余 成，陳 爽，張 路，王兆德，申秋實，高 群

(1:中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所流域地理學(xué)重點實驗室，南京 210008)(2:中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

坦噶尼喀湖東北部入湖河流表層沉積物中磷的形態(tài)和分布特征*

余 成1,2，陳 爽1**，張 路1，王兆德1，申秋實1，高 群1

(1:中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所流域地理學(xué)重點實驗室，南京 210008)(2:中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

磷是坦噶尼喀湖生態(tài)系統(tǒng)中必不可少的營養(yǎng)元素，直接決定湖體初級生產(chǎn)力的高低，進(jìn)而影響到周邊居民對于動物蛋白的獲取來源. 為了解坦噶尼喀湖磷的外源輸入，選擇湖泊東北部的入湖河流，對表層沉積物(16個樣點)中總磷(TP)和各形態(tài)磷含量及其分布特征進(jìn)行分析，并探討磷的形態(tài)分布特征與土地利用方式之間的相關(guān)關(guān)系. 結(jié)果表明，入湖河流沉積物TP含量為73.05～239.94 mg/kg，平均含量為152.64 ± 55.37 mg/kg，其中最高值出現(xiàn)在馬拉加拉西河口. 采用Psenner法對磷進(jìn)行連續(xù)浸提并比較不同形態(tài)磷含量，由高及低依次為鐵鋁結(jié)合態(tài)磷(Fe/Al-P)>鈣結(jié)合態(tài)磷(Ca-P)>有機(jī)磷(Org-P)>殘渣態(tài)磷(Res-P)>弱吸附態(tài)磷(Labile-P). 土地利用類型對TP及各形態(tài)磷含量影響較大，其中TP含量表現(xiàn)為河口濕地>城鎮(zhèn)附近>林草地區(qū)，表明地表徑流和人類活動會對TP含量產(chǎn)生影響，而對于不同形態(tài)磷含量，Laible-P、Fe/Al-P、Org-P含量均表現(xiàn)為河口濕地>林草地>城鎮(zhèn)附近，Ca-P、Res-P含量均表現(xiàn)為城鎮(zhèn)附近>河口濕地>林草地. 分析沉積物理化性質(zhì)與各磷形態(tài)之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)沉積物總氮(TN)、有機(jī)質(zhì)和總有機(jī)碳與Fe/Al-P、Labile-P和TP相關(guān)性較好，與Org-P、Ca-P和Res-P相關(guān)性較差，表明TN和有機(jī)質(zhì)的輸入，會伴隨沉積物中磷含量的升高，其增量的賦存形態(tài)主要為氧化還原敏感態(tài)磷和Labile-P. 沉積物粒徑組成與各磷形態(tài)含量存在相關(guān)性，細(xì)粒徑沉積物與各形態(tài)磷含量呈顯著正相關(guān)，粗粒徑沉積物與各形態(tài)磷呈顯著負(fù)相關(guān)，表明細(xì)小顆粒更易吸附磷.

坦噶尼喀湖；入湖河流；沉積物；磷形態(tài)；土地利用

磷是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中必不可少的營養(yǎng)元素，過剩的磷會導(dǎo)致湖泊的富營養(yǎng)化，從而使湖泊生態(tài)平衡遭到破壞[1]，磷在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)是人們極為關(guān)注的問題. 通過各種途徑進(jìn)入水體的磷，在礦物表面吸附或與鋁、鐵和鈣等元素共沉淀作用[2-3]最終進(jìn)入水體沉積物，通過再懸浮、化學(xué)擴(kuò)散和微生物分解等過程，沉積物中的磷可釋放到上覆水體[4-5]. 因此，沉積物是地表水環(huán)境中磷重要的源和匯，分析沉積物中磷的不同化學(xué)形態(tài)及其含量，有助于研究水體中磷的形態(tài)、動態(tài)循環(huán)以及磷在水-沉積物界面的遷移轉(zhuǎn)化過程[6].

