东洞庭湖沉积物覆水后磷形态变化及其释放量

研究干燥覆水后低流速条件下东洞庭湖沉积物中磷的形态变化及释放量,可以为轻度富营养化湖泊中磷的生物地球化学循环提供基础数据,为季节性湖泊內源营养盐的迁移转化规律研究、內源营养盐的释放风险评价提供理论依据.本文采集处于干湿交替状态的东洞庭湖表层沉积物,利用室内模拟装置,研究风干沉积物低流速条件下覆水后沉积物及上覆水中磷的形态变化.结果表明,低流速覆水后东洞庭湖沉积物中的磷向上覆水及大气中迁移释放,上覆水中磷的释放量随覆水时长增大,释放速率随覆水时长减小,上覆水流速和磷释放量相关性显著.上覆水循环过程中释放到上覆水中的溶解态有机磷比溶解态活性磷更容易吸附于颗粒物而转化为颗粒态磷.覆水后沉积物中各形态有机磷、无机磷及磷的生物有效性均发生转变,覆水初期沉积物中无机磷向有机磷转化,磷的生物可利用性增大;上覆水循环过程中有机磷向无机磷转化,磷的生物可利用性减小;覆水后沉积物的无机磷的主要组分由铝磷转变为铁磷,有机磷的主要组分有从中活性有机磷向活性有机磷转变的趋势.     

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.     

滇池沉水植物生长过程对间隙水氮、磷时空变化的影响

2015年6-10月通过原位采集滇池沉水植物分布区和无植物对照区柱状沉积物间隙水,分析其溶解性总氮(DTN)和溶解性总磷(DTP)、溶解性无机氮(DIN)和溶解性无机磷(DIP)及溶解性有机氮(DON)和溶解性有机磷(DOP)浓度的时空变化,探讨沉水植物分布对间隙水氮、磷浓度、形态贡献及氮磷比的影响.结果表明:滇池沉水植物生长过程显著影响间隙水氮、磷浓度.与无植物对照区相比,沉水植物生长过程对间隙水氮浓度的削减主要发生在6、8月,而对间隙水磷浓度的削减主要发生在7月,反映了沉水植物对氮、磷两种元素的生物地球化学循环作用机制不同;间隙水氮形态贡献受季节性影响较大,6-7月以DON贡献为主,沉水植物分布区和无植物对照区分别达到61%和84%;而8-10月以DIN贡献为主,沉水植物分布区和无植物对照区分别为76%和75%;沉水植物分布区磷形态贡献随季节波动变化,沉水植物分布区以DOP贡献为主(63%),无植物对照区以DIP贡献为主(62%);沉水植物生长对沉积物间隙水各形态氮磷比影响显著.沉水植物生长显著增加间隙水DTN/DTP比,尤其是DIN/DIP比,相反降低DON/DOP比.沉水植物对间隙水氮、磷吸收及转化过程改变了沉积物氮、磷释放机制,从而影响上覆水氮、磷组成及氮磷比,很可能会影响到浮游植物生长及藻类水华过程,这对于湖泊水质管理具有重要意义.     

滇池水-沉积物界面磷形态分布及潜在释放特征

通过现场调查和室内模拟实验,对滇池35个上覆水-沉积物磷的分布特征以及沉积物中磷释放动力学特征进行研究,结果表明:滇池表层沉积物中不同形态磷含量表现为:有机磷(OP)(1482.49±1156.82 mg/kg)钙结合态磷(Ca-P)(865.54±558.40 mg/kg)金属氧化物结合态磷(Al-P)(463.77±662.18 mg/kg)残渣态磷(Res-P)(218.52±83.11 mg/kg)可还原态磷(Fe-P)(128.13±101.56 mg/kg)弱吸附态磷(NH4Cl-P)(2.26±3.05 mg/kg);滇池上覆水草海总磷浓度处于劣Ⅳ类水平,外海不同湖区总磷浓度介于Ⅳ~Ⅴ类之间;滇池水体中的磷以颗粒态磷含量最高;滇池表层沉积物中磷的释放是由快反应和慢反应两部分组成.释放过程主要发生在前8 h内;不同区域沉积物磷的最大释放速率、最大释放量、磷的释放潜力平均值均表现为:草海外海北部外海南部湖心区;滇池表层沉积物中磷的释放主要由NH4Cl-P、Fe-P、Al-P和OP进行,其中,NH4Cl-P和Fe-P所占比重较大;磷的释放与上覆水中溶解性总磷、溶解态无机磷和溶解态有机磷呈显著正相关,预示着上覆水中磷的迁移转化更多地受到水-沉积物界面浓度梯度的控制,进一步说明不能以总磷含量来评价湖泊磷素释放的状况,需与磷形态及分布特征相结合进行分析.     

