態(tài)磷轉(zhuǎn)變?yōu)镈TP的量為0,則可通過顆粒態(tài)磷的消失量來代替顆粒物質(zhì)的沉降去除,計(jì)算可知,在葉綠素a初始濃度不同情況下,顆粒態(tài)磷的去除率分別為 58.80%（30μg/L）和 56.07%（120μg/L）.基于此,可以獲得顆粒物質(zhì)吸附對(duì)上覆水中DTP消失的貢獻(xiàn)率,反之則為藻類生物利用對(duì) DTP消失的貢獻(xiàn)率,分別為41.20% （30μg/L）和43.97%（120μg/L）.結(jié)合圖1中葉綠素a的增加量,分別為21.36μg/L （30μg/L）和14.49μg/L （120μg/L）.說明在無擾動(dòng)狀態(tài)下,顆粒物質(zhì)對(duì)DTP吸附而導(dǎo)致DTP消失的貢獻(xiàn)率略高于藻類生物吸附.這與House等［21］在研究細(xì)菌及顆粒物質(zhì)吸附中所獲得結(jié)果相似,其認(rèn)為,在 24h之內(nèi),兩者對(duì)磷的吸收能力相同,但24h之后前者對(duì)磷的生物利用能力急劇下降.

在擾動(dòng)狀態(tài)下,葉綠素a含量大部分時(shí)間低于初始狀態(tài),這說明擾動(dòng)抑制了藻類生長.假如按照無擾動(dòng)狀態(tài)下藻類生長吸收的DTP量來估算,則可以獲得擾動(dòng)狀態(tài)下藻類生長所吸收的磷量,分別為0.007mg/L（30μg/L）和0.014mg/L （120μg/ L）.因此,根據(jù)擾動(dòng)狀態(tài)下上覆水中 DTP的消失量可以計(jì)算因擾動(dòng)而懸浮的顆粒物質(zhì)對(duì)DTP的吸收量,分別為0.059mg/L（30μg/L）和 0.158mg/L （120μg/L）.擾動(dòng)狀態(tài)下,懸浮的顆粒物質(zhì)是 DTP消失的主要貢獻(xiàn)者,其所占百分比分別達(dá)到89%（30μg/L）和 92%（120μg/L）.擾動(dòng)狀態(tài)下顆粒物質(zhì)對(duì)DTP的去除與無擾動(dòng)狀態(tài)下DTP的去除不同之處在于,前者主要是通過顆粒物質(zhì)吸附,在擾動(dòng)過程中將其轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)磷,從而降低其被藻類利用可能性,因?yàn)?試驗(yàn)結(jié)束時(shí),PP分別增加了2.17倍（30μg/L）和2.05倍（120μg/L）.這與無擾動(dòng)狀態(tài)完全不同.后者則主要是通過顆粒物質(zhì)捕捉而沉降完成.因此,前者主要發(fā)生了遷移和形態(tài)轉(zhuǎn)化,而后者僅發(fā)生了遷移.

對(duì)比圖3d和圖3c可以看出,DIP的變化趨勢與DTP基本一致.擾動(dòng)狀態(tài)下DIP含量一直低于無擾動(dòng)狀態(tài).試驗(yàn)后期（9～12h）,擾動(dòng)狀態(tài)下,DIP穩(wěn)定在0.007mg/L （30μg/L）和0.005mg/L （120μg/L）,而無擾動(dòng)狀態(tài)下,DIP則分別為0.024mg/L （30μg/L）和0.054mg/L （120μg/L）.可以看出,擾動(dòng)狀態(tài)下DIP含量明顯低于無擾動(dòng)狀態(tài).其主要原因可歸因于顆粒物質(zhì)對(duì) DIP的捕捉和吸附,將其轉(zhuǎn)化成了PP（圖3b）.沉積物中金屬離子從還原態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘧B(tài)［22］,中小分子量有機(jī)物被消耗殆盡,致使沉積物以無機(jī)物質(zhì)為主要組成［23］,增加了顆粒物質(zhì)與DIP的接觸幾率［24-25］,這均是擾動(dòng)有利于 DIP被顆粒物質(zhì)吸附去除的主要原因.圖2a中DO含量明顯低于無擾動(dòng)狀態(tài)也暗示了上述機(jī)制的發(fā)生.這也說明,無擾動(dòng)狀態(tài)下,DIP的去除主要以藻類生物利用為主.