坦噶尼喀湖(LakeTanganyika)位于赤道以南(3～9°S，29～31°E)，是非洲第二大湖泊(湖面面積約32900km2)，世界第二深湖(最深處約1470m)[7]. 湖泊永久分層并有厭氧的深水層[8]，旱季(5-9月)，強(qiáng)烈的南風(fēng)使深水層營養(yǎng)鹽上涌，給上層水體帶來豐富的氮、磷、硅等營養(yǎng)物質(zhì)，對于維持表層水體食物鏈具有重要意義. 然而，雨季(10-4月)，大氣沉降和河流輸入的營養(yǎng)鹽成為上層湖水營養(yǎng)鹽的主要來源. 從二十世紀(jì)初期開始，隨著全球氣候變化和人類活動，湖泊初級生產(chǎn)力下降了20%，漁業(yè)產(chǎn)量下降了30%[9]. 近年來湖泊生態(tài)系統(tǒng)受流域人類活動影響程度逐漸升高.

J?rvinen等[10]通過營養(yǎng)補(bǔ)充實驗發(fā)現(xiàn)坦噶尼喀湖北部，磷為主要限制性元素，大量的磷元素入湖會導(dǎo)致湖泊初級生產(chǎn)力的快速增加. 然而，目前對坦噶尼喀湖外源營養(yǎng)鹽輸入的認(rèn)識非常有限，只針對幾條較大的入湖河流(Rusizi河、Malagarasi河和Lufubu河)開展了研究[11-12].

1994-1995年間，Vandelannoote等[13]對Rusizi河進(jìn)行了10次采樣，并分析了Rusizi河對湖泊水質(zhì)的影響，與此同時，Langenberg等[12]對Rusizi河、Malagarasi河和Lufubu河取樣，評估了大氣濕沉降和河流輸入對坦噶尼喀湖養(yǎng)分收支的重要性，并分析了外源營養(yǎng)鹽對維持年初級生產(chǎn)力的作用. Brion等[11]在1998年8月至1999年11月間采集了坦噶尼喀湖北部4個點位的水樣，并分析了外源輸入溶解性無機(jī)氮維持浮游植物氮吸收的重要性，所有的這些研究均在2000年左右進(jìn)行.

本文選擇坦噶尼喀湖東北部的入湖河流，對河流表層沉積物中各種形態(tài)磷的含量及其分布特征進(jìn)行分析，研究磷的形態(tài)分布特征及其與土地利用類型之間的相關(guān)關(guān)系，以期闡明坦噶尼喀湖外源輸入性磷的潛在釋放風(fēng)險，為湖泊流域土地利用活動提供指導(dǎo)，對于保護(hù)湖泊水生生物和生態(tài)系統(tǒng)，保障沿湖居民生活安全有一定的現(xiàn)實意義.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究選擇坦噶尼喀湖流域東北部入湖河流沉積物為研究對象，研究區(qū)域分屬布隆迪共和國布瓊布拉市轄區(qū)和坦桑尼亞聯(lián)合共和國基戈馬市轄區(qū).

布瓊布拉位于布隆迪共和國西部，毗鄰坦噶尼喀湖，面積146 km2，是沿湖流域最大的城市，人口密度達(dá)3276人/km2[14]，土壤類型主要為黏土和砂壤土，布瓊布拉屬于熱帶干濕季氣候，旱季與雨季區(qū)別明顯，雨季一般為10-4月，旱季為5-9月，氣溫范圍為19～29℃，平均氣溫24℃，年均降水量為855 mm. 布隆迪主要的工業(yè)項目如啤酒業(yè)、日用化工業(yè)、造紙業(yè)和奶制品加工業(yè)等均位于布瓊布拉.

