2016, Vol. 37
源头溪流、 排水沟渠是河流水系统的重要组成部分，同时也是汇流区流失氮磷负荷汇集、 传输和转化的重要场所和通道，具有极为重要的生态环境功能[1, 2]. 作为特殊的生态系统，溪流沟渠沉积物的性质在一定程度上反映了该区域土地的利用状况[3]. Zhu等[4]在对嘉陵江流域某一代表性源头溪流沉积物磷形态和释放风险的研究中发现，沉积物的磷释放风险大小与土地利用方式密切相关，其中受居住区影响的溪流沉积物磷吸附饱和度(DPS)高达40%，远高于周边稻田(11%)和林业区(12%). 钱靖等[5]在对合肥城郊接纳小作坊食品加工废水和生活污水补给的排水沟渠氮磷滞留特征的模拟研究中发现，沉积物磷素处于较为明显的释放状态. 由于溪流沟渠水系统沉积的氮、 磷等营养负荷可以通过水-沉积物界面交换途径进入上覆水，加之这类小河流水体数目庞大、 蓄积的氮磷营养盐数量可观，因而成为影响溪流水体以及下游河、 湖、 库水质改善不容忽视的内源因素. 目前，有关农业和农村地区的排水沟渠，以及城市地区小河流水体沉积物磷形态及释放风险问题，引起了人们的关注[6~9]，但与湖泊、 水库等大型水体相比，相关研究还显得颇为不足，特别是针对不同类型水源补给情形下溪流沟渠沉积物磷赋存形态及其释放风险动态变化性的研究则更少.
巢湖是水体富营养化严重的大型淡水湖泊[10]. 目前，有效削减和调控汇流区域氮磷营养负荷输入成为摆在巢湖水环境保护和水体富营养化治理面前的重要难题. 巢湖流域河流水系较为发达，汇流区污染源结构复杂，各等级源头溪流、 排水沟渠接纳污水的性质和组成存在差异，特别是城郊结合部地区. 合肥市是巢湖流域最大污染点源和巢湖水体氮、 磷负荷的最主要供应者，该区域的污染负荷主要通过南淝河传输进入巢湖. 由于靠近城区，南淝河流域各等级溪流水体不同程度受到生活污水或类似生活污水的工业废水的影响. 本研究拟以南淝河流域分别以城市污水厂尾水、 食品加工废水和农业排水-地下水渗流联合补水为主要补给来源的3条溪流沟渠为对象，探究不同类型水源补给情形的溪流沟渠沉积物磷赋存形态、 释放风险水平及其季节变化性，以期为南淝河流域水环境治理和磷负荷调控提供依据.
1 研究区概况南淝河位于巢湖西半湖北侧，是合肥地区最大河流，也是巢湖主要入湖河流之一. 二十埠河是南淝河重要支流之一，主要位于合肥市区北部至东部范围，上游源头位于城郊结合部，干流则位于城区内. 关镇河也是南淝河支流之一，主要位于合肥市城区东南部，基本都为城郊结合部地带. 本研究选定的3条源头溪流沟渠的大致位置见图 1.
