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。     

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。     

密云水库沉积物内源磷负荷的研究

在对密云水库沉积物分布和物理化学性质及其间隙水的特性进行研究的基础上, 在实验室模拟了库底的沉积环境, 分别得到2℃和8℃时沉积物总磷的释放通量为0.018 mg·cm^-2·d^-1和0.821 mg·cm^-2·d^-1, 并通过计算得到年释放总量为11.34 t. 又用间隙水扩散法, 得到水库总磷的年释放总量为11.56 t, 两结果比较接近, 说明实验模拟得出的结果具有一定的可靠性. 从而得出以下结论: (ⅰ) 水库沉积物内源磷负荷对入库总量的贡献量约为27.9%, 沉积物内源磷污染不容忽视. (ⅱ) 温度升高有利于沉积物总磷的释放.     

底泥释磷及其对杭州西湖富营养化的影响

杭州西湖是一个小型浅水湖泊,底泥由上部藻骸腐泥和下部泥炭层构成,其显著特点是有机碳含量特别高,氮含量也相当高,而磷的富集程度相对较低。通过实验室和现场模拟研究,考察了pH值、温度、溶解氧、氧化还原电位及上覆水种类等环境因素对底泥释磷量和释磷速率的影响。上覆水pH值在6.5—7.0范围内底泥释磷量最低;在较高或较低pH值时,释磷量倍增。升高水温或降低上覆水溶解氧浓度均能加速释磷。实验室模拟西湖底泥最大释磷量为0.368μgP/g。夏季现场模拟平均释磷速率为1.02mg P/m~2·d;由此估算底泥释磷量达1.346tP/a,相当于年平均外部入湖磷负荷的36.4％。底泥释磷对西湖富营养化起着不容忽视的影响。     

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.     

风浪作用下太湖悬浮态颗粒物中磷的动态释放估算

用振荡试验方法模拟了不同风速对太湖沉积物扰动产生的悬浮颗粒物(SPM)量, 研究了SPM中磷的物化形态转化和生物矿化衰减过程, 定量估算了动力扰动作用下, SPM中磷转化对太湖磷负荷贡献. 结果表明: SPM中以物化形态转化为可溶性活性磷(SRP)为主的释磷作用对太湖水体磷负荷的贡献为0.44 t/a, 因生物矿化作用为主的磷衰减对水体磷负荷的贡献量约425.8 t/a, 占太湖外源入湖总量的15.0%, 约为河道SRP入湖量的4.7~7.5倍, 因此是太湖内源动态释放量的最主要来源. 在风浪影响相同情况下, 易悬浮颗粒物中有机磷含量及其生物可转化性是决定湖体内源动态负荷量的主要因素.     

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．     

太湖水体氮素污染状况研究进展

氮是引起湖泊富营养化的关键要素之一.传统观点认为氮缺乏时,湖泊生态系统可以通过生物固氮作用从大气中获取氮来满足自身的需求,因此认为淡水湖泊水体的生产力主要受磷限制.但随着进一步的研究,发现氮限制与氮和磷共同限制更为普遍,且氮的限制常常伴随着水体的富营养化,因此了解富营养化湖泊水体的氮素污染状况具有重要意义.本文介绍了太湖水体氮素的污染状况及其发展趋势,从外源、内源两大方面介绍了太湖水体中氮素的来源,着重分析和比较了河道输入、大气输入以及沉积物释放不同污染源的输入比例.太湖水体氮素污染存在很大的空间差异,其中西部和北部污染较重而东南部相对较轻,入湖河道输入的外源污染是造成太湖水质空间分布差异的主要原因,其中农业面源污染及生活污染在太湖外源污染中占据了相当的比重;湖泊底泥所造成的内源释放也是氮素污染的一个重要原因,但目前对释放量的估算主要是基于底泥悬浮引起的总量估算,关于这些释放量能有多少比例可以被浮游植物利用还不清楚,尤其是有机颗粒物在水体中停留期间的矿化再生值得进一步研究;在氮素的生物转化过程中,生物固氮目前对太湖氮素输入的贡献很小,反硝化作用是太湖水体氮素自净的主要途径.     

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.     

