太湖不同湖区沉积物磷形态变化分析

采用SMT法于2009年11月对太湖北部湖区梅梁湾(T1)、竺山湾(T2)、太湖西部(T3)、太湖南部(T4)、太湖东部(T5)及湖心区(T6)沉积物30cm深度上不同磷形态进行分析,结果表明,太湖不同营养水平湖区不同磷形态含量变化明显,北部竺山湾及太湖西部富营养化明显, NaOH-P含量明显高于其他湖区,占TP比例总体为T2 > T1 > T3 > T4、T5、T6.反映太湖北部及西部受人为污染源输入影响严重. HCl-P则表现为太湖北部及西北部含量总体低于太湖南部\东部,占TP比例总体为T4 > T5 > T6 > T1、T3 > T2. OP随深度至约15cm迅速降低,和太湖较强的矿化作用有关系. 同NaOH-P一样, TP表现出太湖北部及西北部含量高于其他湖区的总体趋势,反映了太湖北部和西北部湖区特别是竺山湾富营养化高于其他湖区.     

太湖两种水生植物群落对沉积物中氮素的影响

2012年6月对太湖贡湖湾、南部湖区以及东西山之间水域的两种水生植物——马来眼子菜(Potamogeton malaianus)和荇菜(Limnanthemun nymphoides)群落内外的沉积物进行样品采集,调查了沉积物中的氮素分布现状.结果表明:①草藻过渡型湖区(贡湖湾)马来眼子菜群落内部0~25 cm的沉积物中Org-N和TN的含量分别比群落外部高38.06%和25.65%.②草型湖区新生植物群落的形成可以促进沉积物(0~25 cm)中各形态氮含量的降低,其中马来眼子菜群落内沉积物(0~25 cm)中TN、Org-N、NH+4-N和NO-3-N的含量较群落外平均降低了43.29%,50.78%,7.09%和10.86%;荇菜群落内部比外部分别降低了4.65%,4.63%,5.01%和2.76%,可以发现马来眼子菜群落的促进作用比荇菜群落明显.③植物群落的存在可以影响沉积物的理化性质.相关性分析显示,植物群落外沉积物的pH与TN显著正相关(P<0.05,n=24),植物群落内部沉积物中pH与沉积物中NH+4-N呈显著负相关(P<0.05,n=24),与硝态氮呈显著正相关(P<0.05,n=24);植物群落内部和外部沉积物的Eh均与TN显著正相关(GMN,P<0.01,R=0.922 8**;NMN,P<0.01,R=0.827 7**;GMW,P<0.05,R=0.748 9*;NMW,P<0.05,R=0.663 7*),但较群落外部而言内部的相关性更强.     

太湖沉积物磷形态及pH值对磷释放的影响

对太湖不同营养水平和不同特征的 4 种沉积物的总磷、磷形态、粒径组成、化学组成进行了分析,模拟研究了不同 pH 值对上覆水体中总溶解性磷和溶解性活性磷含量的影响.结果表明,太湖沉积物样品总磷含量在 336.1～3408.01mg/kg,属于中富营养化到极富营养化水平.pH 值是影响磷释放的重要因素,碱性条件下,促进NaOH-P 的释放;酸性条件下,促进 HCl-P的释放.严重富营养化湖区沉积物的磷主要由无机磷组成,其中主要是 NaOH-P,该区中 pH值增加会导致磷释放量的大幅度增加,而 pH值下降对磷释放量的影响较小.中富营养化湖区沉积物的无机磷组成中,部分湖区 NaOH-P 含量高,部分湖区 HCl-P 含量高,所以该区中 pH 值变化对沉积物磷释放的影响,由于 NaOH-P 和HCl-P 含量不同而存在差异,NaOH-P含量较高,pH值增加会导致磷释放量的大幅度增加;HCl-P 含量较高,pH值下降会导致磷释放量的大幅度增加.     

