静水与流水条件下沉水植物生长对上覆水和沉积物磷迁移的影响

沉水植物生长可有效降低河湖内源磷污染. 为探究沉水植物在静水(v=0 m/s)和流水(v=0.10 m/s)条件下对上覆水和沉积物磷迁移影响,选取苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)为研究对象,测定其生长期间上覆水、沉积物中各形态磷含量和沉水植物生物量,并监测环境因子变化. 结果表明:①苦草和黑藻生长期间上覆水和沉积物中各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持在较低水平. 相同流速下黑藻对上覆水磷的吸收效果优于苦草,苦草能抑制沉积物表面磷释放. ②试验20 d后,苦草和黑藻组上覆水各形态磷浓度显著低于对照组,试验结束时静水苦草组、静水黑藻组、流水苦草组和流水黑藻组上覆水TP(总磷)浓度相比对照组分别下降了0.13、0.15、0.19和0.25 mg/L. 静水条件下沉水植物以降低上覆水中DTP(溶解性总磷)为主,流水条件下以减少DTP和PP(颗粒磷)为主. ③试验结束时,苦草组和黑藻组沉积物TP含量在静水条件下分别下降了91.78、93.25 mg/kg,流水条件下分别下降了83.51、81.03 mg/kg;NaOH-P(NaOH提取磷)含量在静水条件下分别下降了57.76、55.86 mg/kg,流水条件下分别下降了24.52、19.24 mg/kg,沉积物从轻度污染逐步转为未受污染. ④试验50 d,苦草生物量在静水和流水条件下分别增加了353.08和402.03 g,黑藻生物量分别增加了415.00和477.08 g,沉水植物生物增长量在流水条件下显著高于静水组. 研究显示,苦草、黑藻生长均能有效吸收磷,在流水条件下可促进沉水植物生长和磷的吸收,同时改变了上覆水溶解氧(DO)浓度和pH等环境因子,从而影响磷在上覆水和沉积物的迁移及磷形态的转变.      

高浓度氨氮或磷胁迫对亚洲苦草生理特性的影响

为阐明富营养化水体中沉水植物消失的机理,以高等水生植物亚洲苦草(Vallisneria asiatica)为研究对象,通过室内模拟试验,研究了富营养化水体中高浓度氨氮或高浓度磷胁迫对亚洲苦草生理特性的影响。结果表明:与中浓度氮、磷营养盐(1.50mg/L的NO_3~--N和0.10mg/L的PO_4~(3-)-P)处理相比,高浓度氨氮(3.50mg/L的NH+4-N)和高浓度磷(0.60mg/L的PO_4~(3-)-P)都对亚洲苦草造成了严重的氧化胁迫,导致亚洲苦草叶片中叶绿素a和蛋白质含量减少,过氧化氢酶(CAT)活性增加;过高浓度的氨氮或磷虽然可以激活亚洲苦草的抗氧化保护体系,但是不能避免亚洲苦草受到氧化损伤;在富营养化水体中进行亚洲苦草恢复时,氮、磷营养盐浓度的双重控制是保证亚洲苦草成功恢复的非常重要的前提。     

苦草对富营养化水体中氮磷营养盐的生理响应

为认识湖泊富营养化过程中沉水植物衰退机制,通过室内模拟试验,利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)测定了苦草(Vallisneria natans)在水体富营养化过程中不同氮磷营养盐水平下的荧光参数,并结合苦草其它生理指标,研究了苦草对水体富营养化过程中氮磷等营养盐浓度升高的响应.结果表明,苦草对水体氮、 磷营养盐浓度的改变响应迅速,各处理组在处理2～6 h后最大量子产量都显著下降,处理12　h后与处理前相比没有显著的差异,各处理组之间没有显著差异;水体氮、 磷营养浓度偏高（处理组D）或偏低（处理组A）都增强强光对苦草的抑制作用,从而影响光合作用,处理组B、 C苦草实际光合作用能力(平均量子产量)显著高于处理组A、 D苦草实际光合作用能力（p<0.05）;在一定的水体氮磷营养盐水平范围,苦草叶绿素含量随氮磷水平的升高而增大,水体氮磷营养盐浓度达到处理组D水平,苦草植物体内叶绿素含量下降;植物体内丙二醛(MDA)的含量在不同处理组中存在变化,处理组B丙二醛最低,处理组D最高.这说明,苦草比较适合在富营养化水体生长,但富营养化水体中,过高浓度的氮、 磷浓度可抑制苦草光合生理活动,进而影响苦草的生长.     