由于擾動(dòng)過程中藻類的加入,可能導(dǎo)致溶解性有機(jī)磷（DOP）發(fā)生變化.數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),在擾動(dòng)狀態(tài)下,上覆水中 DOP一直處于較低水平, 0.018mg/L （30μg/L）和0.011mg/L （120μg/L）；而無擾動(dòng)狀態(tài)下,DOP則一直處于較高水平, 0.032mg/L （30μg/L）和0.022mg/L （120μg/L）.分析其原因,擾動(dòng)狀態(tài)下DOP轉(zhuǎn)化速度加快是主要原因.此外,藻類生長受到限制也是一個(gè)重要原因.盡管DOP被轉(zhuǎn)化成DIP的速率加快（擾動(dòng)狀態(tài)下）,但 DIP被顆粒物質(zhì)捕捉的速率也在加快,這在 DIP占 DTP百分比中可以體現(xiàn).擾動(dòng)狀態(tài)下,DIP占DTP百分比分別為54.85%（30μg/L）和69.03%（120μg/L）,而無擾動(dòng)狀態(tài)下,該值則分別為59.33%（30μg/L）和78.39%（120μg/L）.

圖3　上覆水中不同形態(tài)磷隨時(shí)間的變化規(guī)律Fig.4　Variation of different phosphorus forms in the overlying water

從圖3c和圖3d以及計(jì)算中可以看出,盡管有藻類加入,但溶解性磷（DTP和DIP）的去除機(jī)制仍然是顆粒物質(zhì)對(duì)磷的捕捉和吸附,尤其是在擾動(dòng)狀態(tài)下,顆粒物質(zhì)懸浮會(huì)加快這一進(jìn)程.但是,這與Cyr等［11］對(duì)擾動(dòng)狀態(tài)下上覆水中DIP消失的推測不同,因?yàn)槠鋵IP的消失歸結(jié)為藻類等浮游植物的生物利用.但值得指出的是,Cyr等［11］研究是基于淺水湖泊的,其擾動(dòng)強(qiáng)度可能低于本研究,即其研究過程中,顆粒物質(zhì)懸浮并不影響藻類生長,而本研究中擾動(dòng)已經(jīng)限制了藻類生長.因此,有必要從進(jìn)一步降低擾動(dòng)強(qiáng)度的角度來探討擾動(dòng)與藻類共存條件下DIP的消失機(jī)制.

2.4水體中生物有效磷變化規(guī)律

生物有效磷（BAP）由溶解性總磷（DTP）和可被生物利用顆粒態(tài)磷（BAPP）組成［26-27］.擾動(dòng)會(huì)改變水體中DTP數(shù)量分布（圖3c）,同時(shí)也會(huì)改變水體中PP含量,并通過改變水體中DO（圖2a）、pH值（圖2b）,進(jìn)而改變顆粒物質(zhì)上不同形態(tài)磷數(shù)量分布,從而改變BAPP含量,使得水體中BAP分布規(guī)律發(fā)生變化（圖4）.

圖4　上覆水中BAP和BAPP隨時(shí)間的變化規(guī)律Fig.4　Variation of BAP and BAPP in the overlying water

圖4a顯示,無論擾動(dòng)與否,上覆水中BAP均呈現(xiàn)一定的波動(dòng).在葉綠素a較低條件下（30μg/L）,擾動(dòng)下 BAP含量（0.077mg/L）低于無擾動(dòng)狀態(tài)（0.125mg/L）.然而,在葉綠素 a較高條件下（120μg/L）,擾動(dòng)下BAP（0.279mg/L）略高于無擾動(dòng)狀態(tài)（0.250mg/L）.對(duì)比圖 3c,擾動(dòng)及無擾動(dòng)下DTP一直處于降低趨勢.但是,DTP的變化趨勢并未影響B(tài)AP的變化趨勢.這主要與DTP在BAP中所占比例發(fā)生變化有關(guān).試驗(yàn)期間,擾動(dòng)下DTP 占BAP百分比分別從96.67%（30μg/L）和90.89% （120μg/L）降 至23.14%（30μg/L）和4.18% （120μg/L）.無擾動(dòng)下,該值則從90.84%（30μg/L）和76.17%（120μg/L）降至26.69%（30μg/L）和18.72%（120μg/L）.這也暗示了,盡管水體中 DTP降低,但由于在藻類生物作用下,顆粒態(tài)磷中的部分向可被生物利用態(tài)磷發(fā)生了轉(zhuǎn)化［28-30］,從而彌補(bǔ)了水體中消失的DTP量,使得水體中BAP濃度得以維持.因此,從圖 4b可見,BAPP呈逐漸增加的趨勢.并且,BAPP在BAP中所占百分比也逐漸增加.

