海州灣秋季沉積物磷的形態(tài)分布及生物有效性

高春梅,張中發(fā),張 碩 (.上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院,上海 20306；2.上海海洋大學(xué)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中心,上海 20306；3.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海 20306；4.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 20306；5.國(guó)家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心,上海 20306)

磷是海洋生態(tài)系統(tǒng)中生物生長(zhǎng)所必需的重要生源要素之一,也是反映水體富營(yíng)養(yǎng)化水平的主要因子[1].在海洋環(huán)境中,總磷的含量高達(dá)3.25×1018g,其中顆粒物中(包括沉積物)磷約為3.13×1018g,占總磷的 96.2%,由此可知海洋沉積物是磷的主要儲(chǔ)備庫(kù)[2].磷在沉積物與水體界面的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程和交換機(jī)制中受到磷的不同形態(tài)的影響[3-4],因此,研究沉積物中磷的含量及其形態(tài)分布特征對(duì)于了解和掌握沉積物–水界面磷的循環(huán)過(guò)程、交換和補(bǔ)充機(jī)制及預(yù)測(cè)沉積物潛在的供磷能力顯得尤為重要[5].而沉積物中能夠供給生物利用的有效磷僅占總磷的一部分,它的含量大小能夠在一定程度上反映局部海域的水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和衡量初級(jí)生產(chǎn)力的大小[5],同時(shí)也能影響海洋生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的生物量和群落結(jié)構(gòu)[6].因此,通過(guò)研究沉積物磷的形態(tài),分析其生物有效性也是十分必要的.

海州灣地處我國(guó)黃海中部,是暖溫帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)向北亞熱帶海洋氣候區(qū)的過(guò)渡地帶,其海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)生物種類(lèi)繁多,海洋環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)良,是我國(guó)近海比較有特點(diǎn)的海灣之一[7].目前,關(guān)于海州灣海域磷方面已有部分研究報(bào)道,在對(duì)海州灣磷和沉積物的交換量的研究中,結(jié)果顯示該調(diào)查區(qū)域磷酸鹽在春季表現(xiàn)為由水體向沉積物中遷移,而夏季和秋季則表現(xiàn)為由沉積物向水體中釋放,其交換速率處于中等水平;同時(shí)也有研究指出,生物擾動(dòng)和微生物的分解作用是影響該過(guò)程的重要因素;水體中的磷濃度是評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要指標(biāo)之一,有研究發(fā)現(xiàn)海州灣南部近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)主要以磷限制和硅限制為主,其潛在富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)也表明該海域主要以磷限制和中度富營(yíng)養(yǎng)化水平為主[8-11].但是關(guān)于海州灣柱狀沉積物磷方面的研究鮮有報(bào)道,而柱狀沉積物磷的垂直分布情況能夠記錄研究海域內(nèi)的環(huán)境條件變化,意義十分重大[12].因此,本文采用改進(jìn)后的SEDEX法[13-14],針對(duì)該海域表層和柱狀沉積物磷的形態(tài)進(jìn)行了測(cè)定,探究沉積物中磷的水平和垂直分布特征,并對(duì)磷的生物有效性進(jìn)行了分析,以期為進(jìn)一步研究該海域磷營(yíng)養(yǎng)鹽的補(bǔ)充和轉(zhuǎn)化機(jī)制及后續(xù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施的實(shí)施提供參考.

1 材料與方法

1.1 樣品采集及預(yù)處理

圖1 海州灣采樣站位Fig.1 Sampling station in Haizhou Bay

于 2016年 10月在連云港海州灣海域(34°52′52″～35°7′23″N、119°31′12″～119°43′41″E)共設(shè)置了 12個(gè)采樣站位,分別為 RA1、RA2、RA3、RA4、RA5、RA6、RA7、RA8、RA9、RA10、CA1和CA2(其中RA表示在魚(yú)礁區(qū)采樣站位,CA表示在對(duì)照區(qū)采樣站位),具體站位分布如圖 1所示.所有站位均用抓斗式采泥器采集表層沉積物,并選取 5個(gè)具有代表性的站位用柱狀采泥器采集柱狀沉積物樣品(站位選擇分別為魚(yú)礁區(qū)和自然環(huán)境下的對(duì)照區(qū),并按照離岸遠(yuǎn)近布設(shè)了5個(gè)站位).沉積物樣品冷凍保存帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析,柱狀沉積物樣品按1cm每層的厚度進(jìn)行分層,經(jīng)冷凍干燥后,磨碎并過(guò)100目篩,用于測(cè)定磷的形態(tài).