沉水植物对水体营养的响应及氮磷积累特征

以太湖中沉水植物优势种金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、苦草(Vallisneria natans)和马来眼子菜(Potamogeton maackianus)为研究对象,研究了不同水体营养水平(低浓度TN 0.47 mg/L,TP 0.021 mg/L;中浓度TN 1.40 mg/L,TP0.072 mg/L;高浓度TN 2.18 mg/L,TP 0.090 mg/L)对其生物量、各器官形态指标及氮磷积累的影响。结果表明:植物生长指标方面,苦草、狐尾藻、金鱼藻在中浓度条件下的生物量增长幅度最大;植物茎叶指标随水体营养的变化与根长变化趋势不一致。植物各器官氮、磷含量均随水体营养变化保持相似的规律,且植物氮含量为叶茎根,植物磷含量为根茎、叶。氮磷积累方面,4种沉水植物的叶片氮元素积累的能力显著高于茎和根;低浓度下狐尾藻的氮积累量最大,苦草磷积累量最大,两者适合低浓度下种植收割去除水体环境中的氮、磷;中、高浓度下金鱼藻的氮磷积累量均为最大(中浓度下N 6 587.37 mg/m~2,P 744.63 mg/m~2;高浓度下N 6 096.63 mg/m~2,P 692.36 mg/m~2),其可作为较高营养浓度下种植、刈割转移水体氮磷的理想物种。     

黑藻和苦草对氨氮、硝态氮和磷吸收动力学研究

为在不同营养状况的富营养化水体修复中选择相应的养分吸收效率的水生植物,比较黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria natans)对氨氮、硝态氮和磷的吸收动力学特征。结果表明,黑藻和苦草对氨氮、硝态氮和磷的最大吸收速率Vmax分别为4.38、5.31;3.15、2.23;1.63、3.57μmol/(L.h.g)。米氏常数Km分别为84.7、376.7;45.8、6.0;54.4、516.2μmol/L。苦草对氨氮和磷的吸收具有较高的Vmax和Km值,而黑藻对氨氮和磷的吸收具有较低的Vmax和Km值。     

不同生物量苦草在生命周期的不同阶段对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了不同生物量苦草在1年内生命周期中不同阶段对水体水质的影响.研究结果表明,不同生物量的苦草在对水体水质的影响有较大的差异,此差异受苦草生长状况的影响显著.通过单因素方差分析得出从整个生命周期看,苦草生物量为992.00g时,对水体pH值影响最大,不利于苦草吸收NH4+-N和ρ(TOC)的降低;为496.00g时,水体ρ(DO)的周年平均值处于较高水平,约8.65mg/L;为228.00g时,有利于ρ(TP)的降低,不利于其吸收NO3--N和ρ(TN)的降低.其中,生长期,苦草对水体营养盐的去除率随生物量的增加不断增大,当生物量达到2380.00g时,去除率放缓;衰亡期,苦草生物量为168.00g时,水体TN去除率取得极大值,为784.00g时,水体TP去除率取得极小值.最终确定214.00g的苦草残余生物量为最佳滞留量,此时苦草密度为118.00g/m2.     