基戈馬是位于坦桑尼亞共和國西部的內(nèi)陸城市，基戈馬地區(qū)1978-1988年之間人口增加了31%；2002年，基戈馬地區(qū)人口密度則從1978年的17.1人/km2增加到2002年的44人/km2，尤其是基戈馬市區(qū)，人口密度從1978年的459.3人/km2增加到2002年的1127人/km2. 基戈馬地區(qū)年降水量范圍為600～1600 mm，平均降水量為1100 mm. 降水分布在10-4月，5-9月降水量較少，平均值不到50 mm. 該市工業(yè)水平落后，經(jīng)濟(jì)活動以農(nóng)業(yè)為主，近年來隨著人口的自然增長和外來難民的涌入，基戈馬人口呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢.

圖1 研究區(qū)位置及采樣點分布示意

研究區(qū)位置和土地利用類型如圖1所示(土地利用分類數(shù)據(jù)來源于全球30 m分辨率土地利用產(chǎn)品Globe Land 30(http://www.globallandcover.com/). 坦噶尼喀湖東北部土地利用類型分為耕地、森林、草地、灌木、水體和人工表面六類. 其中人工表面主要包括城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村居民點及其周圍基礎(chǔ)設(shè)施、道路等. 受社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的限制，沿湖人工表面所占比例較低，不超過5%. 耕地主要集中在城鎮(zhèn)周邊、鄉(xiāng)村居民點和河流附近，受地形、水源和技術(shù)條件等限制，坦噶尼喀湖沿湖耕地分布不連續(xù)，耕地面積占土地面積的比例不超過30%. 林地為本研究區(qū)的主要用地類型，除少量原生林，大部分為人工次生林、薪炭林和棕櫚林. 草地零散分布在湖濱區(qū)域，包括天然草地和部分耕地休耕后形成的草地. 坦噶尼喀湖沿湖土地利用強(qiáng)度較低，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)為主要利用方式. 布瓊布拉市沿湖幾千米范圍內(nèi)的各種工業(yè)和人類生產(chǎn)生活，包括：紡織印染、釀酒、涂料、肥皂、蓄電池、燃料運輸、港口和屠宰場等，坦桑尼亞基戈馬港運輸活動和其發(fā)電設(shè)施以及沿湖耕地和棕櫚林地施加的肥料等是坦噶尼喀湖沿湖氮、磷的主要來源.

1.2 樣品采集及分析

2014年3月在坦噶尼喀湖東北部布瓊布拉市選擇3條主要入湖河流，在坦桑尼亞基戈馬選擇Luiche干流、支流和河口以及馬拉加西加(Malagarasi)河口共16個采樣點(圖1)，選擇的入湖河流位于坦噶尼喀湖東北部人口密集區(qū)，該入湖河流具有較強(qiáng)的代表性，能夠反映不同人類活動強(qiáng)度區(qū)域(城市區(qū)域，工農(nóng)業(yè)活動水平較低的Luiche流域)的沉積物中磷的分布情況. 樣點除了選擇不同入湖河流中的常規(guī)點位，還選擇了特殊點位如主要流域的匯水點，且基本涵蓋了不同土地利用類型. 采樣點河流名稱及位置信息見文獻(xiàn)[15].

采用彼得森采泥器采集表層沉積物(0～10 cm)樣品，各個采樣點的沉積物樣品裝入聚乙烯自封袋中密封置于低溫保溫箱內(nèi)保存，于24 h內(nèi)帶回當(dāng)?shù)貙嶒炇?，在坦桑尼亞漁業(yè)研究所基戈馬中心實驗室將沉積物樣品風(fēng)干，并帶回國內(nèi). 在中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室按照孫千里等[16]的方法對樣品進(jìn)行前處理，將處理好的樣品放入Malven Mastersizer 2000激光粒度分析儀(英國)，其粒徑測量范圍為0.02～2000 μm，重復(fù)測量誤差小于1%，為保證粒度分析的準(zhǔn)確性和可靠性，在測量過程中，對儀器的參數(shù)設(shè)置始終保持不變，并對部分樣品進(jìn)行了重復(fù)測量. 將其他風(fēng)干后的沉積物研磨，過100目篩，貯存在樣品袋并封口備用，用于分析沉積物總磷(TP)、總氮(TN)、磷形態(tài)、總有機(jī)碳(TOC)含量和有機(jī)質(zhì)含量.

