不同生态修复措施下太湖西五里湖沉积物氮磷形态的时空分布

以太湖西五里湖为研究对象,研究了生态修复工程实施两年后,疏浚区、疏浚并水生植被重建示范区、退渔还湖区及对照区沉积物中氮、磷形态的季节变化及垂直分布特征,同时分析了各区上覆水的氮磷含量.结果表明:生态修复措施的实施对沉积物中氮磷形态分布及上覆水的氮磷含量影响显著.示范区和退渔还湖区水体中氮磷含量较低;沉积物中不同磷形态的垂直分布变化较复杂;疏浚基础上进行的水生植被重建对Lab-P、Al-P、Fe-P的吸收作用显著,对Ca-P、Org-P的影响较小;退渔还湖区沉积物磷形态以Ca-P、Org-P为主,Fe-P所占比例较低,与疏浚区不同.生态修复措施对沉积物中TN的影响较小;示范区NH 4 -N含量在秋季突增,可能与植物残体形成的有机质的分解有关.疏浚区水体中氮磷含量与对照区差别不大,沉积物中TN的平均含量还略高于对照区,因此单一的疏浚措施对水环境改善的长期作用需要进一步研究.而示范区水体及沉积物中的TN、TP含量均比较低,水生植被恢复较好,可见在减少外来污染的前提下,对湖区底泥进行疏浚并开展水生植被恢复工程应该是控制湖泊富营养化的有效途径.     

镧改性膨润土对浅水湖泊水体磷浓度和沉积物磷形态的影响

分析湖泊沉积物磷形态的变化是揭示控制沉积物磷释放机理的关键.本研究分析了暨南大学南湖加镧改性膨润土前后水体磷浓度和沉积物磷形态变化,以探讨镧改性膨润土对削减水体磷浓度的效果.结果显示,镧改性膨润土添加后,上覆水磷浓度波动较大,总体呈下降趋势;至60 d时,水体总磷、颗粒态磷、总溶解磷和溶解性反应磷分别比添加前下降了45.1%、44.1%、48.2%和85.3%;沉积物中的弱结合态磷和氧化还原敏感性磷含量减少,更稳定的磷灰石结合态磷和残渣磷含量增加,而金属氧化物磷和有机磷含量变化较小.本研究表明镧改性膨润土能改变沉积物磷形态,使活性磷转化为稳定的磷形态,从而提高沉积物对磷的滞留能力、降低湖水磷含量,改善水质.     

养殖污染水体-沉积物中磷的化学行为

通过受猪场污水影响的池塘和鱼塘水生生态系统中表层水。沉积物的磷含量、磷吸附能力比较,了解猪场污水、鱼塘养殖对表层水。沉积物系统磷行为的影响。结果表明,猪场污水排放和鱼塘养殖都会明显增加水体中溶解性反应磷（DRP）和溶解性有机磷（DOP）的含量,从DRP、DOP、PP3种形态磷在总磷中所占的比例来看,DRP是水体中主要增加的磷含量。猪场污水排放对水体中磷的增加作用比鱼塘养殖更剧烈一些,猪粪是水体中磷的主要来源。但是猪场污水排放对沉积物中不同形态磷含量的影响不明显。这可能与水体中磷的存在形态和转化时间有关。鱼塘养殖增加了沉积物中有机质、Fe-P、AI-P和总无机磷含量,增加了沉积物对磷的最大吸附容量,但是对磷的吸附能力却有所降低,进而增加了沉积物中磷向上覆水释放的可能。     

模拟水体pH控制条件下太湖梅梁湾沉积物中磷的释放特征

采用缓冲溶液控制水体pH值,模拟研究了太湖梅梁湾沉积物扰动悬浮状态下水体磷的释放规律(48h),分析了实验前后沉积物中磷的赋存形态组成及变化特征.结果表明,pH条件对沉积物磷释放具有显著影响,强酸性(pH=2.0)及碱性(pH=9.5,11.8)条件下皆利于磷的释放,但强酸性水体磷含量随时间逐渐降低,而碱性水体磷呈持续释放状态;中性条件(pH=7.2)磷的释放释放作用不明显,磷释放达到稳定状态(14b)后,碱性条件下(pH=9.5,11.8)磷释放量为酸性(pH=2.0,4.6)及中性(pH=7.2)条件下的4倍以上,通过对比释放前、后沉积物中磷的形态组成可知,酸性条件主要为钙结合态磷的释放;碱性条件主要是铁结合态磷释放,部分可发生再沉淀,转化为钙结合态磷,研究表明,梅梁湾沉积物中铁结合态磷的解析是沉积物磷的主要释放源,是水体内源磷增加的重要贡献者.     