在擾動(dòng)下BAPP占BAP均高于無擾動(dòng).擾動(dòng)狀態(tài)下,BAPP占 BAP的百分比分別為54.61%（30μg/L）和 89.95%（120μg/L）,而無擾動(dòng)狀態(tài)下, BAPP占 BAP分別為29.99%（30μg/L）和66.01% （120μg/L）.這說明擾動(dòng)在BAPP轉(zhuǎn)化過程中起到了決定性作用.而BAPP所占比例越高,則預(yù)示著水體富營養(yǎng)化程度越有利于控制.

BAPP的形成與顆粒物質(zhì)上不同形態(tài)磷數(shù)量分布密切相關(guān)［13］.研究表明,擾動(dòng)可以顯著改變顆粒物質(zhì)上不同形態(tài)磷數(shù)量分布,進(jìn)而改變BAPP的形成進(jìn)程,這種改變更多的是延緩了BAPP的形成［31］.BAPP在PP中的百分比證實(shí)了這一點(diǎn).擾動(dòng)狀態(tài)下,BAPP在PP中的比例從初始狀態(tài)的0.92%（30μg/L）和4.41%（120μg/L）增加至6.49%（30μg/L）和 20.19% （120μg/L）,無擾動(dòng)狀態(tài)下,BAPP在PP中的比例一直處于增加趨勢,從初始狀態(tài)的2.52%（30μg/L）和4.69%（120μg/L）增加至88.06%（30μg/L）和70.62%（120μg/L）.這主要是因?yàn)閿_動(dòng)導(dǎo)致水體中溶解性磷與顆粒物質(zhì)之間接觸和碰撞幾率增加,使得溶解性磷向顆粒態(tài)磷轉(zhuǎn)化進(jìn)程被加快,改變了顆粒物質(zhì)上不同形態(tài)磷的分布,致使BAPP的形成被改變.在無擾動(dòng)作用下,溶解性磷與顆粒物質(zhì)間接觸幾率減少,使得溶解性磷轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)磷的可能性降低.并且,在藻類生物作用下加快了顆粒態(tài)磷活化,轉(zhuǎn)化成可被生物利用態(tài)磷,以維持水體中 BAP含量.但是在擾動(dòng)狀態(tài)下,藻類生長受到抑制,導(dǎo)致BAPP形成過程中缺少了生物作用.由此可見,在擾動(dòng)與藻類共存條件下,擾動(dòng)在磷遷移及轉(zhuǎn)化過程中扮演著更為重要的作用,而這種作用更多的是通過物理化學(xué)吸附而降低水體中可被生物利用態(tài)磷含量.

3　結(jié)論

3.1擾動(dòng)導(dǎo)致水體中 TP和 PP含量顯著增加,并高于無擾動(dòng)狀態(tài).擾動(dòng)與否均導(dǎo)致水體中DTP 和DIP出現(xiàn)明顯降低.無擾動(dòng)狀態(tài)下,顆粒物質(zhì)吸附和藻類生物利用對(duì)DTP消失的貢獻(xiàn)率分別為60%和40%,而擾動(dòng)狀態(tài)下,顆粒物質(zhì)吸附對(duì)DTP消失的貢獻(xiàn)率起決定性作用,占90%.

3.2由于藻類存在,使得水體中 BAP含量得以維持,擾動(dòng)顯著影響了 BAPP的形成.擾動(dòng)導(dǎo)致BAPP在PP中的比例遠(yuǎn)低于無擾動(dòng)狀態(tài).

［1］ 秦伯強(qiáng),楊柳燕,陳非洲,等.湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制與控制技術(shù)及其應(yīng)用 ［J］. 科學(xué)通報(bào), 2006,51（16）：1857-1866.

［2］ Neal C, Neal M, Leeks G J L, et al. Suspended sediment and particulate phosphorus in surface waters of the upper Thames Basin, UK ［J］. Journal of Hydrology, 2006,330（1/2）：142-154.