1.2 分析與測(cè)定

參照 Aspila等[15]的方法對(duì)表層和柱狀沉積物樣品中總磷(TP)和無(wú)機(jī)磷(IP)進(jìn)行測(cè)定.TP采用高溫灰化法:稱(chēng)取3份0.15g沉積物平行樣品置于瓷坩堝中,放入馬弗爐內(nèi)550℃下灰化2h,冷卻后轉(zhuǎn)移到 50mL離心管中,加入 1mol/L鹽酸19.5mL,然后在室溫下振蕩24h后離心,用磷鉬藍(lán)法測(cè)定提取液中 TP的含量;IP用 19.5mL鹽酸(1mol/L)振蕩16h后離心,測(cè)定提取液中IP的濃度.TP和IP的濃度差值即為有機(jī)磷(OP)的含量.

圖2 磷形態(tài)提取方法示意Fig.2 The schematic diagram of phosphorus form extraction method

磷的形態(tài)提取方法采用改進(jìn)后的 SEDEX法[13-14],該方法將磷的形態(tài)分為不穩(wěn)態(tài)磷及鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-P)、自生鈣結(jié)合態(tài)磷(ACa-P)、原生碎屑磷(DAP)和有機(jī)磷(OP).其中 Fe-P的測(cè)定采用Mg(OH)2共沉淀法[16],其余3種形態(tài)磷的測(cè)定方法參照《海洋調(diào)查規(guī)范2007》中的磷鉬藍(lán)分光光度法[17]進(jìn)行測(cè)定.磷形態(tài)的具體提取步驟如圖2所示.

沉積物的粒度測(cè)定:利用馬爾文MS200激光粒度儀對(duì)沉積物干樣的粒徑組分及其構(gòu)成比例進(jìn)行測(cè)定,然后進(jìn)行粒度分級(jí).

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

采用ArcGIS、Excel等軟件進(jìn)行繪圖和數(shù)據(jù)處理,應(yīng)用SPSS20.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,并采用 Pearson相關(guān)系數(shù)法對(duì)常規(guī)理化指標(biāo)和形態(tài)磷之間進(jìn)行相關(guān)性分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 表層沉積物磷的含量及其分布

圖3 表層沉積物各形態(tài)磷的平面分布Fig.3 Horizontal distribution of phosphorus forms in surface sediments

表層沉積物中TP的含量為0.340～0.445mg/ g,最大值 0.445mg/g出現(xiàn)在 CA1處,最小值0.340mg/g出現(xiàn)在RA9處.從圖3(a)中可以看出,由灣內(nèi)向?yàn)惩庋由?TP含量呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢(shì).由于海州灣屬于典型的半開(kāi)闊海灣,南部沿岸有多條河流注入,包括工、農(nóng)業(yè)發(fā)展以及沿岸居民所產(chǎn)生的生活廢水等[18];此外,海州灣的潮流屬于正規(guī)半日潮,實(shí)測(cè)潮流的流向基本為西南–東北流向,漲潮期間為西南,落潮期間則為東北,流速由北向南逐漸減弱[19],不利于沉積物中 TP向?yàn)惩廨斶\(yùn).綜上所述,陸源輸入物質(zhì)難以向外海輸送,因此造成離岸越近,TP的含量越高的趨勢(shì).IP的含量為0.271～0.350mg/g,最 大 值0.350mg/g出現(xiàn)在CA1,最小值0.271mg/g出現(xiàn)在RA9.由圖 3(b)可知,除去 CA1和 RA9,其他站位IP分布較為均勻,且由海岸向外海逐漸減少,在最遠(yuǎn)處最小,離岸最近處達(dá)到最大.

