不同类型沉积物磷形态转化及其对狐尾藻生长的影响

在室内模拟条件下利用不同类型沉积物培养穗状狐尾藻,分析了沉积物与上覆水各形态磷的变化,以及狐尾藻生物量和根系形态的差异,揭示不同沉积物中各形态磷的转化特性及其对沉水植物生长的影响.结果表明,在研究条件下,外加细沙改变了沉积物的颗粒度,促进沉积物中磷的释放,增加了上覆水磷浓度;外加氮源,改变沉积物的化学性状,抑制沉积物中磷的释放,降低了上覆水中磷的浓度;添加细沙使狐尾藻植株及根系干重增加了49%和107%,根长增加了19%;而外加氮源对植株根系生长产生了抑制作用,使狐尾藻早衰;狐尾藻生长促进了沉积物中磷的释放,其衰退增加了沉积物中磷的沉积,各形态磷随着狐尾藻的生长呈先降后升趋势,其中以Fe/Al-P变化量最大(41%～57%);根系长度是影响狐尾藻对沉积物中磷吸收和释放的主要形态指标,根直径主要通过影响沉积物的通透性间接促进沉积物中磷的释放.     

两种沉水植物对上覆水和间隙水中各形态磷的影响

在实验室模拟研究根系发达的沉水植物狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)和无固定根的沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)对上覆水、间隙水中各形态磷的浓度及含量比例的影响,探讨不同根系特征的沉水植物对上覆水和间隙水中各形态磷的影响.结果表明,狐尾藻和金鱼藻生长期对上覆水和间隙水中各溶解态磷的浓度有较大的影响:(1)狐尾藻生长期对上覆水中DTP、SRP、DOP吸收率分别为7.0%、11.7%、3.5%,对间隙水中DTP、SRP、DOP吸收率分别为20.8%、12.5%、48.4%;(2)金鱼藻生长期对上覆水中DTP、SRP、DOP吸收率分别为30.3%、54.9%、13.2%,对间隙水中DTP、SRP、DOP吸收率分别为19.3%、3.8%、30.4%;(3)狐尾藻组、金鱼藻组、对照组上覆水中SRP含量比例较初始状态分别减少了13.0%、34.0%、-0.9%,PP分别增加了18.2%、33.1%、4.2%,DOP分别增加了7.2%、17.68%、-4.35%.研究结果可为同类富营养化湖泊生态修复提供理论指导.     

两种不同根系特征沉水植物对沉积物剖面不同形态磷的影响

为探究不同根系特征的沉水植物对沉积物中磷（P）的影响,本研究以狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.,根系发达）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum L.,无固定根）为材料开展室内培养试验.结果显示,狐尾藻和金鱼藻均能显著降低沉积物中的总磷（TP）、无机磷（IP）、氢氧化钠提取磷（NaOH-P）含量,去除率分别为9.0%和7.8%（TP）、9.8%和8.8%（IP）、15.7%和8.7%（NaOH-P）.狐尾藻对沉积物NaOH-P的去除效果显著优于金鱼藻.狐尾藻组中沉积物NaOH-P减少引起IP降低,进而造成TP降低.与初始状态相比,狐尾藻和金鱼藻处理下的上覆水溶解氧（DO）分别增加1.61 mg·L^-1和1.72 mg·L^-1,但pH和TP没有显著变化.结果表明,两种沉水植物在减少沉积物P、抑制上覆水TP上升方面均具有积极作用,但在沉积物NaOH-P含量高的浅水湖泊中,根系发达的狐尾藻的生态修复功能更为有效.     

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ（TP）的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ（TN）的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO₄3--P和NH₄+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO₃--N的"源",而中上游区域表现为NO₃--N的"汇";PO₄3--P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/（m2·d）,NH₄+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/（m2·d）,NO₃--N的释放通量范围为-1.109~3.446 mg/（m2·d）.研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.      

