Linkage between land use patterns and sediment phosphorus sorption behaviors along shoreline of a Chinese large shallow lake (Lake Chaohu)

Lien entre les modes d’utilisation des terres et le comportement de sorption du phosphore des sédiments le long du littoral d’un lac peu profond en Chine (lac Chaohu)

⁽¹⁾ Institute of Hydrobiology, the Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, P.R. China,
clsong@ihb.ac.cn
⁽²⁾ Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, P.R. China

Received: 9 March 2011
Revised: 22 April 2011
Accepted: 18 July 2011

Abstract

To test the relationship between phosphorus buffering capacity in sediments of littoral zone and land use, seasonal samples were taken from the soils representing different patterns of land use, together with the littoral zone sediments, along shoreline in Lake Chaohu. There existed significantly positive relationships between equilibrium phosphorus concentration (EPC₀) and degree of phosphorus saturation (DPS) defined as ratios of Olsen-P, algae available phosphorus (AAP) and inorganic phosphorus (IP) to maximum sorption capacity (Q_max). So, some easily accessible P parameters especially DPS were indicative of EPC₀ in the sediments. Furthermore, the contents of IP, total phosphorus (TP) and organic matter (OM) in the sediments were significantly related to those in the soils. Therefore, the soils could provide the littoral zone with IP either directly or indirectly through TP input; it also provided the Olsen-P through the OM input, as evidenced by the relationship between Olsen-P and OM. It meant that the enhanced OM would enlarge the DPS. On the other hand, the increase in OM paralleled with the increases in Q_max, which lower the DPS simultaneously. Thus, the OM modified sediment phosphorus sorption behaviors in complicated manners. Finally, the soil covered by Fleabane was coupled with the sediment whose EPC₀ values were lower and further decreased with strong diffusion from the soils after heavy rains. Hence, shoreline soil may input TP including IP and OM into the lake and alter the DPS together with EPC₀ thereby regulating the sediment functions to act as sink or source of phosphorus.

Résumé

Afin de tester la relation entre la capacité tampon phosphore des sédiments de la zone littorale et l’utilisation des terres, des échantillons de sols représentant différents modes d’utilisation des terres ont été prélevés saisonnièrement en même temps que des sédiments en zone littorale, le long des rives du lac Chaohu. Il existe des relations significativement positives entre la concentration de phosphore à l’équilibre (EPC) et le degré de saturation en phosphore (DPS) défini comme les ratios du Olsen-P, du phosphore disponible aux algues (PAA) et du phosphore inorganique (IP) à un maximum de capacité de sorption (Q_max). Ainsi, certains paramètres facilement accessibles du P, en particulier DPS sont indicatifs d’EPC₀ dans les sédiments. Par ailleurs, le contenu en phosphore inorganique (IP), le phosphore total (TP) et la matière organique (OM) dans les sédiments sont significativement corrélés à ceux des sols. Par conséquent, les sols fournissent la zone littorale en IP directement ou indirectement par l’intermédiaire des entrées en TP; de même que le Olsen-P est apporté par l’OM , comme en témoigne la relation entre Olsen-P et l’OM. Cela signifie que l’augmentation de l’OM accroît le DPS. D’autre part, l’augmentation de l’OM en parallèle avec l’augmentation du Q_max abaissent le DPS simultanément. Ainsi, l’OM modifie le comportement de sorption du phosphore des sédiments de manière compliquée. Enfin, le sol couvert par la vergerette est lié à des sédiments dont les valeurs EPC₀ sont les plus basses et de plus diminuant par forte diffusion à partir des sols après de fortes pluies. Ainsi, le sol rivulaire peut apporter TP, dont IP et OM dans le lac et modifier le DPS et l’EPC₀ régulant ainsi les fonctions puits ou source de phosphore des sédiments.