太湖北部沉积物不同形态磷提取液中有机质的特征

综合应用高效体积排阻色谱、三维荧光光谱、红外光谱及元素分析等方法,研究了太湖北部3个湖区表层(0～10 cm)沉积物不同形态磷提取液中有机质的特征,并探讨了有机质与磷之间的关系.结果发现,沉积物中总磷的含量与其上覆水体的营养水平相一致;有机C/N、C/P比值在8.5～11.9和188.5～256.6之间,表明沉积物中有机质以湖泊内源自生为主,受陆源输入的影响很小.不同磷形态提取液中有机质的相对分子质量分布和三维荧光光谱存在很大差异,但不同沉积物之间的差别并不显著.3种提取液中有机质的相对分子质量顺序依次为：HCl＞NaOH＞NaHCO₃,其重均相对分子质量(M_w)和数均相对分子质量(M_n)分别在4 983～5 873和3 642～5 065、 3 628～4 198和2 334～2 616、 3 282～3 512和2 249～2 380之间,可能反映了不同提取液中有机磷的组成及其生物活性的不同.沉积物提取液中有机质的三维荧光光谱均以类富里酸荧光峰A(E_x/E_m=230～260　nm/360～470　nm)或C(E_x/E_m=290～320　nm/390～460　nm)为主,NaHCO₃和HCl提取液中还分别发现了类蛋白荧光峰B(E_x/E_m=275～280　nm/340～360　nm)和D(E_x/E_m=225　nm/330～350　nm)及类腐殖酸荧光峰E(E_x/E_m=360～375　nm/460～470　nm).这些荧光光谱特征不仅揭示了不同提取液中有机质组成的差异,而且可能表明了太湖沉积物中有机质的降解受到再悬浮作用的强烈影响.此外,沉积物胡敏酸红外光谱中1 059～1 082　cm^-1的吸收谱带也可能反映了磷酸盐的存在.     

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.     

洪泽湖不同湖区表层沉积物中磷的形态和分布特征

采用七步连续提取法对洪泽湖9个不同湖区的表层沉积物中总磷(TP)、有机磷(OP)及各种无机磷(IP)形态进行了分析,结果表明,所测洪泽湖表层沉积物中TP含量范围为630.6～1403.4mg.kg-1,以IP为主,占TP含量的67.7%～83.6%;OP含量占TP含量的16.4%～32.3%。受淮河、濉河河水注入的影响,所研究沉积物中TP、IP和OP含量的最大值均出现在靠近入湖口的临淮乡区。IP分为6种形态磷,即交换态磷(Ex-P)、铝结合磷(Al-P)、铁结合磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、自生钙磷(ACa-P)和碎屑钙磷(De-P),其中以De-P为主,其次是Fe-P,分别占TP的25.1%～37.3%和18%～35.5%,Ex-P、ACa-P和Al-P含量相对较低,Oc-P含量最低。Ex-P、Al-P和Fe-P作为洪泽湖表层沉积物中潜在的生物可利用磷,其总量占TP的22.5%～41.7%。相关分析表明,TP与IP之间存在着极显著的相关性,与OP的相关性较差,表明沉积物中TP的含量主要是由IP控制。     

太湖不同营养水平湖区沉积物理化性质和磷的垂向变化

利用SMT标准测试程序对太湖3个不同营养水平湖区表层10 cm柱状沉积物进行磷赋存形态的垂向分析,并在此基础上讨论了沉积物有机质总量(w(OM)),细颗粒组成与磷赋存形态间的相关关系.结果表明,研究区各采样点沉积物的w(TP)平均值为437～1 650 mg/kg,最高为1 809 mg/kg; w(OM)平均值为17.93～38.76 mg/g;沉积物颗粒组成以粉砂和粘粒为主,占总量的49.64%～83.57%.不同湖区沉积物磷形态的垂向分布规律不同,总体上TP,无机磷(IP),铁铝结合态磷(Fe/Al-P)表现出在表层富集的现象, 钙结合态磷(Ca-P)和有机磷(OP)随深度的变化不大; w(OM)自表层向下逐渐降低. 无机磷占沉积物中总磷的比例较大,且其含量与Fe/Al-P的含量密切相关.Fe/Al-P占TP的比例随沉积物污染程度的增加而升高,是与人类活动密切相关的;有机质总量与OP显著相关;粘粒比例随污染程度的增加逐渐增大.      

