沉积物中TP含量能反映磷污染程度,同时也指示了海洋生物系统沉积物营养状况信息[19]。海州湾海洋牧场春季表层沉积物TP的含量略高于2014年5月TP的研究结果376.01 ug·g−1[20],与2016年10月[21]所测得的研究结果大致相同。IP是TP的主要形态,生物体对其具有很高的利用性[22]。海州湾海洋牧场对照区的IP含量显著大于鱼礁区的IP含量,这可能与鱼礁投放对底质的修复和改善作用。Ex-P是将磷酸盐直接吸附在沉积物中的矿物表面上形成的,可被浮游植物吸收[23]。Fe/Al-P具有很高的活性,容易释放且被生物所利用,是环境评价的重要指标之一[23]。Ca-P由主要生物磷灰石组成,是相对比较稳定的磷[24]。而沉积物OP为TP与IP之差,OP是沉积物中重要的活性成分,其迁移转化对富营养化具有一定的风险。
各磷形态培养后浓度都显著增大,其中各站点的TP浓度增量最为明显,站点RA2各个磷形态浓度增量尤为明显。有研究表明[25],IP可与钙、铁、铝化合物反应形成磷酸盐,OP可与以不同的抗微生物降解的形式发现。亦可能在扰动后,使得氧气浓度增加,导致沉积物产生磷吸附。同时溶解氧浓度发生改变,使得沉积物-水界面中的氧化还原条件发生改变,进而各形态磷间产生相互转化[26]。海州湾海洋牧场鱼礁区TP、IP、Ca-P的浓度显著大于对照区,而鱼礁区Ex-P、Fe/Al-P的浓度略小于对照区。
室内培养24 h后,各磷形态占TP比例降低,其中IP最为明显,占TP的51.40%,IP仍然是TP的主要形态。Ex-P所占的比例仍然较小,这可能会限制浮游动植物的生长[27]。Fe/Al-P可以在磷酸盐与FeO/FeOH共同沉淀中形成,并在还原条件下更容易从FeO/FeOH中解吸[28],这可能与Fe-P的增加有关。另有研究表明[29],OP能通过再矿化逐步被生物利用,若没有释放到上覆水中,许多OP可以转化为Ex-P和/或Fe-P和Ca-P。
海州湾海洋牧场春季间隙水呈现沿岸由近及远呈现先减后增加而递减的现象,这可能与陆源污染物和地表径流输入有关,而上覆水与间隙水呈现相反的情况。间隙水的TP分布与沉积物TP大致类似,说明两者密切相关,这一结果与香溪河[17]的大致相同。各站点上覆水TP、PO3−4
的平均浓度大于间隙水,存在一定的浓度差,有向沉积物迁移的可能,而TDP的平均浓度略小于间隙水。上覆水与间隙水的TP、PO3−4存在一定的浓度差,有迁移的可能,而TDP不明显。当然迁移过程还与沉积物中的P形态和氧化还原电位等有关。Zhang[30]的研究表明,Fe(OH)x对磷的吸附解吸作用会改变间隙水中PO4-P的浓度,从而影响沉积物-水界面PO4-P的交换。
海州湾海洋牧场沉积物-水界面的TP、TDP、PO3−4
交换通量都不尽相同,各站点TP、TDP、PO3−4的交换量在培养初期变化差异较大,后期较为平缓。各个站点TP、TDP的交换量差异较为明显,对照区显著大于鱼礁区。站点RA2初期PO3−4交换较为强烈,后期趋于平缓;其它站点的PO3−4交换较为平缓;鱼礁区的PO3−4交换量显著大于对照区。各个站点的TP、TDP、PO3−4总体表现为由上覆水向沉积物中迁移,这一结果与2014年海州湾海洋牧场春季沉积物-水界面PO3−4—P的结果一致[31]。
海州湾海洋牧场表层沉积物TP含量随着离岸距离的增加,逐步降低。IP是TP的主要形态,占TP的61.3%。室内模拟实验培养后,各形态含量显著增加,各站点的TP浓度增量最为明显,站点RA2磷各形态浓度增量最大。
上覆水中TP、TDP、PO3−4
的浓度分别是0.051~0.323 mg/L、0.041~0.257 mg/L、0.016~0.158 mg/L,间隙水中TP、TDP、PO3−4的浓度分别是0.053~0.305 mg/L、0.042~0.266 mg/L、0.004~0.123 mg/L。上覆水TP、PO3−4的平均浓度大于间隙水,存在一定的浓度差,因此上覆水中的磷有向沉积物迁移的可能。
(1)室内培养实验初期TP、TDP、PO3−4
的交换速率变化较快,随后趋于平缓。沉积物-水界面TP、TDP、PO3−4的平均交换通量分别为−0.273 mmol/m2·d、−0.062 mmol/m2·d和−0.102 mmol/m2·d,都表现为由上覆水向沉积物中迁移,即沉积物中的磷是上覆水的“汇”。本文仅以海州湾春季沉积物样品为例探索了磷的形态及水-沉积物界面的迁移情况,后续应该进一步探索不同季节沉积物的磷酸盐源汇特性。