La reattività delle riserve di fosforo particolato disciolto e sospeso diminuisce con la distanza a valle del Fiume Giallo

Comunicazioni Terra e Ambiente volume 4, numero articolo: 294 (2023) Citare questo articolo

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Il fiume Giallo è una fonte potenzialmente importante di fosforo di derivazione terrestre per il mare di Bohai, limitato al fosforo. Tuttavia, la variazione stagionale delle concentrazioni, della ripartizione e della biodisponibilità del fosforo disciolto e particolato lungo il percorso del Fiume Giallo sono scarsamente limitate. Qui, misuriamo il fosforo particolato disciolto e sospeso in 72 stazioni dalla sorgente all'estuario del Fiume Giallo durante la stagione delle piogge nel 2020 e la stagione secca nel 2021. Le concentrazioni medie di fosforo totale, fosforo totale disciolto e fosforo reattivo disciolto erano più elevate in la stagione delle piogge rispetto alla stagione secca. L'analisi con frazionamento sequenziale ha indicato che generalmente il fosforo associato al carbonato di calcio dominava il pool di particolato sospeso. Tuttavia, il contenuto di fosforo e il relativo contributo del fosforo legato al ferro nelle particelle sospese sono aumentati durante la stagione secca, suggerendo variazioni stagionali nella biodisponibilità. La reattività dei pool di fosforo è diminuita dalla fonte all'estuario, suggerendo un basso potenziale di esportazione di fosforo biodisponibile verso il Mare di Bohai.

Il fosforo (P) è un nutriente essenziale per gli organismi acquatici ed è anche un inquinante comune se è eccessivo nell'ecosistema. Le aree costiere hanno subito una notevole espansione economica a partire dalla rivoluzione industriale. Grandi quantità di P sono state trasportate verso la zona costiera a causa delle emissioni industriali, del dilavamento di fertilizzanti chimici e letame animale dai terreni agricoli, inquinando gravemente alcuni mari al largo1. È stato stimato che dal 1999 al 2018, l’apporto netto totale di P di origine antropica dai sette principali sistemi fluviali alla zona costiera e all’oceano è stato di 206.464,8 kg P km−2 in Cina2. L’apporto di fosforo può fornire nutrienti affinché gli organismi marini possano sopravvivere, tuttavia, un apporto eccessivo di fosforo può innescare fioriture algali dannose e minacciare la salute dell’ecosistema3. È possibile che queste due condizioni si verifichino in stagioni diverse nello stesso fiume. Pertanto, è importante esplorare l’effetto dell’apporto di P dai fiumi stagionali dalla sorgente alla zona costiera.

Il Fiume Giallo ha la più alta concentrazione di particolato sospeso (SPM) al mondo e trasporta grandi quantità di SPM fluviale verso l'oceano costiero4. Il P è spesso arricchito su SPM con dimensioni delle particelle inferiori a 63 μm e viene trasportato associato a SPM5. In effetti, è stato segnalato che l’aumento del contenuto di particelle fini nell’SPM aumenta il flusso di P verso l’estuario nel bacino del Fiume Giallo6. Il Fiume Giallo è un fiume stagionale, con elevata variabilità nelle precipitazioni, nella concentrazione di SPM e nella portata tra la stagione delle piogge e quella secca. Gli studi hanno dimostrato che il Fiume Giallo riceve più del 50% delle precipitazioni durante l'intero anno in estate, mentre ne riceve solo circa il 3% in inverno7. Tuttavia, negli ultimi decenni, la concentrazione di SPM nel Fiume Giallo è diminuita drasticamente a causa dei cambiamenti climatici e dell’intervento umano, come la costruzione di dighe, la conservazione del suolo e dell’acqua e la deviazione dell’acqua8, con potenziali implicazioni per l’equilibrio dei nutrienti e lo stato trofico del fiume Giallo. il mare di Bohai9. La maggior parte degli studi si sono concentrati sul trasporto di P nel Mare Bohai dal corso inferiore del Fiume Giallo e dal delta del Fiume Giallo. Tuttavia, mancano le modalità con cui le riserve di fosforo variano in dimensioni e composizione lungo il corso del Fiume Giallo e tra le stagioni, nonostante la loro potenziale importanza nell’aiutare a prevedere gli apporti fluviali di P nel Mare di Bohai.

Il metodo standard, misurazioni e test (SMT) e la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare con soluzione 31P (31P-NMR) sono comunemente utilizzati per l'analisi del P dei sedimenti10,11. Il metodo SMT può dividere il sedimento P in P inorganico estraibile con NaOH (NaOH-P), P inorganico estraibile con HCl (HCl-P) e P organico (OP)12. NaOH-P rappresenta P legato a ferro-manganese-alluminio (Fe/Mn/Al-P); HCl-P rappresenta P associato al carbonato di calcio (Ca-P). Tuttavia, questo metodo può determinare solo la quantità totale di P organico nel sedimento, ma non la composizione e la forma specifica di P organico. Mentre la spettroscopia 31P-NMR consente un'analisi rapida e accurata della composizione e della forma specifica di P organico nei sedimenti13. . I composti P nei sedimenti possono essere classificati mediante la spettroscopia 31P-NMR in sei categorie, vale a dire fosfonato (Phos-P), ortofosfato (Ortho-P), monoestere ortofosfato (Mono-P), diestere ortofosfato, pirofosfato (Pyro-P) e polifosfato (Poly-P)14.