源頭溪流是河流水系統的重要組成部分，也是氮磷生源物質滯留、轉化的重要場所和傳輸通道，對於降低匯流區內生源物質向下遊的傳輸、調控下游水體水質具有十分重要的意義。目前溪流水系統環境生態功能已為環境科學、環境水文地質學、水生態學等學科領域所關注。在溪流水系統磷迴圈和滯留機制中，底質表層顆粒物的物理化學吸附和固著生物種群的生物吸收往往是不容忽視的因素[6]。總的來看，雖然針對水底固著生物磷吸收的研究已有一些，但與非生物吸收(即物理化學吸附)相比，還顯得較不充分，尤其是對於磷迴圈中生物、非生物吸收相對貢獻水平的定量刻畫，還沒有權威的、統一的結論。為更好地執行國家《水汙染防治行動劃》，從水環境保護出發，不僅需要對河流水系統底質磷的滯留機制有清晰的認識，還需要對底質磷的生物-非生物吸收潛力有更為清楚的瞭解。
非生物吸收貢獻水平，本研究擬以合肥市城市邊緣某一源頭溪流為物件，就高強度人為擾動情景下底質磷的生物與非生物吸收潛力及其變化情況進行分析，以期為該地區小河流水環境保護和磷負荷削減估算提供依據。- 城市邊緣地處城市與鄉村之間的過渡地帶，不同程度的兼有城市和鄉村特徵，是人為活動和土地利用變化十分活躍的地區。土地利用格局的巨大變化，深刻影響著城市邊緣地區的河流形態、生境條件、產排汙特徵和水質狀況等，從而影響河流生態系統和生源物質的滯留。由於城郊結合部的城市排水系統不完善、環境監管不到位，部分汙水往往未經任何處理就直接排入水體，不僅惡化了河流水質，也加劇了水環境系統結構和組成的複雜性，使得該區域河流表層沉積物磷的生物非生物吸收可能表現出某種特殊性。合肥市境內小河流較多，由此彙集的大部分氮、磷負荷經南淝河傳輸而進入巢湖西半湖，加劇了水體富營養化。當前，國家正在著力推進生態清潔小流域建設，小河流環境生態問題頗為引人關注。為揭示土地利用變化對城郊溪流底質磷的生物-非生物吸收影響，並定量刻畫磷的生物
1 研究區概況
本研究溪流位於合肥市城區東北部邊緣的磨店職教城附近，為南淝河主要支流——二十埠河的源頭溪流之一。溪流兩側邊緣為低矮丘陵崗地，東西寬約2km;溪流全長約4.0km，其中經年過流的長度約2.5km。由於城市建設向外擴張，匯水區土地利用型別正從耕地、人工林地轉向城市建設用地，特別是溪流左側崗坡，已建成為合肥市職業教育中心，並有多所高校在此設立新校區。目前流域中、上游大部分土地處於待開發狀態，城市道路已開始修建，下游城市建設基本成型。調查發現，除崗坡上高校園區外，沒有明顯的工廠或畜禽養殖場。溪流上有兩個明顯的汙水排放口：一是溪流中游左側某高校少量生活汙水通過道路雨水管在橫跨溪流的道路橋涵內排入溪流;二是溪流下游的職教城城鎮汙水處理廠尾水排放口。由於兩個排汙口汙水均來自高校，因此水量、水質受高校假期影響存在很大的波動性。本研究選擇城鎮汙水廠尾水排放口以上渠段作為研究靶區，該段溪流長約2.0km，僅有道路橋涵內一處生活汙水排放口。整個取樣期間，在溪流左側與溪流走向大致平行方向，一條寬約30m的柏油路面道路正處在路基開挖、施工中。2016 年7 100m，道路施工、挖溝堆積的新翻深層土壤受連續多場暴雨沖刷而進入溪流中，對溪流水質和底質造成很大沖擊。2016~月以後，合肥當地雨水較常年明顯偏多，加之溪流溝渠與新建道路的垂直距離僅80 11 月，對溪流開展每月1次的水質取樣分析(水質與底質取樣點位一一對應).~年6
2 材料與方法
2.1 取樣點佈設及樣品預處理