沉水植物苦草(Vallisneria natans)对沉积物中磷赋存形态的影响

湖泊富营养化是世界面临的重大环境问题,磷在沉积物-水界面的循环在富营养化过程中起关键作用,因此,研究沉水植物对沉积物-水界面磷循环的作用及其机理具重要的理论和实践意义.本实验通过在水泥池中(4.0 m×7.0 m×1.5 m)种植苦草(Vallisneria natans),并采用定期更换原位上覆水的方式模拟自然状态下的水体交换,研究了沉水植物苦草从定植到生长末期沉积物中不同形态磷含量的变化,以期揭示期间苦草对沉积物中磷赋存形态的影响.结果表明,本实验条件下苦草经历了两个生长阶段,在约1个月的快速生长期内能显著降低沉积物中的总磷(TP)含量,TP含量降低了78.79 mg/kg,其中有机磷(Org-P)含量降低49.99 mg/kg,对TP降低的贡献度为62.67%,而钙结合态磷(Ca-P)比对照组减少2.20%,因此,苦草可能主要通过促进Org-P的矿化向水柱和间隙水中释放磷的方式降低沉积物中TP含量,其次苦草可促进Ca-P的分解;此外,苦草为满足植株生长,所吸收的沉积物铁结合态磷(Fe-P)和铝结合态磷(Al-P)分别为2.99和4.10 mg/kg,但苦草对沉积物中闭蓄态磷(Oc-P)含量没有显著影响.在缓慢生长阶段,苦草促进有机物的沉降以及Fe-P和Oc-P的形成,Fe-P和Oc-P含量分别增加14.82和101.53 mg/kg.苦草对Al-P的形成也略有促进作用,其含量升高7.39%.研究结果表明,苦草在不同生长阶段对沉积物中磷形态的转化以及各形态磷的迁移方向具有不同的影响.在快速生长期苦草转化吸收高活性磷,将其固定到植株体内;缓慢生长阶段则促进水体中的磷转化成沉积物中难分解态的磷,对磷的沉降表现出积极促进作用.     

太湖水体磷浓度与赋存量长期变化(2005-2018年)及其对未来磷控制目标管理的启示

为揭示大型浅水湖泊水体磷浓度对湖泊外源负荷削减和生态系统变化的响应规律,指导富营养化湖泊水生态修复和管理实践,利用太湖湖泊生态系统研究站20052018年连续14年的太湖水体各形态磷浓度的月、季度调查数据,估算了太湖湖体各形态磷赋存量的季度变化,分析了太湖水体磷浓度受湖泊水位、水量、蓝藻水华态势(蓝藻总生物量及水华出现面积)等环境条件变化的影响特征.结果表明,在连续10年的全流域高投入污染治理背景下,太湖水体总磷浓度仍未发生显著下降,水体各形态磷浓度在年际、月际及空间上的变幅大,不同季节和不同湖区总磷浓度的时空差异性大于14年来总磷浓度年均值的差异性;全湖32个监测点上、中、下3层混合样水体总磷平均值为0.113 mg/L(n=1788),其中颗粒态磷浓度平均值为0.077 mg/L,是水体总磷的主要赋存形式,溶解性总磷浓度平均值为0.036 mg/L,其中反应性活性磷浓度平均值为0.015 mg/L,占总磷浓度的13%;太湖水体总磷的赋存量介于410~1098 t之间,56个季度的平均值为688 t,其中冬季(122月)、春季(35月)、夏季(68月)、秋季(911月)平均值分别为683、604、792和673 t,夏季湖体磷赋存量明显高于其他季节.统计分析表明,蓝藻水华态势和水情要素(水位)对水相总磷、颗粒态磷等主要形态磷的赋存量影响显著,蓝藻水华态势的影响可能大于水量变化的影响.本研究表明,在水体营养盐浓度仍然充分满足蓝藻水华发生的背景下,气象水文波动所造成的湖泊水华面积及生物量的变化及大型水生植被消长带来的内源交换变化能引起水体总磷浓度剧烈变化,太湖水体磷浓度的稳定控制也依赖于蓝藻水华态势的稳定控制,由于太湖当前的蓝藻水华态势受气象水文条件变化影响甚大,短期内太湖水相总磷浓度稳定控制到0.05 mg/L的水质治理目标较难实现.治理策略上,若要实现太湖水体磷浓度的进一步明显下降,一方面需要大幅度削减外源磷负荷,另一方面需要大面积恢复沉水植被等.管理策略上,由于湖体磷浓度变化包括了较大的非人为因素影响,应将太湖总磷治理目标考核重点放在流域磷减排强度、入湖负荷等方面,科学看待气候波动等非人为因素影响下的水相磷浓度波动.     

