太湖梅梁湾中碱性磷酸酶的活性及其与藻类生长的关系

通过对1998年5月-1999年5月的太湖梅梁湾水体中碱性磷酸酶活性及其它水化学因子的同步实地监测,初步探讨了富营养化较严重的太湖梅梁湾湖区的碱性磷酸酶活性的时空变化规律及其与藻类水华的相关性.研究表明,水体中各种形态磷之间的转化非常快.在磷的循环、转化过程中,碱性磷酸酶的作用至关重要.太湖梅梁湾各采样点水体中碱性磷酸酶的最大反应速率(Vmax)的年际变化有着显著的规律性,各点位在春季(3-4月)及夏季(7-8月)均分别出现峰值,与水体中水华出现的峰值相吻合.尤其在水体中水华暴发前的4月份,各采样点中的碱性磷酸酶的活性急剧增加,其Vmax均为年内的最大值或接近最大值,预示着水体中其它形态磷的转化速率加快,为水华的形成提供了充足的活性磷.水体中特异性碱性磷酸酶活性(总碱性磷酸酶活性/Chl.a)与水体中的PO43-存在着较好的负相关.尤其是在春季相关性更加显著,可达-0.9以上;夏季太湖梅梁湾水华暴发时,水体中的磷酸盐浓度远低于碱性磷酸酶的激发阈值,藻类体中的酶被诱导大量产生,从而使得水体中碱性磷酸酶的数量、活性急剧增加,达到较高的水平.这种短时间的有机质快速降解以及由此导致的营养盐释放,维持了水体中藻类的生长.     

夏季梅梁湾水体中生物有效磷的分布及来源

2004年夏季在太湖梅梁湾应用一种新型氧化铁/醋酸纤维素复合膜(FeO/CAM)对水体生物有效磷浓度(FeO-P)进行了调查和连续监测. 发现水体溶解态(FeO-DP)、颗粒态(FeO-PP-)生物有效磷浓度与其总浓度在空间上有着相似的平面分布. 在梅梁湾北部入湖河口附近生物有效磷浓度最高, 随离河口或湖岸距离的增加逐渐减小, 湖心区域的水体生物有效磷浓度差异不大. 在观测期间, 梅梁湾北部多数水域的叶绿素a含量较高, 出现藻类水华现象. 但在几个主要入湖河口附近叶绿素a含量并不是最高, 尽管其水体生物有效磷浓度最高. 在受河流输入影响较小的梅梁湾开阔水域, 叶绿素a含量与生物有效磷浓度呈显著正相关性. 在风浪引起的沉积物再悬浮过程中, 水体生物有效磷浓度会出现短促的升高. 结果表明, 河流磷输入对河口水体生物有效磷浓度起主要贡献作用, 而内源磷释放则是开阔水域生物有效磷的主要来源. 在富营养的浅水湖泊中, 蓝藻水华暴发可以通过改变pH值引发内源磷的释放. 所研制的FeO/CAM膜材料能够用来监测水体生物有效磷浓度变化规律, 并为湖泊富营养化控制策略提供科学依据.     

鄱阳湖流域赣江(南昌段)沉积物磷赋存形态特征及释放风险分析

本研究采用化学连续提取法,分析赣江南昌段表层沉积物磷赋存形态特征及其生物有效性,并通过等温吸附实验探讨了沉积物磷释放风险。结果显示:赣江南昌段表层沉积物总磷(TP)含量范围为235.21~702.24 mg/kg,均值为522.93 mg/kg,具有较高的空间异质性。所有采样点位中无机磷(IP)均以闭蓄态磷(Oc-P)为主要赋存形态,各形态无机磷含量特征表现为:Oc-P>铁结合态磷(Fe-P)> 碎屑钙磷(De-P)> 自生钙磷(ACa-P)> 可交换态磷(Ex-P)> 铝结合态磷(Al-P);有机磷(OP)以残渣态有机磷(Res-P_o)为主要赋存形态,按活性划分表现为:非活性有机磷(NOP)> 中活性有机磷(MLOP)> 活性有机磷(LOP)。生物有效磷(BAP)含量范围为61.59~218.27 mg/kg,占TP含量的比例为27.07%。BAP总量及占TP的比例均处于较低水平,沉积物内源磷释放风险较低。BAP中Fe-P平均占比为56.72%,表明沉积物磷潜在释放风险主要来源于Fe-P。TP、Fe-P和De-P之间均存在显著相关关系,表明外源输入可能是赣江沉积物磷的主要来源。采样期间赣江南昌段沉积物磷平衡浓度(EPC₀)高于上覆水溶解性活性磷(SRP)浓度,磷吸附饱和度(DPS)均低于沉积物磷大量流失的临界值25%,表明此阶段沉积物磷虽作为上覆水的“磷源”,但出现大量释磷的可能性不高。因此,沉积物内源磷释放引起赣江水体富营养化的风险不高,这意味着赣江水体应更多关注外源输入问题。本研究结果为赣江南昌段水环境的科学管理提供了数据支撑和科学依据。     

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.     