Fe-P是指與 Fe的氧化物或氫氧化物(如水鐵礦,纖鐵礦,針鐵礦等)發(fā)生共沉淀的磷酸鹽,它可以指示磷的來(lái)源并作為環(huán)境污染程度的標(biāo)志,這在表層沉積物中體現(xiàn)的更為明顯[13].本次調(diào)查海域 Fe-P的含量為 0.003～0.055mg/g,最大值0.055mg/g出現(xiàn)在CA1,最小值0.003mg/g出現(xiàn)在RA9,整體分布趨勢(shì)為近岸高、遠(yuǎn)岸低,具體變化特征如圖 3(c)所示;OP為有機(jī)磷,本研究中將連續(xù)提取法最后一步得到的殘?jiān)?jīng)過(guò)處理后測(cè)定出來(lái)的磷值作為惰性有機(jī)磷.從圖 3(f)可以看出OP的平面分布特征為從內(nèi)向外逐漸遞減,含量變化范圍為 0.051～0.088mg/g,在 CA1站位處有最大值 0.088mg/g,在 RA7站位處有最小值0.051mg/g.Fe-P和 OP的變化趨勢(shì)具有一致性,說(shuō)明陸源輸入是表層沉積物中Fe-P和OP的主要來(lái)源,同時(shí),從粒徑組成的測(cè)定結(jié)果來(lái)看,由于近岸沉積物粘土級(jí)含量高于遠(yuǎn)岸,而粘土級(jí)沉積物對(duì)Fe-P和OP的吸附能力較強(qiáng),這也可能是導(dǎo)致這種變化趨勢(shì)的原因之一.

ACa-P 是指自生鈣磷,Ruttenberg[20]、Frankowski[21]等按鈣磷的來(lái)源,將其分為自生鈣磷(ACa-P)和原生碎屑磷(DAP),其中 ACa-P主要是指自身成因和生物成因的自生磷灰石磷以及與自生碳酸鈣共沉淀的磷(包括水體中的生物殘骸)[13,22].調(diào)查區(qū)域 ACa-P 的含量為 0.050～0.105mg/g,最大值 0.105mg/g出現(xiàn)在 CA2,最小值0.050mg/g出現(xiàn)在RA3,呈現(xiàn)出近岸高,遠(yuǎn)岸低的特點(diǎn),如圖 3(d)所示.孟佳等[23]對(duì)北黃海表層沉積物的研究結(jié)果顯示,ACa-P的分布趨勢(shì)為由近岸到海域中央濃度逐漸降低,說(shuō)明海洋表層沉積物的自生鈣磷主要來(lái)自海洋浮游生物,這與本次調(diào)查的研究結(jié)果相一致.DAP是指原生碎屑磷,主要來(lái)源于流域內(nèi)風(fēng)化侵蝕產(chǎn)物中磷灰石礦物晶屑等,它能夠反映流域內(nèi)侵蝕速率的大小以及侵蝕程度的強(qiáng)弱[24].本次調(diào)查海域內(nèi) DAP的含量為0.192～0.236mg/g,最大值 0.236mg/g出現(xiàn)在 RA2,最小值0.192mg/g出現(xiàn)在RA4,整體來(lái)看,由近及遠(yuǎn)表現(xiàn)為逐漸增大的變化趨勢(shì),如圖 3(e)所示.張晉華[25]指出DAP主要是來(lái)自于火成巖、變成巖等礦物,隨著顆粒物粒徑的增大,其含量增高,本次粒徑調(diào)查結(jié)果中較大顆粒(粗粉砂、細(xì)砂和中砂)主要存在于離岸較遠(yuǎn)處,其平面分布與DAP相似,這表明沉積物中DAP的平面分布特征與粒徑有關(guān).

2.2 柱狀沉積物中磷的含量及其分布

Fe-P在5個(gè)采樣站位由上至下的平均含量分 別 為 :RA3[(0.058±0.001)mg/g]＞RA9[(0.057±0.001)mg/g]＞RA5[(0.041±0.000)mg/g]＞RA4[(0.0 40±0.000)mg/g]＞CA2[(0.015±0.000)mg/g], 如 圖4(a)所示,Fe-P在 5個(gè)站位處由上至下均出現(xiàn)輕微增長(zhǎng),其中在 RA9處變化幅度較大,這可能與該海域溶解氧含量較高和樣品層次較淺有關(guān),在本次調(diào)查中該海域的沉積物樣品垂直深度最多20cm,最少的CA2處僅12cm,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溶解氧發(fā)現(xiàn)其含量較高,這可能使得沉積物中鐵磷礦物的還原過(guò)程受到一定的抑制,因此Fe-P的含量在此種情況下變化幅度不大.