大型浅水湖泊沉积物内源营养盐释放模式及其估算方法--以太湖为例

在新的野外调查和室内试验基础上,完善了有关大型浅水湖泊沉积物内源营养盐释放的模式,并在此基础上提出了太湖内源释放的估算方法.通过在太湖开展室内释放模拟实验和风浪期间底泥悬浮及上覆水中营养盐浓度变化的野外观测,提出了静态与动态二种浅水湖泊内源释放模式.静态情况下,营养盐主要通过浓度梯度扩散从沉积物进入上覆水,其释放强度受控于沉积物～水界面的温度,氧化还原环境及营养盐浓度差;动态条件下,沉积物由于动力扰动而发生悬浮,沉积物中溶解性及颗粒态的营养盐随着沉积物的悬浮而释放.虽然动态情况下总的营养盐释放较静态条件下大,但由于湍流导致水体及水土界面充氧,铁,锰等金属元素因氧化而吸附溶解性营养盐(特别是活性磷SRP)的能力增强,所以动力扰动仅引起总的营养盐释放,而不一定导致溶解性营养盐的释放.因此,在动态条件下,营养盐总释放量受控于动力扰动强度,底泥可悬浮量及沉积物中的营养盐含量;对于可溶性的营养盐,特别是SRP,其释放还受控于动力复氧的强度,沉积物中铁的含量及沉积物间隙水与上覆水中营养盐的浓度差.在此基础上,分别估算了静态和动态二种情况下沉积物内源释放量.根据实验室模拟结果,静态条件下太湖全湖一年NH4+-N释放量达1万吨左右,PO43--p释放量达900t左右;结合太湖2001年的风场观测记录,把太湖野外风浪过程分为风平浪静,小风浪,大风浪三种情况,分别占全年总日数的12％,82％,6％.在"风平浪静"条件下,其释放量根据实验室的静态释放试验来估算,而"小风浪"和"大风浪"条件下,其释放量则根据室内水槽试验得到的释放通量来估算.结果显示太湖全年释放量为总氮8.1万吨,总磷为2.1万吨;分别为外源氮磷年输入量的2～6倍.     

模拟扰动条件下太湖表层沉积物磷行为的研究

利用恒温震荡器构筑的模拟扰动环境,研究了太湖水－沉积物界的磷释放和吸附行为。结果表明：表层沉积物的磷酸盐释放作用在模拟扰动条件下并不十分明显,在低强度的扰动条件下未观察到释放现象,模拟高强度扰动后,出现一个相对较强的释放过程,最大释放时沉积物上覆水浓度约为低强度扰动时的3倍,最大释放时间（Tmax)可能受磷酸盐形态分布的不同而有所差异,相比较而言,磷酸盐的吸附作用表现得十分明显迅速,沉积物上覆水磷酸盐浓度在0．5h后分别0229mg/L和l0.215mg／L下降为0．05mg/L和0.013mg/L,可以看出当上覆水磷酸盐浓度较高时,吸附作用的强度远大于释放作用,在25℃,模拟中等强度（100rpm)的模拟扰动条件下,当初始磷酸盐浓度为1．01mg/L时,梅梁湾和五里湖的表层沉积物吸附容量分别为每克千重吸附0．04mg和0.050mg磷酸盐,这种较高的吸附能力对浅水湖泊的磷酸盐缓冲作用能起到积极作用。     

Phosphorus forms and bioavailability of lake sediments in the middle and lower reaches of Yangtze River

Forms of phosphorus in sediments from 25 lakes in the middle and lower reaches of Yangtze River were analyzed by the sequential extraction procedure. Contents and spatial distrubution of algal available phosphorus (AAP) in sediments of Lake Taihu, the third largest freshwater lake of China, were also studied. Relationships between phosphorus forms in sediment and macrophytes coverage in sample sites, as well as phosphorus forms in sediments and chlorophyal contents in lake water were discussed. Exchangeable form of phosphorus (Ex-P) in surface sediments was significantly positive correlative to total phosphorus (TP), dissolved total phosphorus (DTP) and soluble reactive phosphorus (SRP) contents in the lake water. Bioavailable phosphorus (Bio-P) contents in sediments from macrophytes dominant sites were significantly lower than that in no macrophyte sites. In Lake Taihu, Ex-P content in top 3 cm sediment was highest. However, content of ferric fraction phosphorus (Fe-P) was highest in 4–10 cm. Bioavalilble phosphorus (Bio-P) contents in surface sediments positively correlated to Chlorophyll a contents in water of Lake Taihu with significant difference. Therefore, contents of Bio-P and AAP could be acted as the indicators of risks of internal release of phosphorus in the shallow lakes. It was estimated that there were 268.6 ton AAP in top 1 cm sediments in Lake Taihu. Sediment suspension caused by strong wind-induced wave disturbance could carry plenty of AAP into water in large shallow lakes like Lake Taihu.     