太湖水体中胶体磷含量初探

室内静态模拟不同温度下太湖15个湖区柱状沉积物磷酸根释放,分析了相应表层沉积物形态磷,以及梅梁湾间隙水中相关离子Al(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)和PO43-含量的季节变化．研究表明,受陆源影响较大的泥区通常是太湖内源磷的稳定源;而在开敞度较大的湖区,由于表层沉积物胶体的物化吸附,使得温度对底泥磷释放的影响作用减弱,并易产生磷的“内汇”现象;在梅梁湾区成汇区,还加上春夏季藻类的局部超负荷需磷这一控制因素,从而使得太湖大部分泥区在一年中至少发生一次源-汇转换过程．化学热力学分析揭示,Al-P较之Fe-P和Ca-P更易在界面发生溶解可能是太湖表层沉积物Al-P与PO43-P释放速率呈显著相关(r=0．3858>r1-0．01,n=45)的内在原因．虽然沉积物中Fe-P有较高的释磷潜力,但浅水湖所营造的沉积物表层氧化层和广泛覆盖的无机胶体及粘土矿物的强吸附介质,可能是抑制沉积物中Fe-P释放成为优势的主要因素．估算太湖沉积物-水界面磷的净通量为899．4±573．6 t／a,约占太湖磷入湖量的1／4-1／2,其中成汇通量约为-91．2±42．4 t/a．     

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.     

福建山仔水库不同季节表层沉积物内源磷负荷分析

对山仔水库沉积物各形态磷的季节性特征以及夏、冬季磷释放速率进行研究.结果表明,该水库表层沉积物含有较丰富的磷,4个季节各采样点表层沉积物总磷含量范围为(521.23±7.60)~(1255.54±11.03)μg/g,夏季各采样断面中总磷含量及各形态磷含量均高于其他季节.表层沉积物磷以无机磷为主,且主要赋存形态为铁/铝结合态磷.活性较大的铁/铝结合态磷和有机磷占总磷量的77%~90%.柱状样模拟实验结果表明:夏季溶解性磷释放平均速率范围在1.66~2.49 mg/(m2·d),冬季溶解性磷释放平均速率范围为0.69~1.29 mg/(m2·d),夏季各采样点表层沉积物磷释放速率约为冬季的2倍.由于水温分层,夏季沉积物释放的溶解性磷主要滞留在上覆层,但夏季暴雨天气可能导致水温分层破坏,沉积物释放的溶解性磷对水体将产生重要影响;冬季由于水温分层破坏导致上、下水层混合,沉积物释放的溶解性磷被带到上层,对上覆水体水质的影响不容忽视.     

长江中下游湖泊沉积物中磷的形态及藻类可利用量

调研了长江中下游地区25个浅水湖泊的35个样点表层沉积物中磷的地球化学形态特征,以及太湖沉积物中藻类可利用磷(AAP)的空间分布,垂向分布特征及其蓄积量,探讨了浅水湖泊表层沉积物中磷的赋存量,地球化学形态及其与水草,湖水磷浓度,叶绿素(Chl-a)浓度之间的关系.结果表明,长江中下游地区浅水湖泊的表层沉积物中可交换态磷(Ex-P)含量与水体总磷(TP),溶解性总磷(DTP)及溶解性反应活性磷(SRP)浓度关系密切,有水草湖区的沉积物中生物易利用磷(Bio-P)含量显著低于无水草湖区及藻型湖区.太湖梅梁湾沉积物泥芯中,表层3 cm沉积物中Ex-P含量显著增高,而夏季还原条件下容易转变为溶解态磷的铁磷(Fe-P)含量峰值则出现在4～10cm深度.太湖表层沉积物的Bio-P含量与夏季叶绿素浓度密切相关,说明表层沉积物的Bio-P及AAP可以作为沉积物内源释放风险的指示参数.太湖表层1 cm底泥中所含有的AAP量估计多达268.6吨,风浪扰动能将大量的AAP带入水体,对太湖蓝藻水华暴发起着不可忽视的作用.     

