关键词:
格兰德河流域
碱性磷酸酶
可溶性有机磷
悬浮颗粒态磷
周转时间
摘要:
磷素是自然界重要的营养元素,在水生态系统中通常为首要的限制因子,其在水环境中的赋存、迁移和转化等过程对水生态系统的初级生产力具有重要意义,但过量的磷素进入水体后会严重影响水体质量,造成水体富营养化等一系列环境问题,因此充分了解水体磷素循环状况对于制定相关水体最佳养分管理措施具有十分重要的意义。目前对于水体磷素的研究逐渐从关注不同形态磷的浓度变化,转向定量描述磷素在不同形态间及在生物相-非生物相之间的转化过程,但对于某一具体河流在这方面的综合研究,例如水体可溶性有机磷(DOP)潜在生物可利用性及对水体活性磷库的贡献、精确定量正磷酸盐(P043-)被水生生物吸收和释放的过程,及占水体磷素绝大多数的悬浮颗粒态磷(PP)的潜在可利用活性的研究仍然较少,且还不完善,因此本研究从水体不同形态磷的生物可利用性角度,以汇入北美五大湖之一Eire湖的最大支流、位于加拿大安大略省的格兰德河流域为研究对象,采用同位素标记示踪技术和化学连续提取分级等方法,对不同磷形态季节性变化、相互转化关系、与水环境的关系及在被水生生物吸收释放等过程进行了研究,这将有助于加深对格兰德流域水体磷素循环过程的认识,加深了解磷素地球化学特性,为指导该流域生产的磷素养分管理,防止面源污染发生具有重要的理论意义和实践价值。主要结论如下: 1.格兰德河水体中可溶性有机磷参与磷素循环的研究 在格兰德中段、按水流方向设置三处采样点:布里奇波特(Bridgeport)、维多利亚(Victoria)和布莱尔(Blair)。主要探讨了水中可溶性有机磷(DOP)对水中可溶性生物活性磷(SRP)库的贡献、影响DOP浓度变化的特定酶种类及活性大小。这3个采样位点在本试验进行阶段水体DOP的平均浓度分别为11.24μg PL-1,16.73μgP L-1和40.19μg P L-1。在比较不同过滤压力条件(0mm Hg,100mm Hg,300mm Hg及500mm Hg)对水中DOP浓度影响时,发现水样的过滤压力对水体DOP浓度有显著影响(P<0.05),即过滤压力越大,滤液中的DOP浓度越高,这是由于在过滤过程中浮游动植物等水生生物部分断裂的肢体通过了滤膜进入滤液中成为DOP的一部分,或部分活性固体颗粒物的细胞膜在压力下破裂,使细胞液等含磷物质(主要为RNA等)渗入到滤液中从而影响了滤液中的DOP浓度;在探讨自然水体DOP对SRP库贡献的试验中,发现自然状态下水中DOP浓度随时间推移有逐渐减小的趋势,而水体SRP浓度有缓慢上升趋势,且不同采样季节格兰德河水体中的DOP的浓度下降速度与SRP浓度增加速率相似(都在小于2μg P L-1h-1范围变化);在随后的水体酶活测定试验中发现格兰德河水体中存在的碱性磷酸酶在降解DOP再生为生物可利用活性磷的过程中发挥了及其重要的作用,表明DOP不但可以参与水体磷素的循环过程,而且是水体生物可利用活性磷的来源之一;同时也发现格兰德河水体胞外自由态碱性磷酸酶活性较强,占水体总碱性磷酸酶活性的50%左右;在DOP参与下的格兰德河水体磷素周转时间为10-24h,对比之前学者们的研究结果可知格兰德河是水体营养循环速度很快,水体生物具有较强的光合作用和新陈代谢活动旺盛的一条富营养化河流。 2.格兰德河水体中不同磷形态的季节变化及其与水环境的关系 格兰德河干流与支流水体总磷(TP)在2012年的平均浓度分别为87.42和82.15μg P L-1,单从水体TP浓度来说这两条河流都属于富营养化河流。相关性显示康内斯托加河水体TP浓度变化对于格兰德水体TP变化间没有显著影响(P<0.05),表明支流水体虽然携带较高磷浓度汇入干流,并不对水体磷素营养浓度产生决定性的影响,表明格兰德河中段水体磷素除了来源于支流输入以外,还有其它含较高磷素浓度的输入源,可能与支流河口位置与格兰德河中段采样位点间存在直接向格兰德河排放含有大量营养元素污水的滑铁卢市污水处理厂有关;格兰德河中段水体与支流康内斯托加河口处SRP和DOP全年平均浓度分别为9.77和10.14μg PL-1,10.85μg P L-1和16.28μg P L-1,相关性分析显示支流水体SRP和DOP浓度对于流水体相应指标无显著影响(P>0.05),表明格兰德河中段水体的溶解态磷(SRP和DOP)除来源于支流输入以外,在支流河口与格兰德河中段采样位点之间的河段还存在大量外源性溶解态磷输入;格兰德河干流与支流水体悬浮颗粒态磷(PP)全年平均浓度分别为67.51和55.30μg P L-1,相关性分析显示格兰德河支流河口水体颗粒态磷浓度对干流水体颗粒态磷浓度存在显著影响(P<0.05),可推测占格兰德河支流水体总磷全年平均百分比69.09%的悬浮颗粒态磷在汇入干流后可以随水流向下游移动,对格兰德河中段干流水体悬浮颗粒态磷贡献明