由圖4(b)可知,5個(gè)站位的ACa-P含量由表層至深層呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì),其中在RA4處變化幅度相對(duì)較大,這可能和ACa-P是來(lái)自沉積物早期成巖過(guò)程中內(nèi)生過(guò)程形成或生物成因而產(chǎn)生的自生鈣磷有關(guān),由于微生物大多數(shù)存在于底泥表層,而微生物呼吸的CO2對(duì)ACa-P有較強(qiáng)的溶出作用,因此導(dǎo)致了表層ACa-P含量要高于底層ACa-P含量[5].各站位的垂直平均含量分別為:RA3[(0.123±0.002)mg/g]＞RA9[(0.100±0.002)mg/g]＞RA4[(0.098±0005)mg/g]＞RA5[(0.095±0.005) mg/g]＞CA2[(0.086±0.003)mg/g].

圖4 沉積物各站位形態(tài)磷的垂向分布Fig.4 Vertical distribution of morphological phosphorus in columnar sediments of each site

DAP在無(wú)機(jī)磷中占比最高,從表層隨深度增加呈現(xiàn)遞減趨勢(shì),在 RA9處變化幅度最大,這可能是隨著深度增加,沉積物中DAP的礦化作用較為強(qiáng)烈,導(dǎo)致其含量逐漸降低[5].從 5個(gè)站位的垂直含量平均值來(lái)看,各站位之間的差異性較為顯著,其具體平均值分別為:RA5[(0.270±0.004)mg/g]＞RA4[(0.233±0004)mg/g]＞CA2[(0.215±0.004)mg/g]＞RA9[(0.194±0.005)mg/g]＞RA3[(0.153±0.0 10)mg/g].如圖 4(c)所示,從平面分布中可以看出,其變化趨勢(shì)大致呈現(xiàn)為由近及遠(yuǎn)先變大后變小,DAP是礦物風(fēng)化的產(chǎn)物,伴隨著河流沖刷,沉積物中的DAP被帶到離岸較遠(yuǎn)處逐漸積累,而在離岸較遠(yuǎn)處,由于沖刷作用的減弱,導(dǎo)致 DAP含量又逐漸降低,這也說(shuō)明陸源輸入導(dǎo)致大量DAP輸入海域的可能性較低.

OP的含量在不同站位的垂向變化趨勢(shì)大致相同,自上而下均表現(xiàn)出輕微程度的增加,其中在 RA4處變化幅度較大.從圖 4(d)中可以看出,在5個(gè)站位中OP的最小值均出現(xiàn)在表層,這可能是由于相對(duì)底層沉積物來(lái)說(shuō),位于水–沉積物交換界面的表層沉積物具有良好的氧氣富足環(huán)境,從而導(dǎo)致有機(jī)磷的礦化作用較為強(qiáng)烈,因此出現(xiàn)了表層OP的濃度普遍低于深層OP濃度的現(xiàn)象.

由圖 4(e)可知,在 CA2處,TP的含量從上至下增加的趨勢(shì)十分平緩,而在其他站位則幅度較大,且其最大值基本處于 16cm左右.各站位的垂直平均濃度為:RA5[(0.549±0.004)mg/g]＞ RA4[(0.486±0.003)mg/g]＞RA3[(0.436±0.004)mg/g]＞RA9[(0.427±0.003)mg/g]＞CA2[(0.395±0.004)mg/g],可以看出,各站位的TP含量均大于CA2處,這在一定程度上說(shuō)明了陸源輸入對(duì)該海域沉積物中垂向TP變化的影響較小,引起TP垂向變化趨勢(shì)的主要成因可能是在魚(yú)礁區(qū)實(shí)施的人工魚(yú)礁投放措施以及海水養(yǎng)殖等活動(dòng),導(dǎo)致魚(yú)礁區(qū)內(nèi)的水生生物以及藻類(lèi)等數(shù)量增多,對(duì)上層底泥中磷的消耗相對(duì)較大.IP在各站位的變化和 TP具有很好的一致性,這與數(shù)據(jù)顯示的IP是TP的主要形式相吻合,同時(shí)也說(shuō)明了其主要控制因素大致相同,具體變化趨勢(shì)如圖4(f)所示.