太湖入、出湖湖区磷的特征及其影响因素分析

为进一步了解人类活动及环境因子对太湖磷污染的贡献,揭示磷在太湖不同介质中的迁移转化规律,本文以太湖主要入湖湖区竺山湖、西部沿岸区、南部沿岸区和主要出湖湖区东太湖为对象,调查了表层水、上覆水、间隙水和沉积物中总磷(TP)分布的概况,分析了不同介质中磷的交换特征及其影响因素. 结果表明,表层水和上覆水TP浓度基本相当,平均值均为0.10 mg/L,上覆水和间隙水TP差异较大,间隙水平均浓度约为上覆水的7倍,表层沉积物TP含量为474~2160 mg/kg. 在本研究水域中,TP具有较强的沉积物吸附特性,沉积物作为“汇”的特征明显强于其“源”的特征,且磷的留存能力高度依赖于铁浓度. 空间分布上,入湖湖区磷污染程度明显高于出湖湖区,竺山湖和西部沿岸区存在较大的底泥污染释放风险,但竺山湖外源污染影响较内源污染更加突出,应列为当前太湖磷治理重点关注的区域,建议以控源截污作为竺山湖周边区域的治理重点. 西部沿岸区需注重外源和内源污染同步控制. 南部沿岸区周边区域需妥善处理好未来经济发展与废水排放负荷的关系.     

磷在"沉积物-自然生物膜-上覆水"三相体系中的迁移转化

地表水体中沉积物表面通常会附着一层自然生物膜,对上覆水-沉积物界面化学物质的迁移转化有着重要的影响.以往研究往往会忽略这一生物层面,因而,开展磷在"沉积物-自然生物膜-上覆水"三相界面之间的迁移转化研究具有重要的实际意义.以软性填料表面形成的自然生物膜模拟沉积物表层以及悬浮颗粒物表层的自然生物膜,开展磷在沉积物-自然生物膜-上覆水之间的迁移转化过程研究.结果表明:有无曝气情况下,自然生物膜界面的存在均能够显著降低上覆水中总磷、溶解态总磷、溶解态无机磷的含量,明显抑制沉积物中可交换态磷向上覆水释放.研究证明自然生物膜在水体磷的迁移转化中起着不可忽视的作用,在研究沉积物-上覆水界面之间磷的迁移转化行为时,要充分考虑自然生物膜界面的存在.     

过氧化钙在处理厌氧底泥中的应用初探

为改善河道厌氧底质及内源氮、磷等营养盐释放问题,考察对沉水植被恢复的影响,研发可同步解决沉积物供氧和削减内源氮、磷释放的氧缓释材料.实验通过向沉积物-水界面处散点注射不同剂量的过氧化钙(Ca O2),研究界面处溶解氧的动态变化特征及表层沉积物与底层水体之间溶解态氮、磷的交换过程.结果表明:添加Ca O2显著提高了界面处底层上覆水溶解氧浓度,随着Ca O2浓度的增加溶解氧浓度增加,不同处理组之间具有显著差异;Ca O2对沉积物中PO3-4-P释放具有明显的抑制作用,且随Ca O2浓度的增加抑制效果愈加明显,上覆水中可溶性活性磷浓度最大可削减98%.实验开始时,磷释放速率可降至-241.916±22.501 mg/(m2·d),降幅最高可达到144%;Ca O2对沉积物NH+4-N释放的抑制效果不佳,上覆水中NH+4-N浓度随着时间的变化波动性较大,且有逐渐增大的趋势.另外,添加Ca O2会显著提高底层上覆水p H值,不同处理组之间差异显著,但当Ca O2投加量小于0.529 kg/m2时,不会对苦草种子的萌发生长有显著影响,p H值波动在可接受范围内(7.62~10.87).因此,结合污染沉积物的状况,适当地投加Ca O2有望同步解决底质厌氧、内源磷释放及后期沉水植被定植底质生境改善的问题,可推荐为一种黑臭污染底泥治理技术在实际的河道生态工程中应用,其适宜浓度为0.176 kg/m2左右.     

