陈芳 张平究 杨艳芳 张经纬

摘要 以菜子湖湿地 16 个釆样点2种渔业养殖方式（开放和封闭）下的土壤及鱼塘沉积物样品为研究对象，采用 Lvanoff 的有机磷分级提取方法，对不同养殖方式下湿地土壤及鱼塘沉积物有机磷进行分级提取，分析渔业养殖下有机磷各形态分布的差异及其与其他营养元素之间相关性。结果表明，渔业养殖下湿地土壤和沉积物的营养元素以及磷含量相对较高，且大部分元素呈沉积物高于土壤、封闭式高于开放式分布特征。2种养殖方式下湿地土壤各形态有机磷活性方面均表现为非活性>中活性>活性，Res-Po为有机磷主要组分;湿地鱼塘沉积物在开放式下各形态有机磷活性与湿地土壤的变化趋势一致，封闭下各形态有机磷活性方面表现为中活性>非活性>活性，HCl-Po为有机磷主要组分。湿地土壤营养元素与各形态有机磷呈显著相关，表明营养元素的输入能够有效促进有机磷的矿化分解。

关键词 菜子湖湿地;渔业养殖;有机磷;营养元素

中图分类号 X 53  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）23-0070-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.23.020

Classification Characteristics of Soil Organic Phosphorus Fractions in Caizi Lake Wetland under Different Fishery Breeding Methods

CHEN Fang1，ZHANG Ping-jiu1，YANG Yan-fang2 et al

（1.School of Geography and Tourism，Anhui Normal University，Wuhu，Anhui  241003;2.School of Environmental Science and Engineering，Anhui Normal University，Wuhu，Anhui 241003）

Abstract Taking the soil and sediment samples from 16 sampling points of Caizi Lake Wetland under two different aquaculture modes （open and closed） as the research object，the organic phosphorus of wetland soil under different aquaculture modes was extracted by Lvanoff's method，and the correlation between the distribution differences of different types of organic phosphorus and other nutrients was analyzed.The results showed that the contents of nutrient elements and phosphorus in soil and sediment were relatively high，and most of the elements were higher in sediment than in soil，closed than open distribution.The results showed that the activity of all types of organic phosphorus in wetland soil under the two cultivation methods was non active > medium active > active，and Res-Po was the main component of organic phosphorus;the change trend of all types of organic phosphorus activity in wetland fishpond sediment under the open mode was consistent with that of wetland soil，and the activity of all types of organic phosphorus under the closed mode was medium active > non active > active，and HCl-Po was the main component of organic phosphorus.There was a significant correlation between soil nutrient elements and various types of organic phosphorus，which indicated that the input of nutrient elements could effectively promote the mineralization and decomposition of organic phosphorus.

Key words Caizi Lake Wetland;Fishery culture;Organic phosphorus;Nutrient elements

基金項目 国家自然科学基金项目（41301249）。

作者简介 陈芳（1997—），女，安徽铜陵人，硕士研究生，研究方向：湿地土壤生态。* 通信作者，教授，硕士生导师，从事湿地土壤生态学研究。

收稿日期 2021-03-11

湿地是地球表层生态系统的重要组成部分，它是由水陆相互作用形成的具有特殊结构和功能的自然综合体，是陆地无机盐及有机质通过径流进入水体的最后一道屏障，是水陆相互作用形成的独特生态系统[1-2]。湿地渔业养殖是人类对于湿地价值的重要利用，合理的养殖方式不仅可以为当地居民创造不菲的收益，同时也为恢复和保护湿地生态提供了重要支持[3-4]，然而随着经济的发展养殖模式的改变，渔业养殖快速发展的同时也带来了养殖水体富营养化问题，磷作为湿地水体富营养化的关键元素，能够有效表征水体初级生产力和渔业生产性能，而磷的释放潜力又取决于磷在沉积物中的形态，有机磷作为沉积物中的一种重要磷酸盐，对土壤中的磷素转化具有重要作用[5-6]。