采用Psenner的磷連續(xù)提取法[17-18]，將磷形態(tài)分為弱吸附態(tài)磷(Labile-P)、鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-P)、鋁結(jié)合態(tài)磷(Al-P)、有機(jī)磷(Org-P)、鈣磷(Ca-P)和殘渣態(tài)磷(Res-P)，TP為各形態(tài)磷的總和. 結(jié)果中將Fe-P和Al-P放在一起進(jìn)行分析. TOC含量采用EA3000元素分析儀測定[19]，TN含量采用堿性過硫酸鉀消解法測定，有機(jī)質(zhì)含量以沉積物干樣在550℃下灼燒6 h的燒失量(LOI)表示[20].

2 結(jié)果與討論

2.1 入湖河流表層沉積物理化性質(zhì)

坦噶尼喀湖入湖河流表層沉積物TP含量為73.05～239.94 mg/kg，平均含量為152.64 mg/kg，其中馬拉加西加河口TP含量最高. 沉積物TN、LOI和TOC含量最高值也位于馬拉加西加河口，TN含量為194～4149 mg/kg，平均含量為939.43 mg/kg；LOI含量為0.52%～18.13%，平均含量為4.03%；TOC含量在0.047%～4.511%之間，除馬拉加西加河口外，其他點位TOC含量均較低(表1).

根據(jù)國際上應(yīng)用較廣的伍登-溫特華斯的粒度分級方案(砂(0.063～2 mm)、粉砂(0.0039～0.063 mm) 和黏土(<0.0039 mm)[21])對入湖河流表層沉積物進(jìn)行粒度分析，坦噶尼喀湖東北部入湖河流粒徑劃分結(jié)果如表1所示. 所有入湖河流表層沉積物大部分為砂(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.98%～94.33%)，粉砂和黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,分別為3.37%～36.29%和0.55%～19.8%). 砂含量的最高值出現(xiàn)在9#點，最低值出現(xiàn)在Malagarasi河口(16#點)，所有入湖河流砂含量的平均值為76.10%. 粉砂含量的最低值則出現(xiàn)在6#點(3.37%)，最高值出現(xiàn)在Luiche河口(13#點,36.29%)，所有入湖河流粉砂含量的平均值為18.37%. 所有入湖河流中黏土含量最低，平均值為5.53%，最高值出現(xiàn)在Malagarasi河口(16#點,19.80%)，入湖口河流流速緩慢，采樣點周圍為濕地，水生植物較多，且沿岸分布大量草地，對粗顆粒物有攔截作用，表層沉積物中含有植物腐殖質(zhì)，這些是河口地區(qū)黏土含量相對較高的原因.

2.2 入湖河流表層沉積物各形態(tài)磷含量特征

入湖河流表層沉積物弱吸附磷(Labile-P)含量在0.12～0.85 mg/kg之間，平均值為0.42 mg/kg，占TP比例最低，不足1%；鐵鋁結(jié)合磷(Fe/Al-P)是TP的主要形式，占TP的63%，含量在42.63～184.54 mg/kg之間，平均含量為96.16 mg/kg;鈣結(jié)合磷(Ca-P)平均含量為25.3 mg/kg，占TP的16.6%，有機(jī)磷(Org-P)平均含量為15.51 mg/kg，占TP的10.2%;殘渣態(tài)磷(Res-P)平均含量為15.26 mg/kg，占TP的9.99%(表2，圖2). 表層沉積物中不同形態(tài)磷含量大小表現(xiàn)為Fe/Al-P> Ca-P> Org-P> Res-P> Labile-P. 該研究區(qū)Fe/Al-P占TP含量最高，這與該地區(qū)沉積物和流域土壤性質(zhì)有關(guān)，沉積物中Fe/Al-P含量通常與TP含量呈正比，沿湖地區(qū)土壤以鐵鋁土為主要類型，鐵、鋁、錳、鈦氧化物含量較高，并常有游離的鐵、鋁存在，磷易于被鐵、鋁等金屬元素固定，坦噶尼喀湖入湖河流上覆水和沉積物均呈堿性[15]，磷一旦被固定，在堿性環(huán)境中不易釋放，因此Fe/Al-P含量較高.