太湖藻对水-沉积物界面磷交换过程的影响

采用太湖梅梁湾沉积物和上覆水,以及从太湖水体中分离出的水华优势蓝藻(铜绿微囊藻)和常见绿藻(月芽藻), 室内模拟研究了这2种藻对太湖梅梁湾沉积物磷交换过程的影响. 结果表明:藻种的不同显著影响磷在水-沉积物界面的交换过程. 在沉积物和上覆水灭活条件下,铜绿微囊藻能够显著增加沉积物磷的释放量,引起上覆水中可溶性磷酸盐的增加;而月芽藻的存在没有引起沉积物中磷的明显释放,上覆水中可溶性磷酸盐一直保持在很低水平. 在低磷浓度的水体中,藻类会被诱导产生碱性磷酸酶,分解大分子可溶性有机磷,以满足自身生长的需要. 沉积物中各形态磷存在明显的转化作用,其中铁磷和碱提有机磷含量明显下降,而钙磷和酸提有机磷含量则大幅增加.      

上覆水中磷质量浓度对磷在青萍-上覆水-沉积物中分配的影响

通过模拟培养实验,研究了上覆水中ρ(磷)对磷在青萍处理系统中的青萍-上覆水-沉积物之间分配的影响.结果表明:随着培养前上覆水中ρ(磷)的增加青萍吸收的磷量呈增加趋势;培养前上覆水中ρ(磷)对沉积物中的碱性磷酸酶活性有显著影响;上覆水和沉积物之间磷的分配主要与二者之间磷含量差有关系,且上覆水中的可溶性磷含量越低,沉积物碱性磷酸酶的活性越高;培养前上覆水中ρ(磷)≤0.5 mg/L时,沉积物中的磷含量呈减少趋势;培养前上覆水中ρ(磷)为2～50 mg/L时,沉积物中的磷含量呈增加趋势.      

白塔堡河上覆水与沉积物间隙水N、P分布特征

为研究河流沉积物与间隙水间营养盐的迁移规律,采集白塔堡河干流平水期上覆水和沉积物间隙水样品,分析N、P分布特征,计算沉积物-水界面N、P扩散通量,并对上覆水与间隙水中营养盐含量进行回归分析. 结果表明:上覆水和间隙水中ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均为农村带河段最低,城镇带和城市带河段较高. N、P的主要来源,农村带河段为农村灰水和面源污染,城镇带河段为生活污水和工业园排水,城市带河段为城市生活污水和工业废水. 间隙水中各营养盐质量浓度基本上都高于上覆水,空间分布趋势相似. NH₃-N、NO₂--N、NO₃--N和PO₄3--P在沉积物-水界面的平均扩散通量分别为0.429、0.134、0.080和0.143μmol/(m2·d),表明沉积物是上覆水重要的N、P源. 表层沉积物间隙水与上覆水中的ρ(NH₃-N)(R2=0.874,P=0.0002)和ρ(PO₄3--P)(R2=0.704,P=0.0005)均呈极显著相关,ρ(NO₂--N)呈显著相关(R2=0.501,P=0.0020),ρ(NO₃--N)的相关性(R2=0.353,P=0.0150)不显著,说明白塔堡河沉积物间隙水中的N主要以NH₃-N形态向上覆水中扩散;而间隙水中的P主要以PO₄3--P形态向上覆水中扩散.      

