马来眼子菜腐烂分解氮磷转化模型研究

马来眼子菜是太湖水生植被中重要的优势种,其新陈代谢残体腐烂分解过程是湖泊水体营养盐循环重要组成部分.为定量化揭示其腐烂分解规律以及对水体营养盐含量影响,基于室内马来眼子菜腐烂分解试验结果,建立了马来眼子菜腐烂分解氮磷转化模型.模型由马来眼子菜腐烂分解氮转化子模型和磷转化子模型组成,考虑了马来眼子菜体内无机氮磷的溶解、有机氮磷的降解以及边壁对水体中氮磷吸附3个主要过程.模型共有8个状态变量,分别为马来眼子菜体内无机氮、有机氮、无机磷、有机磷,以及水体中总氮、总磷、边壁吸附的氮和磷.模型校验输出的水体总氮、总磷以及最后1 d的马来眼子菜体内氮磷、边壁吸附的氮磷与试验实测值吻合较好,校验获得的马来眼子菜体内无机氮、无机磷溶解释放速率分别为0.04 d-1、0.06 d-1,其体内有机氮、有机磷降解释放速率分别为0.00525 d-1、0.01044 d-1.模型结果显示,马来眼子菜在腐烂分解的前5 d,其体内分别有6.7%、35.8%的氮、磷被分解;磷优先于氮释放,其机制是马来眼子菜残体含有相对较高比例的无机磷;温度变化对马来眼子菜腐烂分解释放氮磷转化过程具有一定影响,但在温度较低时,温度变化对马来眼子菜腐烂分解的影响较小;马来眼子菜分解仅在一定的时间内对水质产生不利影响,其后水体颗粒以及边壁吸附作用能消除这种影响.     

人工湿地处理污染河水和湿地植物腐烂分解影响研究

以高原复合型人工湿地为研究对象,在水力负荷为0.067 m/d的条件下,监测湿地对CODCr、TN、TP、氨氮的去除率达到了66.3%、82.5%、43.2%、76%;采集了梭鱼草、美人蕉、芦苇、水葱、茭白、再力花6种挺水植物地上部分,测定了它们的TN、TP、有机质等营养物质含量和它们腐烂分解过程中TN、TP、COD等释放强度。结果表明:梭鱼草、美人蕉、茭白释放强度较强,再力花和芦苇释放强度较弱,在选择湿地植物时综合考虑植物吸收污染物能力情况下,可以优先考虑再力花、芦苇等植物。     

人工湿地处理污染河水和湿地植物腐烂分解影响研究

以高原复合型人工湿地为研究对象,在水力负荷为0．067m／d的条件下,监测湿地对CODCr、TN、TP、氨氮的去除率达到了66．3％、82．5％、43．2％、76％;采集了梭鱼草、美人蕉、芦苇、水葱、茭白、再力花6种挺水植物地上部分,测定了它们的TN、TP、有机质等营养物质含量和它们腐烂分解过程中TN、TP、COD等释放强度。结果表明：梭鱼草、美人蕉、茭白释放强度较强,再力花和芦苇释放强度较弱,在选择湿地植物时综合考虑植物吸收污染物能力情况下,可以优先考虑再力花、芦苇等植物。     

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.     

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.     

5种沉水植物死亡分解过程中氮磷营养物质的释放

实验测定了上海地区5种常见沉水植物的营养成分含量以及这5 种沉植物在好氧(D0＞3.5 mg/L)和低氧(D0＜3.5 mg/L)状态下分解释放TN.TP和有机物(以CODMn表示)等营养物质的动态过程,并对营养物质释放强度和营养成分含量之间的相关性进行了分析.结果表明(1)5种沉水植物中.金鱼藻的氮和磷含量最高.分别为(4.07±0.22)%和(0.99±0.0g)%.(2)好氧状态下,TN和有机物的释放强度大于低氧状态,而2种状态下,TP的释放没有显著差异.(3)沉水植物对磷的释放较氮快,一般需10 d左右;而TN和有机物的释放分别需要28～30 d和20 d左右.(4)在好氧状态下,亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和可溶性总磷酸盐的平均释放强度与植物氨含量呈显著正相关(P＜0.05);氨氮的平均释放强度同沉水植物磷含量呈显著正相关(P＜0.05);在低氧状态下.亚硝酸盐氮和氮含量、硝酸盐氮和磷含量分别呈显著正相关(P＜0.05);有机物的平均释放强度与沉水植物磷含量呈极显著负相关(P＜0.01).     