6 號。其中，取樣點1、2 位於溪流上游，溪流兩側主要為旱地農田拋荒地和人工林地，而且1~ 在靶區渠段沿水流行進方向設定6 個取樣點位，依次記為1 號點位於蘆葦生長茂盛渠段下方約10m 的坑潭中，其水流流速約為0.1m/s，2 號點則處於浮水植物生長較為茂盛且斷面稍寬的溪流弧形轉彎處;3 號取樣點位於橋涵排汙口下方30m 的水塘出口上方，該水域是因修建橋涵而形成的面積約70m2 淺水塘;由於過水斷面面積相對較大，2、3 100m 外正在修建的道路排水溝相通，4~6~6號取樣點位於一般溪流溝渠段，且在4 號點上方不遠處有明溝與左側80~號取樣點位水流流動性較差，4 11 月，按每月1 次的取樣頻率，在每個取樣點1m2~號取樣點水流平均流速約為0.08m/s，6 號點位下方30m 為汙水處理廠尾水排放口所在。2016 年6 範圍內的多個點位，採集底質表層5~10cm 樣品，並將其充分混合代表該點位。將每個取樣點的新鮮底質均分為兩份，一份用於磷吸收的測定;另一份經自然風乾後，用於底質磷形態及理化性質分析。由於7 6號取樣點就已明顯受到影響，特別是5、6~月發生多場大暴雨，不僅施工道路兩側新挖掘土壤被衝入溪流，溪流中沉積物也被大量沖走。從7 月開始，4 6~11 月採集的4~號取樣點河床幾乎全部被厚厚的黃棕色細質粘土覆蓋，直至11 月末都沒有明顯改觀。因此，8 號取樣點底質樣，實際上就是深層土壤經沖刷、淤積形成的沖積物，屬於典型的高強度人為擾動帶來的後果。
2.2 分析測試方法
將風乾後的底質研磨過100 目篩，測定磷形態及理化指標。其中，可交換態磷(Ex-P)、鐵鋁磷(Fe/Al-P)和鈣磷(Ca-P)含量，採用SMT 法測定;將0.2g 土樣置於離心管中，加入20mL 1mol·L-1HCl 溶液並恆溫振盪(25℃，220r·min-1)16h 後離心，取適量上清液測無機磷(IP)含量 ;底質pH值採用pH 計測定(水土比=5:1);底質中有機質含量，採用燒失量(LOI)進行估算;將0.2g 土樣置於坩堝中，在馬弗爐450℃下煅燒3 小時，待土樣冷卻室溫後轉移到離心管中，然後加入20mL3.5mol·L-1HCl 溶液並恆溫振盪(25℃，220r·min-1)16h 後離心，取適量上清液測無機磷(TP)含量;對經滅菌鍋消煮處理後的底質樣，採用紫外分光光度法測定(TN)含量。
2.3 磷的生物-非生物吸收潛力
參照相關文獻，設計培養前後底質磷含量的確定方法。依據是否滴加飽和HgCl2 溶液，不妨將所有新鮮底質樣劃分為滅菌、未滅菌兩組，並將經滅菌處理的泥樣稱作對照樣。
2.3.1 培養前樣本磷含量的測定針對每個取樣點，取4g 左右的新鮮底質，並將其置於離心管中，加入40mL 磷提取液(0.1mol·L-1 min-1×NaOH、0.1 mol·L-1 NaCl)，對照組另外加入2mL 飽和HgCl2 溶液。將離心管加塞後置於25℃、200 r min-1 離心機中離心5min;取上清液2mL 置於50mL 比色管，對其定容到標線刻度，並滴加1mL×的振盪器中振盪16h。振盪結束後，再將其置於3000r 抗壞血酸和2mL鉬酸鹽溶液，振盪搖勻15min 後，利用分光光度計(700nm 吸光度)測定磷酸鹽濃度，再根據溶液體積換算得到新鮮底質(即培養前底質)相應的磷含量SRPinitial。
2.3.2 培養後樣本磷含量的測定
L-1CaCl2 溶液和30×L-1 PO4-P、50mg× 對每個取樣點位，在離心管中各注入4g 左右新鮮底質，並滴加20mL 培養液(1 mg L-1 MgCl2 溶液;其中PO4-P 溶液用磷酸二氫鉀配製，且以磷的質量分數按1:4.28 取KH2PO4)，對照組中另加入2mL 飽和HgCl2×mg 溶液。將離心管加塞蓋緊後置於35℃的'恆溫培養箱中靜置培養24h。培養結束後，向各離心管中分別加入20mL 磷提取液並蓋塞振盪、離心，測定上清液的磷酸鹽濃度，並根據溶液體積換算底質樣本中可提取的磷含量SRPfinal(扣除培養液加入的磷量)。再將底質樣過濾，並將濾紙與底質一起置於烘箱中烘至恆重，確定底質烘乾後的質量dw(事先將濾紙置於烘箱中烘至恆重並記錄質量)。
