长江口潮滩沉积物基质结合态磷化氢的分布特征初探

摘要

磷作为造成河口及近岸水域富营养化、导致有害赤潮频繁发生的重要原因之一，其生物地球化学循环与影响机制的研究对于深刻认识河口生态系统富营养化演变过程和防止富营养化发生具有极其重要的意义。
　　 目前，磷化氢作为公认的磷的气相载体存在于自然界中。自Devai等人(1988)在污泥处理过程中首次证实了磷化氢的存在后，在陆源大气、土壤、盐沼湿地和湖泊等环境中陆续发现了该化合物的存在。磷化氢的发现，是对磷的生物地球化学循环过程的一种重要补充，为磷元素在水圈中传统的循环模式与机制提出了新的认识和思考，它在磷循环过程中的地位和作用及其产生机制成为现代研究的热点。
　　 磷化氢以游离气态和基质结合态两种形态存在于自然介质中。长江口潮滩沉积物作为磷化氢的蓄积库，在磷循环过程中常常作为磷源存在，因此开展基质结合态磷化氢生成、迁移、转化等机制的研究对弄清长江口潮滩磷的生物地球化学循环过程具有重大意义。
　　 河口滨岸潮滩是一个典型的海陆交互作用地带，是一个多功能的复杂生态系统，具有独特的生态价值和资源潜力。由于受海陆交互作用的影响，河口滨岸潮滩环境中的各种物理、化学和生物因子复杂多变，具有径流、波浪和潮流等动力作用强烈、泥沙运移和物质交换频繁、理化要素梯度变化大、生物多样性丰富等独特的环境特征。本文以长江口滨岸潮滩为研究对象，选取浏河口( LHK)、吴淞口(WSK)、白龙港(BLG)、东海农场(DH)、芦潮港(LC)、奉新(FX)、金山(JS)7个典型采样断面，研究沉积物中基质结合态磷化氢的时空分布规律，并结合长江口沉积物理化性质特征，探究基质结合态磷化氢累积的主要控制因子。在对长江口潮滩沉积物中有机磷和无机磷的赋存形态进一步研究的基础上，探讨磷素不同赋存形态在基质结合态磷化氢生成和累积过程中的影响，并由此初步探讨磷化氢生成前体物类型。主要的研究结论如下：
　　 1．结合Ivanoff et a1．(1998)和R.Zhang et.al.(2008)两种方法，对长江口潮滩7个典型采样断面表层沉积物样品进行分级提取，测得沉积物中活性有机磷、中度活性有机磷、稳定性有机磷含量范围分别为2.02～21.37μg/g，19.55～99.12μg/g，3.32～46.82μg/g。沉积物中有机磷组分含量中度活性有机磷＞稳定性有机磷＞活性有机磷。
　　 2．长江口滨岸潮滩表层沉积物中基质结合态磷化氢的含量存在明显的时空分布差异。基质结合态磷化氢浓度范围在0.5～3.25ng/kg之间。7月、11月、5月、1月基质结合态磷化氢含量范围分别为1.17～3.25ng/kg，0.65～2.4ng/kg，0.92～3ng/kg，0.5～1.4ng/kg，均值分别为2.10ng/kg，1.25ng/kg，1.88ng/kg，0.89ng/kg。研究表明长江口潮滩滨岸带沉积物中基质结合态磷化氢含量明显低于其他水生环境基质结合态磷化氢含量水平。
　　 3．在长江口滨岸潮滩带盐度和沉积物温度是沉积物中基质结合态磷化氢含量的主要环境控制因子，有机质、氧化还原电位、酸碱度、沉积物粒度等都是沉积物中基质结合态磷化氢含量的影响因素，但是并非主控因子。
　　 4．基质结合态磷化氢的含量与沉积物中可溶无机磷和有机磷含量密切相关。本研究区域内较高的磷组分含量对应着较高的基质结合态磷化氢含量，说明长江口基质结合态磷化氢可能是源于磷灰石磷的机械风化作用和有机磷的微生物降解。
　　 5．结合本文研究内容，归纳得到海洋生态系统中磷循环模式简图。作为对海洋生态系统中磷的生物地球化学循环理论的补充。