洱海水华高风险期水体氮磷变化及其指示意义

为揭示水华高风险期水体氮磷变化对洱海的指示意义,结合洱海2009年、2013年和2018年采样检测数据及三维荧光、紫外光谱技术,研究了洱海上覆水氮磷组成和结构变化及影响因素.结果表明:①ρ(TN)和ρ(TP)均先降后升,由2009年氮磷以DON(0.231 mg/L,占36.90%)和DOP(0.016 mg/L,占42.05%)为主,转变为2018年以NH₄+-N(0.197 mg/L,占32.89%)和PP(0.033 mg/L,占70.00%)为主,NH₄+-N和溶解性有机氮磷质量浓度变化是引起氮磷变化的主要因子.各形态氮磷质量浓度空间变化差异较大,北部和中部湖区ρ(TN)、ρ(TP)及其增幅均大于南部湖区;ρ(DON)在北部和南部湖区总体呈下降的趋势,中部湖区ρ(DON)先降后升,增幅为3.32%;ρ(DOP)在北部和中部呈递减,南部湖区则先升后降,总体增加了70.21%;ρ(NH₄+-N)在中部和南部湖区显著增加,北部湖区先降后升.②上覆水氮磷质量浓度及形态时空变化受外源负荷、内源释放和藻类生长共同影响,其中入湖河流是影响氮磷质量浓度变化的主因,且农村生活污染和农田面源污染影响也较大;有机氮磷变化主要受外源输入和湖泊微生物代谢影响,而ρ(NH₄+-N)变化则主要受沉积物释放和藻类生长影响.③洱海水华高风险期上覆水腐殖化程度明显降低,有机氮磷分子量减小,而活性增加,一定程度上可促进藻类生长.研究显示,近10年洱海氮磷质量浓度有增加趋势,有机氮磷质量浓度虽有所下降,但其活性较高,藻类水华风险并未降低,除进一步加强外源负荷控制,关注TN和TP的同时,洱海保护治理还应关注有机氮磷输入以及中部和南部湖区沉积物氮磷释放的水质影响.      

绿潮硬毛藻衰亡分解过程中营养盐的释放规律

通过室内模拟,研究了不同环境条件下绿潮硬毛藻的分解速率,以及死亡藻体内营养盐的释放规律,以阐明硬毛藻大量衰亡对天鹅湖水质的潜在影响。结果显示,温度对硬毛藻分解速率的影响显著（P < 0.01）,高温（30℃）可促进藻体的分解,而沉积物和营养盐水平对分解的影响相对较小。在试验前期（0～7 d）,硬毛藻的分解速率较大,藻体中的P向水体大量释放;而N的释放量较低,并呈持续释放的趋势。P释放率最高可达91.63%,而N仅为73.01%。温度、沉积物对藻体N、P释放的影响显著（P < 0.01）,各因子对藻体P释放的影响效应表现为:温度>沉积物>营养盐水平;N释放为:沉积物>温度>营养盐水平。高温条件下,死亡藻体的N、P释放率均较高。因此,在温度较高的夏末秋初,应及时清理湖区中的死亡藻体,以免导致水质恶化,造成二次污染。     

微生物和藻类分解对荣成天鹅湖沉积物氮磷释放的影响

以荣成天鹅湖的沉积物和硬毛藻为试材,模拟研究了不同微生物活性和藻类条件下上覆水体氮磷的含量变化,探讨了藻类分解和微生物活性对沉积物营养盐释放的影响。在无藻条件下,不同处理水体的总氮和总磷含量随时间的波动较大,分别变化在0.42~11.71 mg/L和0.02~0.32 mg/L之间;中后期各微生物处理氮磷含量的顺序为氯化汞>葡萄糖、对照>甲醛。藻类分解条件下,水体的总氮和总磷含量远高于无藻条件,含量变幅分别为5.43~34.76 mg/L和0.28~1.80 mg/L;初期水体氮磷含量较高,之后随时间呈下降趋势。试验前期,有藻各处理总氮表现为氯化汞>葡萄糖>对照>甲醛,总磷为氯化汞>葡萄糖、甲醛>对照;后期各处理间差异减小。相同微生物活性下,有藻处理水体的氮磷含量均明显高于无藻条件。试验结束时,无藻组各处理沉积物的微生物活性均较低;而有藻条件下相对较高,各处理顺序为对照>葡萄糖、氯化汞>>甲醛。绿潮藻类分解条件下,微生物对天鹅湖沉积物的氮磷释放有着明显影响;微生物活性越强,沉积物氮磷的释放量越大。     

