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.     

苦草(Vallisneria natans)生长期对沉积物磷形态及迁移的影响

模拟湖泊系统构建了“沉积物-水-苦草”(Vallisneria natans)系统,研究了在苦草生长期沉积物、水和苦草三相中磷含量的变化,结果表明:苦草在生长期,能显著降低沉积物中各形态磷的含量,沉积物总磷(TP)、NaOH提取磷(NaOH-P)、HCl提取磷(HCl-P)、无机磷(IP)和有机磷(OP)含量分别降低了...     

菹草(Potamogeton crispus L.)对酞酸酯污染沉积物的净化作用

酞酸酯是一类典型的内分泌干扰物,在我国城区河湖中污染超标相对严重,且污染呈上升趋势.本文采用根袋法,模拟海河干流水体建立了室内菹草微宇宙,同时设置无菹草微宇宙为对照,研究了沉水植物菹草对沉积物中酞酸二丁酯(DBP)和酞酸二异辛酯(DEHP)的去除作用.实验连续运行27 d.结果表明:系统运行结束时,菹草体内DBP和DEHP含量分别升高了133%和68%;水中,有草组和对照组中DBP的浓度始终低于定量限(8μg/L),而DEHP的浓度则由初始的65μg/L和70μg/L逐渐降低,至第3 d后低于定量限(8μg/L);对照组和有草组非根际沉积物中DBP浓度差异不显著,结束时去除率为32.2%~36.5%,根际沉积物中DBP去除率达50.0%;对照组和非根际沉积物中DEHP浓度差异也不显著,始终在一定范围内波动,结束时去除率为10.3%~11.4%,根际沉积物中DEHP则在第27 d时迅速下降,去除率达80.9%.微生物的结果进一步表明,实验过程中根际土中微生物量明显高于对照组和非根际沉积物,实验后期根际沉积物中微生物群落结构变化较大,这与根际中这两种酞酸酯的去除数据相一致.可见,沉水植物菹草可以通过根际效应有效去除沉积物中酞酸酯类化合物.     

菹草(Potamogeton crispus)附着物对水体氮、磷负荷的响应

通过实验模拟了10组氮、磷负荷对菹草(Potamogeton crispus)生长期和衰亡期茎叶附着物的影响.结果显示:随着水体氮、磷浓度的升高,菹草附着物的叶绿素a(Chl.a)含量、附着有机物量、附着无机物量和附着物总量均增加,在氮、磷浓度最高的T10组(总氮12.0 mg/L,总磷1.0 mg/L),附着物的总量达到高峰,附着物的Chl.a含量为2.005~4.765mg/g(DW),附着有机物的量为29.027~94.886 mg/g(DW),附着无机物的量为176.881~397.750 mg/g(DW),附着物总量为205.909~492.636 mg/g(DW).在菹草的快速生长期、稳定期和衰亡期,附着物的Chl.a含量、附着有机物量、附着无机物量和附着物总量均存在显著差异,均表现为衰亡期 >稳定期 >快速生长期,且在各营养盐浓度下均存在这一趋势.菹草衰亡期附着物的Chl.a含量、附着有机物量、附着无机物量和附着物总量分别为稳定期的1.046~1.826、1.046~1.638、1.029~1.858和1.106~1.717倍,为快速生长期的2.324~4.059、2.323~3.640、2.101~3.792和2.280~3.584倍.结果表明水体氮、磷负荷的增加促进了菹草茎叶附着物的生长和积累,加速了沉水植物衰亡.     

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.     

