寒旱区不同类型湖泊有机磷的降解特征及生物有效性研究

以寒旱区特征显著、湖泊类型差异明显的乌梁素海和达赉湖为研究对象，首次开展寒旱区不同类型湖泊有机磷的降解特征及生物有效性研究。将连续提取法和31P-NMR相结合，以有机磷形态研究为基础，以有机磷的生物有效性研究为主线，以寒旱区不同类型湖泊有机磷的降解特征及其在主要界面的迁移转化机制为主要目标，表征不同类型湖泊沉积物中的有机磷化合物，阐释有机磷的时空分布特征及机制，厘定不同类型湖泊或湖区沉积物中有机磷的降解特征，揭示水-沉积物界面有机磷的迁移转化及其对无机磷的影响机制，综合判识和评价寒旱区不同类型湖泊有机磷的生物有效性，对阐释水环境中有机磷的环境行为，积累我国湖泊生态系统中有机磷研究的基础资料，加强暖湿区与寒旱区湖泊有机磷生物有效性的对比研究，探索有机磷对富营养化的贡献和作用机理，丰富和完善磷循环理论，以及内蒙古高原湖泊湿地的合理开发与保护等均有重要意义。

本项目以乌梁素海和呼伦湖为研究对象，开展了湖泊沉积物中有机磷的降解特征及生物有效性研究。研究结果表明，呼伦湖沉积物中LOP的平均含量约为乌梁素海的5倍，HCl-OP约为乌梁素海的60%，Re-OP约为乌梁素海的1.5倍；纬度最高的乌梁素海和呼伦湖沉积物中不同形态有机磷均略低于我国南方暖湿地区湖泊。利用210Pb-137Cs交叉定年方法，分别建立了2个湖泊沉积柱芯的年代-深度模式，探讨了有机磷在不同类型湖泊沉积剖面的降解特征及其与古环境古气候的响应关系。HA-OP与降水量、湖泊面积、库容量、年均温、蒸发降水比间存在显著相关关系，揭示了流域气候环境变化对该湖泊沉积物中有机磷的重要影响。研究发现乌梁素海沉积物中HCl-OP主要包括Al、Fe、Ca结合态有机磷，而呼伦湖沉积物中HCl-OP主要为Ca结合态有机磷；相对于有机质而言，呼伦湖沉积物中铁氧化物固定有机磷的能力有所提高，促进了有机磷从NaOH-OP转化为HCl-OP，且HCl-OP与NO3-和NH4+分别存在正负相关性，表明在水-沉积物界面附近有机质的早期成岩过程中，铁的氧化还原及反硝化作用可能是HCl-OP形态转化的主要动力学机制。降解释放模拟实验表明，高pH+厌氧环境+微生物有利于有机磷从沉积物向上覆水中释放；碱性+厌氧有利于HCl-OP的降解，且高活性的LOP、HCl-OP等形态有机磷存在向高稳定性的HA-OP转化的可能；在微生物的参与下，FA-OP和HA-OP降解速率更快。研究发现，在水-沉积物界面处反硝化作用、微生物作、物理化学作用（如pH变化）等共同作用下，Re-OP可成为有效性磷库。根据研究需要，本项目在研究区域及研究内容方面均进行了拓展。结果表明，吸附磷的形态再分布揭示颗粒物所吸附的水相磷主要分布于Ex-P；夏季乌梁素海明水区沉积物表现为DOP和DTP的源及DRP的汇；利用RS技术，探讨了呼伦湖水体的动态变化趋势，定量分析了呼伦湖水体溶解氧含量的空间变异特征及分布格局，建立了溶解氧的遥感反演模型。本项目对阐释不同类型湖泊沉积物中有机磷的时空分布特征其降解特征，揭示水-沉积物界面有机磷的迁移转化影响机制，综合判识和评价寒旱区不同类型湖泊有机磷的生物有效性，探索有机磷对富营养化的贡献和作用机理，丰富和完善磷循环理论等均有重要意义。总体上，本项目完成了研究计划内容，达到了预期目标。