本次在調(diào)查區(qū)域共采集了 5個(gè)站位(RA3、RA4、RA5、RA9和CA2)的柱狀沉積物樣品,數(shù)據(jù)結(jié)果顯示,在各個(gè)站位的 TP(由改進(jìn)后的SEDEX法各形態(tài)磷相加得出)中,以無(wú)機(jī)磷IP為主,在IP中又以DAP為主要形式,DAP平均占比分別為 35.42%(RA3)、49.54%(RA5)、48.24%(RA4)、45.33%(RA9)和 54.57%(CA2),Fe-P 占比最小,分別為 13.43%(RA3)、7.52%(RA5)、8.28%(RA4)、13.32%(RA9)和 3.81%(CA2).Fe-P可以在一定程度上反映出調(diào)查海域的環(huán)境污染情況,從圖4可以看出,在本次研究區(qū)域的5個(gè)柱狀沉積物站位中,Fe-P在所有形態(tài)磷中占比最小,說(shuō)明海州灣并未出現(xiàn)嚴(yán)重的污染現(xiàn)象.段翠蘭等[26]對(duì)江蘇省海洋環(huán)境調(diào)查研究表明,海州灣海域仍有赤潮、土壤鹽漬化、海洋垃圾等環(huán)境污染現(xiàn)象發(fā)生, 而在該海域?qū)嵤┤斯~(yú)礁建設(shè)后,展衛(wèi)紅等[27]研究表明,人工魚(yú)礁的投放對(duì)于海域生態(tài)環(huán)境有所改善,營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)更加合理,生物多樣性增加.本次調(diào)查結(jié)果也能在一定程度上說(shuō)明海州灣調(diào)查海域的生態(tài)環(huán)境更趨良好.

2.3 沉積物中生物有效磷的含量及分布

生物有效磷(BAP)是指沉積物中潛在的可被水生生物利用的活性磷含量,它是能以溶解態(tài)的磷酸鹽釋放出來(lái),并被水生生物所利用的那部分磷的含量[28].目前,生物有效磷尚未有統(tǒng)一界定,不同學(xué)者對(duì)生物有效磷的種類(lèi)劃分還不盡相同.根據(jù)調(diào)查海域的實(shí)際情況,本文將不穩(wěn)態(tài)磷及鐵結(jié)合態(tài)(Fe-P)以及有機(jī)磷(OP)作為潛在的生物有效磷,根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算出 BAP的含量及BAP在TP(由改進(jìn)后的SEDEX法各形態(tài)磷相加得出)中所占比例,從而初步分析該海域內(nèi)磷的釋放風(fēng)險(xiǎn).

2.3.1 表層沉積物中的生物有效磷 由表1可知,本研究海域表層沉積物中的 BAP含量為0.069～0.143mg/g,平均值為 0.092mg/g;在 TP(由改進(jìn)后的 SEDEX法各形態(tài)磷相加得出)中所占的百分比為 19.44%～32.66%,平均百分比為24.17%.表層 BAP含量分布如圖 5所示,表層BAP大致呈現(xiàn)近岸高,遠(yuǎn)岸低的趨勢(shì).在 CA1處生物有效磷濃度最高,所占總磷比例也最高,可能是由于近岸區(qū)域靠近入海河流,受到漁業(yè)捕撈、生活用水以及工農(nóng)業(yè)用水排污的影響較大[29],所以造成CA1處的TP(由改進(jìn)后的SEDEX法各形態(tài)磷相加得出)和 BAP均達(dá)到最大值.根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,BAP占TP(由改進(jìn)后的SEDEX法各形態(tài)磷相加得出)的平均百分比為 24.17%,換言之,在本次調(diào)查海域,僅有24.17%的磷會(huì)在適宜的環(huán)境條件下釋放出來(lái)從而被水生生物所利用,再加上Fe-P的濃度也較小,說(shuō)明磷的釋放風(fēng)險(xiǎn)較小,海洋生態(tài)環(huán)境得到了一定的改善.