扰动强度对太湖沉积物中磷释放及其形态转化的影响

通过室内试验模拟了太湖沉积物在不同扰动强度下的悬浮过程,研究了沉积物扰动强度对磷释放及其形态转化的影响.结果表明,较高扰动强度下(相当于太湖风速12 m.s-1),水体中不同形态磷(总磷、颗粒态磷、溶解性总磷)含量均高于较低扰动强度(相当于太湖风速8 m.s-1).其中,两者分别扰动1h后,总磷和颗粒态磷分别达到0.950 mg.L-1、0.384 mg.L-1和0.882 mg.L-1、0.328 mg.L-1,该水平保持到试验结束.然而,溶解性总磷则呈逐渐降低的趋势.这主要归因于悬浮物的吸附和微生物的快速利用.较高和较低扰动强度下,悬浮物上总磷(Tot-P)分别增加了10 mg.kg-1(平均值)和60 mg.kg-1(平均值).较高扰动强度下铁铝结合态磷的变化恰好说明了形态磷间存在转化趋势.因为铁铝结合态磷增加了85.7 mg.kg-1(平均值),明显高于Tot-P的实测值(10 mg.kg-1,平均值)和理论值(27 mg.kg-1,平均值),说明有其它形态磷转化成铁铝结合态磷.弱吸附态磷和钙结合态磷含量的降低正说明这一点.这显示在扰动状态下,不同形态磷之间至少发生了以水为媒介的间接性转化.     

太湖西部入湖河口区表层沉积物磷素分布特征

采用SMT法对太湖西部主要入湖河流河口区大港河、乌溪港、庙渎港、大浦港、陈东港、社渎港、沙塘港以及太滆运河表层沉积物磷形态进行分析。结果表明:各河流河口区总磷分布由南向北含量逐渐升高,为300.84~824.89 mg/kg。其中,最高值出现在陈东港,比平均值高约35%;无机磷为表层沉积物磷的主要存在形态,其中西北部河口区铁铝磷含量较高,占TP含量为61%~80%;西部河口区钙磷含量较高,可能与其入湖河流沿岸土地利用类型有关;有机磷在西北部河口区所占比小于20%,可能由于西北部蓝藻爆发,有机磷被大量利用导致。     

南太湖沉积物磷的释放研究

南太湖沉积物磷的释放与沉积物有机质含量、上覆水的化学性质、沉积物－水系统的细菌总数及湖泊水动力对沉积物释磷影响最强烈、沉积物因有机物含量不同，导致总有机磷、总氮、有机硫、水溶性无机硫含量差异，明显影响着磷的释放。沉积物－水系统的细菌总数与沉积物的释磷量存在显著性相关，而某细菌数量与释磷量相关笥不显著。对有机质含量低的沉积物，上覆水的ＢＯＤ，ＮＨ２－Ｎ浓度越高，磷的释放量越大。     

太湖东北部沉积物可溶性氮、磷的季节性变化

通过快速释放实验,研究了太湖东北部营养水平不同的梅梁湾、贡湖湾和胥口湾3个湖区表层沉积物中可溶性氮、磷的季节性变化.结果表明,沉积物总磷(TP)与其释放的可溶性总磷(DTP)在春、夏两季显著相关并且以可溶性有机磷(DOP)为主;春、夏两季DOP与可溶性无机磷(DIP)的形态间转化较秋、冬两季更为活跃.藻型湖区沉积物的总氮(TN)多为夏季减少,而清洁型湖区则为夏季大幅增加;沉积物释放的NH₄⁺-N以夏、冬两季居多,夏季达到最大值;沉积物释放的NO₃^--N夏季大幅度增加,冬季较少.清洁型湖区夏季沉积物的TN及其释放的NH₄⁺-N、NO₃^--N显著高于藻型湖区.     

Speciation of organic phosphorus in a sediment profile of Lake Taihu I: Chemical forms and their transformation

Organic phosphorus(nonreactive P,NRP)is a major component of P in sediments,but information about its chemical forms and dynamic transformation is limited.The chemical forms and dynamic behaviors of NRP in a sediment profile from Lake Taihu,a freshwater and eutrophic lake in China,were investigated.Five forms of NRP in the sediments were extracted based on a chemical fractionation technique,including easily labile NRP(NaHCO3-NRP),reactive metal oxide-bound NRP(HCl-NRP),humic acid-associated NRP(NaOH-NRPHA),fulvic acid-associated NRP(NaOH-NRPFA)and residual NRP(Res-TP).There were notable transformations with increasing sediment depth from the labile NaHCO3-NRP and NaOH-NRP pools to the recalcitrant HCl-NRP and Res-TP pools,which caused the NRP to become increasingly recalcitrant as the early diagenetic processes proceeded.Further analyses showed that the relative changes in contents of organic matter and reactive Fe oxides in the sediment profile triggered a competition for binding NRP fractions and led to the transformation of NRP.The results highlighted the importance of abiotic processes in regulating the diagenesis of organic P and its stability in sediments.     

