جزءبندي فسفر و ارتباط آن با رشد جلبك Scenedesmus Obliquus در رسوبات رودخانه هاي غرب حوضه آبخيز درياچه اروميه

Phosphorus fractionation in relation to algal growth (Scenedesmus Obliquus) in western river sediment of Urmia Lake basin

سابقه و هدف: فسفر يك منبع محدود و عنصر غذايي اصلي در زيست‌بوم‌هاي رودخانه‌اي است. فسفر موجود در رسوبات رودخانه اي به شكل‌هاي شيميايي مختلفي يافت مي‌شود كه مي‌تواند به تدريج آزاد شده و در نتيجه امكان ايجاد شرايط به‌پروردگي را در رودخانه‌ها فراهم آورد. جزء‌بندي فسفر مي‌تواند اطلاعات ارزشمندي را در رابطه با ارزيابي خطر آن در محيط‌هاي آبي به همراه داشته باشد. با اين حال دانسته‌هاي موجود در رابطه با جزء‌بندي فسفر در رسوبات مربوط به زيست‌بوم‌هاي رودخانه‌اي ايران بسيار محدود بوده و ارزيابي مشخصي از چگونگي آزاد شدن هر يك از اجزاء آن وجود ندارد. گزارش‌هاي مكتوب و عيني نشان مي‌دهد كه پديده شكوفايي جلبكي در رودخانه‌هاي غرب حوضه آبخيز درياچه اروميه نيز به وفور يافت مي‌شود. بنابراين مطالعه شكل‌هاي شيميايي فسفر در اين رسوبات به منظور توسعه‌ي شاخص‌هاي مناسب در رابطه با قابليت استفاده آن‌ها توسط جلبك‌هاي بومي منطقه، ضروري است. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش از روش عصاره‌گيري گام به گام و آزمون جلبكي براي ارزيابي شكل‌هاي مختلف شيميايي فسفر و قابليت استفاده اين شكل‌ها توسط جلبك سندسموس اُبليكوس (Scenedesmus Obliquus)، استفاده شد. براي اين منظور 34 نمونه رسوب از هفت رودخانه در غرب حوضه‌ آبخيز درياچه اروميه برداشت و با عصاره‌گيري چهار مرحله‌اي (كلريد پتاسيم براي فسفر تبادلي، هيدروكسيد سديم براي فسفر آهن و آلومينيومي، اسيد كلريدريك براي فسفر كلسيمي و مخلوط اسيد سولفوريك و نيتريك براي فسفر باقيمانده) شكل‌هاي شيميايي فسفر آن‌ها تعيين شد. آزمون جلبكي با هدف تعيين جزء زيست فراهم فسفر و ارتباط آن با جمعيت جلبكي محيط اجرا شد. به منظور شناسايي ويژگي‌هاي پراهميت رسوبات از روش تجزيه به مولفه‌هاي اصلي استفاده شد. روش خوشه‌بندي سلسله مراتبي و آزمون همبستگي پيرسون به ترتيب براي گزينش نمونه‌هاي رسوب و تعيين جزء زيست فراهم فسفر مورد استفاده قرار گرفتند. يافته‌ها: نمونه‌هاي رسوبات رودخانه‌اي اغلب آهكي و درشت بافت بودند و آناليز مولفه‌هاي اصلي نيز بر نقش ذرات شن و كربنات كلسيم بر تبيين ويژگي‌هاي اين رسوبات تاكيد دارد. يافته‌ها نشان داد كه ميانگين مقادير كمي فسفر استخراج شده با استفاده از عصاره گيري گام به گام (Sequential extraction) در تمامي رودخانه‌ها به غير از رودخانه‌ي سيمينه‌چاي به ترتيب: فسفر كلسيمي (Ca-P) > فسفر باقيمانده (RES-P) > فسفر آهن و آلومينيومي (Fe/Al-P) > فسفر تبادلي (EXCH-P) بود. در رودخانه‌ي سيمينه چاي ميانگين مقدار جزء فسفر آهن و آلومينيومي بيش از فسفر باقيمانده بود. آزمون جلبكي به روشني نشان داد كه فسفر آهن و آلومينيومي (Fe/Al-P) داراي ارتباط بسيار معني‌دار (۰/۰۰۰۱ > P، ۰/۹۴۷ = r) با جمعيت جلبكي محيط كشت بود و پس از فسفر آهن و آلومينيومي، فسفر تبادلي (۰/۰۱ > P، ۰/۶۶۸ = r) و فسفر باقيمانده (۰/۰۵ > P، ۰/۵۶۳ = r) نيز همبستگي معني‌داري با جمعيت جلبكي نشان دادند. فسفر كلسيمي رابطه‌ي معني‌داري با جمعيت جلبكي محيط نشان نداد (۰/۲۴۶ = P، ۰/۳۰۸ = r). نتيجه‌گيري: براساس نتايج اين پژوهش فسفر آهن و آلومينيومي مي‌تواند به عنوان بخشي از فسفر كه پتانسيل زيست‌ فراهمي بالايي دارد، در نظر گرفته شوده و به دليل همبستگي بالا با رشد جلبك در محيط مي‌تواند شاخصي ارزنده براي ارزيابي سلامت رسوبات از ديدگاه پديده‌ي به‌ پروردگي محسوب شود.