2010-2017年太湖总磷浓度变化趋势分析及成因探讨

近年来,太湖流域各省市政府加大治理力度,流域水体水质取得明显好转,氨氮浓度和总氮浓度呈大幅度下降趋势,然而太湖水体总磷浓度呈上升趋势.为探讨太湖总磷浓度升高的原因,采用太湖流域管理局2010年以来的水质水量实测数据、遥感监测数据等,分别从太湖入湖河流污染负荷量、水生植被和蓝藻与总磷浓度的关系3个方面进行相关性分析.结果表明,入湖河流总磷浓度高于太湖水体总磷浓度,且磷不易出湖,逐年总磷净入湖量持续累积与太湖总磷浓度有明显的正相关性,入湖污染负荷量大是太湖总磷浓度居高不下的根本原因;水生植被可吸收湖泊沉积物中的营养盐,并抑制底泥再悬浮从而降低内源性营养盐的释放,东太湖水生植被的大量减少,一方面减少了沉水植物对磷元素的吸收,另一方面增加了风浪对底泥的扰动再悬浮,造成磷元素释放,是造成湖水总磷浓度升高的重要因素;近年来太湖蓝藻密度呈上升趋势,受其影响,总磷浓度也有上升,蓝藻水华加快湖体磷循环,藻类密度增加也是太湖总磷浓度升高的影响因素之一.     

不同水体营养盐浓度下沉积物添加镧改性膨润土(Phoslock®)对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)生长的影响

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)是我国浅水湖泊常见的沉水植物,经常用于湖泊生态修复工程.然而在生态修复中后期,轮叶黑藻又往往会过度繁殖,影响其他湖泊功能的发挥.镧改性膨润土(锁磷剂)可以有效地降低沉积物中生物可利用磷含量,近年来被用于控制湖泊沉积物磷释放,其对轮叶黑藻生长和形态的影响还有待阐明.本研究在2种不同上覆水营养盐浓度条件下,设置添加和不添加锁磷剂2种处理,探究沉积物添加锁磷剂对轮叶黑藻生长及形态特征的影响.结果表明:1)沉积物添加锁磷剂之后,铁锰结合态磷、有机磷、铝结合态磷等生物可利用磷浓度显著降低,而生物不可用磷,如钙结合态磷浓度显著升高; 2)沉积物添加锁磷剂显著降低了轮叶黑藻的生物量和生长率.添加锁磷剂的处理组植物的株高、地上部分生物量均明显低于无锁磷剂组;相反,添加锁磷剂显著增加了植物的根长和地下部分生物量,进而提高了植物的根冠比; 3)锁磷剂对轮叶黑藻生长的影响程度与水体营养盐浓度有关,在低营养盐浓度水体中锁磷剂对植物生长和形态特征的影响更为显著.本研究表明,锁磷剂的添加能降低沉积物中生物可利用磷浓度,抑制轮叶黑藻的生长,同时这种影响程度与在水体营养盐浓度有关.     

