洞庭湖浮游植物增长的限制性营养元素研究

近20年水质监测资料表明,洞庭湖水体富营养化日趋严重。洞庭湖水体主要污染物为氮和磷,而营养盐赋存形态及其含量对浮游植物生长的影响在洞庭湖尚未见报道。2011年9月至2012年8月对洞庭湖浮游植物生物量及主要营养盐赋存形态与含量进行监测,同时利用藻类增长的生物学（NEB）评价方法对限制浮游植物增长的营养盐进行了研究,并分析了浮游植物生物量与各营养元素之间的相关性。结果表明：洞庭湖主要污染物总氮（TN）和总磷（TP）的年平均值分别为1.90 mg·L-1和0.093 mg·L-1,溶解态无机氮（DIN）平均占ρ（TN）比例为87%,溶解态总磷（DTP）平均占ρ（TP）比例为70%。洞庭湖水体中,DIN是TN的主要贡献者,且不同形态DIN的贡献大小依次为ρ（NO3--N）〉ρ（NH4＋-N）〉ρ（NO2--N）;磷形态组成中,TP主要以溶解反应性磷（SRP）存在。春季洞庭湖水体中ρ（TN）、ρ（TP）较高,这一结果可能源于春季面源污染。洞庭湖水体中ρ（Chla）与氮显著正相关,与磷显著负相关。NEB 实验结果表明氮对洞庭湖浮游植物生长有明显的促进作用,其幅度随氮浓度的增加而加强,而磷对浮游植物的生长影响不大,有时出现抑制作用,硝态氮与磷之间不存在交互作用。因此,氮可能是洞庭湖浮游植物增长的主要限制性营养因子,这一研究暗示在洞庭湖富营养化控制过程中应特别注重氮的控制。     

红壤稻田系统水分和养分转换效益研究

田间模拟施肥和水分管理模式的定位试验结果表明：施肥和水分管理模式显著地影响水分和养分的转化和生产效益。单施N的产量效应为4.5 kg/kg,而NP或NPK配施养分的产量效应分别为8.8 kg/kg和8.0 kg/kg;有机物料循环的增产率为56.5%;在有机物循环的基础上配施NPK化肥最大的增产率可达79.8%。常规灌溉年需水量为5 838 m3/hm2,田间水分分配为：蒸散占1/2,翻耕整地占1/6,植物构成占1/21,田间渗漏占1/14,其它环境耗水(维持)占1/5。晚稻灌溉占全年的71%,7～9月是灌溉需水高峰期,占全年灌溉量的68%。生产灌溉效率：生物量3.67 kg/m3,精谷量1.48 kg/m3。双季稻生产的灌溉,以早稻保持水层灌溉,晚稻按需配额灌溉的模式比较适宜。     

太湖藻源性颗粒物降解过程中营养盐转化及其生态效应

以太湖水体中藻源性颗粒有机物作为切入点,研究了不同环境条件下(有光,无光)藻源性颗粒有机物降解过程中C,N,P等营养元素的形态变化过程,分析了藻源性颗粒有机物对水体营养盐循环和浮游植物生长中的作用.实验结果显示,蓝藻水华过程中,藻源性颗粒有机物最高可占水体总C,N,P比例的81.51%,94.60%,97.47%,是水体营养元素的重要组成部分;有光组颗粒物APA显著高于无光组,说明有光组中颗粒态P降解和转化速率显著高于无光组,但有光组水体中SRP浓度低于无光组,Chl-a浓度高于无光组,说明有光组中藻源性颗粒物降解的同时伴随着藻类的生长,颗粒物释放的SRP被浮游植物吸收并转化为生物量;光照对C,N,P的降解过程有明显影响,无光组颗粒物中C,N,P降解速率是有光组的2倍,可降解比例是有光组的(2.5±0.1)倍;实验中还发现前7d各元素的降解速率要高于之后的降解速率.综上,藻源性颗粒物营养盐总量大,生物可利用性高,降解迅速,且降解产物可被浮游植物吸收,是藻类生长和水华发生重要的营养盐来源.     