沉积物磷形态的分级分离及其生态学意义

磷是湖泊营养状况的重要指标。本文综述了国外对沉积物中不同形态磷的分级提取的发展概况,分析比较了各提取法的优缺点,阐述了不同形态磷的生态学意义,并总结了沉积物磷分级分析的发展趋势,以期为国内相关研究提供参考和借鉴。     

苦草(Vallisneria natans)衰亡对水-沉积物之间磷迁移的影响

采用沉水植物苦草(Vallisneria natans)为研究对象,在其衰亡期测定群落内、外上覆水及沉积物各形态磷的含量,以探究沉水植物在其衰亡期对上覆水和沉积物中各形态磷的影响.结果表明:苦草衰亡过程中上覆水中总磷、可溶性总磷、溶解性活性磷、颗粒磷、可溶性有机磷浓度的变化相对平稳,与对照组相比无显著差异;沉积物中各形态磷含量均呈小幅度上升趋势,在实验结束时,苦草组沉积物中总磷含量为719.27 mg/kg,和初始值比增加了14.68 mg/kg,无机磷和有机磷含量分别增加了12.06和2.20 mg/kg,氢氧化钠提取磷和盐酸提取磷含量分别增加了7.05和4.29 mg/kg.总体来看,沉水植物苦草在其衰亡过程中分解速率较慢,对水-沉积物之间各形态磷含量无显著影响.     

菹草腐解期上覆水浮游细菌群落动态模拟及其环境驱动因子分析

菹草生长期内可以从水体中吸收大量的营养物质,有效抑制水体富营养化。但在季节交替期,菹草衰亡后,其残体腐解会向上覆水释放大量营养物质,对湖泊生态系统造成瞬时冲击。通过实验室模拟,将菹草分别浸泡在不同稀释比的上覆水中自然腐解,旨在研究菹草残体腐解过程上覆水水质变化及环境因子对浮游细菌的驱动作用。结果表明:(1)在稀释组(B、C组)中,菹草腐解的氮素均出现了短期冲击(第1天),冲击程度与稀释比呈正相关。(2)上覆水水质越好,浮游细菌共有OTUs(operational taxonomic units,操作分类单元)数量占比越高,且浮游菌群结构受氮素冲击的变化越剧烈。实验第30天时,稀释湖水4倍组(C组)共有OTUs占比为61%,高于原水组(A组,OTUs占比40%)和稀释2倍组(B组,OTUs占比45%)。群落结构的剧烈变化主要通过影响厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobiota)、放线杆菌门(Actinobacteriota)和蓝藻菌门(Cyanobacteria)的相对丰度大小实现。(3)变形杆菌门(Proteobacteria)是整个腐解过程中的第一大...     

钙离子添加对沉水植物菹草(Potamogeton crispus L.)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)富集水体磷的影响

沉水植物光合作用形成的微环境有利于水体中钙和磷形成CaCO_3-P共沉淀,从而将水体中的磷永久性去除,避免植物腐烂后的二次污染但不同的沉水植物种类形成CaCO_3-P共沉淀的能力不同本文以沉水植物菹草(Potamogeton crispus L)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L)为实验对象,研究水体中添加钙离子(0、100 mg/L)对水体磷(磷浓度:0、0.2、2 mg/L)的去除和植物富集磷的差异,并通过植物灰分磷的组分分析,聚焦植物钙磷的变化,为生态修复中沉水植物的选择提供理论依据结果表明:(1)菹草和金鱼藻体系中总磷(TP)和溶解性反应磷(SRP)浓度显著下降,添加钙离子使降幅升高,且菹草体系中水体TP和SRP降幅均高于金鱼藻TP和SRP降幅;(2)菹草的干重全磷在高磷低钙(2-0)水平最高,灰分总磷在高磷高钙(2-100)水平最高,而金鱼藻干重全磷在高磷高钙(2-100)水平最高,灰分总磷在中等磷低钙(0.2-0)水平最高;(3)在2 mg/L的磷浓度下,添加钙离子使菹草的钙磷(HCl-P)和水溶性磷(H_2O-P)含量升高,有机磷(NaOH-P)含量降低,结果使灰分总磷含量升高,而金鱼藻NaOH-P升高,HCl-P和H_2O-P含量均降低,结果使灰分总磷降低这表明菹草通过提高吸附性磷和钙磷含量增强磷的富集,而金鱼藻则只显著升高了灰分中有机磷的含量显然,水体富营养化背景下,相较于金鱼藻,菹草具有更强的形成CaCO_3-P共沉淀的能力,具备竞争优势.     

