杭州城市及边缘区湿地土壤磷化学特征的研究 .doc

杭州城市及其边缘区湿地磷化学特征的研究 章明奎，周 翠 浙江大学环境与资源学院资源科学系，浙江 杭州 310029 摘要：对杭州城市及其边缘区湿地土壤的磷形态组成、固磷能力和释放潜力等方面进行了初步的研究。结果表明，杭州城市及边缘地区的湿地由于受人类影响的不同及所处环境的差异，性质已有很大的分异。城区的西湖、水塘和河流底泥中磷的积累、磷的饱和度和零吸附磷平衡浓度均明显高于城市边缘地区的湿地；湿地土壤中的磷主要呈不稳定、或亚稳定态，可提取态磷约占总磷的80%，62%的湿地土壤磷饱和度在25%以上。最大磷吸附量的大小主要与湿地中无定形氧化铁、铝含量有关。零吸附时磷的浓度（EPC）较高，在0.10~2.48 mg·L-1之间，具有较强的释放潜力。半透膜渗析法测得的磷释放量与磷积累呈正相关，但当磷饱和度超过25%时，其磷释放量显著增加。研究表明杭州市及其边缘区湿地土壤磷已普遍达到较高水平，这在一定程度上影响磷净化功能的正常发挥。 关键词：城市湿地；磷饱和度；释放潜力；固定 中图分类号：X142 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2005）03-0301-04湿地是地表重要的景观覆盖类型和生态系统，与气候、土地利用和生物多样性变化关系密切。湿地与人类生存发展息息相关，因而又常常是土地开发的对象，易受人类活动的影响。大量的研究表明，人类活动改变了地球表面物质的循环，并显著改变了湿地系统的功能和行为。城市化是一个全球性的问题，城市的发展一方面使大量的城市建筑取代了田野和水域，使湿地支离破碎；另一方面城市化产生大量的污染物，增加了湿地的污染负荷[1]。湿地具有净化磷的能力，可防止和延缓富营养化的发生[2]，但城市的发展和人类长期活动可使大量的磷素进入湿地，增加了湿地系统中磷的负荷。长期处于高污染负荷的湿地可能会产生累积效应，影响湿地的生态结构和功能[3]。尽管高污染负荷对湿地的累积效应一直是人们所关心的，但至今有关这方面的研究不多。另外，虽然城市流域通常具有更大的磷负荷，由于城市土壤和环境高度可变及扰乱，城市湿地的磷净化能力的研究相对比农业和林区土壤少。为了了解城市化对湿地磷化学行为的影响，我们以杭州市为例，对城市湿地磷素化学组成、固磷能力和释放行为等方面进行了初步的研究。 1 材料与方法 杭州建城已有2200多年的历史,秦代建为钱塘县,隋朝开皇九年改为杭州。杭州地貌隶属浙北平原，西南为丘陵区，东北地势平坦，河网交错。由于杭州的平原区海拔较低，由河口海积和湖积平原组成，历史上这一区域都属于湿地的范围。后来由于人口的增加，城市范围的扩大，修建排水系统增加旱地面积，使湿地面积则越来越小。目前杭州市的湿地面积约占整个市区面积的1/3，主要分布在西部的西湖、东部及东南部的钱塘江、北部的农田、西北部的水荡（西溪）和市区纵横交错的各类河道。 供试湿地土样共37个，采自以上城区及其边缘地区，湿地类型包括湖泊、水塘、溪流、河流、鱼塘、水田等。具体样品有西湖底泥（2个）、西湖周围湿地样（3个）、西湖入水溪流沉积物（2个）、九溪沉积物（1个）、钱塘江沉积物（4个）、城东鱼塘底泥（4个）、城北农田样（4个）、城西北（西溪湿地）水荡底泥（4个）、市内水塘底泥（6个）和城内河流沉积物（7个）。采样深度为与水接触较密切的0~5 cm。样品经混匀后分为二部分，一部分经室内风干，分析pH、有机质、粘粒、CaCO3、总磷、磷的形态及有机磷；另一部分冷藏，分析无定形氧化铁和铝、磷的吸附及释放特征，结果经含水量校正。分析前冷藏贮放时间不超过7 d。在采集湿地样的同时，采集附近水样（共29个，其余8个点因无水样没有采集），供可溶态磷的测定。 土壤的颗粒组成、有机质、pH和CaCO3用常规法测定[4]，土样的全磷用H2SO4-HClO4消化，比色法测定[4]。无定形氧化铁、铝用酸性草酸铵（pH 3.3）提取，ICP测定。土壤磷分级采用Hedley等 1982 的方法[5]。提取步骤简述如下：称0.5 g风干土样置于100 mL离心管中，顺次用30 mL去离子水、0.5 mol·L-1 NaHCO3 pH 8.2 、0.1 mol·L-1 NaOH和1 mol·L-1 HCl 分别提取。每次提取振动荡时间为16 h，每次提取后用离心和过滤分离悬液。去离子水和HCl提取物中的P用比色法直接测定；NaHCO3 和NaOH的提取物中P经过硫酸铵-硫酸消化后用比色法测定。残余态P用土壤总P与以上四种可提取P的总和差值计算。有机磷总量用灼烧法前后H2SO4提取磷的差值计算[6]。 供试湿地潜在的磷最大吸附量 wm, mg·kg-1 用Langmuir方程拟合计算： w K?ρ?wm / 1 + K?ρ 式中w为P的吸附量 mg·kg-1 ，ρ为吸附平衡时溶液P的质量