杭州市典型农区沟渠底泥反硝化和吸磷潜力评价

阮弋飞，谢国雄，陈英霞，潘建立，汪天娜，李松昊*

(1.杭州市临安区农林技术推广中心，浙江 杭州 311300； 2.杭州市植保土肥总站，浙江 杭州 310020)

1 材料与方法

1.1 材料

根据农田地貌特征，将杭州市农区分为水网平原、河谷平原、滨海平原等3类。分别在水网平原、河谷平原、滨海平原各采集10份沟渠底泥，共30份。水网平原沟渠底泥采自余杭、萧山等地，河谷平原沟渠底泥采自临安、桐庐、富阳等地，滨海平原沟渠底泥采自萧山。采样深度为与水接触较密切的0～2 cm。样品经充分混匀后分为2份：一份冷藏，用于分析反硝化潜力、磷吸附能力与细菌数量，结果经含水量校正；另一份室内风干，用于分析土壤pH值、有机质、黏粒、CaCO3、总氮和微生物生物量碳。反硝化潜力、磷吸附能力与细菌数量的分析在样品采集后7 d内完成。

1.2 方法

底泥磷吸附能力用磷吸持指数(PSI)表示[13]，测定方法如下：称取4份(重复4次)相当于2.5 g 烘干土的新鲜底泥，放置于50 mL离心管中，加入25 mL含磷量为150 mg·L-1的0.01 mol·L-1CaCl2溶液，并加入2滴甲苯以抑制微生物的活动，25 ℃振荡24 h后，离心分离上清液，用钼锑抗显色法测定平衡液中磷的浓度，根据加入溶液与平衡液间磷浓度的差异计算底泥对磷的吸附量。根据底泥对磷的吸附量与平衡液中磷的浓度计算PSI值。PSI值越大，说明底泥固磷的能力越强。

底泥细菌种类用稀释平板法测定[14]。底泥性状采用常规法测定[15]。微生物生物量碳采用氯仿熏蒸-硫酸钾提取法测定。

2 结果与分析

2.1 底泥的基本性质

如表1所示，所调查的30个沟渠底泥理化性状有较大的变化：黏粒、有机质和CaCO3含量分别在91～330、28.31～85.73、0～23.20 g·kg-1(表1)，平均值分别为200、65.33和7.73 g·kg-1；pH值在6.88～7.73，全氮含量在1.18～3.16 g·kg-1，平均分别为7.25和2.42 g·kg-1。总体上，水网平原沟渠底泥的黏粒、有机质、全氮含量较高；滨海平原沟渠底泥的黏粒、有机质含量较低，而pH值和CaCO3含量较高；河谷平原沟渠底泥的黏粒含量处于水网平原与滨海平原沟渠底泥之间，其有机质和全氮含量较接近水网平原沟渠底泥。

2.2 底泥的反硝化潜力

杭州市农区沟渠底泥反硝化潜力在0.22～2.36 mg·kg-1·h-1，平均为0.86 mg·kg-1·h-1，表明因所处地理环境的差异，杭州市农区沟渠底泥反硝化潜力有较大差异。

由图1可知，水网平原、河谷平原和滨海平原农区沟渠底泥的反硝化潜力平均值分别为1.18、0.96、0.42 mg·kg-1·h-1，水网平原和河谷平原农区沟渠底泥的反硝化潜力显著高于滨海平原，但水网平原与河谷平原农区沟渠底泥的反硝化潜力无显著差异。

表1 不同农区沟渠底泥性状对比

柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。图2同图1 不同农区类型沟渠底泥反硝化潜力对比

相关分析表明，农区沟渠底泥反硝化潜力与底泥有机质、全氮、微生物生物量碳、细菌数量及黏粒含量等存在极显著的相关性，相关系数分别为0.931 3、0.924 5、0.684 5、0.735 2和0.602 7(n=30)；与CaCO3含量呈极显著负相关，相关系数为-0.611 7；但与全磷含量和pH值无显著相关性。底泥反硝化潜力与有机质含量的相关系数最高，因此可根据底泥中有机质的积累评估反硝化强度。底泥反硝化强度与有机碳(有机质、微生物生物量碳和细菌数量)具有较好的相关性，原因可能如下：其一，在底泥中有机碳是反硝化作用中微生物的碳源，有机碳的积累可大大增加参与反硝化过程微生物的数量；其二，高量有机碳增加底泥的呼吸强度，从而降低O2浓度，为反硝化提供了所需的厌氧环境，有助于反硝化作用的进行[16-18]。

2.3 底泥的固磷能力

杭州市农区沟渠底泥的磷吸持指数在37.83～69.05，平均为54.47。由图2可知，水网平原、河谷平原和滨海平原农区沟渠底泥的磷吸持指数平均值分别为62.94、57.11和43.36，水网平原和河谷平原农区沟渠底泥的磷吸持指数显著高于滨海平原，但水网平原和河谷平原农区沟渠底泥的磷吸持指数无显著差异。

图2 不同农区沟渠底泥磷吸持指数对比

相关分析表明，沟渠底泥磷吸持指数与黏粒含量的相关系数最高(0.838 9)，达到极显著水平；与有机质含量、微生物生物量碳呈显著正相关，相关系数分别为0.464 5和0.514 9；与pH值和CaCO3含量呈极显著负相关，相关系数分别为-0.606 9和0.627 1。总体来看，底泥中的黏粒含量是影响底泥磷固定的关键因素。一般来说，固定磷的主要成分为氧化物、碳酸钙、有机质等，氧化铁主要存在于黏粒中，因此黏粒的增加可增加底泥对磷的固定。本研究中磷吸持指数与碳酸钙含量呈负相关，可能是由于相较于黏粒，碳酸钙对磷的固定作用较小，其作用被黏粒掩盖。

3 小结

本研究表明，杭州市农区沟渠底泥的反硝化潜力和磷吸持指数均以水网平原和河谷平原较高、滨海平原较低。相关分析表明，底泥反硝化强度主要受有机质含量、全氮含量、微生物生物量碳控制，而磷吸持指数主要与黏粒含量有关。底泥有机质积累和黏粒含量是影响农区沟渠排水中氮、磷净化的关键因素。