不同基质下菹草的生长及其对水体营养盐的吸收

设置两组实验分别研究不同基质对菹草生长繁殖的影响以及菹草对不同基质下水体营养盐的吸收净化作用.结果表明:湖泥、混合基质及黄土三种基质对菹草的生物量变化及石芽的形成有比较明显的差别,氮磷养分含量高的湖泥更有利于菹草植株的生长,其生物量增长幅度最大,混合基质次之,氮磷含量最低的黄土最差;黄土基质下菹草石芽产生的时间最早;混合基质下产生石芽数量最多.3、4月份菹草水体中不同形态的氮浓度均低于空白组,最大净化效率达74%,构成水体营养盐氮的汇;菹草对不同基质下水体中氮的净化效率表现为:湖泥混合底泥黄土;菹草对水体磷的控制吸收作用不明显,甚至有加快磷转换释放的作用;6月份处于腐败分解阶段的水草组水体营养盐浓度普遍高于对照组,构成水体营养增加的源.     

上覆水pH值和总磷浓度对含铁盐的高砷沉积物中砷迁移转化的影响

含铁盐的高砷沉积物中,上覆水p H值和总磷浓度的变化对砷迁移的影响尚不明确.以含铁盐的高砷沉积物为研究对象,通过实验观测其暴露在不同p H值的上覆水及经过不同初始p H值、不同初始总磷浓度的溶液淋洗后,沉积物中砷的迁移规律.结果表明:当沉积物暴露在p H=10和11的上覆水时,分别在第11 d和第6 d后,沉积物中的砷溶出速度突然增大,说明当沉积物处于强碱性上覆水环境中,碱性越强,砷的溶出速度越快、溶出量越大.从室内实验条件的角度来看,上覆水的碱化有可能会增加沉积物中砷溶出的风险.而上覆水p H值在4~8之间时,上覆水的酸碱度对沉积物砷的迁移影响较小.此外,当上覆水总磷浓度不高于0.5 mg/L时,磷的竞争吸附对砷的迁移影响较小.     

龙感湖水体光学特性的观测

基于2002—2003年秋、夏季原位水下光场巡测及连续定点观测资料分析了龙感湖不同湖区及不同风浪条件下水体的光学特性,探讨了光衰减系数、辐照度比的光谱分布、空间差异及不同风浪条件对水下光场的影响.结果表明,水下光谱在紫光波段衰减最强烈,其次是蓝光,红、绿光衰减最弱,并且向下辐照度衰减系数一般要大于向上辐照度衰减系数.秋季L1-L3点向下辐照度400—700nm波段衰减系数的变化范围分别为0.71—3.60、1.06—3.72、0.78—2.89m-1;光衰减系数的空间分布是位于湖中心的12点要略大于两边的L1、L3点;辐照度比的变化趋势极为一致,最低值出现在短波蓝光波段,最高值出现在550—600nm之间;从小风浪到中风浪、大风浪其PAR衰减系数分别是1.74、2.02、2.45m-1;透明度、衰减系数与悬浮物浓度相关性最好,决定系数在0.7以上,但其变化除受悬浮物影响外还要受制于溶解性有机物和浮游植物;440nm波长衰减系数(Kd(440))与悬浮物(SS)、溶解性有机碳(DOC)、叶绿素a(Chl.a)的多元线性回归方程为:Kd(440)=0.514—0.075SS 0.125DOC 0.100Chl.a(R2=0.87,N=8,P≤0.05)     

Joint probability analysis of water and sediment and predicting sediment load based on copula function