湖泊磷酸酶与微生物活性对内源磷负荷的贡献及其与富营养化的关系

磷酸酶可通过增加磷的生物可利用性促进富营养化过程,在太湖、龙阳湖与莲花湖探讨了这种机制.磷酸酶活性与磷营养水平以及叶绿素a浓度相关.反胶团酶学方法的实验结果表明,溶解态磷酸酶稳定性的不同可能源于酶分子大小、结构与活性基团的差异.太湖微囊藻水华发生处间隙水溶解态磷酸酶在胶团中的活性高且稳定,溶解反应性磷浓度较低,沉积物不同形态磷的含量与好气性细菌数量均低,且呼吸强度明显较高,无机磷与有机磷细菌以及其它微生物均在表层富集,却极少见诸于沉积物.因此,来自酶促水解或其它途径的大量内源磷可能在厌氧状态下经上覆水随细菌向水柱扩散,从而促发水华.因此,理化与生物因素的共同作用将驱动湖泊内源磷的释放并促进富营养化过程.     

湖泊沉积物-水界面磷的迁移转化机制与定量研究方法

湖泊磷循环主要指磷在沉积物、上覆水和生物体间的迁移转化,而沉积物-水界面磷的迁移转化作为富营养湖泊磷循环的关键过程,备受关注.本文就国内外研究进展,综述了磷在上覆水、沉积物中的赋存形态和生物有效性,沉积物-水界面磷迁移转化的机制与定量研究方法.探讨沉积物性质、环境因子和生物特性对界面磷迁移的驱动机制,以及磷在浅水湖泊、深水湖泊中迁移转化机制的差异,指出现阶段迁移机制的研究多集中在单因素和定性化方面,而对多因素和定量化的研究还相对缺乏,未来可深入探究多因素耦合作用下磷的迁移规律.分析了野外调查、模拟实验、质量衡算和模型等研究方法的优缺点及适用情况,提出未来可将野外调查、模拟实验和模型法相结合,借助野外调查识别磷的迁移过程,模拟实验验证磷迁移的机制,并以野外调查和模拟实验的数据和结论为基础,构建模型量化具体迁移过程及其对湖泊磷循环的贡献,从而全面认识磷迁移转化规律.最后,提出了未来湖泊沉积物-水界面磷迁移研究需要关注的几个方面.     

长江中下游湖泊沉积物氮磷形态与释放风险关系

运用聚类分析、主成分分析和相关矩阵的统计分析手段,对长江中下游湖群共18个湖泊的沉积物氮磷释放风险以及湖泊沉积物、间隙水和上覆水中氮磷形态以及其他相关地球化学参数进行分析。草型和藻型湖泊的环境差异是造成氮磷释放风险的主要原因。氮磷释放风险与铁磷、藻类可利用磷、总氮、总磷、上覆水氮磷含量、间隙水氮含量、孔隙度和有机质含量间的关系最为密切。决定磷酸盐释放风险的主要形态磷是藻类可利用磷和铁磷,其他形态磷或者含量较低或者不易被转化释放,对磷酸盐释放风险影响较小。有机磷含量对磷的释放风险没有直接决定作用,但它与有机质含量间呈显著正相关。     

苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)对沉积物各形态磷垂直分布的影响

采用沉水植物苦草(V.natans)和黑藻(H.verticillata)作为研究对象,在其旺盛生长期测定群落内外上覆水及沉积物各形态磷的含量,以探究不同根系特点的沉水植物对沉积物中各形态磷垂直分布的影响.结果表明:实验进行30 d后苦草和黑藻组沉积物总磷(TP)、无机磷(IP)和氢氧化钠提取磷(NaOH-P)含量在垂直方向均呈现不同程度的降低.苦草和黑藻组沉积物TP的含量在4.5 cm深度处降低幅度最大,较对照组分别下降了58.91和36.46 mg/kg;IP含量分别在沉积物6.0和3.0 cm深度处降低幅度最大,较对照组分别降低了85.41和57.41 mg/kg.总体来看,沉水植物苦草对沉积物各形态磷含量降低的影响大于黑藻.     