太湖沉积物及孔隙水中氮的时空分布特征

通过2009年4月和9月2次大规模采样监测,研究了太湖沉积物和孔隙水中不同形态氮的时空分布规律. 结果表明:太湖沉积物和孔隙水中不同形态的氮在垂向变化上没有明显的季节性差异. 沉积物中氮在水平分布上表现为w(TN),w(NH₄+-N)和w(NO₃－-N)在北部湖区和东部湖区较高,而在湖心区较低;在深度变化上,w(TN)从下往上逐渐增大,而w(NH₄＋-N)却呈相反的趋势,w(NO₃－-N)没有明显变化. 沉积物中w(有机氮)占w(TN)的80%,二者之间有很好的相关性(R=0.894,P<0.01),w(TN)主要受w(有机氮)影响. 孔隙水中的氮在水平分布上表现为ρ(TN),ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)与沉积物中的氮分布基本一致;垂直变化上,孔隙水ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)从下向上逐渐减小,而ρ(NO₃--N)无明显变化规律;孔隙水中ρ(NH₄+-N)占ρ(TN)的50%,二者之间也有很好的相关性(R=0.886,P<0.01),ρ(TN)主要受ρ(NH₄+-N)的影响. 分析显示,2种介质中3种形态的氮有很好的相关性. 对沉积物中不同类型的有机质和各形态氮的相关分析发现,沉积物中有机质的类型和含量是影响氮素迁移转化的重要因素.      

硬毛藻生长对水体和沉积物中碱性磷酸酶活性及磷含量的影响

为研究水体与沉积物中APA(碱性磷酸酶活性)与磷含量的相互关系,于山东省荣成天鹅湖藻类暴发区采集丝状硬毛藻和表层沉积物,进行室内模拟试验,分析了藻类生长过程中水体和沉积物中APA、磷含量、藻体生物量及磷富集量的动态变化. 结果表明:①试验初期(0~3 d),水体中ρ(TP)较高,无沉积物组各处理水体总APA变化不大,有沉积物组有所下降. 1周后,除ρ(TP)为2.00 mg/L处理外,其余处理水体ρ(SRP)(SRP为可溶性磷)降至较低水平(0~0.06 mg/L);水体总APA增加,其中无沉积物组低磷(0~0.20 mg/L)处理下APA变幅为6.02~18.32 μmol/(L·h),远高于相同初始ρ(TP)的有沉积物处理. ②与初始值相比,试验结束时低磷处理沉积物中各形态磷含量下降,APA升高. ③不同初始ρ(TP)条件下,藻体生物量相差很大,试验结束时藻体磷富集量与初始ρ(TP)呈显著正相关(P<0.05). 研究显示,硬毛藻生长可大量吸收水体中的磷,从而诱导水体中总APA增加,试验中期(4~12 d)低磷处理中AP(碱性磷酸酶)以颗粒态为主,而高磷(0.50~2.00 mg/L)处理中溶解态APA较高;另一方面,藻类生长使沉积物中APA升高,并加大了水-土界面磷的浓度梯度,从而可促进沉积物中可还原态磷和铁锰结合态磷向上覆水体释放.      

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.      