杭州西湖底泥疏浚工程的生态效应

杭州西湖一直被富营养化问题所困扰。迄今为止,先后采用了多种工程措施进行治理。通过对杭州市政府1999-2002年对西湖实施的底泥疏浚工程前后沉积物中营养物质含量、水质以及水生生物群落各主要类群等方面的研究,评价了此次工程对减轻西湖的营养盐内负荷、控制湖泊富营养化的效果,探讨该工程的生态风险及对西湖水生生态系统重建的影响。研究结果表明：疏浚工程降低了西湖各层沉积物中的有机物、氮和磷含量,尤其是沉积物表层10cm中的有机质、总氮和有机磷含量均有明显的下降;疏浚后西湖水体与富营养化相关的主要指标均有不同程度的改善;水体中浮游植物密度、生物量有不同程度的降低,群落中蓝藻比例下降;浮游动物群落的种类有所增加;疏浚后底栖大型无脊椎动物群落快速恢复;疏浚后的水生生物群落指示水体富营养化程度有所减轻。     

天津于桥水库沉积物磷赋存特征及其环境意义

研究天津于桥水库沉积物中磷形态的空间分布特征和垂直分布特征对了解水源型水库富营养化现状及其过程具有重要的现实意义.利用抓斗式采泥器及柱状采泥器分别采集表层沉积物样品及柱状沉积物样品,采用Psenner提出的连续提取法对沉积物磷形态进行分级测定,揭示整个水库沉积物各形态磷的空间分布特征以及不同区域垂直方向上的分布规律.结果表明:于桥水库表层沉积物总磷(TP)含量为303.7~997.8 mg/kg,各形态磷含量大小顺序依次为:钙结合态磷(Ca-P)铁结合态磷(Fe-P)残渣态磷(Res-P)铝结合态磷(Al-P)有机态磷(Org-P)可交换态磷(Ex-P).表层沉积物中Fe-P、Al-P、Ca-P与TP含量由东至西逐渐递减,主要受到黎河河水夹带的外源性磷输入的影响;Res-P含量由东至西逐渐递增,与活性磷的分布规律相反,表明水库下游比上游的水质更好.垂直分布上,南部区域底层与表层沉积物相差不大,说明从1960s以来磷的沉积量就比较大;西部区域沉积物中Fe-P和Org-P含量较高,随深度的增加有明显降低的趋势;中心区域的各形态磷和TP含量均较低,且随着深度增加逐渐降低,现阶段沉积物中的磷以滞留为主,释放潜力较小.     

巢湖流域双桥河底泥疏浚对浮游甲壳动物群落结构的影响

为研究河流底泥疏浚工程对富营养化河流水生生态系统的影响,选取巢湖双桥河开展为期一年的河流生态监测与调查,对比分析了巢湖双桥河疏浚前和疏浚后的水质指标、浮游甲壳动物群落结构及生物多样性指数.研究发现：底泥疏浚后双桥河水质得到明显改善,其中氮、磷营养盐分别削减48.09%和19.09%;底泥疏浚对浮游甲壳动物群落结构影响显著,疏浚后浮游甲壳动物生物量从1.86 mg/L下降到0.25 mg/L,下降了86.40%;疏浚后生物多样性指数高于疏浚前,且受季节影响较大;浮游甲壳动物与水环境因子相关性研究发现：pH、温度、铵态氮、硝态氮、可溶性氮、总氮和氮磷比对浮游甲壳动物总生物量均有极显著影响.研究结果表明,河流底泥疏浚工程能显著削减水体中氮、磷营养盐,并从一定程度上改善河流浮游甲壳动物群落结构,促进河流水生生态系统向健康、安全的方向发展.因此,对于双桥河这种受城市外源污染影响较大的城市污染型河流,在削减外源营养盐特别是氮输入的条件下,实施底泥疏浚工程可以促进其水生生态系统的修复.     