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①为磨店小溪流； ②为陶冲小溪流； ③为关镇河支渠 图 1 3条溪流沟渠大致位置示意 Fig. 1 Sketch-map of the three studied streams |
二十埠河流域的磨店小溪流为自然冲刷形成的排水沟渠，长约2.5 km，水面宽约0.5~2.0 m，流速0.085~0.30 m ·s-1，流量约0.01~0.76 m3 ·s-1，汇流区原本主要为农业和林地用地，但由于城市建设征地，导致农业用地大多处于抛荒状态，还有一部分被开挖为养鱼塘，溪流上游补给源主要为农田排水和地下水、 中下游则主要为两侧水塘和岗坡汇集的地下水. 二十埠河流域的陶冲小溪流位于新蚌埠路桥附近，长约2 km，水面宽约0.7~3.0 m，流速0.1~0.5m ·s-1，流量0.030~0.055 m3 ·s-1，该溪流主要靠上游的陶冲湖污水处理厂尾水补给，溪流两侧原本主要为蔬菜地和少量民居，现也面临因城市建设征地而导致的大面积抛荒. 关镇河支渠位于城郊结合部，是关镇河支流之一，水面宽约1.5~3.0 m，水深约0.15~0.40 m，流量约0.032~0.150 m3 ·s-1，是一条以防洪排涝为主要功能的城郊排水沟渠[11]，主要靠上游多个小型食品加工作坊废水和居民区化粪池溢流污水补给. 2015年5月(春末)、 7月(夏季)、 10月(秋季)和12月(冬季)，在3条溪流上各选择6个代表性采样点位(与后续的沉积物采样点位相一致)采集水样(每份500 mL)，结果见表 1.其中，pH、 EC、 水温、 ORP为现场测定. 由表 1不难看出，3条溪流水体都遭受不同程度的污染，特别是关镇河支渠和陶冲小溪流，氮磷水质指标几乎全部达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的劣Ⅴ类水标准，即便水质稍好的磨店小溪流，至多也仅是勉强达到Ⅳ类水质标准.
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表 1 3条溪流沟渠的水质基本情况 Table 1 Physicochemical parameters of water quality of the three studied streams |
2 材料与方法 2.1 采样点布设与样品采集
在3条溪流上各布设6个采样点位，采样点位1~6号对应于上游至下游方向. 2015年5、 7、 10和12月，采集表层沉积物样，每份约300 g. 在实验室内，将沉积物置于通风阴凉处晾干，去除贝壳、 杂草等杂物，经研磨、 过100目筛后，保存于自封袋中备用.
2.2 分析测试方法(1) 磷形态的测定 采用七步连续提取法[12]分析磷赋存形态，即易交换态磷(Ex-P)、 铝磷(Al-P)、 铁磷(Fe-P)、 闭蓄态磷(Oc-P)、 自生磷(Ca-P)、 碎屑磷(De-P)和有机磷(OP). 每步提取后按4 000 r ·min-1离心20 min提取上清液，采用钼锑抗分光光度法测定磷含量，残渣进入下一步提取. TP由七步连续提取获得的磷，经累加计算得到.
(2) 其他指标的测定 沉积物样品中有机质含量利用烧失量(LOI)估算，pH值采用pH计测定(水土比=5 ∶1)，TN采用紫外分光光度法测定.
2.3 磷吸附指数分别称取4份1.000 g沉积物样于50 mL聚乙烯离心管中，其中1个离心管中加入20 mL 0.01mol ·L-1 CaCl2溶液作为1个空白组，其余3个离心管中加入20 mL 75mol ·L-1 KH2PO4溶液(配制在0.01 mol ·L-1 CaCl2中)作为3个平行试验，滴加2滴氯仿以抑制微生物活动，25℃下振荡24 h后以3 500 r ·min-1离心10 min，再以0.45 μm孔径滤膜过滤. 取适量滤液并以钼锑抗比色法测定，由反应磷初始浓度与反应后滤液中磷浓度的差值计算100 g沉积物吸附的磷量X(mg ·100 g-1)，进而计算PSI，数学表达式为[13]：
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式中，PSI为磷素吸附指数，(mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1； c为滤液中溶解磷浓度，μmol ·L-1.
2.4 磷吸附饱和度对各沉积物样，分别称取3份2.500 g于50 mL聚乙烯管中，加20 mL草酸提取剂(0.1 mg ·L-1草酸+0.175mol ·L-1草酸铵，pH=3.0)，在200r ·min-1、 25℃下振荡2 h后离心； 然后，分别取适量上清液，利用邻菲罗啉分光光度法测定草酸提取态铁(Feox)、 邻苯二酚紫分光光度法草酸提取态铝(Alox)、 钼锑抗比色法的含量草酸提取态磷(Pox)，并据此计算沉积物DPS(%)，即[13]：
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采用以PSI和DPS指标构成的磷释放风险指数ERI(%)，评估沉积物的磷释放风险，表达式为[14]：
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(3) |
采用SPSS 17.0和Excel 10.0软件完成数据处理、 差异性分析及相关图件的绘制.