表1 入湖河流表層沉積物理化性質(zhì)*

*▽表示含量最低值，△表示含量最高值，“-”表示未測出.

表2 入湖河流表層沉積物中各形態(tài)磷含量

圖2 入湖河流表層沉積物各形態(tài)磷分布特征

2.3 入湖河流表層沉積物TP及各形態(tài)磷含量空間分布特征

入湖河流表層沉積物中各形態(tài)磷含量和空間分布特征能夠表征河流環(huán)境的污染程度和地球化學(xué)信息，反映沉積物中磷可被生物利用的潛在能力. 坦噶尼喀湖入湖河流沉積物中TP和各形態(tài)磷的空間分布特征可以看出，入湖河流表層沉積物中TP含量最高值出現(xiàn)在Malagarasi河口(圖3)，Malagarasi河是坦噶尼喀湖最大的入湖河流，流域面積占坦噶尼喀湖流域面積的1/3，平均流量為165 m3/s[11]，河岸分布大片的棕櫚林和農(nóng)田，經(jīng)過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)棕櫚樹作為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)樹種，為提高產(chǎn)量，農(nóng)戶會施加肥料和殺菌劑等. 采樣時間處于當(dāng)?shù)赜昙荆饔蛭镔|(zhì)通過地表徑流進(jìn)入河流最終匯集于河口，入湖口河流流速緩慢，大量物質(zhì)在入湖口沉積，導(dǎo)致河口地區(qū)沉積物中TP含量較高. 其他高值點則出現(xiàn)在2#和3#點，這2個點均位于布瓊布拉市，采樣點周圍分別分布啤酒廠和屠宰場，且采樣點上游分布大片耕地. 由于污水處理設(shè)施不完善，工業(yè)污水和生活污水直接排入河流，導(dǎo)致河流氮磷含量增加，布瓊布拉從1990-2008年人口增加了103%，達(dá)到約50萬[14]，人口密度達(dá)到3276人/km2，快速增長的人口集聚在沿湖區(qū)域，將會導(dǎo)致水體的惡化.

沉積物中Labile-P和Fe/Al-P是最容易進(jìn)入上覆水體從而影響水體磷酸鹽含量的磷形態(tài). 坦噶尼喀湖入湖河流各點位中Labile-P的含量較低，均小于1 mg/kg. Fe/Al-P的空間分布特征與TP一致，含量最高值出現(xiàn)在馬拉加西加河口，表明馬拉加西加流域大量的還原性物質(zhì)通過地表徑流進(jìn)入河流，F(xiàn)e/Al-P容易受到氧化還原電位影響，釋放到水體中，屬于風(fēng)險性磷形態(tài).

Ca-P和Org-P是沉積物中較為穩(wěn)定態(tài)的磷，入湖河流偏堿性的環(huán)境中，這部分磷比較穩(wěn)定. 入湖河流沉積物中Ca-P含量最高值位于3#點，其次為2#點，均處于布瓊布拉市. Org-P含量的空間分布特征與TP含量不同，最高值位于5#點，含量為35.9 mg/kg，Org-P部分可為生物所利用，主要來源于農(nóng)業(yè)面源，經(jīng)過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)5#點周圍主要為農(nóng)田休耕地生長的次生草地和棕櫚林地，受農(nóng)業(yè)活動影響較大.