几种沉水植物营养繁殖体萌发的光需求研究

对4种沉水植物营养繁殖体萌发的光需求进行了初步的实验研究。结果证明,强光照射可以打破菹草繁殖芽的休眠,促使其在夏初萌发,推论菹草繁殖芽的夏季休眠可能与其所处的水底光照不足有关。苦草、黑藻及金鱼藻营养繁殖体的萌发无需光刺激,但当水底相对光照强度小于5％时形成白化苗,不能进行正常的光合作用。沉水植物营养繁殖体萌发期的水底光照条件是决定沉水植物能否再生的关键因素。     

伊乐藻,轮叶黑藻净化养鱼污水效果试验

在实验室条件下.对伊乐藻及轮叶黑藻净化养鱼污水的能力进行了比较研究。结果表明:(1)伊乐藻和轮叶黑藻对养鱼污水中的N、P等物质有较好的净化效果。在96h内,它们对TN、TP、PO_4~(3-)-P、NH_4~+-N、NO_3~--N、COD_(Mn)的平均净化率分别为:60.7％,53.6％.74.4％.59.7％,75.1％,63.2％;61.8％,54.2％.85.3％,81.8％,31.4％,33.5％。(2)水生植物在净化过程中,其效率受温度、光照、及水体中营养盐浓度等外界条件的制约。(3)微生物在水生植物净化养鱼污水的过程中起着重要的作用。     

顶芽、节数和埋藏深度对六种沉水植物断枝再生能力的影响

研究了顶芽、节数和埋藏深度对穗花狐尾藻、黑藻、篦齿眼子菜、菹草、金鱼藻和轮藻等6种沉水植物断枝再生能力的影响.结果表明,顶芽显著抑制了菹草的断枝再生能力,但是对其它5种植物没有显著影响;随着节数增加,断枝萌生再生枝和根的能力显著增强,总体上,5节以上的断枝具有明显更强的再生能力;穗花狐尾藻和6节以下的黑藻在埋藏条件下没...     

太湖环棱螺对两种常见沉水植物生长的影响

环棱螺(Bellamya sp.)是太湖常见的一类软体动物.本研究通过室内实验,探讨环棱螺对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata Royle)和伊乐藻(Elodea nuttalli ST John)生长的影响及水体营养盐含量的变化.结果表明,三种处理情况下,单位质量伊乐藻增加的数量分别为:H组0.475 g,L组0.106 g,C组0.021 g,单位质量轮叶黑藻增加的数量分别为:H组0.704 g,L组0.663 g,C组0.478 g.从实验前后两种沉水植物的长度和分蘖数变化来看,H组最高,L组与C组分别次之,所以不论生物量、长度还是分蘖数的变化量,与环棱螺共存的伊乐藻和轮叶黑藻的变化都高于对照组中两种沉水植物的变化.环棱螺新陈代谢促进水体中溶解态氮磷含量增加,三种情况下水生植物的初级生产力都相当,由此可推测环棱螺通过新陈代谢,一定程度上促进了两种沉水植物的生长.     

黑藻(Hydrilla verticillata)对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)抑制作用

采用黑藻(Hydrilla verticillata)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)共同培养的实验方法,追踪测定微囊藻的生长量、光合速率等相关生理生化指标以及观察藻细胞超微结构变化,研究黑藻对铜绿微囊藻的抑制作用及其机制．结果表明,黑藻对铜绿微囊藻的生长有明显的抑制作用,表现为藻细胞生长量显著降低,细胞超微结构进行性损伤直至细胞解体,藻体叶绿素a含量和光合速率急剧下降,呼吸速率、超氧物歧化酶(SOD)活性均呈现先升高后下降的趋势,膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)的积累量与膜的损伤程度相一致．在黑藻养殖水中初步分离得到黑藻分泌的抑藻物质．     

