腐解对水-底泥-黑藻系统中氮迁移转化的影响

文章在约12 L的圆柱形聚乙烯塑料桶进行实验,通过对水-底泥-黑藻系统腐解模拟研究,监测在黑藻衰亡期时整个系统及在各介质中总氮和各形态氮含量变化,以此反映氮元素在研究系统中迁移转化规律。实验表明:在整个实验过程中,腐解量为30 g时,系统中TN、NH_4~--N分别增加了21.4%、13.8%,NO_3~-N降低了19.5%;腐解量为60 g时,系统中TN、NH_4~+-N、NO_3~--N分别增加了37.6%、67.1%、13.0%,而对照组TN增加了5.8%,NH_4~+-N、NO_3~--N分别下降了25.6%和61.1%;同时腐解量与TN的增幅呈正比。黑藻的腐解促进了好氧性分解菌和氮循环菌的增殖,从而影响整个系统的氮素循环,并且改变系统中各形态氮的迁移转化。     

沉水植物黑藻腐解过程中营养盐释放过程

为探究沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律,采用黑藻(Hydrilla verticillata Royle)作为研究用沉水植物,在实验室内模拟了黑藻在初春温度下腐解过程中的主要营养盐碳、氮、磷的释放过程.结果表明:黑藻在试验初期迅速腐解,该过程中向水体释放大量碳(81.31%)、氮(81.62%)、磷(85.94%).但随着时间的推移,黑藻向水体释放的磷大部分沉积进入底泥,而氮有部分沉积进入底泥,同时有部分以气体形式移出水体.黑藻腐烂分解产生的厌氧条件以及高TOC供给促进水体反硝化作用加快氮素移出水体.但是较大生物残留量会引起水体缺氧,植物残体分解加剧,导致水质严重恶化,因此需要适时收割水生植物来控制水体残留生物量.     

3种水生植物腐解过程中磷营养物质迁移、转化过程研究

室内模拟沉水植物狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L)、浮水植物菱角(Trapa bispinosa Roxb)、挺水植物荷花(Lotus flower)在5.7 g·L~(-1)初始生物量密度下的腐解过程,并探究该过程中磷营养物质迁移、转化规律.结果发现,3种植物腐解速率在第2 d上升至最大值(分别为1.075、1.455、1.16 g·d~(-1))后出现下降-上升-下降的变化规律,并且在整个腐解周期内种间差异性显著(p0.01),造成整个腐解周期内狐尾藻、菱角、荷花3种植物平均磷释放速率分别为0.456、0.670、0.537 mg·g~(-1),且以无机磷酸盐为主;水中释放的磷在底泥吸附及其自身沉降等作用下,明显向底泥迁移转化,水中磷含量下降,最终在试验结束时恢复至初始水平(0.5 mg·L~(-1));该研究可为湖泊水生植被系统的修复或重建提供科学参考.     

沉水植物黑藻腐解对微囊藻休眠体复苏的影响

模拟沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata)生物量(以湿质量计)分别为0、10、25和50 g时,在17℃下腐解过程中对微囊藻(Microcystis)休眠体复苏的影响,并通过测定沉积物和上覆水的理化指标,探究腐解过程中环境因素的变化及其对微囊藻复苏的影响.为期84 d的腐解试验结果显示,沉水植物黑藻的腐解对微囊藻休眠体复苏具有抑制作用,且黑藻生物量越高抑制作用越强.另外,水体及沉积物中的TN、TP和总有机物含量,沉积物表面的光照强度及pH均随黑藻的腐解时间及黑藻生物量的不同而变化.黑藻的腐解会使沉积物中w(TN)升高;与无黑藻组相比,黑藻生物量越多释放到上覆水中的TN越多,但由于沉积物的吸附及微生物的作用,各试验组中上覆水ρ(TN)呈逐渐下降趋势;黑藻的腐解引起沉积物w(TP)显著升高,并在短时间内造成上覆水中ρ(TP)增加,64 d后复原到初始水平;沉积物及水体中的总有机物含量呈先升后降的趋势,在腐解后期水体中ρ(TOC)基本恢复到初始水平.在腐解过程中抑制微囊藻复苏生长的因素可能包括ρ(TP)的升高及光照强度和pH降低.      

