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磷素的赋存形态及变化规律

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:本节将主要对以上各磷形态在嘉陵江主城段及长江两江交汇口点位处水体中的含量及年变化规律进行分析与讨论。图2.32不同采样点总磷变化情况及对比情况嘉陵江主城段及长江两江交汇口段TDP含量变化如图2.33所示,全年TDP浓度变化范围分别为0.040~0.089 mg/L和0.087~0.158 mg/L,平均值分别为mg/L和mg/L。由于其为TDP的主要组成成分,因此SRP 的含量变化规律与TDP相似。图2.35不同采样点溶解性正磷酸盐变化情况及对比情况嘉陵江主城段及长江两江交汇

磷素的赋存形态及变化规律

磷素是水体中除氮素外的另一种常见的营养元素,同时也往往是众多河流、湖库中的限制性营养元素,因此其浓度在一定程度上决定着水体中浮游植物的生长状况[42]。水体中磷素主要分为溶解性磷(TDP)和颗粒磷(PP),由于水体中溶解性无机磷基本以正磷酸盐的形态存在[148],因此TDP又进一步可以划分为溶解性正磷酸盐(SRP)和溶解性有机磷(DOP)。另一方面,根据是否可被碱性磷酸酶催化,又可将磷素分为可酶解磷(EHP)和其他形态的磷素。本节将主要对以上各磷形态在嘉陵江主城段及长江两江交汇口点位处水体中的含量及年变化规律进行分析与讨论。

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段TP含量变化如图2.32(a)所示,全年TP浓度变化范围分别为0.069~0.247 mg/L,0.139~0.372 mg/L,平均值分别为(0.112±0.045)mg/L和(0.225±0.062)mg/L。对嘉陵江和长江TP浓度进行独立样本Kruskal-Wallis检验(n=28,P<0.05),发现嘉陵江水体TP含量要显著低于长江TP含量,如图2.32(b)所示。有研究表明,水体中磷素的来源主要有农业施肥造成的面源污染和城市污水排放造成的点源污染,对于不同水体其各自的影响也不同;此外底泥释放的内源磷素也不可忽视[149]。从全年的变化规律来看,TP浓度呈现夏季高冬季低的特点;蓄水期TP浓度较低,平均值为(0.084±0.014)mg/L,且在2014年10月31日有最低值为0.069 mg/L;消落期磷素出现波动,平均水平为(0.101±0.027)mg/L;汛期磷素迅速上升,其平均值为(0.179±0.056)mg/L,并且在2014年8月15日有最大值0.247 mg/L。从嘉陵江横向点位对比来看,不同点位间的TP含量无显著性差异,其存在的细微差别主要源自采样点附近小规模的点源排放[见图2.32(b)]。

图2.32 不同采样点总磷变化情况(a)及对比情况(b)

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段TDP含量变化如图2.33(a)所示,全年TDP浓度变化范围分别为0.040~0.089 mg/L和0.087~0.158 mg/L,平均值分别为(0.066±0.012)mg/L和(0.111±0.018)mg/L。对嘉陵江和长江TDP浓度进行ANOVA检验(n=28,P<0.05),发现嘉陵江水体TDP含量显著低于长江TDP含量,如图2.33(b)所示。水体溶解性总磷是水生浮游生物所利用的主要磷类型,包括溶解性无机磷和溶解性有机磷,其在全年中不同时期相差不大。在蓄水期嘉陵江水体中TP含量平均值为(0.068±0.012)mg/L;消落期TP含量先下降再上升,2014年3月26日出现最低值0.040 mg/L,平均值为(0.066±0.01)mg/L;汛期期间TP含量出现一定增长,平均值为(0.081±0.016)mg/L,最大值出现在2014年8月15日为0.089 mg/L。从嘉陵江不同点位的TP浓度情况来看,从上游至下游TP浓度略有上升,与城市污水的汇入存一定关系[见图2.33(b)]。

图2.33 不同采样点溶解性总磷变化情况(a)及对比情况(b)

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段PP含量变化如图2.34(a)所示,全年PP浓度变化范围分别为0.010~0.158 mg/L和0.041~0.261 mg/L,平均值分别为(0.045±0.041)mg/L和(0.114±0.054)mg/L。对嘉陵江和长江PP浓度进行独立样本Kruskal-Wallis检验(n=28,P<0.05),发现嘉陵江水体PP含量显著低于长江PP含量,如图2.34(b)所示。颗粒磷主要源自水体对河道、消落带底泥的冲刷,大量颗粒磷在冲刷作用下从消落带底泥中释放并进入水体;此外,外源污染也是重要的颗粒磷来源之一,研究表明生活污水及雨水均会夹杂大量的颗粒磷,并随其汇入自然水体[150]。从不时期来看,蓄水期颗粒磷浓度较低,平均为(0.017±0.008)mg/L,在2013年11月1日及10月31日均取得最低值为0.010 mg/L;消落期PP浓度迅速上升并出现波峰而后回落,平均值为(0.043±0.026)mg/L;汛期PP浓度出现大幅增长,并在2014年8月15日出现最大值为0.158 mg/L,期间平均值为(0.099±0.056)mg/L。嘉陵江从上游至下游颗粒磷浓度呈现一个下降趋势,这主要是由于主城段流速较为缓慢,使得颗粒态物质逐渐沉降[见图2.34(b)]。

图2.34 不同采样点颗粒磷变化情况(a)及对比情况(b)