水文变化条件下农田溪流营养盐滞留效应模拟

以巢湖流域某一典型农田源头溪流为对象,基于溪流水文条件的动态变化性,从水文概率密度模型与营养盐滞留率模型综合集成角度,解析较长时间尺度下营养盐滞留有效流量的动态变化特征.在对水文概率密度模型Monte Carlo随机模拟的基础上,根据先前10次野外示踪实验获得的营养盐吸收速度等数据信息,定量评估溪流营养盐滞留的总体水平,估算最有效流量和等效流量.结果表明,农田溪流渠段的NH₄⁺、PO₄^3-滞留能力总体偏低,相应的期望滞留率分别为0.0671(6.71%)和0.0541(5.41%),最有效流量分别为0.0051,0.0049m³/s,功能等效流量分别为0.044,0.043m³/s.基于溪流营养盐吸收速度明显偏低的客观现状,有必要从溪流形态和河床地貌特征的改造着手,提升溪流水体营养盐滞留能力.     

基于种养平衡的杭州市畜禽养殖环境承载力研究

种养结合循环利用是生态化、资源化解决畜禽规模养殖粪污排放问题的根本途径。论文以土壤有效氮、磷含量预测土壤供肥能力,结合种植和养殖业年度统计数据,利用修正的养分平衡法估算杭州市畜禽养殖环境承载力,并分析杭州市各县市畜禽养殖污染风险。结果表明：2014年杭州市畜禽养殖环境承载力以氮、磷计分别为18.20和 18.29头猪当量/hm²,实际承载量分别为13.26和12.70头猪当量/hm²,污染风险指数分别为0.73和0.69,说明杭州市整体处于畜禽养殖低污染风险状态,但各县市的污染负荷差异显著,市区等4个县市属于过量承载,存在较高的污染风险,富阳等4个县市仍有一定的承载潜力。研究结果可为杭州市种养业平衡整体规模配置、布局调整和粪污消纳等决策提供科学依据。     

氮添加对侵蚀退化红壤化学性质及芒萁叶功能性状的影响

蕨类植物芒萁(Dicranopteris dichotoma)是我国南方红壤侵蚀区重要的水土保持植物,但目前氮添加对芒萁叶功能性状及其基部土壤化学性质以及这二者之间关系的影响尚不清楚.以芒萁作为研究对象,采用盆栽实验,设置CK(0 gm^-2a^-1)、N1(1.1 gm^-2a^-1)、N2(2.3 gm^-2a^-1)、N3(3.4 gm^-2a^-1)、N4(4.5 gm^-2a^-1)、N5(5.6 gm^-2a^-1)共6个梯度的氮添加处理,研究氮添加对芒萁主要叶功能性状及其基部土壤主要理化性质的影响,并分析芒萁叶功能性状与土壤化学性质间的相关关系,为南方红壤侵蚀区生态恢复以及可持续发展提供相关科学依据.结果显示:(1)氮添加显著增加土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量(P <0.05),显著降低pH值和全磷含量(P <0.05),表明氮添加能提高氮素有效性及导致红壤酸化.(2)氮添加显著增大芒萁叶面积、叶绿素含量与叶氮含量(P <0.05),但未对比叶面积和叶组织密度产生显著影响.(3)芒萁叶面积与土壤pH及其全磷含量呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关(P <0.05);叶氮含量与土壤pH呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全磷含量呈显著负相关(P <0.05),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关(P <0.05);叶磷含量与土壤pH呈显著正相关(P <0.05),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全磷含量相关不明显;叶绿素含量与土壤各化学性质指标均未存在显著相关性.上述结果表明,氮添加会提高退化土壤氮素有效性,促进芒萁对土壤氮素的吸收,导致叶氮含量升高;适度的氮添加会提高叶磷含量,但过量的氮添加则会显著降低叶磷含量.(图1表2参62)     

营养物缺乏引起的丝状污泥膨胀研究

营养物的比例以及含量是污泥膨胀能否形成的重要因素.各种微量元素在微生物生长过程需要的量非常之少,但作为其生长中一种必不可少的营养物质,占据了与碳、氯、磷、氧等同样的地位.若底物中缺少这些营养物质,会抑制或终止许多生物化学反应,降低营养敏感型微生物的活性和底物降解能力,改变微生物类群和数量.使低营养型微生物,如某些丝状菌得以过量增殖,出现污泥膨胀问题.     