生物炭和刺苦草联合修复水体铜污染

生物炭和沉水植物对重金属铜(Cu)都有良好的吸附和富集效果,但关于生物炭对沉水植物生长的影响及二者共存对水体Cu污染的修复效果仍不明确。通过设置4个稻壳生物炭添加梯度(CK:0 g/L,T1:3 g/L,T2:6 g/L,T3:12 g/L),研究水体中ρ(Cu)为1 mg/L污染条件下,生物炭对刺苦草(Vallisneria spinulosa)生长和水质的影响。结果表明:1) T1、T2和T3组刺苦草富集的Cu含量相对于CK组分别降低41.01%、41.21%和67.86%,刺苦草叶片叶绿素含量分别提高9.45%、29.94%和53.83%,刺苦草地上部分高度分别增加21.38%、23.38%、5.08%;2)随着生物炭添加量的增加,水体溶解氧和氧化还原电位显著降低,pH和电导率显著增大,T1、T2和T3组水体Cu含量相比CK组分别降低-4.48%、12.58%和31.85%,水体NO~-_3-N分别下降19.53%、25.88%和38.11%,NH~+_4-N分别下降66.78%、72.04%和72.04%,但各处理组磷含量相对于CK组却显著增大。表明:水体施加稻壳生物炭可以降低刺苦草对Cu的富集量,从而缓解Cu对刺苦草的胁迫,生物炭与刺苦草联合对水体Cu的吸附效果优于单独使用刺苦草,但生物炭中磷的释放对水体会产生潜在风险。     

水体营养盐质量浓度对苦草光合荧光特性的影响

通过室内培养,利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究了不同质量浓度的营养盐对苦草光合荧光特性的影响. 结果表明:①水体中N,P营养盐质量浓度的高低对苦草叶片PSⅡ和F_v/F_m影响不显著(P＞0.05). ②在日变化过程中,各处理组苦草的ΔF_v/F_m′均呈升—降—升的变化趋势,但方差分析显示,水体ρ(TN)和ρ(TP)变化不直接影响苦草的ΔF_v/F_m′(P＞0.05).③试验第4天各处理组的苦草叶片光响应能力大小依次为处理组B＞处理组C＞处理组D＞处理组A;在苦草生长初期,质量浓度较高的营养盐可以提高苦草叶片的光响应能力和捕光能力,并可增强叶片的光合活性;从整个试验过程来说,分别是处理组B的ρ(TN)和处理组C的ρ(TP)更利于苦草的生长.      

辛基酚在模拟水生态系统中的归趋与迁移动态

模拟水生态系统构建了室内微宇宙系统,包括水相、沉积物、苦草和斑马鱼,并利用高效液相色谱-串联质谱法研究了典型烷基酚类化合物辛基酚(OP)在其中的动态变化过程。结果表明,在模拟水生态系统中加入200μg/L的OP后,在各相中的暴露浓度随时间的变化而变化,试验结束时(23 d)水相、沉积物、苦草和斑马鱼中的平均浓度分别为7.98μg/L、16.7 ng/g、10.9μg/g和0.67μg/g;不同环境介质对OP的富集存在较大差异,其富集能力为苦草斑马鱼沉积物。     

香溪河消落区及上缘土壤磷素的时空分布特征

采用修正的Hedley分级方法,对香溪河消落区及其上缘不同土层的土壤磷形态进行了动态监测,并分析其时空动态变化特征。结果表明,上缘(175 m上)土壤全年总磷(TP)含量在0.290~0.889 g/kg之间,总磷均值的总体趋势是春季(0.676 g/kg)夏季(0.595g/kg)秋季(0.530 g/kg)冬季(0.436 g/kg),春季与夏季间差异显著(P0.05);除残余磷(Res-P)外,其余形态磷在夏季有释放的现象。消落区及上缘的表层土壤中总磷含量(均值0.543 g/kg)及可利用磷形态(49.4%)显著高于下层土壤(TP均值0.492 g/kg;磷形态42.3%)。消落区上缘土壤总磷含量(0.636 g/kg)略高于消落区土壤总磷含量(0.567 g/kg)。消落区土壤全年(0.354~0.807 g/kg)及其上缘土壤全年(0.290~0.889 g/kg)的总磷含量除在WGS(样带3)点最低外,其余样点在香溪河沿程的分布规律均不明显;各形态磷在沿程上与总磷一样,空间异质性很大。该研究分析了香溪河磷素的时空变化特征,为三峡库区香溪河水体富营养化治理提供参考。     

Interspecific competition effects on phosphorus accumulation by Hydrilla verticillata and Vallisneria natans