圖3 入湖河流表層沉積物總磷及各形態(tài)磷含量空間分布

2.4 不同土地利用類型對磷含量及各形態(tài)的影響

圖4 三類功能區(qū)表層沉積物各形態(tài)磷含量分布

根據(jù)文獻(xiàn)[15]，本研究區(qū)土地利用類型可分為三類功能區(qū)，包括城鎮(zhèn)區(qū)、河口濕地和林草地區(qū)，其中2#～3#、7#～10#點位于城鎮(zhèn)地區(qū)；1#、11#～16#位于河口濕地；4#～6#位于林草地區(qū).三類功能區(qū)中河口濕地TP含量最高，平均含量為185.52 mg/kg，其次為城鎮(zhèn)附近，TP平均含量為133.40 mg/kg，林草地區(qū)TP含量最低，平均含量為114.40 mg/kg. Rusizi河和Malagarasi河是坦噶尼喀湖最主要的入湖河流，其中Rusizi河年流量為182.4 m3/s，Malagarasi河的年流量為165 m3/s[11]，流域氮磷等營養(yǎng)鹽通過地表徑流進(jìn)入河流，最終匯集于河口，河口表層沉積物黏土含量最高，范圍為2.53%～19.80%，平均含量為9.68%，細(xì)小顆粒物更易吸附磷[22]，使河口濕地表現(xiàn)為TP含量最高. 城鎮(zhèn)附近由于受到人類生活污水和工業(yè)廢水排放影響，河流沉積物TP含量也較高.

Labile-P在三類土地功能區(qū)含量均較低，不超過1 mg/kg. Fe/Al-P含量最高值出現(xiàn)在河口濕地，平均含量為133.141 mg/kg，其次為林草地區(qū)，平均含量為76.629 mg/kg，城鎮(zhèn)附近含量最低，平均為62.777 mg/kg，F(xiàn)e/Al-P在三類功能區(qū)占TP比例均最高. Org-P在三類功能區(qū)的分布特點與Fe/Al-P一致，最高含量位于河口濕地，其次為林草地，城鎮(zhèn)地區(qū)含量最低，河口濕地風(fēng)險性磷含量最高，可能對湖泊的初級生產(chǎn)力產(chǎn)生影響；城鎮(zhèn)地區(qū)Ca-P和Res-P含量最高，分別為40.049和21.851 mg/kg(圖4).

2.5 沉積物理化性質(zhì)對磷形態(tài)的影響分析

通過分析沉積物中TP和磷形態(tài)與理化性質(zhì)(如有機(jī)質(zhì)含量、粒徑組成等)之間的關(guān)系可以用來推斷沉積物中磷的特性. 如史靜等[23]發(fā)現(xiàn)滇池沉積物中有機(jī)質(zhì)對磷的釋放和吸附具有很大影響. 本研究分析了沉積物樣品中各形態(tài)磷含量與TN、LOI、TOC和粒徑的相關(guān)性，結(jié)果見表3.

沉積物樣品中TN、LOI和TOC與Fe/Al-P、Labile-P含量有顯著的相關(guān)性，與TP相關(guān)性較好，與Org-P、Ca-P和Res-P含量相關(guān)性較差，表明TN和有機(jī)質(zhì)的輸入，會導(dǎo)致沉積物中磷含量的升高，其增量的賦存形態(tài)主要為氧化還原敏感態(tài)磷和弱結(jié)合態(tài)磷. 粒徑組成與各形態(tài)磷含量存在相關(guān)性，細(xì)粒徑與各形態(tài)磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，粗粒徑與各形態(tài)磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01). 各粒徑相關(guān)性關(guān)系中，Labile-P、Fe/Al-P和TP含量與黏土呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，Labile-P、Fe/Al-P含量與粉砂呈顯著相關(guān)(P<0.05)，TP含量則與黏土和粉砂均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01). Labile-P、Fe/Al-P和TP與砂均存在極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，這表明Labile-P、Fe/Al-P和TP分布與黏土及細(xì)粉砂等細(xì)顆粒沉積物密切相關(guān)(表3)，此結(jié)果與何會軍等[24]研究長江口表層沉積物中可交換態(tài)磷與黏土及細(xì)粉砂等細(xì)顆粒顯著相關(guān)的結(jié)果一致，Org-P、Ca-P、Res-P含量與粒徑?jīng)]有明顯的相關(guān)性.