3 结果与分析 3.1 沉积物的基本理化特性3条溪流沟渠表层沉积物的部分理化指标见表 2. 可以看出，接纳生活污水或类似生活污水的关镇河支渠和承纳城市污水处理厂尾水排入的陶冲小溪流沉积物的pH值基本都稍高于磨店小溪流. 在有机质含量方面，关镇河支渠最高，陶冲小溪流最低； 且基本上都表现出夏季含量较低，冬季含量相对较高的特点. 特别是，3条溪流沉积物中TN含量差异明显，关镇河支渠明显高于陶冲小溪流，更远高于磨店小溪流，而且均超过了加拿大安大略省环境和能源部发布指南中能引起最低级别生物毒性效应的TN浓度(550 mg ·kg-1)，关镇河支渠平均值接近于严重级别(4 800 mg ·kg-1)[15]，该河4号采样点冬季时甚至高达5 419.87 mg ·kg-1，秋季时达5 117.32 mg ·kg-1.
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表 2 3条溪流表层沉积物理化特性 Table 2 Physical and chemical properties of surface sediments for the studied streams |
3.2 沉积物的磷赋存形态及其变化特征 3.2.1 沉积物各形态磷含量
3条溪流沟渠沉积物中各形态磷含量的统计结果，见表 3. 总的来看，各溪流沟渠沉积物的TP和各形态磷含量差异十分明显，相应的磷素污染程度排序为：关镇河支渠>陶冲小溪流>磨店小溪流. 其中，磨店小溪流沉积物的TP含量变化范围为347.06~685.90 mg ·kg-1，均值为468.28 mg ·kg-1，该值与巢湖汇流区的六叉河小流域中水塘沉积物TP含量(286.3~651.3 mg ·kg-1)[16]、 金井河流域农用排水沟渠底泥TP含量(299~580 mg ·kg-1)[17]颇为相近. 由于受陶冲湖城市污水处理厂尾水排放的影响，陶冲小溪流水体污染较为严重(表 1)，沉积物TP平均值为721.55 mg ·kg-1，最大值为875.27 mg ·kg-1，与刘越等[18]对污染较为严重的晋江感潮河段表层沉积物TP含量测定范围459.6~986.2 mg ·kg-1相近. 相比而言，接纳大量未经处理的豆制品、 米制品小作坊食品加工废水和部分生活污水的关镇河支渠，水底沉积物氮、 磷污染相当严重，TP最大值高达1 781.24 mg ·kg-1，平均值也达到1 376.95 mg ·kg-1，显著高于巢湖流域污染最严重的十五里河表层沉积物TP平均含量897.69 mg ·kg-1[9]，分别为磨店小溪流和陶冲小溪流沉积物的2.94、 1.91倍. 显然，关镇河支渠和陶冲小溪流沉积物TP含量，不同程度超过了加拿大安大略省环境和能源部发布指南中能引起最低级别生物毒性效应的TP浓度(600 mg ·kg-1)[15].
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表 3 3条溪流沟渠沉积物各形态磷含量 Table 3 Contents of phosphorus fractions in the surface sediments of the studied streams |
从感官性状上看，关镇河支渠沉积物均呈深黑色且伴有明显的腐臭味，陶冲小溪流除个别沉积物呈灰黑色、 有臭味外，其它基本均呈黄褐色、 无臭味. 磨店小溪流除下游6号采样点为黑色且有臭味外，其它也均为黄色、 无臭味. 调查发现，该采样点毗邻磨店镇城市污水处理厂排污口，受污染河水可能因上溯而影响6号采样点的水质和沉积物状况. 显然，3条溪流沟渠沉积物的不同性状与补给水源关系密切. 3条溪流沉积物磷素均以无机磷IP为主，磨店小溪流沉积物各形态磷含量由高到低为Fe-P＞Ca-P＞OP＞De-P＞Al-P＞Ex-P＞Oc-P，陶冲小溪流沉积物各形态磷含量由高到低为Fe-P＞De-P≈Ca-P＞OP＞Al-P＞Ex-P＞Oc-P，关镇溪流沉积物各形态磷含量由高到低为OP＞Fe-P＞Ca-P＞De-P＞Al-P＞Oc-P＞Ex-P. 尽管3条溪流沟渠中Fe-P含量基本都较为突出，但相对于OP、 Ca-P含量，该优势并不十分显著，这与接纳了大量化肥厂(红四方化工集团、 江淮化肥厂)废水的十五里河沉积物中Fe-P含量一枝独秀格局明显不同[9].