水库浅水区底泥营养物质释放与藻类生长关系研究

采用围格试验,通过对自然条件下的水库浅水区底泥及上覆水体的模拟,研究了水库浅水区底泥营养物质的释放规律及其与藻类生长的关系。结果表明:水库浅水区底泥营养物质在第10天开始释放,在第17天出现峰值,营养物质的释放会加速藻类的生长;改变底泥原始上覆水的水质条件,低浓度的原始上覆水可加速底泥营养物质的释放,同时藻类出现峰值的时间晚于高浓度的上覆水;雨季的到来可以加速底泥中P的释放,进而加速藻类的爆发,特别是绿藻爆发;藻类爆发前期,p H和溶解氧均会升高并出现峰值。     

凤眼莲腐烂分解对湖泊水质的影响

在南京莫愁湖生态工程围区内,将凤眼莲(EichhorniacrassipesSolms)压入水下,待其自然腐烂分解,跟踪监测水质变化情况,研究凤眼莲腐烂分解对湖泊水质的影响.结果表明,初冬压入水下的凤眼莲到次年3月中旬左右开始腐烂并对湖泊水体产生一定污染,4月中旬左右达到高峰,到5月中旬左右污染影响明显下降.水质变化呈抛物线状,可划分为4个阶段.由于残体释放量与水体自净力之间存在此消彼长的关系,提高湖泊水体自净能力是降低冬季水生植物死亡污染水体的关键所在.     

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。     

东平湖菹草腐烂分解及其对水环境的影响

于2011年6月-7月在现场采用网袋法研究了东平湖沉水植物菹草的分解失重和营养元素的变化动态.结果表明,菹草在0～14d腐烂分解较快,40 d可分解约80％的生物量,年残留率为5.0％,与一次指数模型相比,二次指数模型Wt/W0 =0.785e-0.386t +0.215e-0.004t(R2=0.876)能更好的描述菹草分解失重动态.菹草残留物中各营养元素的损失与干重衰减不同步,C、N、S含量在1～20 d内表现为上升,20～30 d显著下降,30～40 d略有增加但变化较小;P含量在1～6 d显著下降,随后呈缓慢上升趋势.菹草各营养元素的累积释放率变化规律基本一致,均在14 d和25 d达到峰值,在腐烂初期(0～8d)表现为P＞S＞C＞N,8d后(10～40 d)表现为P＞C＞S＞N.各营养元素的释放主要集中在菹草腐烂分解的前期(0～ 14 d),初步估算东平湖内该期间C、N、S、P的释放量约为12510 t、1187 t、147 t和235 t,相当于水中C、N、S、P分别增加约29.9、2.84、0.35、0.56 mg·L-1,易造成水体的“二次污染”.东平湖菹草年残留量约为2090t(干重),约占东平湖沉积通量的0.6％,对湖泊的填平作用较小.     

风浪作用下的底泥悬浮沉降及内源释放量研究

分别于春夏秋冬4个季节对太湖梅梁湾水体开展了5次野外实验,利用沉积物捕获器收集沉积物,采用Gansith公式法计算了沉积物的再悬浮通量,并建立了其与风速的关系;对代表不同风浪作用下的太湖悬浮物进行了7次静沉降实验,计算了悬浮物的静沉降通量,并建立了其与悬浮物浓度关系.以3.7 m/s为界对低泥悬浮沉降过程进行分解和概化,计算了2005年每日的悬浮沉降量,并利用近10年的风速资料估算了太湖年均内源释放量,结果表明,太湖每日的内源释放量受风速影响显著,和风速变化趋势较为接近,然而不同营养盐的释放状况却各不相同.太湖内源年均进人水体的净底泥量有19.03万t,冬季最大.夏季次之;就营养物质释放量而言,COD约4.96万t、总氮约7 773.0 t、总磷约275.5 t.其中秋季营养物质释放量最小,夏季最大.     

水稻土中甲硫氨酸分解释放挥发性含硫气体的影响因素

为了探讨水稻土中含硫气体产生和释放的途径 ,在室内培养条件下 ,测定了南京水稻土中含硫气体的释放 .从该淹水土壤中测出 3种含硫气体 ;羰基硫 (COS)、二甲基硫 (DMS)和少量硫化氢 (H₂S)气体 .当土壤中加入甲硫氨酸后 ,DMS气体的释放量有了明显增加 ,此外还有大量甲硫醇 (CH₃SH)和二甲基二硫 (DMDS)气体测出 .而 COS在好氧条件 (普通大气淹水 )下的释放量明显增加 ,在厌氧条件 (充氮淹水 )下的释放量变化不明显 ;只有 H₂S的释放量几乎没变 .这些结果表明 ,甲硫氨酸的分解可能是 COS、DMS、CH₃SH和 DMDS的产生源之一 ,且释放含硫气体的种类明显不同于胱氨酸和半胱氨酸 .在好氧 (普通大气 )条件下 ,DMDS和 CH₃SH的释放量低于厌氧情况 (充氮气 )下的释放量 ,DMS则高于厌氧条件下的释放量 .这表明 ,水稻土中甲硫氨酸分解产生 DMDS和 CH3SH需较强的还原条件 ,产生这 2种气体的微生物需要严格的厌氧条件 .产生 DMS的微生物则比前者需要高一些的含氧量 .土壤 pH值和含水量及光照对甲硫氨酸分解释放含硫气体均有影响 .各含硫气体在持水率 50%、普通大气、光照条件下的释放量明显高于无光照条件下的释放量 .     