The Jinsha River comprises the upper reaches of the Yangtze River, which is the river section with the highest sediment content. Monitoring of sediment transport in the Jinsha River is done to the guarantee for the normal operation of the Three Gorges Reservoir. In the current study, a copula function was used to do a joint probability analysis of the water and sediment in the Jinsha River Basin (JRB), further a sediment load prediction model based on the copula function also was constructed. The results show that the average annual flow from 2001 to 2018 at the outlet of the Jinsha River (Yibin station) is about 60.43 billion m³, and the average annual sediment load is about 58.82 million t. The linear correlation coefficient between annual flow and annual sediment load is 0.28. The best marginal distribution for annual flow and sediment load is Pearson Type Three (PE3) and Generalized Normal (GNO), respectively, and the best fit for the combined distribution of the two variables is the Frank copula function. The synchronous probability of water and sediment occurrence is 0.459, and the asynchronous probability is 0.541. Based on the copula prediction model, the sediment load can be effectively simulated, and the correlation coefficient between the simulated sequence and the measured sequence reached 0.93. The current study provides important significance for the analysis of water and sediment in the JRB, which is beneficial to the management of Three Gorges Reservoir sediment discharge in the upstream and downstream.     

我国典型湖泊及其入湖河流氮磷水质协同控制探讨

入湖河流是外源氮磷输入湖泊的主要途径,是湖泊外源输入控制的关键中间环节.本文主要开展我国一些典型湖泊及其主要入湖河流总氮、总磷浓度对比研究,结合入湖河流氮磷输入对湖体营养水平和富营养化程度的影响分析,初步探讨我国入湖河流与湖体氮磷水质协同控制的必要性和途径.结果 表明,目前入湖河流氮磷水平仍然是我国一些典型湖泊水体氮磷...     

底泥就地稳定化中零价铁(Fe0)对有机污染物的作用及其对上覆水体水质的影响

在实验室模拟静态湖泊体系条件下,通过向实际底泥中投加零价铁(Fe~0),考察反应前后底泥中有机物数量、种类、总有机质含量以及上覆水体溶解氧(DO)浓度、氧化还原电位(Eh)、pH和化学需氧量(CODCr)浓度等指标的变化,探讨Fe~0对底泥有机物的降解效果以及对上覆水体水质的影响.结果表明,投加Fe~0处理80 d后,(1)经GC-MS检测出底泥中易被降解的小分子有机物(分子量小于200)数量明显增多,底泥总有机去除率为44%.(2)上覆水体的DO浓度、Eh和pH都有不同程度的变化.DO浓度从6.6 mg/L迅速下降至0.2 mg/L,Eh从150 mV左右下降至74 mV,pH升高至8.4,此体系易形成厌氧环境;且上覆水体中CODCr低于纯底泥-水体系,上覆水中DO浓度、Eh及pH与CODCr浓度具有一定相关性.综上,底泥中投加Fe~0可有效降解有机物,且不会对上覆水体产生持久、较大的影响.     

太湖梅梁湾沉积物中氮铁硫转化细菌的毫米级垂向分布及对氮磷迁移转化的潜在影响

本研究在太湖梅梁湾采集沉积柱,采用一种自制的毫米级柱状沉积物自动垂向分层切割装置对表层50 mm沉积物进行垂向切割(间隔2 mm),结合高通量测序技术分析沉积物中细菌群落的毫米级垂向分布;同时采用毫米级高分辨透析技术和薄膜扩散梯度技术(DGT)分析溶解态和DGT可获取态铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)、Fe、P的垂向分布特征。结果显示,沉积物中细菌群落与溶解态和DGT可获取态氮铁磷浓度在垂向上呈现显著的异质性。细菌硝酸盐还原主要发生在-16～0 mm沉积物深度,这可能导致了溶解态和DGT可获取态NO₃^--N含量在该沉积物深度的明显减少。细菌铁还原主要分布在-32～-18 mm沉积物深度,细菌硫酸盐还原主要分布在-50～-34 mm的沉积物深度;细菌硫酸盐还原是导致沉积物溶解态和DGT可获取态铁磷浓度从-32 mm随沉积物的深度增加而显著增加的主要原因。本研究加深了对富营养化湖泊沉积物中细菌影响氮磷在垂向上迁移转化的认识。