巢湖蓝藻水华衰亡初期营养盐浓度变化的研究

在巢湖采集泥样进行加藻培养实验,监测培养过程中的藻剩余量、上覆水及间隙水氮和磷浓度、沉积物各胞外酶活性、亚铁和总铁含量及各形态磷含量等相关指标的变化。结果表明,随着培养时间的增加,藻剩余量下降,藻剩余量与时间的关系符合公式:y=2.301 1×e~(-0.054 6x)(R~2=0.898 1,P0.01)。与对照组相比,加藻组间隙水和上覆水氨氮(NH_4~+-N)浓度大幅度上升,说明巢湖蓝藻水华衰亡初期,藻类自身矿化及沉积物均大量释放NH_4~+-N。加藻培养后第4天开始,间隙水溶解反应性磷明显低于对照组相应值,主要是由于微生物已获得充足的碳源和氮源,为了提高微生物生产力需要与之匹配的磷含量而吸收间隙水中的磷。加入藻类碎屑培养后,沉积物碱性磷酸酶活性明显高于对照组相应值,说明藻类有机质和高浓度NH_4~+-N均可诱导微生物分泌碱性磷酸酶,但加藻组酸提取有机磷(磷酸酶的底物)的含量并未明显降低;整个培养过程中,加藻组氨肽酶活性均低于对照组相应值,说明高浓度氨对氨肽酶具有抑制作用。加藻培养后,沉积物脱氢酶活性和亚铁与总铁的比值均低于对照组相应值,但沉积物铁结合态磷(Fe(OOH)-P)含量明显高于对照组相应值。表明藻类碎屑分解过程中,沉积物Fe(OOH)-P厌氧释放的少,且藻类自身矿化产生的磷以Fe(OOH)-P的形式固定在沉积物中。     

嘉陵江出口段水体碱性磷酸酶活性特征

于2011~2016年间,从嘉陵江重庆主城段水域的"磷营养状态-总碱性磷酸酶活性变化-藻华"之间的相关关系入手,通过原位实验总结TAPA与ALGAE及SRP变化规律,结合碱性磷酸酶反应动力学实验确定酶活参数,探讨酶活变化在"藻华"中的生态学意义.结果表明：消落期时,SRP为藻类生长活动主要的磷源."藻华"敏感期SRP含量全年最低,为0.012~0.021mg/L;TAPA全年最高,为10.503~11.587nmol/（L·min）.特征参数V_m和米氏常数K_m值的变化规律验证了"藻华"敏感期各样点碱性磷酸酶对底物的亲合力增高,酶的水解速率有了显著提升;碱性磷酸酶在其他形态的磷转化为SRP的过程中有很大的促进作用,为藻类等微生物生长提供充足的SRP,以利于其在适宜的生境中迅速增殖.     

石油污染土壤多酚氧化酶的动力学及热力学特征

土壤多酚氧化酶是一种氧化还原酶,能够将土壤中芳香族化合物氧化成醌,促进土壤中石油类物质的分解转化.以距大庆油田工作区不同距离（1、5、15 km）的石油污染地为对象,研究不同温度下石油污染裸地及羊草（Leymus chinensis）修复地的土壤多酚氧化酶活性及其动力学和热力学特征的变化.结果表明:土壤多酚氧化酶活性随温度和底物浓度的增加而逐渐增大,在温度为30℃或40℃、底物浓度为80 mmol/L或160 mmol/L时达到最大值;各样地土壤酶的动力学参数K_m（Mihaelis常数）随温度的变化规律不同,V_max（酶促反应最大速度）和V_max/K_m（催化效率）随温度升高而逐渐增大,均在30℃或40℃时达到最大值;热力学参数Q₁₀（温度系数）、ΔH（活化焓）、ΔS（活化熵）随温度变化差异不显著,ΔG（活化自由能）随温度升高呈逐渐增加趋势.在同一温度下,石油污染裸地土壤多酚氧化酶活性高于羊草修复地;K_m和V_max/K_m在各样地均表现为无规律性变化,V_max最大值出现在距油田工作区5 km处的裸地（BMP）,最小值出现在距油田工作区5 km处的羊草修复地（LMP）;Q₁₀、E_a（活化能）、ΔH、ΔS的最大值均出现在距油田工作区1 km处的裸地（BVP）,最小值均出现在距油田工作区1 km处的羊草修复地（LVP）.研究显示,升温和植物修复对土壤多酚氧化酶活性的反应特征有较大影响.      