2.3.3 底質磷的吸收潛力
底質磷的非生物吸收潛力及包含生物和非生物作用的底質磷的總吸收潛力，可根據下式進行計算[17]：，SPUlive、SPUkill h)-1; liveinitial SRP 、killinitial SRP×(g×分別代表總吸收潛力和非生物吸收潛力，μg 分別表示培養前未滴加和滴入HgCl2 提取的磷含量，μg; livefinal SRP 、killfinal SRP 分別表示培養後未滴加和滴入HgCl2 提取的磷含量，μg;dw 表示底質的烘乾質量，g;t 表示培養時間，h。由於SPUkill 代表非生物吸收效應(也即物理化學吸附作用)，而SPUlive 綜合了生物和非生物吸收作用，因此SPUlive 與SPUkill差值可以體現磷的生物吸收，不妨記作SPUbiotic
3 結果與分析
11 月)表層底質磷形態及基本理化特性，不難看出，3~8 月)、秋季(9~ 3.1 底質磷形態及其理化特徵6 個取樣點夏季(6 6 號取樣點TN、TP~號取樣點位底質氮、磷和有機質含量均明顯高於其它各取樣點，而4 和有機質含量，甚至低於未受點源汙染影響的取樣點1、2，尤其是秋季時節TN、TP斷崖式的下降，表明人工擾動土壤在強降雨沖刷、搬運作用下給溪流底質的物質組成和理化性質帶來了顯著影響。事實上，受生活汙水的影響，6 6~6 號取樣點底質TP 含量分別高達483.80、317.03 和401.27 mg·kg-1，明顯高於上部的1、2 號取樣點，即便是7 月份以後，4~月4 號取樣點Ex-P、Ca-P 和LOI 也與1、2 號點位非常接近，這與1、2 號取樣點底質主要來自匯水區水土流失有很大關係。另外，3 號取樣點夏季TP 明顯低於秋季，可能與7、8 月份高校放假，生活汙水補給顯著減少有關。
3.2 底質磷的吸收潛力
各取樣點底質磷的總吸收潛力SPUlive、非生物吸收潛力SPUkill逐月變化情況。可以看出，毗鄰排汙口的3 6~號取樣點各月份沉積物磷的總吸收潛力SPUlive 都明顯高於其它各取樣點，4 號取樣點僅7 月的SPUlive 相對較高一些，其他月份表現並不突出。而且，4 11 月磷的總吸收潛力都稍低於排汙口上方的1、2 號取樣5點。就非生物吸收而言，仍以3~號取樣點絕大多數月份相應的SPUlive 值大小接近，且9 6 號取樣點除在7~號取樣點位SPUkill 表現最為突出，該點位各月份SPUkill值都較其它5 個取樣點相應月份非生物吸收潛力更大。4 11 月SPUkill基本都低於1 號點，與2 號點相比大體相當。總體上，6~月有一定差異外，彼此其它各月份基本都十分接近，而且三者8 11~個取樣點位各月磷的非生物吸收潛力都低於相應的總吸收潛力。而且，除2 號取樣點時間規律性稍差以外，其它各取樣點都表現為8 月磷吸收潛力逐月緩慢下降的變化態勢。大體上，夏季較秋季磷的總吸收潛力和非生物吸收潛力更高一些。在排汙口下方的4 個取樣點中，僅3 kg-1×200mg~6 號取樣點基本都處於150~號點位沉積物未受道路施工泥土沖刷覆蓋的影響。從底質TP 含量來看，從7 月開始4 3 號取樣點底質總碳(TC)含量分別為1.97、2.65~水平，與該匯流區域土壤磷素背景值十分接近。根據碳含量測試結果，1 6~6 號取樣點則幾乎低於檢測限，這與4~kg-1，4×和10.33g 號取樣點底質主要來自道路施工現場的土壤流失有關係。由於深翻土壤中幾乎沒有生物質殘體，因此土壤碳含量很低。總體上，似乎表現出底質汙染程度越重，SPUlive、SPUkill值越大的特點，也就是說水體汙染增強了底質磷的吸收潛力。