表3 入湖河流沉積物理化性質(zhì)與各形態(tài)磷含量相關(guān)性

*P<0.05，**P<0.01.

3 結(jié)論

坦噶尼喀湖入湖河流沉積物中不同形態(tài)磷含量大小表現(xiàn)為Fe/Al-P>Ca-P>Org-P>Res-P>Labile-P，入湖河流以風(fēng)險性磷為主，F(xiàn)e/Al-P含量最高,與流域土壤和沉積物性質(zhì)有關(guān). 沉積物中TP和各形態(tài)磷含量空間差異較大，在三類土地功能區(qū)，TP含量表現(xiàn)為河口濕地>城鎮(zhèn)附近>林草地區(qū)，各形態(tài)磷含量空間分布有所差異，其中Laible-P、Fe/Al-P和Org-P含量均表現(xiàn)為河口濕地>林草地>城鎮(zhèn)附近；Ca-P和Res-P含量均表現(xiàn)為城鎮(zhèn)附近>河口濕地>林草地.

表層沉積物磷形態(tài)含量與TN、LOI和粒徑的相關(guān)性分析顯示，TN、LOI和TOC與Fe/Al-P、Labile-P和TP含量相關(guān)性較好，與Org-P、Ca-P和Res-P含量相關(guān)性較差；表明TN和有機(jī)質(zhì)的輸入會增加沉積物中的磷含量，且增量主要來自氧化還原敏感態(tài)磷和弱結(jié)合態(tài)磷. 粒徑組成與各形態(tài)磷含量存在相關(guān)性，Labile-P、Fe/Al-P和TP含量與黏土和細(xì)粉砂呈顯著正相關(guān)，與砂呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明Labile-P、Fe/Al-P和TP的分布與黏土及細(xì)粉砂等細(xì)顆粒沉積物密切相關(guān)，細(xì)小顆粒更易吸附磷.

坦噶尼喀湖流域?qū)儆谇钒l(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)業(yè)活動強(qiáng)度低于尼羅河和維多利亞湖流域，湖水總體呈現(xiàn)營養(yǎng)鹽含量低、堿度和pH值高、重金屬檢出率低的特征[25]. 近年來沿湖國家人口增長速度較快，年均增長率保持在3%以上，快速增長的人口集聚在沿湖區(qū)域，沿湖城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施有限，大量無處理的生活污水和農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的面源污染極易導(dǎo)致河流和湖泊水質(zhì)惡化. 本文首次探討了坦噶尼喀湖入湖河流表層沉積物TP、各形態(tài)磷含量及其與土地利用類型的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)地區(qū)的生活和農(nóng)業(yè)活動會對河流產(chǎn)生影響，隨著沿湖社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人口的快速增加，這種影響會逐漸加劇，并會對坦噶尼喀湖湖泊水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因此加強(qiáng)湖泊和入湖河流的長期監(jiān)測，對于科學(xué)維持和保護(hù)坦噶尼喀湖水環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)，合理規(guī)劃和管理坦噶尼喀湖及其流域內(nèi)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和漁業(yè)發(fā)展，具有重要的環(huán)境與生態(tài)意義.

致謝：在非洲采樣過程中，坦噶尼喀湖管理委員會(Lake Tanganyika Authority)環(huán)境執(zhí)行主任Gabriel Hazikimana先生，坦桑尼亞漁業(yè)研究所基戈馬中心主任Kimirei Ismeal博士給予了大力幫助，孔明、唐陳杰、姚曉龍、王源、酈倩玉在實驗測定過程中給予了幫助，Damas Mapunda、王磊在論文修改過程中提出了寶貴的建議. 在此，向他們表示衷心的感謝.