洱海表层沉积物碱性磷酸酶活性时空变化

研究了2010—2011年洱海表层沉积物中碱性磷酸酶活性的时空变化,并探讨了沉积物及水体理化因子对碱性磷酸酶活性的影响.结果表明:①洱海表层沉积物中碱性磷酸酶活性为45.63～144.67μmol/(g·h),空间分布总体呈北部＞南部＞中部,受外源污染物输入影响较大的区域,其沉积物中w(TN)、w(TP)较高,碱性磷酸酶活性也较高;②洱海表层沉积物中碱性磷酸酶活性呈明显的季节性变化特征,秋季(11月)<冬季(2月)<春季(5月)<夏季(8月),并且西部沿岸区域的季节性变化差异显著;③碱性磷酸酶活性与沉积物中w(OM)、w(TN)、w(OP)、w(TP)、m(C)/m(N)及水体ρ(OP)、ρ(TN)和ρ(COD_Mn)呈显著正相关. 沉积物及水体的理化因子是影响其碱性磷酸酶活性的重要内因,而外源污染物输入则是重要外因.      

穗花狐尾藻和金鱼藻对白洋淀水质影响的原位围隔试验

在白洋淀建成14个原位围隔(9 m2/个),分别按10、20和30株/m2的密度种植穗花狐尾藻、金鱼藻,研究不同密度穗花狐尾藻和金鱼藻在调控水体富营养化方面的效能与稳定性.结果表明:穗花狐尾藻和金鱼藻能有效控制浮游植物的生物量并改善水体SD(透明度),其中密度为10株/m2穗花狐尾藻(平均长度为83 cm,平均湿质量为37.1 g)和密度为20株/m2金鱼藻(平均长度为68 cm,平均湿质量为31.2 g)的围隔控制效果明显,水体中ρ(TN)和ρ(TP)都明显下降,SD增加,浮游植物多样性明显增加,水体营养状态指数(TSIM)明显下降;但高密度沉水植物可能造成水体ρ(Chla)和营养盐含量的反弹.研究证明,种植合理密度的穗花狐尾藻、金鱼藻有利于改善白洋淀水质.      

香溪河沉积物、间隙水的磷分布特征及释放通量估算

采集香溪河沿程5个样点不同季节、不同深度的沉积物,用Hedley分级方法分析磷形态及垂向变化特征,同时研究上覆水和间隙水理化性质对沉积物中磷释放的影响.香溪河上覆水及间隙水pH值范围为4.72~8.55,夏季呈弱酸性,秋季、冬季及次年春季pH值呈弱碱性;沉积物处于较强还原性环境;上覆水及间隙水总磷质量浓度(TP)年变化范围为0.02~0.48mg·L~(-1),沉积物TP含量为0.48~1.45 g·kg~(-1);沉积物中磷形态的含量为HCl-P(HCl提取态)Res-P(残余磷)NaOH-P(NaOH提取态磷)NaHCO_3-P(NaHCO_3提取态磷)H_2O-P(水提取态磷).沉积物-上覆水体交界面还原性环境有利于沉积物中磷向上覆水中释放;春季水体的弱碱性、夏季的弱酸性有利于沉积物向上覆水释磷,从而增加了上覆水体富营养化的风险;间隙水TP与沉积物TP含量密切相关;5个样点中有4个样点的PO_4~(3-)-P由间隙水向上覆水扩散,释放通量为0.01~0.04mg·(m~2·d)~(-1).沉积物是底层水体营养盐的重要来源.     

大沽排污河底泥释放总氮的影响

在实验室模拟条件下,考察了上覆水的溶解氧DO、pH值、温度、含盐量及扰动速率等环境因子对大沽排污河底泥释放总氮的影响.结果表明:厌氧条件下底泥释放总氮的强度高于好氧条件和自然条件下的释放强度;上覆水的pH呈中性时底泥释放总氮的强度最大,酸性条件下底泥释放总氮的强度高于碱性条件;升高温度可促进底泥释放总氮;扰动可提高底泥释放总氮的强度,但当扰动速率增加到一定程度时,反而会抑制总氮的释放,因此,至最后实验结束时,扰动速率为60r.min-1的体系中底泥释放总氮的能力最强;当实验达到平衡时,含盐量为0mg.L-1的体系中底泥释放总氮的能力最强.     