生物可利用磷(BAP)可通过化学和生物作用转化为溶解态活性磷进入水体而被水生生物利用，并影响磷酸盐在上覆水-沉积物界面的释放，对预测潜在生态环境风险具有十分重要的意义. 一般地，将Ex-P、 Fe-P、 Al-P以及部分OP(约占60%)作为估算生物可利用磷含量的依据[18, 19]. 关镇河支渠6个采样点位Ex-P含量变化范围为39.25~81.14 mg ·kg-1，均值为58.60 mg ·kg-1. 陶冲小溪流次之，变化范围为11.86~32.85 mg ·kg-1，均值为21.31 mg ·kg-1，总体表现为下游高于上游. 磨店小溪流Ex-P含量范围为6.20~20.53 mg ·kg-1，均值为12.99 mg ·kg-1，占TP含量的1.62%~3.96%. 由于Al-P可以在一定条件下与Fe-P相互转化，往往是沉积物与上覆水之间磷交换的重要形态. 关镇河支渠Al-P、 Fe-P平均含量明显最高，均值为67.95 mg ·kg-1和349.36 mg ·kg-1，分别为磨店小溪流Al-P、 Fe-P含量的3.63和2.62倍，为陶冲小溪流的3.13和1.69倍. 经粗略估算，磨店小溪流表层沉积物的生物可利用磷含量均值为220.44 mg ·kg-1，占TP的47.07%； 陶冲小溪流均值为328.38 mg ·kg-1，占TP的45.51%； 关镇河支渠均值为698.19 mg ·kg-1，占TP的50.71%.
关镇河溪流OP含量在所有磷形态中比重最高，占TP的24.64~30.215%，分别为磨店小溪流和陶冲小溪流的4.01倍和2.89倍. 有研究表明，Al-P、 Fe-P和OP含量与人类活动密切相关，主要来源于生活污水和工业废水[20]. 因此，Fe/Al-P常用作污染指标指示人为污染情况. 毫无疑问，关镇河支渠大量类似生活污水的豆制品、 米制品等食品加工废水的排入，很好地解释了溪流沉积物Al-P、 Fe-P和OP偏高的原因所在. De-P、 Ca-P和Oc-P属于相对稳定性磷，较难被分解而参与短时的磷循环，在3个溪流中变化幅度均很小，变异系数在11.19%~28.23%之间.
3.2.2 生物可利用磷的季节性变化鉴于Ex-P、 Al-P、 Fe-P和OP是生物直接或间接利用的磷形态，也是影响上覆水中磷含量的主要因素，因此这里仅就该4种磷形态，开展季节性变化分析. 在季节更替中，磨店小溪流和陶冲小溪流Ex-P含量表现为春、 夏季稍高于秋、 冬季，而关镇河支渠则刚好相反. Ex-P的季节性变化特点，可能与秋、 冬季温度低，生物活性差，而春、 夏季水生生物和水生植物活性增强，对Ex-P的生物吸收和新陈代谢利用强度增大，导致沉积物中Ex-P向间隙水、 上覆水的扩散增强有很大关系. 就Al-P、 Fe-P含量而言，3条溪流几乎都表现为秋、 冬季稍高于春、 夏季. 至于Fe-P，可能因为夏季温度较高，微生物作用加快了溶解氧的消耗，使得沉积物的氧化还原环境发生改变，Fe/Al-P转化成可溶解性磷酸盐而进入上覆水体[21]. 由表 1可见，3条溪流沟渠水体夏季ORP都较秋、 冬季低，关镇河支渠甚至仅为58 mV，基本处于还原条件，有利于促进底泥中Fe/Al-P分解转化为Fe2+、 PO43-进入上覆水.