菹草、伊乐藻对沉积物磷形态及其上覆水水质的影响

采集武昌南湖湖水、沉积物进行沉水植物的盆栽试验,试验设置沉积物未施磷处理和施100mg/kg磷处理,分别对应沉积物低内源磷和高内源磷状态,同时种植菹草、伊乐藻,以研究沉积物中磷形态及上覆水水质的变化特点.研究从2007年9月15日开始,历时160d.结果表明,高内源磷沉积物处理后,上覆水中水溶性总磷含量在沉水植物的作用下明显降低;种植沉水植物可使水体总磷、总氮、叶绿素a含量显著降低,且伊乐藻对总磷的净化效果优于菹草;沉水植物对高内源磷沉积物的上覆水中叶绿素a的控制比对低内源磷条件下的效果更好;无论沉积物是否输入磷,在盆栽条件下,上覆水中叶绿素a随时间的变化均能较好地用一级动力学模型来描述;上覆水TDP、TP与沉积物中Ca_(10)-P之间有极显著正相关;种植菹草或伊乐藻的沉积物中Ca_(10)-P与上覆水中TDP和TP的相关系数分别为0.990(P≤0.01)和0.977(P≤0.05).     

鄱阳湖沉积物中磷的赋存形态及分布特征

利用分级提取法对鄱阳湖沉积物进行了磷形态的分级提取和测定,系统研究了沉积物中磷的赋存形态及分布特征.结果表明,鄱阳湖表层沉积物中磷的赋存形态主要包括铁磷(Fe-P)、钙磷(Ca-P)、铝磷(Al-P)、可溶性磷(DP)等无机磷(IP)及有机磷(OP),各形态磷的空间分布基本具有从河口地区监测点向湖区监测点方向升高的趋势,垂向分布上总磷及各形态磷含量随深度增加而降低.表层沉积物(0-2cm)中总磷含量为578.36-813.55mg/kg,主要由无机磷组成,无机磷中以Fe-P含量最高,最大值达350.24mg/kg,占总磷的40%以上,Ca-P、Al-P含量相当,约占总磷含量的20%左右,而以DP的含量最低,含量在5%以下.有机磷含量约占总磷含量的15%左右.另外,沉积物中TP含量与Fe-P、Al-P、Ca-P及OP均具有较好的相关性,且OP含量与Fe-P、Al-P也具有较好的正相关关系,而与Ca-P的相关性较弱.     

富营养化湖泊围隔中重建水生植被及其生态效应

水体富营养化导致水生植被衰退、蓝藻水华暴发、水质恶化和水生生态系统崩溃.恢复水生植被被认为是改善受损水体水质和提高其生态系统稳定性的重要手段.本研究通过构建大型围隔,根据水生植物的耐污程度及其对水质和底质等条件的需求,选取几种适宜的水生植物在围隔内进行移栽与群落构建,并以不移栽水生植物的围隔和围隔外水体作为对照.实验期间(2011年4月至2012年6月),围隔内移栽的几种水生植物全部存活,并建立了相对稳定的群落.同时还跟踪监测了3个处理组的水质情况,结果显示,移栽水生植物的围隔内水质明显优于围隔外,与未移栽水生植物围隔相比,也有很大程度的改善,其中移栽水生植物围隔内水体的总氮、铵态氮、总磷、水下消光系数相比于围隔外水体分别低30.55%、44.09%、36.04%和42.13%,相比于未移栽水生植物围隔内水体分别低5.96%、13.40%、6.70%和7.60%,透明度分别比围隔外水体和未移栽水生植物围隔水体高74.59%和8.70%,浮游植物生物量也大大低于围隔外,而浮游动物生物量却明显高于后者.此外,实验后移栽水生植物围隔内沉积物氮、磷含量及其间隙水总氮、总磷、铵态氮浓度明显低于围隔外和未移栽水生植物围隔.研究表明,在富营养化浅水湖泊中通过建立围隔进行合理的群落配置,进而逐步恢复水生植物是完全可行的,而水生植物恢复后加强对其管理和维护至关重要.     