河流底泥中DO和有机质对三氮释放的影响

通过大型静态土柱模拟实验,研究氮在上覆水和孔隙水中的分布特性和释放特性,在控制氧气和底泥w(有机质)的条件下,连续观测氨态氮、亚硝态氮和硝态氮(简称三氮,三者之和为总无机氮)质量浓度变化,并对其垂向分布特性进行分析,发现水体底泥释放氨态氮与反硝化作用达到平衡的时间受通氧条件影响明显;总无机氮质量浓度(ρ(TIN))在各柱的孔隙水、水土界面处和上覆水中的变化各异;在w(有机质)高的底泥中,有机质是影响总无机氮释放的最大因子,而在w(有机质)低的条件下,DO是影响总无机氮释放的最大因子.      

菹草和伊乐藻对水-沉积物界面磷迁移转化的影响

冬季沉水植物普遍凋亡,死亡残体易造成湖泊二次污染.为探究冬季耐寒性沉水植物对水-沉积物界面各形态磷迁移转化的影响,选取根系特征不同的冬季耐寒性沉水植物菹草（Potamogeton crispus L.）和伊乐藻（Elodea nuttallii）作为研究对象,测定其冬季生长期间上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的含量,并监测环境因子的变化.结果表明:①菹草、伊乐藻组生长期间水-沉积物界面各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持较低水平,菹草对沉积物和间隙水磷的吸收效果优于伊乐藻,而伊乐藻对上覆水磷的影响大于菹草.②试验第30天后,菹草、伊乐藻组上覆水和间隙水各形态磷质量浓度均显著低于对照组（P < 0.05）,上覆水中ρ（TP）最低值分别为0.057和0.041 mg/L,间隙水中ρ（DTP）（DTP表示溶解性总磷）分别维持在0.270~0.505、0.384~0.507 mg/L之间.③试验结束时,菹草组沉积物中w（TP）、w（IP）（IP表示无机磷）和w（NaOH-P）（NaOH-P表示NaOH提取态磷）分别低至643.68、415.79和120.17 mg/kg,分别下降了16.54%、18.37%和35.82%,伊乐藻组分别低至700.39、457.87和145.29 mg/kg,分别下降了10.24%、11.17%和24.67%;菹草、伊乐藻植株体内TP质量分别增加了588.94和464.59 mg.研究显示,菹草、伊乐藻在生长期间均能有效吸收磷,同时改变了pH、E_h等环境因子,从而影响磷在水-沉积物界面的迁移及磷形态的转变.      

河流底泥中溶解性有机物的释放途径及影响因素研究

以沈阳市新开河底泥为研究对象,考察了河流底泥中溶解性有机物（DOM）的释放途径,并分析了时间、温度、pH值、底泥粒径、盐度和上覆水体中溶解性有机碳（DOC）浓度对河流底泥DOM释放的影响.此外,还研究了底泥释放对上覆水体中DOM的光谱学特性的影响.结果表明,对底泥DOM释放影响程度最高的是间隙水的混合作用,其次是底泥表层静态释放,而悬浮颗粒释放对底泥DOM释放的影响程度较小.底泥DOM的释放量随温度,pH值,底泥粒径,盐度的增大而增大.上覆水体DOC浓度较高时,DOM由上覆水体向底泥迁移.扰动作用能够影响底泥DOM的迁移.类富里酸荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质是底泥DOM中的主要荧光物质.河流底泥DOM向上覆水体释放的主要是激发波长分别为280~300nm和320~380nm的荧光物质.并且,扰动作用促进了荧光物质由底泥向上覆水体的释放.