封丘濕地沉積物中全磷和有效磷的分布特征

張家洋,王乾芬，藺 芳,趙琬璐,陳恩希,毛鑫羽

(新鄉(xiāng)學(xué)院 生命科學(xué)與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

1 引言

濕地因具有對水體的凈化能力和磷元素的儲存能力而被譽(yù)為“地球之腎”[1]。濕地沉積物是濕地生態(tài)系統(tǒng)中磷的主要儲存庫[2]。沉積物也是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中污染物的來源，沉積物中累積的高濃度磷會在一定條件下進(jìn)入到水體中[3～5]。研究該濕地沉積物中磷的分布特征，對該濕地生態(tài)環(huán)境的治理具有指導(dǎo)意義。

已有學(xué)者對沉積物中磷含量的分布進(jìn)行了研究，如賈雪瑩等[6]以小興凱湖里的表層沉積物為研究對象，測定了磷的吸附效率，結(jié)果表明沉積物中磷吸附效率與沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)正相關(guān)性，而與沉積物中的砂粒比重呈負(fù)相關(guān)；李慧等[7]研究了北大港濕地沉積物的磷含量和分布特征，表明該濕地處于嚴(yán)重污染的狀態(tài)；李乾崗等[8]研究了沉積物中磷的釋放機(jī)制及其影響因素，結(jié)果表明微生物在一定程度上有利于沉積物中磷的釋放；鄭飛燕等[9]研究了三峽水庫香溪河庫彎磷分布狀況以及沉積物的污染情況，表明該水庫沉積物中不穩(wěn)定的磷釋放導(dǎo)致了水體富營養(yǎng)化。目前，對于新鄉(xiāng)封丘濕地沉積物中的磷含量的分布特征還未見報(bào)道。

基于此，本研究將河南省新鄉(xiāng)市封丘縣陳橋濕地作為研究區(qū)，在研究區(qū)內(nèi)選取11個(gè)具有代表性的區(qū)域?yàn)椴蓸訁^(qū)，每個(gè)采樣區(qū)分兩個(gè)土層(0～20 cm和20～40 cm)分別進(jìn)行采樣，共采集22份沉積物。通過分析各樣地不同土層的全磷和有效磷含量，以評估該濕地土壤養(yǎng)分狀況。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于河南省新鄉(xiāng)市封丘縣陳橋濕地，地處34.93°N，114.50°E，占地面積約4000畝，南依黃河大堤，北邊為農(nóng)田。

2021年11月份，在陳橋濕地內(nèi)選擇了11個(gè)最有代表性的樣地，根據(jù)樣地的不同土層深度(0～20 cm和20～40 cm)采集了22份土壤，樣地名稱以下簡稱L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11。其中，L8、L9、L10、L11為核心區(qū)(水域地帶)，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7為緩沖區(qū)(核心區(qū)外圍區(qū)域，多種植有林木或農(nóng)作物)，具體分布位置見圖1。

圖1 各采樣點(diǎn)在該濕地的分布情況

2.2 研究方法

2.2.1 樣品的采集和預(yù)處理

在選定的11個(gè)樣地中，將每個(gè)樣地按“S”字形設(shè)置3個(gè)取樣點(diǎn)，用鏟刀去掉沉積物表面的雜質(zhì)后，在各個(gè)定好的取樣點(diǎn)用取土器分土層(0～20 cm和20～40 cm)取土，并把在3個(gè)取樣地點(diǎn)同一土層深度采到的泥土加以混勻，去除土中明顯的動植物殘?bào)w、雜草、石塊等雜物，裝入自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干、過篩、稱重。

2.2.2 沉積物全磷和有效磷含量的測定

采用氫氧化鈉熔融——鉬銻抗比色法測定沉積物中的全磷含量；采用碳酸氫鈉提取——鉬銻抗比色法測定沉積物中的有效磷含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 各樣地沉積物不同層次全磷含量分析

由圖2可知，在濕地土壤0～20 cm的區(qū)域內(nèi)，本研究選取的11種樣地沉積物中全磷含量的高低順序?yàn)長5>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)，變化幅度為63.8%。在20～40 cm的土壤深度范圍內(nèi)，11種樣地的沉積物中全磷含量的大小排序?yàn)長10>L4>L6>L7>L1>L9>L11>L5>L2>L8>L3。其中，L10最高，為875 mg/kg，L3最低，僅662 mg/kg，變化幅度為32.2%。

圖2 各樣地沉積物全磷含量

就各土層的平均含量而言，0～20 cm土層11種樣地沉積物全磷含量為763.3 mg/kg，20～40 cm土層全磷含量為764.6 mg/kg，二者相差僅1.3 mg/kg。從核心區(qū)和緩沖區(qū)沉積物中全磷的平均含量來看，0～40 cm土層中核心區(qū)沉積物全磷含量均為762.8 mg/kg，緩沖區(qū)為764.7 mg/kg，差值僅為1.9 mg/kg。可見，在0～40 cm土層范圍內(nèi)，核心區(qū)和緩沖區(qū)的全磷含量差異較小。