The competition between submersed plants has been recognized as an important factor influencing the structure of plant communities in shallow lakes. The ability of different species to take up and store nutrients from the surrounding ambience varies, and hence plant community structure might be expected to affect the cycling of nutrients in lake ecosystems. In this study, the uptake of phosphorus by Hydrilla verticillata and Vallisneria natans was studied and compared in monoculture and competitive mixed-culture plantings. Results showed that for both studied species the phosphorus concentrations of different tissues and of whole plants was unaffected by competition. However, the quantity of phosphorus accumulated by whole plants of H. verticillata was significantly higher in mixture culture than in monoculture, while that of V. natans was lower in the mixed culture. The results indicated that H. verticillata has a competitive advantage over V. natans, when the two species are grown in competition, and is able to accumulate a greater quantity of phosphorus.     

不同营养水平下苦草对附着和浮游藻类的影响

通过室内培养,研究了不同营养盐浓度下苦草对附着藻类和浮游藻类的影响,同时比较了两种藻类对不同营养盐浓度的响应,结果发现附着藻类在中高营养盐浓度下生物量较高而浮游藻类在中低营养盐浓度下生物量较高,虽然两者对营养盐的响应不一致,但其最大量都出现在中高浓度的营养盐状态下。在中低营养盐浓度下(ρTN=0.4～2.5mg/L),苦草促进附着藻类而抑制浮游藻类,即相比于浮游藻类而言,附着藻类对苦草的敏感性较低。在较高营养盐浓度(ρTN=4.5～6.5mg/L)下,苦草对附着藻类产生了极显著的抑制作用,且这种抑制作用随着营养盐浓度的增加而增强,在ρTN=6.5mg/L的处理条件下,苦草对附着藻类的抑制率近80%,但是在此营养盐浓度处理下,苦草对浮游藻类的抑制作用却减弱甚至消失了。     

沉水植物生长期对沉积物和上覆水之间磷迁移的影响

分别在春季培养黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria natans),在冬季培养菹草(Potamogeton crispus),跟踪监测在沉水植物影响下环境因子的变化,及上覆水和沉积物各形态磷的浓度变化,以探讨沉水植物对磷在沉积物和上覆水中迁移转化的规律.结果表明,不同季节实验条件下沉水植物均能不同程度降低上覆水中各形态磷的浓度.在植物生长期上覆水磷浓度保持在相对较低的水平,黑藻、苦草和菹草组上覆水中总磷(TP)的浓度分别保持在0.03～0.05、0.04～0.12和0.02～0.11 mg.L-1.沉水植物组沉积物中各形态磷的浓度均呈现不同程度的降低,黑藻、苦草和菹草组沉积物TP的含量最大降低幅度分别为35.34、60.67和25.92 mg.kg-1.植物组上覆水溶解氧(DO)、氧化还原电位(Eh)和pH均显著提高(DO 10.0～14.0mg.L-1;Eh 185～240 mV;pH 8.0～11.0),沉积物中Eh(-140～-23 mV)也明显提高,并使得沉积中pH保持在中性范围内(7.2～8.0).沉水植物通过提高上覆水中的DO、Eh和pH及沉积物Eh的方式影响上覆水和沉积物之间磷的迁移转化.     

水体底质中磷对菹草生长的影响

通过5个含磷质量分数不同的底质内菹草的生长试验,研究了水体底质中含磷质量分数的单因子差异对菹草生长的影响.结果表明,含磷质量分数≤2.0 g/kg的底质中菹草在试验期间均正常生长,含磷质量分数的增加对菹草生物量的累积和平均株高的增长起促进作用;当底质中含磷质量分数达到2.5 g/kg,从试验中期(21 d)开始,菹草正...     