Phosphorus forms and bioavailability of lake sediments in the middle and lower reaches of Yangtze River

Forms of phosphorus in sediments from 25 lakes in the middle and lower reaches of Yangtze River were analyzed by the sequential extraction procedure. Contents and spatial distrubution of algal available phosphorus (AAP) in sediments of Lake Taihu, the third largest freshwater lake of China, were also studied. Relationships between phosphorus forms in sediment and macrophytes coverage in sample sites, as well as phosphorus forms in sediments and chlorophyal contents in lake water were discussed. Exchangeable form of phosphorus (Ex-P) in surface sediments was significantly positive correlative to total phosphorus (IP), dissolved total phosphorus (DTP) and soluble reactive phosphorus (SRP) contents in the lake water. Bioavailable phosphorus (Bio-P) contents in sediments from macrophytes dominant sites were significantly lower than that in no macrophyte sites. In Lake Taihu, Ex-P content in top 3 cm sediment was highest. However, content of ferric fraction phosphorus (Fe-P) was highest in 4 - 10 cm. Bioavalilble phosphorus (Bio-P) contents in surface sediments positively correlated to Chlorophyll a contents in water of Lake Taihu with significant difference. Therefore, contents of Bio-P and AAP could be acted as the indicators of risks of internal release of phosphorus in the shallow lakes. It was estimated that there were 268.6 ton AAP in top 1 cm sediments in Lake Taihu. Sediment suspension caused by strong wind-induced wave disturbance could carry plenty of AAP into water in large shallow lakes like Lake Taihu.     

太湖不同湖区底泥悬浮沉降规律研究及内源释放量估算

太湖是一个大型浅水湖泊,湖湾、沿岸及湖心等区域受地形影响,湖流结构及水土界面水力要素均有显著差异.针对目前对不同湖区底泥再悬浮规律差异性研究的缺失,本研究选取了3个具有代表性的点采集太湖底泥,采用矩形水槽开展底泥再悬浮模拟实验,并结合太湖二维水量水质模型及太湖全年实测数据,建立了不同湖区底泥再悬浮通量与风速之间的定量关系;通过室内静沉降实验,得到了静沉降通量与风速的相关关系;最后将底泥再悬浮实验结果参数化应用于太湖二维水量水质模型中,并对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,估算太湖全年内源释放量.结果表明:太湖每日的内源释放量受风速影响显著,和风速变化趋势较为接近,太湖全年进入水体的净底泥量有47.81×104t,夏季最大,冬季次之;就营养物质释放量而言,COD约为2.06×104t、总氮约为1149.05 t、总磷约为564.35 t,其中秋季营养物质释放量最小,夏季最大.     

Effects of nitrate on phosphorus release: comparison of two Berlin lakes

After installation of phosphorus elimination plants at the inflows of the eutrophic Lake Tegel and Schlachtensee, phosphorus (P) loading declined by a factor of 40 and 100, respectively. This resulted in a pronounced reduction of phosphorus concentrations in the lake water, followed by a decline of chlorophyll‐a concentrations. However, for many years P release from sediments due to mineralization and desorption of sedimentary P continued. In Schlachtensee, the presence of nitrate above the sediment suppresses P release, because the Fe/P ratio is sufficient to provide enough aerobic sorption capacity. In Lake Tegel, some P release occurs even under aerobic conditions because of the low aerobic P sorption capacity of the sediments. There, nitrate could moderate the P release peaks which occur when the Fe‐P cycle at the sediment water interface is disturbed by precipitation of iron sulfide after reduction of sulfate during times of high mineralization intensity. The potentially mobile P pool in the sediments of both lakes is rather small, indicating that the P release could subside after sufficient reduction of the external P load in Lake Tegel and the disruption of the internal P cycle in Schlachtensee.     

西洞庭湖沉水植物分布格局对环境因子及水文情势差异的响应

沉水植物是湖泊生态系统的重要组成部分,其生产力和分布格局受环境因子特别是水文情势决定.洞庭湖是长江流域重要的大型通江湖泊,近年来受人为干扰和气候变化影响,水文节律与水质等环境因子发生改变,导致沉水植物出现衰退现象,急需开展科学恢复,因此有必要对洞庭湖沉水植物深入研究.本研究选取西洞庭湖为研究区域,于2018年和2019年夏季调查了12处典型生境、98个样点的沉水植物与水深、透明度等11个环境因子,采用独立样本T检验和冗余分析方法对沉水植物与环境因子的关系进行分析,对比年际水文情势变化的影响.结果表明：1）西洞庭湖沉水植物主要在水深较浅、水质更优、水体更为稳定的半阻隔子湖和自由连通的湖湾区分布,在河道及水位波动较大的区域分布较少,有、无沉水植物分布样点间存在显著差异的环境因子为水深、透明度、底泥总磷和pH;2）在有沉水植物分布的样点,沉水植物生物量与pH、水深和水体总磷呈显著相关关系;3）自然连通的季节性淹没湖泊沉水植物生物量在2018年高于2019年,可能与2019年5—8月沉水植物关键生长期出现的涨水过程有关,持续的高水位对沉水植物的生长产生了不利影响.维持自然水文节律、湖泊生境异质性与自由连通性、健康的水质等是恢复西洞庭沉水植物的关键,建议在水深低于3 m、营养盐浓度适中、流速及风浪较小的湖湾区或半阻隔湖泊开展沉水植物恢复.