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东南极罗斯海难言岛地区湖泊沉积物磷形态的分布特征及其动力学循环研究

2、地球化学 > 专题5：湖泊生物地球化学

磷是湖泊的限制性营养元素之一，过多的磷可导致湖泊富营养化。众所周知，湖泊沉积物是磷的重要储库，沉积物中磷的释放是湖泊水体中磷的重要来源之一。迄今为止，已经有了相当多的资料记载了和人类活动息息相关的湖泊磷（P）形态的分布特征及其动力学循环过程。然而，我们对偏远地区的南极湖泊沉积物磷形态的分布特征及其循环过程仍然知之甚少。事实上，南极无冰区分布着大量的企鹅巢穴，而企鹅粪中富含大量的氮、磷等营养元素，这对周围的陆地和水生生态系统产生了重要影响。本研究选取东南极罗斯海难言岛地区一个现代企鹅活动区附近的四根湖泊沉积物作为研究对象，结合化学分级提取法以及液相31P核磁共振（31P-NMR）分析技术，测定了湖泊沉积物中的五种磷形态：可交换态磷（Ex-P），铁/铝结合态磷（Fe/Al-P），钙结合态磷（Ca-P），无机磷（IP）和有机磷（OP），以及具体的OP形态。结果表明，IP是四根湖泊沉积物的主要磷形态，OP的比例相对较低。鸟粪沉积物中以Fe/Al-P为主。沉积物中P含量和形态分布的主要影响因素是有机质的来源。鸟粪输入显著增加了生物可利用的P（BAP），导致湖泊水体呈现超级富营养化。湖藻的输入使得沉积物中OP的含量显著增加，导致沉积物中P的释放潜力增加。此外，沉积环境，如粒度，pH值和TOC含量也是影响P形态分布的重要因素。31P-NMR图谱表明，正磷酸盐是四根湖泊沉积物的主要磷形态，而磷酸单酯是沉积物中唯一检测到的OP形态，磷酸单酯的信号在垂直剖面中逐渐降低，这和OP在剖面深处的矿化有关。不同磷形态的相互转化构成了南极湖泊沉积物中磷的动态循环，其中Fe/Al-P和OP起着关键作用。