太湖和呼伦湖沉积物对磷的吸附特征及影响因素

为了探索我国南北方湖泊沉积物对磷吸附特征的差异性,选取太湖和呼伦湖为研究对象,通过室内模拟实验,研究我国南北方典型代表湖泊沉积物对磷的吸附特征及其影响因素.结果表明:①太湖和呼伦湖沉积物对磷的最大吸附量分别为1 428.57 mg·kg-1和56.81 mg·kg-1,前者对磷吸附容量远远高于后者,对上覆水体中磷削减发挥更重要的作用;②与呼伦湖相比,太湖沉积物颗粒直径更小,比表面积更大,其对磷吸附能力更强;③两个湖泊沉积物磷吸附平衡时对磷的吸附量与Al、Fe、Mn总含量呈正相关关系(P<0.05),与活性Al、Fe、Si、Mn呈显著正相关(P<0.01),与Si元素含量呈显著负相关(P<0.01),故Al、Fe、Mn总含量相对较高、Si含量相对较低的太湖沉积物对磷的吸附能力更强;④随着上覆水pH值的上升,两个湖泊沉积物对磷吸附能力均呈现下降的趋势,且pH上升对太湖沉积物磷吸附行为影响更大,因此,沉积物特性和上覆水pH值影响湖泊水体磷行为.     

太湖磷循环的生态动力学模拟研究

构建了太湖水生态动力学模型(CAEDYM),依据已有相关研究成果对模型参数进行了初选,利用2005年的水文、气象、水质等监测数据对模型参数进行了率定,分析了湖泊水体磷的循环机制和沉积物内源磷的释放机制.结果表明,水温和溶解氧的模拟结果与实测数据非常吻合,TP、PO43-和Chl-a的变化趋势也与实测结果基本相同.浮游植物优势种的演替模式表现为:冬季隐藻和硅藻占优势,春季绿藻占优势,夏季和秋季蓝藻占优势;磷的内源释放对太湖磷循环影响的模拟结果表明,在不改变外源输入的情况下,降低底泥中磷的再悬浮作用能够有效降低水体中Chl-a的浓度,但对水体中TP及PO43-的影响较小.     

Phosphorus fractionation and bio-availability in Taihu Lake(China) sediments

Introduction Sediment phosphorus has been recognized as the mostcritical nutrient limiting lake productivity (OECD, 1982).The concentration of phosphorus in the sediment is often1000 fold higher than that in lake water and its release…     

太湖东北部沉积物生物可利用磷的季节性变化

对太湖东北部营养水平不同的梅梁湾,贡湖湾和胥口湾3湖区表层(0～10cm)沉积物中总磷与4种生物可利用磷的季节性变化进行了研究.结果发现,各湖区沉积物中总磷及各形态生物可利用磷的含量与其水体营养水平相一致;不同点位沉积物中总磷与各生物可利用磷含量存在较大差异,同一点位不同季节沉积物中总磷与生物可利用磷的含量也显著不同.表层沉积物中各生物可利用磷始终与总磷有很好的相关性并且随季节变化.建议评估沉积物对藻类的供磷能力及潜在释放危险时,以不同季节的总磷含量为依据进行比较分析更为确切.     

Phosphorus export by runoff from agricultural field plots with different crop cover in Lake Taihu watershed

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷａｔｅｒｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｇｌｏｂａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｂｌｅｍｓ ,ａｎｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｎｏｎｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｇｉｖｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｄａｔｔｅｎｔｉｏｎ (Ｓｈａｒｐｌｅｙ ,1994 ;Ｈａｒｒｉｓ ,1995;Ｔｉｅｓｓｅｎ ,1995;Ｔｏｎｄｅｒｓｋｉ,1996;Ｄａｎｉｅｌ,1998) .Ｌａｋｅｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｓａｃｒｉｔｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｕｒ…     

太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值研究

为了探讨太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值,采用原位营养盐富集生物模拟实验,研究了太湖梅梁湾浮游植物对不同浓度无机磷(PO43--P)的生长响应.结果表明:外源磷添加能显著的促进浮游植物生长,但存在阈值.当磷浓度低于0.02mg/L时,藻类生长速率和生物量是可控的,当磷浓度高于0.02mg/L时,生长速率和生物量没有变化,因此春季藻类生长的无机磷阈值为0.02mg/L,相当于总磷阈值为0.059mg/L.太湖目前只有部分湖区总磷年平均浓度处于总磷阈值以下,控制流域的磷负荷,降低太湖的浮游植物生物量将是一个长期过程.