［3］ 尤本勝,王同成,范成新,等.太湖草型湖區(qū)沉積物再懸浮對(duì)水體營養(yǎng)鹽的影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué), 2008,29（1）：26-31.

［4］ Li D P, Huang Y. phosphorus uptake by suspended sediments from a heavy eutrophic and standing water system ［J］. Ecological Engineering, 2013,60：29-36.

［5］ 李大鵬,黃 勇.擾動(dòng)強(qiáng)度對(duì)太湖沉積物中磷釋放及其形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué), 2012,33（8）：2614-2620.

［6］ 李 勇,李大鵬,黃 勇.沉積物擾動(dòng)頻率對(duì)懸浮物中形態(tài)磷數(shù)量分布的影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2011,34（10）：19-23.

［7］ 李大鵬,黃 勇,李 勇,等.沉積物擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間對(duì)懸浮物中磷形態(tài)數(shù)量分布的影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué), 2012,33（2）：379-384.

［8］ 顏潤潤,逄 勇,趙 偉,等.環(huán)流型水域水動(dòng)力對(duì)藻類生長的影響 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué), 2008,28（9）：813-817.

［9］ 李大鵬,黃 勇,李偉光.河道底泥再懸浮狀態(tài)對(duì)磷平衡濃度的影響 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué), 2008,28（5）：476-480.

［10］ Li D P, Huang Y. Sedimentary phosphorus fractions and bioavailability as influenced by repeated sediment resuspension ［J］. Ecological Engineering, 2010,36（7）：958-962.

［11］ Cyr H, MaCabe S K, Nǖrnberg G K. Phosphorus sorption experiments and the potential for internal phosphorus loading in littoral areas of a stratified lake ［J］. Water Research, 2009,43（6）：1654-1666.

［12］ 汪 明,武曉飛,李大鵬,等.太湖梅梁灣不同形態(tài)磷周年變化規(guī)律及藻類響應(yīng)研究 ［J］. 環(huán)境科學(xué), 2015,36（1）：80-86.

［13］ Ellison M E, Brett M T. Particulate phosphorus bioavailability as a function of stream flow and land cover ［J］. Water Research, 2006,40（6）：1258-1268.

［14］ Zhu M Y, Zhu G W, Li W, et al. Estimation of the algal-available phosphorus pool in sediments of a large, shallow eutrophic lake （Taihu, China） using profiled SMT fractional analysis ［J］. Environmental Pollution, 2013,173：216-223.

［15］ 吳曉輝,李其軍.水動(dòng)力條件對(duì)藻類影響的研究進(jìn)展 ［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2010,19（7）：1732-1738.

［16］ 秦伯強(qiáng),胡維平,陳偉民,等.太湖梅梁灣水動(dòng)力及相關(guān)過程的研究 ［J］. 湖泊科學(xué), 2000,12（4）：327-334.

［17］ 丁 玲,逢 勇,李 凌,等.水動(dòng)力條件下藻類動(dòng)態(tài)模擬 ［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005,25（8）：1863-1868.

［18］ 吳雅麗,許 海,楊桂軍,等.太湖春季藻類生長的磷營養(yǎng)鹽閾值研究 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33（9）：1622-1629.

［19］ 張勝花,常軍軍,孫珮石.水體藻類磷代謝及藻體磷礦化研究進(jìn)展 ［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2013,22（7）：1250-1254.

［20］ 張 強(qiáng),劉正文.附著藻類對(duì)太湖沉積物磷釋放的影響 ［J］. 湖泊科學(xué), 2010,22（6）：930-934.

［21］ House W A, Denison F H, Armitage P D, Comparison of the uptake of inorganic phosphorus to a suspended and stream bed-sediment ［J］. Water Res., 1995,29（3）：767-779.

［22］ Qin B Q, Hu W P, Gao G, et al. Dynamics of the sediment resuspension and the conceptual schema of nutrient release in the large shallow Lake Taihu, China ［J］. Chinese Science Bulletin, 2004,49（1）：54-64.

［23］ 范成新,張 路,包先明,等.太湖沉積物－水界面生源要素遷移機(jī)制及定量化—2.磷釋放的熱力學(xué)機(jī)制及源－匯轉(zhuǎn)換 ［J］. 湖泊科學(xué), 2006,18（3）：207-217.