腐解黑藻生物量对高硝态氮水体氮素的影响

采用常见沉水植物黑藻为试验材料,引入太湖底泥并设定上覆水初始ρ(硝态氮)为15 mg/L,模拟初春沉水植物大规模腐烂时的温度,开展为期32 d的黑藻腐解试验研究. 结果显示,黑藻腐解对水体中ρ(氨氮)与ρ(硝态氮)之和的影响呈U字型,试验条件下黑藻腐解生物量为2.0 g(相当于0.111 kg/m2)时,水体中ρ(氨氮)与ρ(硝态氮)之和最低. 随着黑藻的腐解,释放进入水体的有机质和氮素增加,但同时也提高了水体中的ρ(TOC)/ρ(硝态氮)值,降低了Eh,提高了微生物的活性,因此有利于反硝化反应的发生.      

黑藻与金鱼藻自然衰亡过程中营养盐释放规律研究

为研究在自然衰亡状态下黑藻（Hydrilla verticillata）与金鱼藻（Ceratophyllum demersum）营养盐释放规律,采用人工模拟的方式,于黑藻和金鱼藻进入衰亡期时,采用塑料薄膜捆扎植物根部的方式,阻隔水和底泥界面之间的物质交换,避免底泥释放对水营养盐的影响;同时,监测水中环境因子和营养盐的动态变化,分析营养盐的释放与环境因子之间的关系.结果表明:①黑藻和金鱼藻两种沉水植物在模拟自然状态下分解速率和生物量无显著性差异（P>0.05）,Olson指数的分解速率分别为0.011、0.010 d-1.②水中氮、磷质量浓度峰值在试验的第40~50天.水中磷形态以DTP（溶解性总磷）和SRP（溶解性活性磷）为主,氮形态以DTN（溶解性总氮）和NO₃--N为主.由于SRP、NO₃--N分别是DTP、DTN的组分之一,因此黑藻和金鱼藻在衰亡期向水中释放的氮、磷形态主要为NO₃--N和SRP.③环境因子pH、DO、ORP（氧化还原电位）均呈不同程度的先降后升趋势.主成分分析结果表明,金鱼藻和黑藻环境因子主成分F_j和F_h、生物量剩余百分比分别与两植物组营养盐第一主成分之间二次曲线拟合效果较好,因此通过对数据进行降维处理,可建立二者之间的函数方程.研究显示,黑藻和金鱼藻两种沉水植物自然分解速率基本一致,衰亡期间向水中主要释放NO₃--N和SRP,水中氮、磷质量浓度呈单峰变化,通过主成分分析可以建立环境因子和营养盐之间的函数关系.      

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.      

沉水植物腐解对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了苦草在衰亡腐解过程中营养盐的释放规律以及对水体水质的影响,并初步探讨了其影响机理. 在初始生物量为689g/m2的条件下,苦草衰亡与腐烂分解对水体水质的影响呈2个阶段. 第1阶段为10月—翌年2月寒冷的秋、冬季节,表现为降解释放过程,但这一过程向水体及底泥中释放的碳、氮、磷较少,大部分碳、氮、磷仍保留在苦草残体中,水体pH及ρ(DO)也没有明显的变化. 第2阶段为3—4月天气回暖后,苦草残体的腐解速率急剧加快,向水体及底泥释放大量营养盐;3月水体TOC、TN、TP总量较2月分别增长了216.64%、60.96%、144.40%,底泥中TOC、TN、TP总量分别增长了31.20%、9.41%、19.99%;pH增长了6.27%,ρ(DO)降低了91.5%. 沉水植物腐解过程中各营养盐的赋存形态不断发生转化,并在水-底泥-植物三者间进行迁移.      

温度对沉水植物腐解释放DOM及微生物群落多样性的影响

在5,10,20,35℃下研究了黑藻和马来眼子菜腐解过程中DOM的特性、细菌和真菌群落结构多样性的变化.结果表明,腐解结束时5,10,20,35℃下黑藻的干物质剩余量分别为初始干物质质量的59.13%、43.91%、32.61%和29.57%,马来眼子菜的干物质剩余量分别为初始干物质质量的69.13%、51.3%、30.87%和29.57%.升高温度一定程度上促进了植物有机碳和全氮释放,对全磷无明显影响（P>0.05）.采用平行因子分析法得到黑藻中含有2种类腐殖酸组分C1、C2和1种类蛋白质组分C3,马来眼子菜中含有3种类腐殖酸组分C1、C2和C3.温度升高使得腐解水体中DO和电导率的变化程度加剧,总体上4种温度下2种植物腐解水体中DO均呈现先下降后上升的趋势.通过高通量测序得到腐解前期（0~16d）参与黑藻和马来眼子菜腐解的主要细菌分别为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;腐解中后期（16~68d）参与黑藻和马来眼子菜腐解的细菌分别以厚壁菌门（Phylum Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）为主,温度对细菌群落结构无明显影响,而参与2种植物腐解的真菌均以子囊菌（Ascomycetes）最为活跃.     