安庆市菜子湖水域位于长江中下游北岸，是长江流域淡水湖泊群的重要组成部分，20世纪50年代开始大规模围湖造田，导致湿地面积不断减少，80年代开始退耕还湖，且不同退耕还湖区因地制宜恢复成自然湿地或水产养殖区[7]。2020年1月，安庆市菜子湖湿地作为“引江济淮”工程的重要输水通道，正式实施“十年禁渔”政策[8]。当前已有学者对不同退耕年限下菜子湖湿地土壤及鱼塘沉积物磷素组分特征、酶活性等以及渔业养殖下菜子湖湿地土壤重金属含量特征等进行了研究，但对退耕还湖后渔业养殖方式差异下湿地土壤及鱼塘沉积物磷形态分布的研究相对缺乏[9-11]。笔者通过对菜子湖湿地不同区域开放与封闭2种养殖模式下的湖边土壤与湖底淤泥进行采集处理，采用 Lvanoff 的有机磷分级提取方法，对湿地土壤及鱼塘沉积物有机磷进行分级提取，研究菜子湖湿地中有机磷形态分布特征，分析有机磷分级组分与其他指标的关系，探讨有机磷组分与生物有效性和水体富营养化的关系，不仅为养殖水体富营养化的有效治理提供思路，同时也为水产品的安全养殖提供指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

安庆市菜子湖位于大别山东南侧、长江中下游北岸，跨安徽省桐城市和枞阳县2县市，地理坐标为117°01′～117°09′ E、30°43′～30°58′ N，由菜子湖、嬉子湖和白兔湖 3 部分构成，统称菜子湖。全流域面积3 346 km2，湖泊总面积226 km2，是长江中下游湿地淡水湖泊群的重要组成部分之一。湖区地貌以丘陵和冲积平原为主，地处北亚热带季风湿润气候带，年平均气温16.6 ℃，年平均降水量1 325.5 mm。4—10月为丰水期，水深3 m以上，11月—翌年3月为枯水期，湖底大多出露为滩涂[9-11]。研究区自 1958 年开始大规模围垦，1986 年退耕后大多用于渔业养殖，养殖方式主要分为两类：①开放式，指天然或人工的但未与外界水系完全隔开的养殖区和捕捞区;②封闭式，主要指人工采用高坝与外界水体完全隔开的养殖区。养殖品种主要以青鱼、草鱼、鲢鱼等经济鱼为主;部分鱼塘用于养殖珍珠、龍虾等;未开发的湿地植物群落主要为芦苇、细叶薹等，存在部分放牧行为[11]。

1.2 样品采集与前处理 以安庆菜子湖湿地土壤及鱼塘沉积物为研究对象，2018年3月环绕菜子湖水域，随机均匀布点，并利用GPS进行准确定位（表1），分别选取湿地土壤中湖边出露水面的9个土壤和7个湖底淤泥采样点。土壤样品命名为T1～T9，底泥样品命名为 D1～D7，一个采样点由 3 个样品混合。底泥样品采用抓斗式底泥采样器采集，土壤样品剥离表层植被后采集 0～10 cm 表层土样。将采集的土样自然风干后分成2份，一部分过2 mm筛进行理化性质分析，另一部分用玛瑙研钵研磨过100目筛进行磷含量的测定。

1.3 分析方法 ①全磷：X荧光光谱仪（XRF）;②有机磷：烧灼法;③有机磷形态分级：采用 Lvanoff 分级提取方法[12]，将有机磷分为活性有机磷（NaHCO3-OP）、中活性有机磷（HCL-OP+富里酸-OP）、非活性有机磷（胡敏酸-OP+残渣态-OP）;④pH、有机质、有效磷、铵态氮、碱解氮参照土壤农业化学分析方法[13]，磷酸酶：对硝基苯磷酸盐法[14] ，植酸酶：偏钒酸铵钼黄法[15] 。

1.4 数据处理

采用Microsoft  Excel  2010对试验数据进行处理和制图;应用SPSS 20.0 对试验数据进行差异分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 理化性质