Background and Objectives: Phosphorus is a finite resource and an essential nutrient for sustaining all forms of life in aquatic environment. It was also found in various chemical forms which might be gradually released into water column and exacerbate eutrophic condition in rivers and lakes. Thus, P fractionations provide useful insight into risk posed by P-associated sediments to aquatic environment. There is little information available regarding P chemical forms and its bioavailability in aquatic ecosystems in Iran and there was limited number of publications regarding the evaluation of P forms release from river sediments. The published reports and field observations clearly insist on the phytoplankton growth and some dense algal blooms occurring during years with low water in river sediments. Thus, evaluation of P in aquatic environments by algal bioassay and threats of losing biodiversity could be essential. Materials and Methods: Thirty four river sediments from seven main rivers of the Urmia Lake basin were taken from depth of 0-10 cm for algae (Senedesmus Obliquus) bioavailable P evaluation by sequential chemical extraction. Phosphorous pools in these sediments extracted using operationally defined method that includes as exchangeable (EXCH-P), iron and aluminum oxide-bound (Fe/Al-P), calcium bound (Ca-P) and residual P (RES-P). Principle component analysis was conducted to determine the important properties and chemical forms of P in sediment samples. Algal bioassay was carried out to distinguish the bioavailable P fractions. Hierarchical cluster analysis and Pearson simple correlation were applied for selection of the samples of algal assay and determining bioavailable P fraction, respectively. Results: Generally, sediments had coarse texture with high amount of silt and very fine sand. Principle component analysis indicates that particle and carbonate-related properties have significant role in determination of sediments properties. The average rank order of P extraction by sequential extraction were, Ca-P > RES-P > Fe/Al-P > EXCH-P for all rivers except the Simineh Chai. Simineh Chai sediments had higher concentration of Fe/Al-P than RES-P, indicating possible pollution in the river. There was significant correlation between Fe/Al-P (r = 0.947, P < 0.0001), EXCH-P (r = 0.668, P < 0.01) and RES-P (R=0.563, P <0.05) with Senedesmus Obliquus growth in studied sediments. However, Ca-P did show no correlation with algal growth during 30 day incubation period. Conclusion: Analysis of P fractions in sediments by sequential chemical extraction shows that Fe/Al-P fraction provided higher potential bioavailability and due to significant correlation with algal growth is proper indicator to evaluate river health and eutrophication of Urmia Lake. River sediment of Urmia Lake had high ability to retain P in Ca-P fraction which could be recalcitrant P pool for algal growth.