3条溪流OP含量的季节性变幅较小，且绝大多数采样点都表现出冬季最高、 夏季最低的变化规律. 究其原因，可能由于活性有机磷受微生物影响很大，在一定环境条件下可以水解或矿化分解为溶解性的小分子有机磷或磷酸根，进而迁移扩散至间隙水或上覆水体[21].
3.3 磷吸附指数及其变化特征磷吸附指数PSI可以反映沉积物对磷的缓冲效果，即PSI值小，意味着沉积物对磷的缓冲能力弱，磷释放进入水体的风险也就高； 反之，沉积物对磷的缓冲能力强，引起水体富营养化的风险也就低. 3条溪流沟渠沉积物的磷吸附指数及其季节性变化情况见图 2.
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图 2 3条溪流PSI季节变化特征 Fig. 2 Seasonal variation characteristics of PSI corresponding to the studied streams |
由图 2可知，磨店小溪流沉积物的PSI值相对最高，其次是陶冲小溪流，关镇河支渠最小，相应的沉积物PSI均值分别为40.36、 37.32和33.85 (mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1. 因此，关镇河支渠沉积物作为内源向上覆水体释放磷的可能性最大，磨店小溪流相对最小. 众所周知，厌氧或缺氧环境条件有利于沉积物中磷的释放[21]. 关镇河支渠接纳污水的性质和规模，使得沟渠水体常年处于氮、 磷污染严重状态，绝大部分渠段出现黑臭现象，水底处于缺氧或厌氧状态. 陶冲小溪流由于城市污水处理厂尾水补给的影响，水体氮、 磷污染也相当严重. 相比较而言，磨店小溪流由于主要靠农田汇水和地下水渗流补给，水质状况稍好，水体处于好氧水平，但在溪流下游存在一个高校园区排污口，偶尔的污水上溯也给6号采样点的水质和底泥带来不利影响. 总的来看，3条溪流沟渠沉积物PSI值与彼此水环境状况相吻合.
裴婷婷等[22]对磨店小溪流中水塘、 深潭、 支流和干流沉积物的磷吸附指数进行了定量化分析，得到PSI变化范围为26.47~69.88 (mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1，其中2014年秋季和2015年春季 PSI均值分别为59.98、 34.56 (mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1，该结果与本研究得到的磨店小溪流相应季节的PSI计算值接近. 路丁等[13]对福建省山美水库入库河道沉积物磷释放风险的调查中发现，PSI值变化范围为51.58~77.03 (mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1，均值为58.01(mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1； 于淑玲等[23]在对小兴凯湖表层沉积物的调查研究中，得到沉积物PSI值变化范围为9.78~197.53 (mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1，均值为59.77 (mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1. 相比而言，关镇河支渠和陶冲小溪流沉积物磷的释放风险都相当高.
从图 2可见，3条溪流沉积物的PSI值季节性变化规律明显，而且每条溪流沟渠几乎所有采样点的变化规律也都基本一致，即表现出秋季最高，冬季次之，春、 夏季相对较低且大小相当的变化特征. 众所周知，春、 夏季水温相对较高，沉积物中微生物活性和水化学作用相对增强，从而促进生物扰动、 矿化作用和厌氧转化，致使沉积物的氧化还原电位降低，甚至进入缺氧或厌氧状态，加大了底泥中磷的释放与迁移[21]. 至于为何出现冬季PSI全部低于秋季，则还有待进一步的探究. 此外，2015年春末至夏初，合肥地区的气温、 光照条件等总体上都较常年同期水平略偏低一些. 这里，每条溪流相应的春、 夏两季PSI值均颇为接近，可能与上述因素以及两次采样时间相距较近有很大的关系.