对不同养殖方式下菜子湖湿地9个湖边土壤和7个湖底沉积物进行理化性质测定，结果见表2、3。湿地土壤和鱼塘沉积物的pH总体呈弱酸性，且沉积物的pH高于土壤、封闭式高于开放式。不同养殖方式下鱼塘沉积物的有机质（OM）含量低于土壤且开放式高于封闭式。渔业养殖下鱼塘沉积物的有效磷（AP）含量高于土壤且两者均表现为封闭式高于开放式特征。碱解氮（AN）在湿地土壤中含量高于沉积物且土壤与沉积物均表现为封闭式高于开放式特征。铵态氮在土壤中含量低于沉积物，不同养殖方式下湿地土壤表现为封闭式低于开放式特征，湿地鱼塘沉积物表现为封闭式高于开放式特征。磷酸酶和植酸酶在土壤中的活性显著高于沉积物，磷酸酶在土壤与沉积物中以及沉积物中的植酸酶均表现为封闭式高于开放式特征，土壤中的植酸酶则与沉积物中呈相反的变化特征即开放式高于封闭式。

总体上，渔业养殖下湿地土壤的营养元素含量相对较高，大部分营养元素均呈沉积物高于土壤的分布特征，磷酸酶以及植酸酶则表现出土壤高于沉积物的分布特征。彭沛林等[16]研究认为沉积物中的有机质以及氮磷的空间分布与人类活动具有明显的相关性，相对于渔业养殖条件下的湖边土壤而言，鱼塘沉积物受人为活动的影响更大，渔业养殖产生的养殖废水更有利于大部分营养元素在湖底的沉积。研究表明微生物和植物根系分泌物是土壤酶的重要来源[15，17]，由于湿地土壤具有高植被覆盖度、高肥力特点，高植被覆盖度和高肥力的土壤条件能够为土壤多种酶促反应提供底物。

2.2 不同养殖方式下湿地土壤及其鱼塘沉积物TP、IP、OP分布特征

不同养殖方式下菜子湖湿地9个湖边土壤样品和7个湖底沉积物样品的TP、IP、OP分布特征见图1，其中全磷（TP）是湿地土壤磷的总储存量，菜子湖湿地土壤和沉积物的全磷平均含量分别为718.11、1 023.76 mg/kg，渔业养殖下菜子湖湿地土壤的磷含量偏高，参照刘鸿亮等[18]对沉积物污染水平划分的标准，湿地土壤达中度污染（500 mg/kg<TP<1 000 mg/kg），湿地鱼塘底泥达严重污染（TP≥

1 000 mg/kg），不同养殖方式下菜子湖湿地土壤中沉积物的TP含量显著高于土壤且土壤与沉积物均表现为封闭式高于开放式分布特征，可能是因为封闭式下养殖受人类活动影响更大，在人工养殖過程中施入大量含磷的饲料、药品和其他污染物，加上土壤中随降水流失的磷元素共同排入到水体中从而在湖底富集[11]。无机磷（IP）、有机磷（OP）在土壤中平均含量为424.39、234.81 mg/kg，在沉积物中平均含量为730.04、253.79 mg/kg，渔业养殖下菜子湖湿地土壤磷主要以IP形态存在，这与刘文静等[9]研究结果一致，不同养殖方式下菜子湖湿地土壤IP、OP与TP的变化趋势一致。不同区域之间湿地土壤磷分布差异显著，其中土壤中位于王家湾和西瓜咀的开放式样点T2和封闭式样点T8处的TP、IP，以及沉积物中位于黄玉湿地的封闭式样点D4处的磷含量较高且达到最高值，其他样点之间无显著规律性。湿地土壤T2、T8的磷含量较高，可能是因为样点处均有100%的植被覆盖度，丰富的植被根系和枯枝落叶有利于提高土壤营养物质的积累速率，同时植被生长离不开磷元素，植物体内吸收的磷也是造成该地湿地土壤磷含量较高的重要原因，这与谢莹等[19]研究认为植被是促进湿地土壤磷含量增加的重要因素相一致。D4的磷含量较高是因为根据调查该地水产养殖过程中施入大量人工化肥（鸡粪）且养殖鱼塘水面漂浮有大量死鱼尸体，水体严重污染，大量含磷的粪便、尸体等随养殖水体沉积到湖底淤泥中，从而造成该地磷含量异常偏高[11]。