再悬浮条件下底泥中磷赋存形态的转化研究

以富营养化河流的底泥和上覆水为材料,研究了底泥再悬浮条件下,磷的赋存形态的变化特征,并对不同形态磷之间可能的转化途径进行了探讨.结果表明,底泥再悬浮条件下,磷的释放及吸附均与底泥再悬浮的频率密切相关.再悬浮导致底泥中不同形态磷的数量分布发生了明显变化. BD-P和NaOH-nrP的含量显著减少,而Ca-P的含量明显增加,其余各形态磷的变化幅度很小.这表明, BD-P和NaOH-nrP可能转化成Ca-P.而潜在活性磷与生物有效磷的形成量也表明,底泥再悬浮促进了易释放态磷与生物有效磷向难释放态磷与难被生物利用态磷的转化,并且这种促进作用随着底泥再悬浮的频率的增加而增加.     

丝状绿藻腐烂过程对水质和沉水植物黑藻生长的影响实验研究

从野外采集沉水植物黑藻种植于120L的塑料桶内,然后采集丝状绿藻放在培养黑藻的桶内.设种植黑藻而不放入丝状绿藻的桶为对照.由于夏季高温和强光,丝状绿藻在数天内会逐渐腐烂.研究发现,在丝状绿藻腐烂过程中,水体的溶解氧(DO)、pH值、水下光强度与水面光强度的比值均比对照组大大降低,尤其是溶解氧,有时甚至下降为零.而水体的温度、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸钾指数(CODMn)在丝状绿藻腐烂过程中则上升,后3个指标大大高于对照.有丝状绿藻处理的试验组,随着丝状绿藻的腐烂,沉水植物黑藻亦慢慢腐烂,最后消失.而对照组黑藻生长良好,生物量大大上升.因此,我们认为,丝状绿藻腐烂过程中引起的水质指标变化,尤其是降低溶解氧、降低水下光照强度、降低pH和使水体温度上升是沉水植物黑藻死亡的主要原因.这种现象在进行沉水植被恢复过程中值得注意,并应寻找对策.     

沉水植物黑藻对沉积物有机、无机磷形态及潜在可交换性磷的影响

在室内模拟条件下研究了沉水植物黑藻对沉积物有机及无机磷形态及潜在可交换性磷的影响.结果表明:①黑藻可显著降低沉积物的有机质、阳离子代换量及总磷(p<0.05),对沉积物中的磷起到活化的作用.②黑藻对沉积物无机磷形态中的NaOH-P有极显著影响(p<0.01),对有机磷形态中的活性有机磷有一定影响(p<0.1),而对其他形态磷的影响没有达到显著水平.③有植物组沉积物的潜在可交换性磷的量增大了11.5%,而对照组沉积物的却减少了61.0%.两者变化的方向截然相反,而且变化的程度也存在较大差异.这说明黑藻的作用增大了沉积物中潜在可交换性磷的量.     

低温条件下黑藻对模拟污水的净化能力

沉水植物在净化污染水体中的应用已得到国内外广泛关注。试验选取沉水植物黑藻为研究对象,在实验室内模拟中国北方冬季低温环境（4 ℃、500~800 lx）,研究黑藻的投加量对模拟污水中氮的净化效果及其对水体的影响。结果表明,在试验周期内,黑藻在该低温条件下能维持基本生命活动,通过光合作用可提高水体pH至8.0以上,维持水体DO浓度为3~5 mg/L。黑藻投加量为17.5 g/L时对NH₄⁺-N和TN的去除效果最佳,最终去除率分别为25.29%和20.97%。投放黑藻后,一方面强化了植物吸收;另一方面,通过改变系统环境,强化了硝化反硝化作用和氨的挥发作用,实现了水体中氮的强化去除。     

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。     

黑藻对城市河道水质的净化效果

采用模拟试验研究了黑藻对城市河道水质的净化效果。结果表明,与静水状态相比,在流速为1.74 cm/s的动水条件下,黑藻对NH₃-N、TP和COD_Cr的净化均有优势,平均去除率为92.03%、83.08%和74.04%;根据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》要求,试验结束后,地表水质可由原Ⅴ类水净化为Ⅲ类水;动水组黑藻平均生物量大于静水组。说明黑藻在较低流速的水环境中生长情况好于静水条件,并且净化作用更优。     

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.