太湖流域典型河网水体氮磷负荷及迁移特征

对西太湖流域典型河道水体及沉积物氮磷含量进行分析,利用原柱样培养实验测定了沉积物-水界面氮磷交换通量及需氧量(SOD),并探讨他们之间的关系,结果表明:研究区域河道水体和沉积物氮磷总体含量水平较高,水体TN和TP平均含量分别为4.12mg/L和0.16mg/L,沉积物TN和TP平均含量分别为1658.76mg/kg和712.25mg/kg, NO₃^--N为水体无机氮的主要存在形态,NH₄⁺-N为沉积物无机氮的主要存在形态.沉积物需氧量(SOD)区域间差异较大,大体呈现西、南部区域较高,北部区域较低的特征;沉积物-水界面各无机氮磷交换通量分别为:NH₄⁺-N为-188.08~329.45mg/(m²·h),均值为13.05mg/(m²·h);NO₃^--N为-118.68~42.86mg/(m²·h),均值-28.09mg/(m²·h);NO₂^--N为-18.37~-4.81mg/(m²·h);均值-8.22mg/(m²·h);溶解性活性磷(SRP)为-10.94~10.58mg/(m²·h),均值1.34mg/(m²·h). NH₄⁺-N整体表现为由沉积物向上覆水释放,且与沉积物有机质(LOI)呈极显著正相关,SRP交换通量与沉积物中TP和TDP均显著正相关,表明NH₄⁺-N的释放与沉积物有机质的分解有关,SRP释放主要受沉积物TP和TDP影响.总体看,西部区域点位沉积物及水体氮磷污染最为严重,氮磷交换通量也较大,在区域内又表现为下游入湖口 > 上游的特征,表明人类活动对太湖流域典型河网氮磷水平及迁移转化特征影响较大.     

2010年洱海全湖氮负荷时空分布特征

为探讨不同来源的氮负荷对洱海水体富营养化的贡献,对洱海入湖河流、干湿沉降和沉积物内源等来源的氮的负荷、形态及其时空变化特征进行了研究. 结果表明:与2008年相比,2010年洱海入湖TN负荷下降了28%. 入湖河流是TN负荷的主要来源,占总入湖负荷的37%;入湖河流TN负荷与ρ(TN)、ρ(Chla)呈极显著正相关;入湖河流TN负荷以NO₃--N为主,占39%. 入湖河流氮负荷季节性变化明显,7月最高;区域性差异较大,北部3条河流是主要来源,其中弥苴河入湖TN负荷占入湖河流TN负荷的57%. 沉积物内源TN负荷占总入湖负荷的29%,NH₄+-N负荷占内源TN负荷的98%,并且与水体ρ(Chla)呈显著正相关. 沉积物中TN和NO₃--N扩散通量北部湖区最高,NH₄+-N扩散通量南部湖区最高;TN扩散通量9月最高、12月最低. 干湿沉降入湖TN负荷以NH₄+-N为主,季节性变化明显,6月最高. 控制洱海外源入湖氮负荷,应以雨季之初为关键时期,以弥苴河及其流域为重点区域,兼顾坝区农业种植结构调控,同时应加强湖泊水体生态修复,控制内源释放.      

温度、曝气和沉积物对绿潮硬毛藻分解的影响

为了解绿潮优势种——硬毛藻在温度、曝气和沉积物作用下的分解过程及三因素的效应大小,通过室内模拟研究了不同环境条件下硬毛藻早期分解过程中生物量、分解速率及藻体磷释放率的变化,分析了不同环境因子对藻体分解影响的效应大小.结果表明,高温(20~30℃)和添加沉积物均能促进硬毛藻的腐烂分解及藻体磷素释放,其中,30℃条件下含沉积物处理的最大分解速率可达12.13%·d-1,14 d后藻体磷释放率为90%以上.曝气一方面可通过扰动加速藻体生物量的损失和分解速率,另一方面提供了好氧环境,抑制了藻体生物分解和磷素释放,因而其影响效应较低.研究表明,高温和添加沉积物均可加速丝状硬毛藻的分解和藻体磷素释放,夏季应及时清除水体中滋生和衰亡的藻体.     