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段SRP含量变化如图2.35(a)所示,全年SRP浓度变化范围分别为0.014~0.068 mg/L和0.060~0.132 mg/L,平均值分别为(0.047±0.016)mg/L和(0.091±0.019)mg/L。对嘉陵江和长江SRP浓度进行独立样本Kruskal-Wallis检验(n=28,P<0.05),发现嘉陵江水体SRP含量显著低于长江SRP含量,如图2.35(b)所示。SRP即为溶解性正磷酸盐,是碱性磷酸酶的催化产物,通过碱性磷酸酶的催化作用,大量有机磷能够转变为正磷酸盐[151]。由于其为TDP的主要组成成分,因此SRP 的含量变化规律与TDP相似。蓄水期SRP含量较为稳定,平均值为(0.052±0.007)mg/L;消落期SRP含量呈现先降后升的特点,在2014年3月26日有最低值0.014 mg/L,平均值为(0.035±0.017)mg/L;汛期期间SRP含量整体维持在较高水平,平均值为(0.063±0.010)mg/L,在2014年6月13日有最高值为0.068 mg/L。嘉陵江不同点位SRP浓度从磁器口至大溪沟段呈上升趋势,而在朝天门处又有所下降,这与外源污染的汇入以及水生生物的消耗存在一定关系[见图2.35(b)]。

图2.35 不同采样点溶解性正磷酸盐变化情况(a)及对比情况(b)(www.xing528.com)

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段DOP含量变化如图2.36(a)所示,全年DOP浓度变化范围分别为0.004~0.036 mg/L和0.001~0.054 mg/L,平均值分别为(0.019±0.007)mg/L和(0.019±0.015)mg/L。对嘉陵江和长江DOP浓度进行独立样本Kruskal-Wallis检验(n=28,P<0.05),发现嘉陵江水体DOP含量与长江DOP含量无显著性差异,如图2.36(b)所示。水体DOP主要来源于外源污染,包括农业面源污染如有机磷农药等,以及生活污水点源污染,如含磷洗衣粉[152,153]。蓄水期DOP含量缓慢上升,平均值为(0.016±0.008)mg/L;消落期DOP出现剧烈波动,最高值出现在2014年4月3日为0.036 mg/L,最低值出现在2014年5月8日为0.004 mg/L,平均值为(0.023±0.014)mg/L;汛期 DOP 含量受到流量增大带来的稀释作用影响,出现一定下降,平均值为(0.017±0.012)mg/L。从嘉陵江沿程点位DOP含量来看,从上游至下游呈现上升趋势,可能与城市污水的汇入相关[见图2.36(b)]。

图2.36 不同采样点溶解性有机磷变化情况(a)及对比情况(b)

如图2.37所示为不同时期磷素含量及不同磷形态所占比例。嘉陵江溶解性正磷酸盐、溶解性有机磷含量均高于长江,前者分别占TP比例为42.1%、17.3%,而长江中SRP、DOP分别占比40.6%、8.6%,这表明嘉陵江主城段水体磷素污染较长江更高。嘉陵江颗粒磷含量要低于长江,其在嘉陵江占比为40.6%,在长江占比高达50.7%,表明其主要来源为水体对消落带及河道的冲刷。具体从蓄水期、消落期、汛期三个不同时期对嘉陵江主城段水体磷素的占比进行分析,SRP在三个时期的比例分别为61.6%、34.5%、35.3%,DOP在三个时期占TP比例分别为18.6%、23.2%、9.7%,PP在三个时期占TP比例分别为19.8%、42.3%、55.0%。由上述数据可知,随着嘉陵江流量的增加,SRP、DOP占比均会下降,而PP会出现大幅上升,水体PP受到的面源影响显然要高于其他形态磷。

图2.37 不同时期磷素比例

嘉陵江主城段及长江两江交汇口段EHP含量变化如图2.38(a)所示,全年EHP浓度变化范围分别为0.007~0.026 mg/L和0.004~0.051 mg/L,平均值分别为(0.014±0.005)mg/L和(0.018±0.013)mg/L。对嘉陵江和长江EHP浓度进行独立样本Kruskal-Wallis检验(n=28,P<0.05),发现嘉陵江水体EHP含量与长江EHP含量无显著性差异,如图2.38(b)所示。由于碱性磷酸酶的催化底物为有机磷,因此EHP的主要成分为有机磷[154],其含量年变化规律与DOP具有相似之处。蓄水期EHP含量在全年相对较低,平均值为(0.012±0.006)mg/L;消落期EHP含量波动较大,2014年3月26日出现最高值为0.026 mg/L,而后有所下降,平均值为(0.017±0.009)mg/L;汛期EHP含量较低,平均为(0.015±0.011)mg/L,在2014年8月15日出现最低值0.009 mg/L。从嘉陵江沿程来看,从上游至下游EHP浓度呈现上升趋势,应现象与城市污水的汇入有关[见图2.38(b)]。

图2.38 不同采样点可酶解磷变化情况(a)及对比情况(b)

可酶解磷在嘉陵江及长江总磷中所占比例分别为13.1%和7.8%,显然嘉陵江水体对藻类生长更为适合,同时也表明嘉陵江水体的有机污染较长江更为严重。从不同时期来看,嘉陵江水体在蓄水期、消落期和汛期EHP所占比例分别为14.4%、16.6%和8.1%,实际上EHP的绝对浓度并未有太大变化,而是其他形态的磷素增加导致EHP所占比例在全年出现波动。如图2.39所示,可以看出,消落期水体的可酶解磷所占比例最高,为藻类的生长提供了有利条件。

图2.39 不同时期可酶解磷所占比例

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