3.2 各樣地沉積物不同層次有效磷含量分析

有效磷含量通常用來表征土壤的供磷狀況。由圖3可知，在濕地土壤0～20 cm的深度范圍內(nèi)，11種樣地的土壤中，有效磷含量由高至低依次為L8、L11、L10、L4、L2、L9、L7、L3、L1、L6、L5。其中，L8樣地有效磷含量最高，為63.1 mg/kg，L5樣地有效磷含量最低，僅13.9 mg/kg，變化幅度為354.0%。在20～40 cm的土壤深度區(qū)域內(nèi)，11種樣地的沉積物中有效磷含量由高至低排序?yàn)長8>L4>L11>L7>L6>L1>L9>L3>L5>L10>L2。其中L8樣地含量最高，為93.2 mg/kg，L2樣地最小，僅17.0 mg/kg，變化幅度為448.2%。

圖3 各樣地沉積物有效磷含量

就平均含量而言，各種樣地沉積物0～20 cm土層中的有效磷含量為35.4 mg/kg，20～40 cm土層為39.3 mg/kg。就緩沖區(qū)和核心區(qū)的各個(gè)沉積物中的總磷平均含量而言，0～40 cm土層核心區(qū)沉積物中有效磷的平均含量為47.5 mg/kg，緩沖區(qū)為31.6 mg/kg。

4 討論

在本研究中，就全磷而言，11種樣地緩沖區(qū)和核心區(qū)整體上相差不大，在0～20 cm和20～40 cm土層，其差值分別為0.8 mg/kg和2.9 mg/kg。在濕地土壤0～20 cm的深度區(qū)域內(nèi)，11種樣地沉積物中全磷含量的高低順序?yàn)長5>L8>L11>L6>L7>L10>L2>L4>L3>L1>L9。在20～40 cm的土壤深度范圍內(nèi)，11種樣地的沉積物中全磷含量的大小排序依次為L10>L4>L6>L7>L1>L9>L11>L5>L2>L8>L3。總體來說，L6樣地在0～40 cm的深度范圍內(nèi)全磷含量較高，分析原因是L6樣地種植有農(nóng)作物，受人類活動影響較大，故導(dǎo)致磷素含量富集在土壤表層和亞表層[10]。

土壤有效磷是可被植物吸收的磷組分，包括全部水溶性磷、部分吸附態(tài)磷及有機(jī)態(tài)磷[11]。本研究中，就有效磷而言，11種樣地的有效磷含量變化幅度較大(0～20 cm土層變化幅度為354.0%，20～40 cm土層變化幅度為448.2%)，在濕地土壤0～20 cm的深度范圍內(nèi)，在11種樣地的土壤中，有效磷含量由高至低依次為L8、L11、L10、L4、L2、L9、L7、L3、L1、L6、L5。在20～40 cm的土壤深度區(qū)域內(nèi)，有效磷含量由高至低依次為L8、L4、L11、L7、L6、L1、L9、L3、L5、L10、L2。可見，在0～40 cm的深度范圍內(nèi)，L8、L11和L4樣地有效磷含量較高。本研究中，L8和L11樣地位于核心區(qū)，L4樣地位于緩沖區(qū)，種植有白蠟樹，白蠟林林地土壤的有效磷含量較高，可見土壤肥力較高，有利于白蠟樹根系的生長發(fā)育，這也是白蠟林樹木整體生長良好的原因之一。此外，本研究中，L5樣地的全磷含量較高，而有效磷含量較低，原因可能是L5樣地土壤較貧瘠，微生物較少，磷的很大一部分含量都無法被轉(zhuǎn)換成植物能夠吸收利用的有效磷。

5 結(jié)論

本研究探討了新鄉(xiāng)市封丘縣陳橋濕地核心區(qū)和緩沖區(qū)沉積物中全磷和有效磷的分布特征，結(jié)果表明：在0～40 cm的深度范圍內(nèi)，核心區(qū)沉積物中全磷的平均含量為762.8 mg/kg，緩沖區(qū)為764.7 mg/kg，相差僅1.9 mg/kg；核心區(qū)沉積物中有效磷的平均含量為47.5 mg/kg，緩沖區(qū)為31.6 mg/kg，差值較大為15.9 mg/kg。種植有農(nóng)作物的樣地(例如L5樣地)有效磷含量較低，說明其處于需要補(bǔ)充磷肥的狀態(tài)。栽種有林木的樣地(例如L11樣地)有效磷含量較高，對林木生長有利。