根據SPUbiotic=SPUliveSPUkill，計算夏、秋季各取樣點底質磷的生物吸收潛力根據SPUbiotic=SPUliveSPUkill，計算夏、秋季各取樣點底質磷的生物吸收潛力，無論是磷的生物吸收、非生物吸收或是總吸收，各取樣點都表現為夏季吸收水平高於秋季。5、6 號取樣點秋季生物吸收潛力明顯低於相應的夏季吸收水平，更顯著低於其它各取樣點，這可能與深層土壤沖積物中“碳”源不足有很大的關係。3 號取樣點雖然底質的有機質、TC 含量都相對較高，但由於汙染過重，底質處於厭氧或缺氧狀態，抑制了磷的生物吸收，也可能促使底質中磷的釋放[6]，使得3 號取樣點磷的生物吸收潛力顯著遜色於非生物吸收能力。但也正是由於長期處於厭氧或缺氧狀態，導致3 號取樣點底質中部分Fe3+離子可以被還原成Fe2+離子，使得部分磷從沉積物中釋放出來而進入間隙水，因而也就釋放出了更多的磷吸附位點，這或許是3 號點位總吸收潛力和非生物吸收潛力相對偏高的主要原因。另外，3 號取樣點的底質較為疏鬆、有機質含量高，風乾後沉積物樣的物理性狀明顯呈現粒度較小的特點，由於較小粒徑具有較大的比表面積，使得顆粒物可以為磷提供更多的吸附位點，這可能也是3 號取樣點底質磷吸附能力相對較強的重要原因之一。Lottig 等[17]採用與本研究相同的技術方法，針對河床不同粒度顆粒構成情形的源頭溪流沉積物磷的生物與非生物潛力進行分析，得到沙質河床沉積物SPUlive、SPUkill 值相對最高，6 h)-1，雖然都高於本研究的6×(g×h)-1、5.0μg×(g×h)-1，岩石河床則分別為12.5μg×(g×h)-1、9.8μg×(g×h)-1，塊石河床分別為14.5μg×(g×h)-1、24.0μg×(g×個點位的平均值分別達23.0μg 6 號取樣點6~個取樣點，但彼此懸殊並不顯著，特別是與塊石、岩石河床相比。不難看出，受生活汙水影響的3 月沉積物磷的生物吸收貢獻率都較其它各月份更高一些，特別是3、5 11~號取樣點表現尤為突出，這似乎也從另一側面說明人為擾動帶來的水土流失給溪流底質磷的生物吸收貢獻影響很大。總的來看，絕大多數取樣點的8 月生物吸收貢獻率波動性不是很大，而且生物吸收貢獻率也不很高，尤其是1、3、5 和6 號取樣點表現更為明顯。而2、4 號取樣點各月份的生物吸收貢獻率相對都較高一些，特別是2 號取樣點不僅8 月生物吸收貢獻佔比在所有情景中最高，9 月生物吸收貢獻率也相當高。與生物吸收貢獻率顯著的變化性相比，非生物吸收貢獻率變化則相對較為簡單，半數點位也僅在6 月或8 月較低一些，其他月份非生物吸收貢獻佔比大體相當。展示了夏、秋季各取樣點位的生物與非生物吸收平均貢獻水平。不難看出，取樣點1、3、4、5 的秋季生物吸收貢獻率明顯低於夏季，相應的非生物吸收貢獻則恰好相反。而2、6 號取樣點在春、秋季節差異不大。總體上，無論是夏季還是秋季，6 個取樣點位底質磷的生物吸收貢獻率都低於非生物吸收貢獻率，且彼此之間生物吸收與非生物吸收貢獻率的相對差異性較為顯著。
4 討論
6~ 從7 月開始，4 號取樣點位採集到的河流底質已不再是一般意義的沉積物，而是新建道路及兩側開挖溝渠產生的深層土壤經雨水沖刷、搬運和沉積而形成的沖積物。從連續數月採集的溪流底質情況看，無論是底質的顏色、氣味，還是TN、TP 3~6 號點位採集的溪流底質都與6 月有顯著的差異性，這與1~和有機質含量，7 月以後4 6~號取樣點位明顯不同，春、秋季沉積物磷的生物、非生物吸收貢獻率沒有展示出明顯的規律性，可能就與強烈的人為干擾最終導致的取樣點底質變化有直接關係。由於深部土壤與通常的水體沉積物在理化性質和生物特徵等方面存在很大的差異性，因此4 號取樣點底質應該不能代表溪流自然沉積物。