Sediment phosphorus fractionation and flux in a tropical shallow lake

• Published in: Acta limnológica brasiliensia Vol. 33; pp. 1 - 12
• Main Authors: Papera, Jéssica, Araújo, Fabiana, Becker, Vanessa
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Botucatu Associação Brasileira de Limnologia 2021
• Subjects: Air temperature; Algae; Anoxia; Depletion; Dissolved oxygen; Eutrophication; Experiments; Flooding; Fluctuations; Fluxes; Fractionation; internal loading; Iron; Lake Extremoz; Lakes; LIMNOLOGY; Manganese; mobile phosphorus; Organic phosphorus; oxic conditions; Oxides; Oxidoreductions; Oxygen; Oxygen depletion; pH effects; Phosphorus; Sediment; Sediments; Temperature; Tropical climate; Water circulation; Water column; Water purification; Brazil; condições óxicas; oxic conditions; fertilização interna; mobile phosphorus; Lagoa de Extremoz; mobilidade de fósforo; Lake Extremoz; internal loading
• ISSN: 2179-975X; 0102-6712; 2179-975X
• DOI: 10.1590/s2179-975x9020

Aim The aim of the present study is to evaluate the potential phosphorus (P) release from the sediment to the water column of a tropical shallow lake in the northeast of Brazil, based on the sediment P fractions and on the flux of P between water and sediment. Methods We used a sequential extraction method to analyse the different P fractions of the sediment of Lake Extremoz. We also carried out a 40-day microcosm experiment to analyse the flux of P between water and sediment. We did so by flooding 200g of sediment from the lake with 800 mL of 1.2 µm filtered lake water in 1 L beakers. Every 5 days we analysed: soluble reactive phosphorus (SRP), total phosphorus (TP), organic phosphorus (Org-P), dissolved oxygen (DO), temperature, and pH of the water. Results The largest fraction of P in the sediment of Lake Extremoz is Refractory-P, which is non-mobile. The main mobile fraction of this lake’s sediment is composed of P bound to Fe and Mn oxides (BD-P) which is redox sensitive. During the P flux experiment, the water was always oxic and with nearly neutral pH, however the temperature increased by almost 4 °C due to the increase of the temperature of the air. SRP, TP and Org-P concentrations in the water had a general decrease in the first 20 days. But, on the second half of the experiment, those concentrations increased and the fluxes of P from sediment to water, mainly Org-P, were positive. Even with this increase in concentrations, indicating a period of P release, overall fluxes were negative. Conclusions The main mobile fraction of the sediment is redox sensitive, therefore it has the potential to be released in case of oxygen depletion. Under current conditions, most of the P released by the sediment is in organic forms, indicating that, in the presence of oxygen, the balance of P between water and sediment is controlled by the effects of organisms on P as well as temperature.
Resumo: Objetivo O objetivo deste estudo é avaliar o potencial de liberação de fósforo (P) do sedimento para a coluna d’água de um lago raso tropical no nordeste do Brasil, com base nas frações de P do sedimento e no fluxo de P entre água e sedimento. Métodos Nós empregamos um método de extração sequencial a fim de analisar as diferentes frações de P do sedimento da Lagoa de Extremoz. Também realizamos um experimento de 40 dias para analisar os fluxos de P entre água e sedimento. Nós alagamos 200 g de sedimento da lagoa com 800 mL água da lagoa filtrada em 1.2 µm. A cada 5 dias, nós medimos fósforo reativo solúvel (SRP), fósforo total (TP), fósforo orgânico (Org-P), oxigênio dissolvido (DO), temperatura, e pH da água. Resultados A principal fração de fósforo no sedimento da lagoa de Extremoz é P-Refratário, que é considerada não-móvel. A principal fração móvel é composta por P ligado a óxidos de Fe e Mn (BD-P), a qual é sensível a condições redox. Durante todo o experimento de fluxos, as condições nos microcosmos foram óxicas e o pH se manteve próximo a valores neutros. No entanto, a temperatura da água aumentou cerca de 4 °C devido ao aumento da temperatura atmosférica. As concentrações de SRP, TP e Org-P diminuíram nos primeiros 20 dias. Porém, as concentrações de P aumentaram na segunda metade do experimento e houve fluxos positivos, principalmente de Org-P. Apesar desse aumento nas concentrações, os fluxos globais foram negativos. Conclusões A principal fração móvel do sedimento é sensível a condições redox, portanto ela tem potencial para ser liberada em caso de anoxia. Nas condições atuais, a maior parte do P liberado pelo sedimento foi orgânica, indicando que, na presença de oxigênio, essa liberação é controlada pelos efeitos da ação de organismos bem como da temperatura.