表1 表層沉積物中BAP含量及占比Table 1 The content and proportion of BAP in surface sediment

圖5 表層沉積物中BAP含量的平面分布Fig.5 Plane distribution of BAP content in surface sediments

2.3.2 柱狀沉積物中的生物有效磷 本次調(diào)查共選取5個(gè)站位采集了柱狀底泥樣品,這5個(gè)站位柱狀沉積物的 BAP含量為 0.062～0.217mg/g,百分比為 16.11%～43.54%,魚(yú)礁區(qū)(RA)處站位各層沉積物中BAP/TP(TP由改進(jìn)后的SEDEX法各形態(tài)磷相加得出)值總體上大于對(duì)照區(qū)(CA),這說(shuō)明了人工魚(yú)礁的投放與生物有效磷具有一定的關(guān)系,能在一定程度上促進(jìn)沉積物與水體中磷的交換過(guò)程,而B(niǎo)AP/TP平均值為30.77%,說(shuō)明有大約 30%的潛在生物有效磷會(huì)在環(huán)境條件適宜情況下釋放出來(lái)繼而被生物所利用.由圖 6可知,BAP的含量變化較大,特別是在RA4和RA9處,總體上表現(xiàn)為由上至下逐漸遞增、然后又逐漸遞減的變化趨勢(shì),最大值出現(xiàn)在12～16cm柱層內(nèi),最小值出現(xiàn)在表層1～4cm之間.

圖6 柱狀沉積物中BAP含量的垂向分布Fig.6 Vertical distribution of BAP content in columnar sediments

本次秋季海州灣調(diào)查區(qū)域底層沉積物中溶解氧的含量較高,最大值為 9.530mg/L,這使得底泥隨深層增加,鐵磷礦物的還原過(guò)程受到一定的減弱甚至抑制,因而 Fe-P含量出現(xiàn)輕微增長(zhǎng);由于OP的來(lái)源主要由陸源輸入和海洋中的浮游生物殘骸兩部分組成,海州灣海域秋冬季東北西南向流較強(qiáng),沉積物以向岸堆積為主,同時(shí)由于其沿岸有 17條河流注入[19],因此在一定程度上說(shuō)明該海域 OP的主要來(lái)源為陸源物質(zhì)輸入.本研究認(rèn)為,在 BAP的垂向分布中,其變化主要受到Fe-P和OP的控制,再加上海區(qū)水文條件及礦物組成等環(huán)境的影響,使得BAP的垂向分布特征如圖6所示.

2.4 柱狀沉積物各形態(tài)磷與粒徑的相關(guān)性分析沉積物中磷的形態(tài)分布不僅與物質(zhì)來(lái)源有關(guān),而且還受到沉積物所處的氧化還原環(huán)境、有機(jī)質(zhì)含量及其礦化強(qiáng)度、沉積物的粒度分級(jí)及其沉積速率等因素的影響[30].本文依據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范 2007》[17],借助激光粒度儀對(duì)各沉積物干樣進(jìn)行粒徑檢測(cè),然后將沉積物中各磷形態(tài)的濃度值與顆粒物不同粒徑所占的百分比含量之間進(jìn)行 Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果如表 2所示.

表2 柱狀沉積物形態(tài)磷與粒徑間的相關(guān)性分析Table 2 The correlation analysis between phosphorus forms and particle size in columnar sediment

由表 2可知,柱狀沉積物各形態(tài)磷與粒徑之間的相關(guān)性較為顯著.秋季海州灣主潮流流向以東北–西南流向?yàn)橹?結(jié)合圖1和表2分析,Fe-P和OP與不同粒徑間的相關(guān)性也由相關(guān)性較小變?yōu)轱@著性相關(guān),在離岸最遠(yuǎn)的RA9處則均為極顯著性相關(guān),這說(shuō)明海州灣潮流可能是影響Fe-P和OP與不同粒徑相關(guān)性平面分布的重要因素.而在RA4、RA5、RA9站位處,以細(xì)粉砂為分界線,粒度分級(jí)較大的顆粒物與Fe-P以及OP呈現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),粒度分級(jí)較小的顆粒物與Fe-P以及OP呈現(xiàn)出極顯著正相關(guān)(P<0.01),說(shuō)明弱吸附性磷和鐵結(jié)合態(tài)磷以及有機(jī)磷主要存在于較小粒徑的顆粒物中,這是由于弱吸附性磷和鐵結(jié)合態(tài)磷以及有機(jī)磷均為沉積物中易被吸附解析的形態(tài)磷,顆粒物小但具有較大比表面積,因此可以較容易與沉積物中的有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)鹽等發(fā)生吸附作用,這與于子洋[31]、魏俊峰[32]等的研究結(jié)果相一致.ACa-P隨粒徑的相關(guān)性也與Fe-P和OP相似,在粒徑較小的顆粒物中反而存在較多,而DAP則剛好相反,從表2中可以看出,多數(shù)情況下 DAP與較粗顆粒物(＞16μm)成正比,與較細(xì)顆粒物(<16μm)成反比,說(shuō)明 DAP主要存在于粗顆粒物中,產(chǎn)生這種分布特征的原因可能與海州灣調(diào)查海域內(nèi)的沉積物物質(zhì)組成以及水溫、鹽度等因素有關(guān),本文研究的相關(guān)性結(jié)果和曲璇瑛等[33]在萊州灣海域的研究結(jié)果類(lèi)似.BAP與粒徑相關(guān)性的分布具有一定的差異性,在平面分布上,BAP與 CA2處的粒徑顯著性相關(guān),在RA4、RA5、RA9 處為極顯著性相關(guān),同時(shí),RA4、RA5和 RA9處 BAP與粒徑較小的顆粒物(<16μm)成正比,而與粒徑較大的顆粒物(＞16μm)成反比;而在 RA1處所表現(xiàn)出的相關(guān)性較低,這說(shuō)明人工魚(yú)礁建設(shè)和不同粒徑的物理化學(xué)性質(zhì)等會(huì)在一定程度上影響到 BAP與粒徑的相關(guān)性.從表 2中可以發(fā)現(xiàn),所有形態(tài)磷與粗砂均未表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性或者負(fù)相關(guān)性,說(shuō)明在本次研究的沉積物中粗砂在磷的循環(huán)過(guò)程中參與程度低.