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Phosphorus fractions and their spatial distribution in surface sediments of inflow rivers in the northeastern Lake Tanganyika

YU Cheng1,2, CHEN Shuang1**, ZHANG Lu1，WANG Zhaode1, SHEN Qiushi1& GAO Qun1

(1:KeyLaboratoryofWatershedGeographicSciences,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,P.R.China)(2: University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P.R.China)

PhosphorusisanessentialnutrientintheLakeTanganyikaecosystem,whichdeterminesthelake’sprimaryproductivity,andsubsequentlyinfluencestheanimalproteinsourcesforriparianresidents.TounderstandtheexternalinputsofphosphorustotheLakeTanganyika, 16surfacesedimentsamplesfromtheriverswhichflowintothenortheasternlakewerecollectedandanalyzedtounderstandthecontentandspatialdistributionofthetotalphosphorus(TP),andtherelationshipbetweenlandusepatternandthespatialdistributionofdifferentphosphorusforms.TheTPcontentinsurfacesedimentvariedfrom73.05to239.94mg/kg,withanaveragecontentof152.64±55.37mg/kg,andthehighestcontentwasobservedatMalagarasirivermouth.Usingthesequentialextractionmethod(Psenner)thephosphorusfractionationdistributionofsedimentswasanalyzed.TheresultsshowedthatsequencesofthecontentsofdifferentphosphorusformswasFe/Al-P>Ca-P>Org-P>Res-P>Labile-P.TheTPcontentwashighestintheestuarinewetlands,followedbythatinurbanareas,andthelowestcontentwasinthewoodland.ItimpliesthatlandusehadsignificantimpactsonthecontentofTPandphosphorusforms.ThepatternsalsoimpliedthatsurfacerunoffandhumanactivitieswouldbethecausesoftheTPaccumulationinthesurfacesedimentofinflowingrivers.ThespatialdistributionofdifferentphosphorusformsdifferedfromthatofTP.ThehighestcontentofLiable-P,Fe/Al-PandOrg-Pwereobservedintheestuarinewetland,andthenfollowedbythoseinthewoodland.Theurbanareahadthelowestcontents.ThehighestcontentsofCa-PandRes-Pwerefoundinurbanarea,andthenfollowedbyestuarinewetland.Thewoodlandhadthelowestcontent.AccordingtothecorrelationanalysesbetweenthecontentsofdifferentPformsandparticlesizeofsediments,totalnitrogen(TN),lossofignition(LOI),andtotalorganiccarbon(TOC),itwasfoundthatTN,LOIandTOChadsignificantlypositivecorrelationswiththeFe/Al-P,Labile-PandTPcontents,whiletheyhadweakcorrelationswithOrg-P,Ca-PandRes-P.ItindicatedthattheinputofTNandorganicmatterwouldincreasethecontentofphosphorusinthesediment,andtheincrementalPformswereFe/Al-PandLiable-P.Thereweresignificantandpositivecorrelationsbetweenfineparticlesedimentsandthecontentsofdifferentphosphorusforms,whilesignificantandnegativecorrelationsexistedbetweencoarsesandandthecontentsofphosphorusforms.Theseresultsindicatethatfineparticlesedimentsareeasiertoadsorbthephosphorus.

LakeTanganyika;inflowingrivers;sediments;phosphorusfraction;landuse

*中國科學(xué)院海外科教基地建設(shè)計劃項目(SAJC201319)資助.2016-03-21收稿;2016-05-12收修改稿.余成(1987～)，女，博士研究生；E-mail：yucheng823@126.com.

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2017， 29(2)： 334-342

DOI 10.18307/2017.0209

?2017 byJournalofLakeSciences

**通信作者;E-mail:schens@niglas.ac.cn.