3.4 磷吸附饱和度及其变化特征3条溪流沉积物的草酸提取态铝、 铁、 磷的平均含量，见表 4. 不难看出，Alox、 Feox和Pox均明显表现出如下变化规律，即关镇河支渠＞陶冲小溪流＞磨店小溪流. 除了磨店小溪流夏季时Alox、 Feox含量稍高外，3条溪流Alox、 Feox和Pox含量的季节变化总体不显著.
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表 4 3条溪流沟渠草酸提取态铝、 铁、 磷的平均含量 Table 4 Average concentrations of Feox，Alox and Pox in the sediments of the studied stream |
磷吸附饱和度DPS是一个表示土壤固磷和供磷能力的综合指标[24]，DPS越高，磷素越容易从沉积物表面迁移到水体，也就是磷释放到上覆水体的风险越大； 反之，磷释放风险也就越小. 3条溪流沉积物DPS值的相对大小及其季节变化情况，见图 3. 不难看出，关镇河支渠DPS值略高于陶冲小溪流，明显超过磨店小溪流. 根据DPS含义，可知关镇河支渠的磷释放风险最高，磨店小溪流最低. 显然，由DPS和PSI两个指标得到的磷释放风险评估结论相同.
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图 3 3条溪流DPS季节变化特征 Fig. 3 Seasonal variation characteristics of DPS corresponding to the studied streams |
从数值大小来看，陶冲小溪流沉积物的DPS全年平均值为9.55%，关镇河支渠为11.95%，磨店小溪流仅为6.65%，但均超过5.0%，说明沉积物磷素存在向水体释放的风险[25]. Vaughan等[26]在对多条农田排水沟渠表层沉积物126个样本的研究中得到DPS变化范围为2%~36%，平均值为15%； 路丁等[13]得到福建省山美水库入库河道沉积物磷吸附饱和度的变化范围为7.00%~25.29%，平均值为14.79%； 于淑玲等[23]在对黑龙江流域小兴凯湖表层沉积物磷的潜在释放风险研究中，得到DPS变化范围为9.95%~24.47%，平均值15.41%； 卢少勇等[27]在对北京市6个湖泊表层沉积物的研究中，得到DPS变化范围为7.97%~50.50%，平均值为28.90%. 显然，与上述排水沟渠、 河道、 湖泊相比，尽管本研究的3条溪流沟渠沉积物磷含量并不低，但所表现出的磷释放风险相对并不高.
关镇河支渠沉积物DPS均值的季节变化性相对较小，变异系数为16.32%. 由图 3，磨店小溪流的春季DPS、 陶冲小溪流的秋季DPS均明显有别于其它季节，意味着沉积物的固磷和供磷能力存在较大的动态变化性. Chrysotome等[28]提出，可以将15%作为土壤DPS磷素流失的临界值； 但鲁如坤等[29]的研究则发现，当土壤DPS＜25%时，土壤向水体的磷释放速度较为缓慢，而当土壤DPS＞25%时，水体含磷量随土壤DPS上升而迅速增加. 事实上，北欧一些国家甚至直接将25%作为判定土壤磷流失风险的阈值[30]. 目前，有关沉积物DPS与磷释放风险的判断，仍还缺乏权威的阈值标准，因此无法给出以DPS表示的沉积物磷释放风险的绝对结论.
3.5 磷释放风险评估磷释放风险指数ERI可以用于评估溪流沟渠表层沉积物中磷的释放风险，但到目前为止，关于该指标仍还没有权威、 公认的风险等级划分标准. 为此，本研究考虑借用黄清辉等[14]提出的ERI风险等级划分标准：ERI<10%，低释放风险； 10%<ERI<20%，中等释放风险； 20%<ERI<25%，较高释放风险； ERI>25%，高释放风险. 3条溪流沉积物的磷释放风险评价结果见图 4. 可以看出，3条溪流沉积物的磷释放风险水平存在较为显著的差异性. 事实上，即便是同一溪流沟渠，也存在显著的季节性差异. 关镇河支渠ERI变化范围为20.23%~59.81%，均值为37.32%(n=24)； 陶冲小溪流的变化范围为9.18%~49.02%，均值为28.18%(n=24)； 磨店小溪流的变化范围为8.20%~34.56%，均值为17.51%(n=24). 根据ERI的数值大小，可以得到3条溪流磷释放风险的排序结果，即关镇河支渠＞陶冲小溪流＞磨店小溪流. 由图 4，关镇河支渠4个季节全部处于磷释放的高风险状态，陶冲小溪流仅在秋季处于中等释放风险水平，其它季节也均处于高风险状态，磨店小溪流除春季属于高风险状态外，其它季节则都为中等风险水平.