研究結(jié)果表明,本次調(diào)查海域的磷的總體狀況良好,總磷、無(wú)機(jī)磷以及各形態(tài)磷的含量均比較正常,BAP的潛在釋放風(fēng)險(xiǎn)較小,水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的可能性較低,為了進(jìn)一步維護(hù)海域生態(tài)良好發(fā)展,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)進(jìn)行人工魚(yú)礁的投放,以增加海域的生態(tài)多樣性,同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)海產(chǎn)品養(yǎng)殖的控制,對(duì)養(yǎng)殖活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物妥善處理,避免過(guò)度養(yǎng)殖和海洋垃圾引起水體生態(tài)環(huán)境惡化.

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)對(duì)海州灣表層沉積物磷形態(tài)的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)本次調(diào)查海域表層沉積物中磷的存在特征為總磷中以無(wú)機(jī)磷為主要形態(tài),而無(wú)機(jī)磷中又以原生碎屑磷為主.

3.2 選取5個(gè)站位進(jìn)行柱狀沉積物磷形態(tài)的研究,結(jié)果顯示,TP和IP的垂直分布趨勢(shì)均為隨深度增加而逐漸增加,這可能主要與人工魚(yú)礁的投放和漁業(yè)養(yǎng)殖活動(dòng)有關(guān);Fe-P和OP可能由于溶解氧含量較高的關(guān)系而呈現(xiàn)出隨深度增加而輕微增長(zhǎng)的趨勢(shì);表層微生物的呼吸作用可能是導(dǎo)致ACa-P的含量隨深度增加而逐漸增多的重要因素;DAP呈現(xiàn)出由表層至深層含量逐漸降低的趨勢(shì),這可能和 DAP的礦化作用有關(guān).在垂向含量分布中各形態(tài)磷的大小依次為 TP＞IP＞DAP＞ACa-P＞OP＞Fe-P.

3.3 將Fe-P和OP作為BAP來(lái)研究,從BAP在TP(由改進(jìn)后的SEDEX法各形態(tài)磷相加得出)中的占比結(jié)果可看出,表層 BAP/TP值為 19.44%～32.66%,柱狀BAP/TP值為16.11～ 43.54%,RA處站位中各層沉積物BAP/TP值基本均大于CA處,這說(shuō)明人工魚(yú)礁區(qū)由于生物資源增加而對(duì)磷的消耗能在一定程度上促進(jìn)沉積物與水體中磷的交換過(guò)程.

3.4 從柱狀沉積物各形態(tài)磷與粒徑的相關(guān)性結(jié)果來(lái)看,Fe-P、OP和ACa-P與較小顆粒為顯著或極顯著正相關(guān),與較大顆粒為顯著或極顯著負(fù)

相關(guān),DAP則與較大顆粒表現(xiàn)出了極顯著正相關(guān),與較小顆粒表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān),而B(niǎo)AP與顆粒物粒徑的相關(guān)性則具有一定的差異性.

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