洱海沉水植物残体风浪输移量及其时空分布

为研究洱海沉水植物残体风浪输移特征,掌握由此而引起的N、P变动情况,通过为期1a的野外定点调查,研究了风浪对洱海湖滨带沉水植物作用引起的植物残体向滨岸的输移特征,估算了沉水植物残体带出的N、P质量. 结果表明:①洱海湖滨带有残体输出的沉水植物总计10种,分别为菹草(Potamogeton crispus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、轮藻(Eichhornia crassipes)、穿叶眼子菜(P. perfoliatus)、扭叶眼子菜(P. intortifolius)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(P. malaianus)、苦草(Vallisneria natans)及微齿眼子菜(P. maackianus);②沉水植物残体风浪输移量存在明显的时序变化,在4次采样中,2009年12月(冬季)风浪输移量最高;③微齿眼子菜和苦草的风浪输移量最大,植物残体风浪输移量主要受沉水植物的分布和生物量的影响;④单位岸线沉水植物残体风浪输移总量在空间上表现为西部(1.91t/km)>北部(1.73t/km)>南部(1.61t/km)>东部(0.86t/km);⑤洱海湖滨带沉水植物残体风浪输移总量约为2.27×103t/a(以鲜质量计),由此可输出的TN为5.64t,TP为0.85t.      

有机负荷对除磷颗粒污泥的培养及特性的影响

采用SBR反应器,以厌氧/好氧方式运行,控制SBR反应器内好氧反应时段饱食期溶解氧水平在1.0～2.0 mg/L之间,研究有机负荷对除磷颗粒污泥的培养及其除磷特性的影响.结果表明,当有机负荷（以COD计）为0.482～0.986 kg/（m^3·d）时,SBR内的污泥为大量絮体状污泥和少量形状规则的颗粒污泥的混合物;当...     

东湖沉积物中氮磷形态分布的研究

武汉东湖是具有代表性的城市浅水型湖泊.在2004年采用现场调查、布点检测和实验室化学性质分析等方法,对东湖西南部的子湖--庙湖的沉积物柱芯的氮和磷进行了形态分析,对其垂直剖面分布和季节性变化进行了调查.研究表明,沉积物中氮的赋存特征和变化规律为:总氮平均含量1.62～3.17g/kg,在垂直剖面上表现为随沉积深度的增加而降低的趋势;其含量随季节变化有周期性的规律,春季沉积物中总氮的含量是1 a中最少的,夏季开始增加,秋冬季总氮量达到最大.因受沉积物总氮和埋藏环境的双重影响,沉积物中铵态氮平均含量的季节性变化规律与总氮相似,春季铵态氮的含量最少为117.66mg/kg,夏秋季含量达到最大为216.20mg/kg,冬季稍有减少.沉积物中各形态磷的垂直赋存特征为:在0～10em沉积深度内,总磷(TP)含量0.255～3.36g/kg、不稳态磷(LP)含量0.192～11.00mg/kg、铁结合磷(Fe-P)含量13.47～1379.91mg/kg和铝结合磷(Al-P)含量7.77～317.64mg/kg,均有明显的"表层富积"现象,其含量随深度的增加而迅速减少,通常>10 cm后这些磷形态的含量保持稳定.结果表明,造成湖泊水体富营养化的污染源有外源和内源,当外源截污后,内源沉积物中的营养盐仍可能使湖泊处于富营养化状态;磷仍然是东湖最主要的限制性营养元素,春季湖区沉积物中铁结合磷比例最大,占沉积物TP的44.30%,说明庙湖水域污染程度严重.     

苦草对水-底泥-沉水植物系统中氮素迁移转化的影响

通过模拟水-底泥-沉水植物(苦草)系统,检测了苦草整个生命周期内总氮及各形态氮含量的变化,以反映N在该系统内的迁移转换.结果表明,在整个研究阶段,空白组和苦草组系统氮含量(水体+底泥+苦草中氮含量)均持续降低,但苦草组(实验始末)氮含量降低幅度明显高于空白组,其中苦草组系统中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了41.68%、81.96%、93.34%,分别比空白组提高了11.39%、31.90%、0.28%;苦草组底泥中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了43.45%、87.41%、96.50%,分别比空白组提高了13.78%、37.26%、1.68%.苦草的存在促进了底泥氮的释放,显著提升了底泥微生物活性及氮循环菌的数量,从而加快了系统内的氮素循环,并在其生命周期的不同阶段明显改变各形态氮的迁移及转化方式.2012年7~10月,苦草组系统总氮(TN)减少幅度最大,到10月份,水体中氮素含量达到最少.