沉水植物驱动的水环境钙泵与水体磷循环的关系

水体磷循环是水柱和对应的沉积物中发生的各种非生物和生物的磷迁移转化过程.与此同时,沉积物中钙通过沉水植物吸收和转运,从该类植物的叶面释放至水柱中,释放的Ca2+与水柱中的CO23-一起形成碳酸钙.在这一过程中,水柱中少量溶解性磷分配在碳酸钙中形成CaCO3-P共沉淀,导致水体中可溶性磷向难溶性磷转化,这种由沉水植物驱动的水环境钙泵在水体磷循环中发挥着重要作用.研究证明,沉水植物菹草叶面上有CaCO3-P共沉淀的形成,且这种共沉淀的含磷量变化范围很宽.另一方面,新近沉积物中钙与磷的沉淀物存在一个由聚磷酸盐向磷灰石逐渐演变过程,而沉水植物叶面上的含磷共沉淀作用是否也存在由聚磷酸盐向磷灰石的变质过程,该过程在沉水植物生长期间是否发生关系到沉水植物除磷效果值得深入研究.本文从水体磷循环概述、钙在水体磷循环中的作用和沉水植物驱动的水环境钙泵假说及其在水体磷循环中的意义等方面综述了钙在水环境中的迁移对水体磷循环的贡献.     

不同生长型沉水植物配置对生物量积累和水质净化效果的影响

种植水生植物,尤其是沉水植物,是目前广泛应用于受损水体的最主要的生态修复方法之一. 研究不同生长型沉水植物组合对水体理化因子的影响及营养物质的去除效率可为受损水生生态系统修复提供重要的科学依据. 本研究以我国水体修复中常用的3种不同生长型沉水植物苦草(Vallisneria natans)、黑藻(Hydrilla verticillata)和穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)为研究对象,采用1种生长型种植和2种生长型及3种生长型混种模式,研究不同生长型沉水植物组合及其不同生长阶段对实验系统水质指标及氮、磷等营养物质去除率的影响. 结果表明,所有植物组合处理均显著提高了系统中总氮、总磷和氨氮去除率; 在实验前中期总氮、总磷和氨氮去除率最高. 从本实验受试物种组合来看,1种和2种生长型组合比3种生长型组合具有更高的生物量累积量和总氮去除率. Pearson相关性分析显示,实验系统中的pH、DO浓度与植物总生物量呈显著正相关,总氮、总磷、氨氮浓度均与植物总生物量呈显著负相关. 建议在受损浅水水生态系统修复过程中,根据生态修复不同阶段考虑不同生活型、生长型和功能群的水生植物组合; 在生态修复过程中需加强管理,如水生植物收割等,才能达到最好的修复效果.     

洞庭湖湿地柳属木本植物与薹草属草本植物群落土壤与水环境特征

木本与草本是植物存在的两种主要生活型,生态功能差异明显,尤其在植物被周期性洪水淹没的湿地生态系统中.为此,以洞庭湖湿地二门闸、五门闸、藕池河口、白沙大桥4个研究点的原生柳属木本植被与薹草属草本植被为研究对象,通过对枯水期土壤理化性质与汛期水流速度、水环境的对比监测,揭示两者生态防护功能的差异.对土壤粒径组成而言,在二门闸与白沙大桥2个研究点,木本与草本植物群落土壤样本之间无显著差异;而在五门闸与藕池河,与草本植物相比,木本植物导致土壤上层(0~30 cm)与下层(60~90 cm)粉粒含量降低,砂粒含量增加,中层(30~60 cm)黏粒与粉粒含量增加,砂粒含量降低.对土壤化学性质而言,木本植物总体上导致土壤有机质与全氮含量升高,而对全磷与全钾含量无显著影响.与草本植物相比,木本植物能显著减缓水流速度,提高水体氧化还原电位与溶解氧浓度,而对水温与p H值无明显影响.可见,洞庭湖湿地木本与草本植物生活型的差异,是导致二者土壤与水环境特征差别的主要原因,与草本植物相比,木本植物具有更强的生态防护功能.