［24］ 李大鵬,黃 勇,范成新.沉積物懸浮頻率對(duì)水體顆粒態(tài)磷生物有效性的影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 31（10）：2217-2222.

［25］ Wang X Y, Zhang L P, Zhang H S, et al. Phosphorus adsorption characteristics at the sediment-water interface and relationship with sediment properties in FUSHI reservoir, China ［J］. Environmental Earth Sciences, 2012,67（1）：15-22.

［26］ 李大鵬,黃 勇.太湖梅梁灣和月亮灣春夏兩季沉積物擾動(dòng)下BAPP的轉(zhuǎn)化規(guī)律 ［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013,33（10）：2766-2773.

［27］ 黃清輝,王子健,王東紅,等.夏季梅梁灣水體中生物有效磷的分布及來源 ［J］. 中國科學(xué)（D輯：地球科學(xué)）, 2005,35（增刊II）：131-137.

［28］ 孫小靜,秦伯強(qiáng),朱廣偉,等.風(fēng)浪對(duì)太湖水體中膠體營養(yǎng)鹽和浮游植物的影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué), 2007,28（3）：506-511.

［29］ 張 彬,李 濤,劉會(huì)娟,等.模擬擾動(dòng)條件下太湖水體懸浮物的結(jié)構(gòu)特性 ［J］. 環(huán)境科學(xué), 2007,28（1）：70-74.

［30］ Zhu Z L, Liu Y G, Zhang P Y, et al. Co-culture with Cyperus alternifolius induces physiological and biochemical inhibitory effects in Microcystis aeruginosa ［J］. Biochemical Systematics and Ecology, 2014,56：118-124.

［31］ Tang X Q, Wu M, Li Q Y, et al. Impacts of water level regulation on sediment physic-chemical properties and phosphorus adsorption-desorption behaviors ［J］. Ecological Engineering, 2014,70：450-458.

Distribution of different phosphorus forms in the overlying water under sediment disturbance with algae.

CHEN Jun, LI Da-peng*, LI Yong, HUANG Yong, YUAN Yi, LI Xiang （School of Environmental Science and Engineering, University of Science and Technology of Suzhou, Suzhou 215009, China）.

China Environmental Science, 2015,35（9）：2787-2793

Distribution of dissolved phosphorus （P）, particulate P （PP） and biavailable P （BAP） was investigated in the overlying water under sediment disturbance with algae. In addition, the contribution to P disappearance by particulate matter adsorption and algae uptake was investigated. The results show that sediment disturbance handled the algae growth and the concentration of chlorophyll a increased by 3.53 μg/L （initial chlorophyll a 30 μg/L） and 4.80 μg/L （initial chlorophyll a 120 μg/L）. But, the value increased by 21.36 μg/L （initial chlorophyll a 30 μg/L） and 14.49 μg/L （initial chlorophyll a 120 μg/L） without disturbance. Accordingly, the concentration of dissolved oxygen and pH value with disturbance was lightly higher than that without disturbance. Under sediment disturbance, total P and PP increased, while dissolved total P （DTP） and dissolved inorganic P （DIP） decreased. The degradation was attributed to the particulate matter adsorption and algae uptake. The contribution of particulate matter adsorption is up to 90% under sediment disturbance. On the contrary, the contribution decreased to 60% without disturbance, but the algae uptake increased to 40%. The concentration of BAP stabilized in the experiment with and without disturbance, but the percentage of bioavailable particulate P （BAPP） increased. The percentage of BAPP to PP with disturbance is lower than that without disturbance. It is suggested that the contribution of P migration and transformation by particulate matter adsorption is more important, compared with algae uptake.

disturbance；algae；phosphorus；migration and transformation；Tai Lake

X131.2

A

1000-6923（2015）09-2787-07

2015-01-30

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51178284,51278523）；江蘇省第四期”333”工程項(xiàng)目；江蘇省”六大人才高峰”項(xiàng)目（2013-JNHB-022）；江蘇省特色優(yōu)勢學(xué)科二期立項(xiàng)項(xiàng)目

*責(zé)任作者, 副教授, ustsldp@163.com

陳 ?。?991-）,男,江西撫州人,蘇州科技學(xué)院碩士研究生,主要研究方向?yàn)樗w修復(fù).