紫茎泽兰入侵过程中生物群落的交互作用

生物入侵在全球范围内影响了生物群落的结构与功能,打破了群落内物种共存的生态格局,继而反馈性影响全球环境。该文就外来杂草紫茎泽兰入侵对生物群落之间交互作用的影响进行了分析。1）紫茎泽兰通过竞争排斥降低了土著植物群落的多样性,造成依赖于土著植物的节肢动物群落减少或丧失适宜的栖息环境。2）打破了土著植物与节肢动物之间相互依存的状态,并通过单优群落优势和强烈化感作用制约天敌昆虫的自然控制作用。3）通过改变地表生境和枯落物种类影响土壤动物群落。4）引起土壤微生物群落组成和功能的变化,改变土壤中可利用资源的形式和数量,影响并重塑了生物种间互作模式,并动态反馈于地面植物群落新格局的形成。分析指出：1）入侵过程中群落之间的交互作用通过多层次生态过程对群落结构与功能的生态改变发挥影响。2）入侵对生物群落的改变所产生的生态驱动反馈性作用于群落互作模式的重塑、群落和生态系统新格局的重建。同时,指出了生物入侵对群落影响的复杂性以及后续研究的方向。     

太湖蓝藻的时空变化规律及治理方法

利用2009─2012年丰水期和平水期的生物调查获取的环境和生物数据,研究太湖蓝藻的时空分布规律,分析蓝藻分布与其他物理、化学和生物因子（如温度、酸碱性、有机物和营养盐含量、浮游植物与浮游动物密度等）的相关关系。结果表明：太湖水质基本上超出V类地表水指标,主要的超标因子是总氮。总氮在丰水期和平水期的质量浓度分别为3.05 mg·L-1和1.65 mg·L-1,总氮在丰水期质量浓度降低的主要原因可能是丰水期蓝藻迅速生长,吸收了大量的营养盐。蓝藻仍是太湖浮游植物的优势种。2009─2012年太湖蓝藻的密度随年份无明显变化,但随季节和区域存在显著差异：丰水期蓝藻密度均值为4.87×10^7cell·L-1,明显高于平水期蓝藻密度（1.51×10^6 cell·L-1）;太湖东部采样点蓝藻密度明显低于其他湖区。影响蓝藻的非生物因素包括温度、酸碱度和营养盐,高温、偏碱性和高营养盐含量都会增加蓝藻的密度。蓝藻与其他浮游植物和大型水生植物之间存在竞争关系,蓝藻密度增加促进了枝角类的生长。推荐利用机械打捞和大型水生植物修复方法,因为这2种方法可在降低蓝藻密度的同时去除水体中的有机物和营养盐,可以从根本上降低太湖蓝藻水华的风险。增加其他藻类和枝角类控制蓝藻水华方法可行性较差：1）蓝藻暴发时期其它藻类对能量和营养的竞争能力弱于蓝藻,难以抑制蓝藻的生长;2）在太湖中增加枝角类可能降低现有蓝藻的密度,但建立完整的食物链体系降低富营养化程度,防范生物调控中可能存在的生态风险（如其他藻类水华等）较困难。     

乌梁素海沉积物中营养盐分布特征与固碳能力

通过2008—2011年连续现场采样和室内实验分析,研究了乌梁素海沉积物营养盐的分布特征以及固碳功能.结果发现,乌梁素海沉积物中氮与有机碳水平分布具有相同规律,总磷水平分布差异较大,揭示了沉积环境和水动力条件对磷在沉积物中的累积具有一定影响,也在一定程度上反映了磷来源的多样性.在垂直方向上,总氮、有机碳、硝态氮规律明显,随深度增加有递减的趋势,而总磷和氨氮垂直分布差异性显著,表明其与环境因素和早期演化和成岩作用有关.乌梁素海沉积物中C:N:P=20.2:4.5:1,小于Redfield比(C:N:P=106:16:1).沉积物中总氮与有机碳有明显的正相关性,而总磷与有机碳无相关性.乌梁素海沉积物有机碳沉积速率为169.55 g·m-2·a-1,有机碳密度为5.70 kg·m-2.30 cm深度沉积物中,碳储量为134.39×104t,存在很大的固碳潜力,这对于调节气候变化和维护湖泊区域生态平衡具有重要潜能.