當然，相應的生物、非生物吸收潛力也就不能簡單地作為沉積物具有的磷吸收能力。儘管如此，作為土地利用型別變化劇烈、人為擾動影響顯著的城鄉交錯帶地區，來自雨水沖刷輸入河流的地表土壤或深層擾動土壤頗為常見，因此上述結果頗具有代表性，可以很好的展示城郊溪流不同空間河段底質磷吸收潛力的變化性和不確定性。目前，有關河流磷素滯留和迴圈過程的生物、非生物貢獻的報道已有一些，但總體上仍較為初步，特別是在對相關結果的表徵方面，都還存在很大的差異性。如Khoshmanesh L-1×等以溼地沉積物為物件，僅以KH2PO4 為培養液(1mg PO4-P)，得到沉積物磷的總吸收率達68%，生物吸收率達到9%;若同時新增葡萄糖作為碳源，得到沉積物磷的總吸收率高達99%，生物吸收率達40%;而以醋酸酯作為碳源，沉積物磷的總吸收率則高達99%，生物吸收率也達到45%。Stutter 等對汙水排汙影響的河流磷迴圈研究推算得到，來自水底藻類、細菌和沉積物作用的磷的淨吸收能力分別達0.2 (±0.1)、0.4 (±0.3) 和1.0 (±0.9) d)-1。顯然，由於量綱不同，上述結果往往很難與本研究結果進行直接比較。當然，Stutter×(m2×mmol 等以藻類和細菌為主體的生物因素可以解釋37.5%的磷的淨吸收、沉積物吸附(即非生物吸收)作用達62.5%的結論，仍具有很好的借鑑價值。Aldridge 3~等針對岩石附生生物群落對於城鄉結合部溪流磷滯留潛力進行實驗研究，結果發現非生物因素可以解釋70%以上的磷吸收，而生物貢獻則不足30%，這也與本研究結果具有很大的相似性。一般來說，沉積物的非生物吸收不僅包括沉積物顆粒表面的吸附作用，也有水底生物有機體(如生物膜多糖基質)的吸附貢獻。取樣點1 3~沉積物屬於正常沉積形成的堆積物，生物滯留所需要的碳、氮、磷等養分含量較為豐富，沉積物表層生物膜生長相對較為完整。因此可以推斷，取樣點1 沉積物磷的生物因素貢獻可能會更高一些。通常認為，有機質分解過程中形成的腐殖質可以形成膠膜覆被在粘粒礦物、氧化鐵、鋁及碳酸鈣等無機物的表面，從減輕這些無機物對磷的固定，甚至對沉積物中磷的釋放有明顯的促進作用。但也有認為，腐殖質可以和鐵、鋁等形成有機無機複合體，為無機磷提供吸附位點，從而增強對磷的吸附。就3 號取樣點位而言，可以認為，由於外源輸入的生活汙水具有較高的養分濃度和有機質含量，導致吸附點位早已處於飽和狀態，影響了對磷的進一步吸收。但也應看到，無論是依據實驗室封閉裝置(瓶、罐、槽等)，還是利用室外開放渠道和河流原位技術，傳統的磷迴圈研究方法幾乎都未能清楚地展示磷滯留中生物與非生物吸收的相對貢獻佔比。水底沉積物是上覆水體中磷的一個重要的“匯”，對於削減上覆水體中磷含量，發揮著極為重要的作用。因此，針對河流沉積物磷的生物、非生物吸收潛力及其相對貢獻水平的定量刻畫意義顯著，這也是河流磷迴圈與滯留機制研究難以迴避的。
5 結論
(1)無論是生物吸收潛力、非生物吸收潛力還是總吸收潛力，各取樣點基本都表現出夏季高於秋季的特點，表明人為擾動引發的水土流失和淤積對底質磷吸收影響較為明顯。
(2)各取樣點底質磷的生物與非生物吸收貢獻率的逐月變化態勢，表明人為擾動帶來的水土流失對溪流底質磷的生物吸收貢獻率影響很大。
(3)無論是夏季還是秋季，6 個取樣點位底質磷的生物吸收貢獻率都低於相應的非生物吸收貢獻率，而且彼此之間的差異性較為明顯。
(4)毗鄰排汙口的3 號取樣點各月沉積物磷的總吸收潛力和非生物吸收潛力，都明顯較其它各取樣點高一些，表現出水體汙染使得底質磷吸收潛力增大的現象，可能與該點位底質長期處於厭氧或缺氧的環境條件以及相對較高的有機質含量有一定關係。