巢湖重污染汇流湾区沉积物营养盐分布与释放风险

南淝河、十五里河等多条入湖河道的向心型分布使巢湖西北部湖区形成汇流湖湾,了解该水域沉积物中营养盐累积分布及其释放风险,对评估污染状况具有重要意义. 于该研究湾区设置17个采样点,对沉积物营养盐含量及形态分布进行了调查分析,并使用静态释放方法对沉积物营养盐释放风险进行了研究. 结果表明:研究湾区表层沉积物中w(TN)和w(TP)分别为1 399.3~3 739.4和607.9~1 602.3 mg/kg,均远高于巢湖沉积物中w(TN)、w(TP)的平均值;w(NH₄+-N)占w(TN)的5.62%~17.60%,16个采样点的w(Al-P)占w(TP)的50%以上,由此导致沉积物中NH₄+-N和PO₄3--P释放通量较大,分别达到14.27~128.24和0.07~13.00 mg/(m2·d),并且在各河口区域释放风险相对高于湾区其他区域;氮、磷含量垂向分析显示,营养盐污染累积始于20世纪50年代(沉积物深度为24 cm),自80年代到90年代后期营养盐积累速率急速加剧. 沉积物中高含量的氮、磷营养盐及NH₄+-N和PO₄3--P释放通量导致该研究湾区沉积物成为巢湖水体的潜在污染源,因此亟需进行以各河口区域为重点的营养盐污染整治.      

刚毛藻分解对上覆水磷含量及赋存形态的影响

在荣成天鹅湖刚毛藻暴发区域采集新鲜沉积物和刚毛藻进行室内模拟试验,定期监测上覆水中溶解氧(DO)、pH和电导率等理化参数,分析水体总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)、可溶性磷(SRP)、溶解性有机磷(DOP)和颗粒态磷(PP)的含量变化,并探讨了刚毛藻分解对沉积物磷释放的影响.结果表明,刚毛藻分解过程中上覆水DO含量明显降低,其中30 g藻+水+沉积物处理基本维持在厌氧状态(0～0.17 mg·L-1);各处理水体pH值略有降低,加藻处理约降低了1个单位.刚毛藻分解使上覆水总磷及各形态磷含量大幅上升,且随藻量的增加,上升幅度变大,其中TP含量变化在0.04～1.34 mg·L-1之间.藻+水处理上覆水中磷的形态以DOP和PP为主,而藻+水+沉积物处理SRP含量明显升高.结果说明,刚毛藻分解过程中自身可释放大量的磷,且释放形态以PP和DOP为主;另一方面,藻类分解可明显促进沉积物中磷的释放,从而使得上覆水SRP含量大幅增加.     

洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征

为研究洪湖沉积物污染特征及内源营养盐释放规律,在不同季节对洪湖13个沉积物采样点进行调查,并利用柱状沉积物采样器原位采集沉积物开展静态模拟释放试验. 结果表明:①洪湖沉积物有机质、总氮和总磷含量的平均值分别为19%、4 407.4 mg/kg和1421.0 mg/kg,内源污染严重;②洪湖沉积物污染可能是水体中氮磷营养盐的重要来源之一,在5 d的静态释放模拟试验中,夏季上覆水中总氮和总磷平均浓度分别升高1.467和0.042 mg/L,冬季分别升高0.224和0.036 mg/L;③洪湖沉积物中氮磷的释放表现出显著的时空差异,夏季洪湖沉积物总氮、总磷的平均释放速率分别为133.9和4.0 mg/(m2·d),冬季分别为32.1和3.4 mg/(m2·d);④根据试验结果估算,洪湖沉积物氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a,磷的释放潜力为350~400 t/a. 研究显示,在控制流域外源污染输入和减少湖区面源污染的同时,应从根本上改善洪湖水质并重塑洪湖湿地生态系统结构与功能,在科学指导下采取远近结合的方式分区域在洪湖开展受污染沉积物的修复工作.      