动、静水条件下苦草(Vallisneria natans L.)对沉积物磷释放的影响

在浅水湖泊中,沉降在沉积物中的营养盐易受到水流的扰动再释放出来,而沉水植物可以在一定程度减少营养盐的释放.借助自主开发的生态水槽,在40 d的实验周期内检测动、静水条件下有、无苦草(Vallisneria natans L.)时沉积物、上覆水中磷含量变化,旨在为沉水植物对湖泊沉积物营养盐释放量的影响估算及水环境质量评价提供科学依据.结果表明:动水条件下,沉积物在没有苦草的保护下总磷含量下降21.8%,而有苦草的保护下总磷含量下降17.7%.苦草根系从周围沉积物中吸收磷,1~4 cm沉积物层的吸收量高于4~8 cm沉积物层.动水槽的上覆水中总溶解态磷浓度和总颗粒态磷浓度均大量增加,并且总颗粒态磷浓度相对于总溶解态磷浓度占较大比例.苦草减少了沉积物中磷的释放,并对上覆水中正磷酸盐有明显的吸收作用.     

坦噶尼喀湖东北部入湖河流表层沉积物中磷的形态和分布特征

磷是坦噶尼喀湖生态系统中必不可少的营养元素,直接决定湖体初级生产力的高低,进而影响到周边居民对于动物蛋白的获取来源.为了解坦噶尼喀湖磷的外源输入,选择湖泊东北部的入湖河流,对表层沉积物(16个样点)中总磷(TP)和各形态磷含量及其分布特征进行分析,并探讨磷的形态分布特征与土地利用方式之间的相关关系.结果表明,入湖河流沉积物TP含量为73.05~239.94 mg/kg,平均含量为152.64±55.37 mg/kg,其中最高值出现在马拉加拉西河口.采用Psenner法对磷进行连续浸提并比较不同形态磷含量,由高及低依次为铁铝结合态磷(Fe/Al-P)钙结合态磷(CaP)有机磷(Org-P)残渣态磷(Res-P)弱吸附态磷(Labile-P).土地利用类型对TP及各形态磷含量影响较大,其中TP含量表现为河口湿地城镇附近林草地区,表明地表径流和人类活动会对TP含量产生影响,而对于不同形态磷含量,Laible-P、Fe/Al-P、Org-P含量均表现为河口湿地林草地城镇附近,Ca-P、Res-P含量均表现为城镇附近河口湿地林草地.分析沉积物理化性质与各磷形态之间的相关性,发现沉积物总氮(TN)、有机质和总有机碳与Fe/Al-P、LabileP和TP相关性较好,与Org-P、Ca-P和Res-P相关性较差,表明TN和有机质的输入,会伴随沉积物中磷含量的升高,其增量的赋存形态主要为氧化还原敏感态磷和Labile-P.沉积物粒径组成与各磷形态含量存在相关性,细粒径沉积物与各形态磷含量呈显著正相关,粗粒径沉积物与各形态磷呈显著负相关,表明细小颗粒更易吸附磷.     

Long‐term hydrological response to reforestation in a large watershed in southeastern China

The long‐term hydrological response to reforestation is critical to regional water management, especially in areas where large‐scale reforestation has been practiced. In this study, we investigated the long‐term hydrological response to reforestation in the 579 km² basin in southeastern China through ground‐based monitoring of water yield, sedimentation, vegetation cover and climate in the basin. The vegetation dynamics were also examined by remote sensing data (MSS, Landsat and AVHRR NDVI). We found that forest cover increased 23% or 13 593 ha from 1975 to 2002. Meanwhile, annual water yield decreased 86–88 mm from 1971–1983 (i.e. pre‐reforestation) to 1984–2009 (i.e. post‐reforestation). These decreases were significant statistically according to both regression and double mass analyses. Time series analysis demonstrated that there was a clear decline in annual sediment yield and an increase in annual evapotranspiration (ET) over the period from 1971 to 2009. We concluded that reforestation could significantly reduce annual water yield and sediment yield in the basin because of the forest cover change and forest growth. This conclusion is consistent with findings from widely paired‐watershed studies and literatures published on the impact of reforestation in large watersheds. Our results also have important strategic implications and provide insight into more sustainable forest management practices for the future. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.