2.3 不同养殖方式下湿地土壤及其鱼塘沉积物各形态有机磷分布特征

不同养殖方式下湿地土壤各形态有机磷分布特征见图2，湿地土壤各形态OP含量表现为Res-Po>Hum-Po>NaHCO3-Po>HCl-Po>Ful-Po，渔业养殖开放式下各形态OP含量为Res-Po>Hum-Po>NaHCO3-Po>HCl-Po>Ful-Po，封闭式下OP含量为Res-Po>Hum-Po>HCl-Po> NaHCO3-Po>Ful-Po。其中，NaHCO3-Po为活性有机磷，是有机磷中结构最松散最易矿化分解的部分[20]，开放与封闭养殖模式下平均含量为32.55、18.07 mg/kg; HCl-Po和Ful-Po为中活性有机磷，需要在一定条件下水解矿化成小分子或正磷酸盐，具有一定潜力的生物有效性，但与NaHCO3-Po相比生物有效性较低且不易被植物吸收[20]，开放与封闭养殖模式下平均含量分别为19.88、24.19以及18.43、16.43 mg/kg，湿地土壤中的中活性有机磷主要以HCl-Po形式存在;Res-Po 和Hum-Po为非活性有机磷，是有机磷中最稳定最难矿化分解的部分[20]，开放与封闭养殖模式下平均含量分别为55.44、71.93以及85.56、84.90 mg/kg，湿地土壤中的非活性有机磷主要以Res-Po形式存在，因此除开放式下湿地土壤某些样点NaHCO3-Po含量较高的原因可能与放牧活动有关，总体上不同养殖方式下湿地土壤OP活性方面均表现为非活性>中活性>活性。湿地鱼塘沉积物各形态OP含量表现为HCl-Po>Res-Po>Hum-Po> NaHCO3-Po>Ful-Po，渔业养殖开放式下各形态OP含量与开放式下变化趋势一致，封闭式下OP含量为HCl -Po>Res-Po>Hun-Po> NaHCO3-Po>Ful-Po，其中开放与封闭养殖模式下活性有机磷（NaHCO3-Po）平均含量为32.53、32.07 mg/kg;中活性有机磷（HCl-Po和Ful-Po）平均含量为26.65、260.09以及26.03、23.58 mg/kg，湿地鱼塘沉积物中的中活性有机磷主要以HCl-Po形式存在;非活性有机磷（Res-Po 和Hum-Po）平均含量为109.59、154.09以及63.28、87.63 mg/kg，湿地鱼塘沉积物中的非活性有机磷主要以Res-Po形式存在，总体上开放式下湿地鱼塘沉积物OP活性方面表现为非活性>中活性>活性，与湿地土壤的变化趋势一致，封闭下OP活性方面表现为中活性>非活性>活性。

非活性有机磷作为一种稳定性有机磷，是有机磷中最难矿化降解的部分，受外界环境影响最小[20]，研究区不同养殖方式下湿地土壤与开放式鱼塘沉积物中有机磷以非活性有机磷形态为主，且主要以Res-Po形式存在，Res-Po作为湿地沉积物有机磷重要组成部分，尤其植酸态磷作为Res-Po中的主要成分，是一种重要的含磷有机化合物，在土壤和水体沉积物中广泛存在[21]，研究区湿地土壤中非活性有机磷含量高可能是土壤大部分为原始湿地或长年退耕土壤，受人为活动影响较小，土壤环境长期稳定，而开放式下鱼塘沉积物中非活性有机磷含量高可能是因为鱼塘常与外界水体相连接，水体经常循环更新，沉积物受水体的扰动大，沉积物部分活性与中活性有机磷矿化分解为非活性有机磷[6]。封闭式下鱼塘沉积物中有机磷以中活性有机磷为主，且主要以HCl-Po形式存在，造成该现象的原因是沉积物样点D4处HCl-Po含量高达926.63 mg/kg，占总有机磷的66.43%，HCl-Po作为中活性有机磷的主要组分，多为易分解的大分子，稳定性差，在一定条件下可矿化分解为小分子的有机磷或溶解性正磷酸盐，通常与湖泊的富营养关系密切[22]，样点D4位于黄玉湿地，受人工养殖活动强烈，水产养殖过程中常施入大量的有机化肥，加上封闭式养殖鱼塘的塘内水体常不与外界水体联系，湖底沉积物受水体扰动小，使外来有机物不断在湖底沉积，稳定态有机磷逐渐矿化分解为非稳态有机磷，这与李强等[6]研究污染严重的南淝河中各形态有机磷含量较高的结果一致。