流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.     

沉水植物衰亡过程中营养盐的释放过程及规律

在实验室模拟条件下研究了常见沉水植物苦草、金鱼藻在自然衰亡过程中主要营养盐氮、磷的释放过程,探索沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律. 结果表明:秋、冬季低温条件下,苦草、金鱼藻逐渐衰亡腐败,该过程向水体中释放的氮、磷很少,大部分氮、磷保留在植物残体中. 至次年天气回暖后,植物体的腐败分解有所加快,向水体释放氮、磷并有部分氮、磷沉积进入底泥. 苦草、金鱼藻具有较低的分解速度,有利于降低系统中氮、磷的循环速度. 残留植物体的生物量可影响植物体的分解速度和程度,较大的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.      

三峡库区典型消落带草本植物氮磷养分浸泡释放实验

三峡库区消落带植被淹水后腐烂分解,可能成为影响库区水环境安全的重要营养源.以三峡库区6种消落带优势草本植物茎叶为材料,利用室内浸泡模拟实验,测定上覆水中氮磷浓度的变化,结合初始基质碳、氮、磷含量分析,力图查明消落带草本植物淹水后氮磷养分释放特征.结果表明:①消落带植物初始基质碳、氮含量差异显著,而磷含量彼此相近.②消落带植物淹水分解造成上覆水pH升高,氧化还原电位(Eh)降低,氮磷养分快速释放和上覆水氮磷浓度增加,总氮(TN)和总磷(TP)释放量分别为(3.85±2.53)、(1.33±0.73)mg.g-1.消落带植物淹水TN和氨氮(NH4+-N)的释放过程呈抛物线状,TP呈对数曲线状.TN、TP的释放峰值时间平均15 d,NH4+-N平均33 d.养分释放量和释放速率均呈TN>TP>NH4+-N的特点,消落带植被经过3个月的浸泡,TN、NH4+-N和TP的释放负荷分别为:22.4、8.9、4.5 kg.hm-2.③植物初始基质的C含量越低,N、P含量越高,植物淹水后氮磷养分的释放量和释放速率就越大.     

太湖水体溶解性有机质荧光特征及其来源解析

利用三维荧光光谱(3DEEM)-平行因子分析(PARAFAC)技术,通过野外现场调查和室内模拟实验,分析富营养化湖泊(太湖)水体溶解性有机质(DOM)组成结构、分布规律及其来源,进一步研究藻类和水生植物残骸腐烂分解以及沉积物释放对水体DOM荧光组成特征的影响.结果表明:1太湖水体各个湖区DOM主要以类色氨酸物质(T1、T2峰)为主,竺山湾还存在类腐殖质和类富里酸物质,其荧光指数(f450/500)为1.53±0.06,接近陆源f450/500值(1.4),DOC浓度全湖最高((7.13±2.45)mg·L-1),兼具陆源与生物来源的双重特性.2太湖藻类DOM组成丰富,出现了7种荧光组分,主要为类腐殖质、类富里酸和类蛋白物质(包括类色氨酸和类酪氨酸),藻类腐烂分解后,紫外区类色氨酸T2峰和类酪氨酸B2峰消失,其他类蛋白物质和部分易降解的类富里酸物质向水体中释放,其中A峰和C峰所代表的类富里酸物质降解率较高,分别降解了70.3%和41.0%.3水生植物DOM以类腐殖酸物质为主,其残骸腐烂分解后DOM由陆源类腐殖质向类腐殖酸物质转化.4沉积物DOM出现了5类荧光峰,兼具外源污染的类富里酸荧光C峰和A峰,同时含有生物来源的B1、B2、T2类蛋白荧光峰,随其降解时间的增长,T2荧光峰消失,B1、B2荧光物质降解率分别高达86.5%和82.5%,而C峰和A峰分别上升25.1%和1.5%,沉积物降解过程中大量类蛋白物质向上覆水体中释放,同时部分类蛋白物质向着更稳定的类富里酸物质转化.因此,外源输入和内源负荷(藻类和水生植物残骸腐烂分解以及沉积物释放等)对湖泊水体DOM组成结构以及富营养化过程具有重要影响.     