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图 4 3条溪流释放风险评价结果 Fig. 4 Phosphorus release risk for the studied streams |
在磨店小溪流的6个采样点中，位于最下方的6号采样点位的水体和沉积物氮、 磷污染程度明显高于其它5个点位，这可能与该点位下方50m处存在城市排污口以及污水上溯影响有一定的关系. 6号采样点相应的ERI全年变化范围为10.64%~34.56%(平均值为22.20%)，属于较高风险等级； 其它5个采样点ERI变化范围为8.20%~27.62%(平均值为16.32%)，属于中等风险水平. 2015年春季，6号采样点的ERI值为34.56%，远超出高风险阈值(即25%)，而其它5个采样点的ERI平均值仅为25.90%，勉强达到高风险水平，表明磨店小溪流沉积物磷释放风险水平差异较大，特别是来自6号采样点位的贡献，抬高了磨店小溪流沉积物磷释放风险等级. 相比较而言，其他两条溪流沟渠内部则差异性不大.
3.6 差异性分析Mann-Whitney U检验法是检验两个独立样本是否存在显著性差异的一种常用的非参数检验方法. 不妨假设H0：两溪流沟渠相关指标无差异； H1：两溪流沟渠相关指标有差异. 选择Ex-P、 Fe-P、 Al-P、 OP、 PSI、 DPS、 pH、 OM、 Feox、 Alox和Pox等11个指标作为因素变量，利用Mann-Whitney U检验技术，筛选出每两个溪流之间差异性相对较大的指标. 鉴于独立样本容量为小样本(n=24)，不妨采用U统计量的精确概率P进行假设检验，结果见表 5. 这里，除陶冲小溪流与关镇河支渠之间PSI精确概率P=0.078外，其他指标概率值均满足P＜0.05，即拒绝零假设H0. 可以看出，3条溪流沟渠的绝大部分指标存在显著的差异性.
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表 5 3条溪流之间差异性比较 Table 5 Comparisons of difference among the studied streams |
4 结论
(1) 3条溪流沟渠沉积物各形态磷含量差异显著，均以无机磷为主，且Al-P、 Fe-P和OP含量几乎都表现为秋、 冬季稍高于春、 夏季，相应的沉积物的磷污染程度排序为：关镇河支渠＞陶冲小溪流＞磨店小溪流.
(2) 磨店小溪流沉积物的PSI值相对最高，其次是陶冲小溪流，关镇河支渠最小，相应的PSI均值分别为40.36、 37.32和33.85 (mg ·L) ·(100 g ·μmol)-1，意味着关镇河支渠沉积物作为内源向上覆水体释放磷的可能性最大，磨店小溪流相对最小. 而且，3条溪流PSI几乎都表现为秋季最高，冬季次之，春、 夏季基本相当.
(3) 3条溪流沟渠的磷吸附饱和度DPS大小排序为：关镇河支渠(11.95%)＞陶冲小溪流(9.55%)＞磨店小溪流(6.65%)，这也代表了沉积物磷释放风险大小排序结果.
(4) 关镇河支渠在4个季节全部处于磷释放的高风险状态，陶冲小溪流仅在秋季处于中等释放风险水平，其它季节也均处于高风险状态，磨店小溪流除春季属于高风险状态外，其它季节则都为中等风险水平； 差异性分析表明，3条溪流的绝大部分指标存在显著的差异性.
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