星湖底泥磷含量剖面特征及其生物可利用性研究

通过对星湖底泥柱状样的采集与分析,研究了星湖底泥中磷的赋存形态、垂向变化规律及生物可利用磷的特征。结果表明,TP随深度增加而降低,含量0.25 mg·g^-1～1 mg·g^-1,生物可利用性磷的含量为0.1mg·g^-1～0.45 mg·g^-1,占TP比例较高;间隙水中磷酸盐含量明显高于湖水,相对于湖水呈可释放状态。若外界氧化还原条件发生变化,底泥磷的释放可成为影响星湖富营养化的主要因素之一。     

南漪湖沉积物磷的赋存形态及对上覆水的影响

以宣城市南漪湖为例,采用改进的无机磷分级提取方法对全湖共39个点位沉积物中磷(P)赋存形态进行系统研究,并分析其与上覆水体、间隙水等相互关系.结果表明,南漪湖水体磷污染水平已经处于高位,沉积物间隙水磷与上覆水体磷空间分布特征具有密切关系.南漪湖沉积物中总磷(TP)含量变化范围为463.3～1016.6mg/kg,其中各形态磷空间分布具有明显的差异性,与外源磷输入等密切相关.赋存形态含量大小、相对比例顺序依次为:钙结合态磷(Ca-P)>铁结合态磷(Fe-P)>铝结合态磷(Al-P)>还原剂可溶性磷(RS-P)>残渣态磷(Res-P)>弱吸附态磷(L-P).沉积物中TP含量与Fe-P、RS-P、Res-P极显著正相关,与L-P含量显著正相关.外源磷输入和水产养殖对南漪湖沉积物内源磷中Fe-P和RS-P贡献可能较大.南漪湖沉积物内源磷对上覆水体的潜在风险较高,其中生物有效性较高的L-P、Al-P、Fe-P和Rs-P的总和相对比例可达60%左右.沉积物中磷形态与间隙水磷浓度关系较密切,其中Al-P、Ca-P对间隙水中磷迁移转化具有重要影响.南漪湖主要出入湖河口沉积...     

太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响

在太湖草型区、藻型区及河口区采集原状泥柱进行加藻培养实验,监测培养过程中溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、磷酸根(PO43--P)等相关指标的变化.结果表明,蔽光培养导致加藻体系中蓝藻大量死亡,形成水体极度缺氧环境(DO接近0),沉积物氮、磷释放量改变,上覆水NH4+-N、PO43--P...     

洱海水体氮磷时空分布及其对ρ(Chla)的影响

为探讨影响洱海藻类生长的主要水质因子,对洱海近20年的水质变化及2009—2010年水质和ρ(Chla)时空变化进行了研究. 结果表明,1992年以来上覆水中ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Chla)总体呈上升趋势,近年来有所下降,ρ(Chla)与ρ(TN)和m(N)/m(P)呈显著正相关. 2009年5月—2010年12月上覆水中ρ(TN)为0.20～0.96mg/L,ρ(TP)为0.018～0.042mg/L,ρ(Chla)为6.02～22.48μg/L;年内ρ(TN)和ρ(TP)最高值均出现在7—8月,m(N)/m(P)和ρ(Chla)最高值出现在8—9月,ρ(Chla)与m(N)/m(P)呈极显著正相关.随水深增加,ρ(TN)和ρ(TP)呈上升趋势,ρ(Chla)呈下降趋势;1d内ρ(TN)最高值出现在17:30前后,ρ(TP)和ρ(Chla)最高值出现在14:30前后,ρ(Chla)与ρ(TP)呈显著正相关;年内7—8月水质最差. 洱海水体ρ(Chla)年际变化主要受ρ(TN)和m(N)/m(P)影响,年内变化主要受m(N)/m(P)影响,而日变化则主要受ρ(TP)影响.