滇池优势挺水植物茭草和芦苇降解过程中DOM释放特征研究

利用室内分解模拟实验,研究了滇池外海优势挺水植物茭草和芦苇(成熟期)的叶在水环境中降解过程,分析了其释放于水体中水溶性有机质(DOM)浓度和化学结构变化特征.结果表明,植物分解可造成上覆水pH值升高,茭草和芦苇分解过程中上覆水中DOM浓度的变化趋势基本一致.两种植物上覆水中水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的浓度均在8h达到最大值,水溶性有机磷(DOP)的浓度在24 h达到最大值.同时,茭草和芦苇残体内DOM释放强度和速率的变化趋势也基本一致.两种植物DOC、DON和DOP的释放强度和速率都在8 h达到最大,且8 h的释放强度、释放速率、释放比例依次为DOC>DON>DOP.另外,茭草和芦苇分解过程中DOM结构变化分析表明上覆水紫外吸收光谱中SUVA254值先升高再降低,傅里叶红外光谱中—OH特征峰消失,三维荧光光谱中类腐殖酸单位有机碳荧光强度增强.     

湖泊水体与沉积物中磷形态分布相关性分析

以南京玄武湖和河海大学东湖为例,采取钼酸铵分光光度法和SMT分级提取法测定湖底沉积物和上覆水中总磷和各形态磷含量,以探究不同的湖底沉积物与水体中磷含量的分布及其关联性。试验结果表明:湖底沉积物中磷含量受人为作用、植被情况、水力条件、地理位置等因素影响,OP含量远高于IP含量,IP中以NaOH-P为主体,约占40%~50%,HCl-P含量较少但更稳定,不易被固定吸附;上覆水体中TP含量与湖底沉积物中TP、AdsP、NaOH-P含量呈明显正相关关系,与OP和HCl-P含量无明显相关性,表明湖泊沉积物-水界面磷交换过程中以活性磷占主要交换量。该研究表明湖底沉积物磷负荷与水体磷含量密切相关,为从内源治理水体富营养化提供了理论依据和研究方向。     

盐度对湿地枯落物分解过程中碳氮磷化学计量比的影响

为了阐明盐度对枯落物分解过程中碳氮磷化学计量比的影响,采用分解袋法对闽江河口湿地不同盐度条件下短叶茳芏枯落物和芦苇枯落物分解过程中生态化学计量学特征进行了测定.结果表明,盐度较高的生境,枯落物具有较快的分解速率、氮和磷的释放速率,较慢的碳和能量释放速率;整个分解期间内,枯落物C/N呈下降的趋势,C/P和N/P表现为先上升后下降的趋势;高盐度生境短叶茳芏枯落物和芦苇枯落物分解过程中平均C/N、C/P和N/P分别为34.3和36.4、1210.4和1710.3、35.4和47.1;低盐度生境短叶茳芏枯落物和芦苇枯落物分解过程中平均C/N、C/P和N/P分别为33.2和35.1、1170.0和1636.8、35.9和47.3;高盐度生境短叶茳芏枯落物和芦苇枯落物C/N、C/P高于低盐度生境,N/P低于低盐度生境;较低的枯落物碳与养分比值具有较高的能量释放.     

不同强度扰动下藻分解对水环境和磷浓度的影响

藻华是全世界面临的重大环境问题之一,磷作为藻华发生的关键因子备受关注,藻分解和扰动对水中磷浓度的影响显著。从汉北河采集水、沉积物和蓝藻进行了为期30 d的室内模拟试验,探究在不同强度扰动下藻分解对水的理化性质和水中磷浓度的影响。结果表明：藻分解会释放大量的营养物质进入水中,水中各形态磷浓度在藻分解前期均显著增加,并在第6～10天达到最大值;此外,藻分解过程显著降低水中溶解氧浓度,进一步增加水中各形态磷浓度;虽然在藻分解后期水中磷浓度逐渐降低,但最终仍高于初始浓度,使水质恶化;扰动可以促进藻分解矿化释磷,扰动越强,促进作用越明显,但强扰动会引起大量沉积物再悬浮,再悬浮物质会吸附水中溶解性物质,导致水中溶解态活性磷增幅减小。可见,藻分解通过直接分解释磷和降低溶解氧浓度间接释磷恶化水质,藻分解过程中进行强扰动可以缓解藻分解导致的水质恶化。