2.4 不同养殖方式下湿地土壤及鱼塘沉积物磷与环境因子的相关性分析

对不同养殖方式下湿地土壤与鱼塘沉积物磷与环境因子进行相关性分析，结果表明，pH与湿地土壤Ful-Po、活性有机磷以及中活性有机磷呈极显著负相关，这说明pH的大小对湿地土壤活性与中活性有机磷影响较大，对非活性有机磷影响较小;有机质与湿地土壤活性有机磷呈显著正相关，这表明有机质作为土壤中有机磷的重要载体，能够有效促进有机磷形态向活性有机磷的转化[23];有效磷与湿地土壤TP、IP呈显著正相关，与鱼塘沉积物非活性有机磷、OP、HCl-Po、Hum-Po和中活性有机磷呈显著正相关性;铵态氮与鱼塘沉积物TP、IP以及湿地土壤OP、活性、中活性有机磷呈显著正相关关系，说明湿地N与P具有一定的正相关性，N、P等营养元素的输入会有效提高有机磷各形态的含量[24];磷酸酶与湿地土壤IP、Ful-Po，鱼塘沉积物HCl-Po、Hum-Po、活性、中活性以及非活性有机磷均呈显著正相关，植酸酶与湿地土壤TP、IP呈显著负相关，与鱼塘沉积物OP呈极显著正相关，这表明土壤酶活性能直接影响有机磷的分解转化及其生物有效性（表4）[17]。

3 结论

（1）渔业养殖下湿地土壤营养元素的含量相对较高，大部分营养元素均呈沉积物高于土壤的分布特征，磷酸酶以及植酸酶则表现出土壤高于沉积物的分布特征，不同养殖方式下湿地土壤除有机质、植酸酶外，其他营养元素均呈封闭式高于开放式特征。

（2）渔业养殖下湿地土壤的磷含量较高，其中湿地土壤达中度污染，湿地鱼塘沉积物达严重污染，且不同养殖方式下湿地土壤和沉积物磷含量均表现为封闭式高于开放式分布特征。不同养殖方式下湿地土壤各形态有机磷活性方面均表现为非活性>中活性>活性，Res-Po为有机磷主要组成部分;湿地鱼塘沉积物在开放式下与湿地土壤的变化趋势一致，封闭下表现为中活性>非活性>活性，HCl-Po为有机磷主要组分，造成该现象产生原因是底泥样点D4处HCl-Po含量高达926.63 mg/kg，占总有机磷的66.43%。

（3）湿地土壤及鱼塘沉积物中营养元素对各形态有机磷的含量及分布产生显著影响，其中，pH与湿地土壤Ful-Po、活性有机磷以及中活性有机磷呈极显著负相关;有机质与湿地土壤活性有机磷呈显著正相关;有效磷与湿地土壤TP、IP呈显著正相关，与鱼塘沉积物非活性有机磷、OP、HCl-Po、Hum-Po和中活性有机磷呈显著正相关性;铵态氮与鱼塘沉积物TP、IP以及湿地土壤OP、活性、中活性有机磷呈显著正相关，表明N、P等营养元素的输入会有效提高有机磷各形态的含量;磷酸酶与湿地土壤IP、Ful-Po，鱼塘沉积物HCl-Po、Hum-Po、活性、中活性以及非活性有机磷均呈显著正相关，植酸酶与湿地土壤TP、IP呈显著负相关，与鱼塘沉积物OP呈极显著正相关，土壤酶活性能直接影响有机磷的分解转化及其生物有效性。

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