氧化还原条件对红枫湖沉积物磷释放影响的微尺度分析

选取贵州红枫湖为研究对象,在实验室条件下模拟了自然、好氧和厌氧条件下沉积物内源磷的释放过程,联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对沉积物—水界面开展了微尺度观测与研究.结果表明,厌氧条件下红枫湖沉积物总磷含量显著降低,且主要是NaOH提取态磷(NaOH-P)和残渣态磷(rest-P)含量降低所致,厌氧条件下沉积物孔隙水中磷酸盐浓度明显升高,而好氧条件下沉积物孔隙水磷酸盐浓度显著降低,反映厌氧条件显著促进了红枫湖沉积物磷释放.厌氧条件下沉积物内部溶解氧浓度下降、硫还原活动增强可能是导致NaOH-P释放的主要原因.O_2浓度的降低加速了沉积物还原作用并产生大量H2S,进而与二价铁离子形成硫化亚铁沉淀,最终导致NaOH-P(Fe-P)释放到孔隙水中.好氧条件向厌氧条件的转换可通过改变沉积物内部pH值分布和微生物活动促使rest-P释放:厌氧条件下,厌氧微生物不仅可以消耗硫酸根产生H_2S,导致pH值降低,还可消耗有机质,将有机磷转变为无机磷.上述研究结果表明,沉积物—水界面氧化还原环境可影响沉积物氧渗透深度、pH值分布、微生物活动、硫循环以及有机质降解过程,进而控制沉积物磷的形态转化与释放.联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对湖泊沉积物—水界面开展微尺度观测研究是揭示沉积物内源磷释放机制与控制因素的有效途径.     

环境因子对五里湖沉积物磷释放的影响

本文论述了溶解氧、pH、温度和沉积物中微生物作用对太湖五里湖区沉积物磷释放的影响,以及在pH为8.4、好氧和厌氧二种状态下沉积物释放试验后滤液对斜生栅列藻(Scende es(?) obliq(?))和羊角月芽藻(Selena(?) ca(?))增长的影响.结果表明:溶解氧降低、pH和温度升高、微生物作用有利于沉积物磷向水体释放,与湖水组相比,厌氧状态下沉积物磷释放后滤液能显著促进斜生栅列藻增长,但不能促进羊角月芽藻增长,好氧状态下沉积物磷释放后滤液均不能促进二种藻类的增长。     

煅烧改性净水厂污泥对底泥内源磷释放的控制效果

以自主研发的煅烧改性净水厂污泥（C-WTPS）作为污染底泥活性覆盖材料,室内静态模拟实验研究C-WTPS覆盖强度对控制底泥磷释放效果的影响,分析C-WTPS和底泥中不同形态磷含量变化,探讨C-WTPS薄层覆盖对上覆水体中pH、DO和ORP的影响.结果表明,实验历时40天,在底泥TP释放强度为6.25~10.87 mg/（m²·d）时,覆盖强度为0.25、0.50、1.00、1.50和2.00 kg/m²的C-WTPS对TP平均削减率分别为59.68%、75.71%、88.75%、92.42%和96.28%,可见覆盖强度为1.00 kg/m²以上的C-WTPS能控制底泥中90%以上TP释放.C-WTPS吸附的磷主要以无机磷（IP）中的铁铝结合态磷（NAIP）形式存在,有机磷（OP）和钙磷（AP）形式较少.C-WTPS促进了底泥中易释放形态磷迁移到C-WTPS中,并转化较为稳定的形态磷,可见C-WTP覆盖不仅控制了底泥磷释放,而且也削减了底泥磷释放风险.C-WTPS覆盖后,上覆水体中pH开始呈现下降趋势,最终维持在pH=7范围波动;C-WTPS覆盖强度越大,上覆水体pH下降也明显;C-WTPS覆盖改善上覆水体中DO和ORP环境的效果不明显.     

