云南高原湖泊沉积物有机磷累积特征及其与流域发展间响应关系

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对富营养化湖泊而言,磷是维持其富营养化及藻类水华暴发的重要因素之一。沉积物赋存了大量磷,其中有机磷(OP)是湖泊沉积物磷的重要组分。由于OP结构和组成复杂,目前对湖泊OP生物地球化学过程的认识还十分有限。沉积物OP组成、结构和酶解特征与湖泊生态系统OP生物地球化学过程密切相关。因此,本研究运用化学连续提取法、酶水解法及紫外分光光法(UV-vis)、三维荧光光谱(3DEEM)、液相磷核磁共振(31P-NMR)等技术手段,选择云南典型高原湖泊洱海、滇池和异龙湖,对其沉积物有机磷含量、组成结构及生物有效性进行了综合研究,从历史演变角度分析了云南高原湖泊沉积物有机磷累积特征及富营养化风险,并探讨了其沉积物有机磷累积与流域发展间的响应关系,以期为云南高原湖泊富营养化控制及流域综合治理提供科学依据。本研究采用了改进的Hedley连续提取法对洱海、滇池和异龙湖柱状沉积物不同形态有机磷进行了定量分析,并利用磷酸酯酶及其组合分析了沉积物不同形态有机磷生物有效性变化特征,结果表明,异龙湖(MOD)沉积物有机磷占比显著高于滇池(LIG)和洱海(MES);洱海和滇池不同形态OP含量表现为:HCl-Po>Na OH-Po>Na HCO3-Po>H2O-Po;而异龙湖则为Na OH-Po>HCl-Po>Na HCO3-Po>H2O-Po。沉积物酶可水解有机磷EHP是生物有效性Po的重要来源,不同形态有机磷EHP含量均表现为Na OH-Po>Na HCO3-Po>H2O-Po,各形态有机磷酶水解得到的单酯磷labile monoster P和类植酸磷phytate-like P含量均高于二酯磷diester P。各湖泊沉积物有机磷含量垂向分布总体均呈现随沉积深度的增加而减少的特征,不同形态有机磷剖面变化趋势与总有机磷TOP相似,其中洱海和滇池生物有效Po均随沉积深度的增加而显著降低,而异龙湖沉积物生物有效Po垂向变化则没有随沉积深度的增加而显著减少的特征。通过紫外可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,对云南高原湖泊沉积物洱海、滇池和异龙湖柱状沉积物有机磷结构进行了表征,结果表明云南高原湖泊沉积物剖面OP腐殖化程度及芳香环取代基含量均随深度增加而增加,湖泊沉积物OP分子量由上层向下层逐渐增大;沉积物有机磷结构由表层向深层趋于稳定,且深层沉积物高分子量OP结构更为复杂,含有更多的可聚合芳香环,且腐殖化程度较高,其稳定性较高,在一定程度上可缓解沉积物生物有效性Po降解和释放的富营养化风险;而异龙湖沉积物有机磷分子量较低,且结构也更为简单,腐殖化程度较低,OP分子的活性较大。异龙湖和滇池沉积物OP受陆源和生物源共同作用,且受生物源影响较大,而洱海沉积物OP则主要受陆源影响。运用31P-NMR技术揭示了云南高原湖泊滇池和洱海沉积物有机磷组成特征,单酯磷Monoester-P和二酯磷Diester-P是湖泊沉积物OP的主要组成部分,其中单酯磷对湖泊生态系统可能发挥着关键作用。湖泊流域社会经济发展对洱海和滇池沉积物OP累积具有深远影响,Na OH-EDTA提取态有机磷主要为铁铝结合态,受人类活动影响较大,且较为活跃,可较好反映流域人类活动变化。
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