滆湖沉积物理化特征及磷释放模拟

对滆湖表层底泥、柱状层祥和间隙水进行理化分析,模拟不同条件下的沉积物磷释放。结果表明,0~20cm深度范围内,各项理化指标变化较大;大于2cm后差异较小。当提高沉积物-水体系温度、降低氧含量(或Eh),提高pH及施以水动力作用时,可促进沉积物磷释放进程。无菌条件对磷释放有抑制作用。采用实验室模拟和间隙水浓度扩散模型计算得到的磷总释放量分别为10.65t/a和9.40t/a,其中湖面网围区释放量占全湖总量的28.2~35.4%。建议适度控制网围养殖规模,以减少内源磷污染。     

南四湖消落带底泥有机磷赋存形态及分布特征

研究南四湖消落带底泥有机磷赋存形态及分布特征,有利于全面揭示湖区各形态磷迁移转化规律,对南四湖富营养化防控及南水北调东线调水水质保障具有重要的科学意义。以南四湖消落带底泥为研究对象,采用改进Hedley连续分级提取法测定底泥中各形态有机磷含量,通过紫外可见分光光谱与三维荧光光谱技术表征底泥有机分子结构特征及稳定性,反映消落带有机磷结构及稳定性差异,运用Pearson相关性分析及主成分分析解析底泥各形态磷与其他理化指标的相关性。研究结果表明,南四湖消落带底泥总磷含量均值为679.90 mg/kg,其中有机磷(OP)占比20.03%~45.69%。各赋存形态有机磷含量及相对比例大小依次为:残渣态有机磷(67.58%)＞钙结合态有机磷(16.61%)＞铁/铝结合态有机磷(7.62%)＞碳酸氢钠提取态有机磷(5.97%)＞水提取态有机磷(2.22%)。南四湖消落带底泥OP含量及形态主要受内源影响,主要来自内源性微生物代谢。南四湖消落带西岸底泥磷释放风险高于东岸和南岸消落带。相关性分析发现,消落带底泥pH与磷含量显著负相关,表明随着底泥碱性的增强可能导致底泥磷向水体中释放的风险更高;底泥有机质与OP显著正相关,表明有机质可能是OP的重要载体;主成分分析发现底泥各形态磷呈正相关性,表明消落带底泥各形态磷具有同源性。研究结果可为南四湖湖区内源磷释放控制及富营养化风险防控提供科学依据。     

不同溶解氧水平下湖泊底泥-水界面磷交换影响因素分析

在实验室控制条件下,研究了玄武湖底泥在饱和溶解氧、75%、50%、25%、0%溶解氧水平下底泥-水界面磷交换,探讨了溶解氧对底泥-水界面磷交换的影响途径.结果表明:(1)上覆水溶解氧与玄武湖底泥溶解性磷酸盐、溶解性总磷释放速率呈开口向上的抛物线关系;(2)上覆水溶解氧水平可以决定磷在底泥-水界面交换中的转换方向,而且还影响间隙水中溶解氧扩散深度,25%、50%、75%和饱和溶解氧水平下溶解氧最大扩散深度分别为0.974cm、1.377cm、1.687cm和1.948cm,溶解氧在间隙水中最大扩散深度影响底泥-水界面的磷交换;(3)溶解氧可通过影响底泥-水界面处电位、藻类聚磷作用以及pH来影响底泥-水界面的磷交换.     

环太湖河流进出湖水量及污染负荷(2000-2002年)

天然水域,尤其是富营养的浅水湖泊,沉积物中磷的释放是蓝藻水华发生、形成和持续生长的重要因素．分析沉积物中磷的赋存形态转化及其潜在生态效应,有助于理解沉积物中磷的迁移转化过程及其与湖泊富营养化之间的关系．本文综述国内湖泊水域中磷的主要形态、来源和转化过程以及其生物有效性的研究进展．重点讨论了近5年来中国东部浅水湖泊沉积物磷的形态分析、转化和生物有效性评估的现状,以及沉积物中磷形态与浅水湖泊富营养化之间的潜在联系．     

滆湖沉积物理化特征及磷释放腄

对滆湖表层底泥、柱状层祥和间隙水进行理化分析,模拟不同条件下的沉积物磷释放。结果表明,0～20cm深度范围内,各项理化指标变化较大;大于2cm后差异较小。当提高沉积物-水体系温度、降低氧含量(或Eh),提高pH及施以水动力作用时,可促进沉积物磷释放进程。无菌条件对磷释放有抑制作用。采用实验室模拟和间隙水浓度扩散模型计算得到的磷总释放量分别为10.65t/a和9.40t/a,其中湖面网围区释放量占全湖总量的28.2～35.4％。建议适度控制网围养殖规模,以减少内源磷污染。     

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.