扰动和加藻共同作用下太湖沉积物中形态磷变化规律

为了阐明反复扰动下,不同初始浓度藻对沉积物中各形态磷释放的影响.以太湖梅梁湾沉积物和上覆水作为研究材料,探讨了扰动和藻类共同作用下沉积物中各形态磷的变化规律.结果表明,无扰动状态下,NH4Cl-P和Res-P均有所降低,而Fe/Al-P和Ca-P则有所增加.其中,Ca-P随藻类初始浓度增加而增加,分别增加48%、66%、74%.但是,扰动状态下,NH4Cl-P和Res-P也明显降低.Fe/Al-P明显增加,其占总磷的百分比为66.2%(3组试验的平均值)高于不扰动状态(53.4%,3组试验的平均值);此外,Ca-P占总磷的百分比为24.1%(3组扰动试验的平均值)明显低于不扰动状态(33.0%,3组试验的平均值).这暗示了扰动和藻类共同作用下促进了Fe/Al-P的形成,而无扰动下藻类却促进了Ca-P的形成.     

沉积物扰动频率对悬浮物中形态磷数量分布的影响

实验模拟了沉积物在不同扰动频率条件下的悬浮过程,研究了悬浮物中不同形态磷的数量分布规律,并且探讨了形态磷数量分布对生物有效磷(BAP)的影响。结果表明,扰动作用下上覆水中溶解性磷酸盐(DIP)含量低于对照试验,与较小频率(0.015 mg/L)相比,较大扰动频率下DIP平衡浓度(0.011 mg/L)略低。弱吸附态磷(NH4Cl-P)含量降低,铁铝结合态磷(Fe/Al-P)和钙结合态磷(HCl-P)则有所增加,但是容易释放的非闭蓄态Fe/Al-P(藻类可利用磷)则有所降低。随着扰动时间延长,藻类可利用态磷(AAP)占Fe/Al-P的百分比逐渐降低。试验结束,该值分别降至39.52%(扰动频率较小)和27.68%(扰动频率较大)。说明闭蓄态Fe/Al-P含量有所增加。基于Fe/Al-P的迁移活性,采用NH4Cl-P与AAP估算BAP是合理的。扰动作用下,BAP占Tot-P的百分比逐渐降低,试验结束,BAP占Tot-P的百分比分别降至36.71%(扰动频率较小)和29.67%(扰动频率较大)。     

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.     

沉积物扰动持续时间对悬浮物中磷形态数量分布的影响

为了探讨沉积物扰动时间(分别扰动10 min和9 h)对悬浮物中形态磷转化的影响,以太湖月亮湾沉积物和上覆水为对象,开展室内模拟试验,分析悬浮物中不同形态磷间的转化过程.结果表明,扰动时间越长,上覆水溶解性总磷(DTP)含量越高.对照试验中,上覆水中DTP含量远高于扰动试验.磷形态分析表明,随着试验时间的延长,扰动作用下(10 min,9 h),铁铝结合态磷(Fe/Al-P)占总磷(Tot-P)的质量分数逐渐降低,第10 d分别降至42.5%(10 min)和38.1%(9 h).试验结束,则有所升高.相反,钙结合态磷(HCl-P)占Tot-P的质量分数则在第10 d分别达到最大(48.9%,10 min)和(53.7%,9 h).这说明沉积物扰动促进了悬浮物中易释放态磷向难释放态磷的转化.     

太湖沉积物磷释放对羊角月芽藻的生物可利用性研究

研究了太湖沉积物中磷在不同条件下释放对羊角月芽藻类的生物可利用性.结果表明:沉积物在好氧与厌氧条件下的磷释放都对藻类生长具有促进作用;在沉积物-藻类-水体系中,沉积物磷释放可使藻类的比生长速率达3.7×10-2h-1(静态)和1.2×10-2h-1(动态);在磷形态与藻类生长关系的研究中,发现有机磷和铝磷是藻类存在时优先释放的形态,具有很好的生物可利用性,此外,铁磷与其它形态磷(主要是铝磷之间)存在着相互迁移转化的关系;模拟自然条件实验也证实了沉积物释磷对藻类的生物可利用性.     

太湖梅梁湾和月亮湾春夏两季沉积物扰动下BAPP的转化规律

采用室内模拟试验研究了沉积物扰动下上覆水中可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的变化规律,并分析了BAPP与悬浮物中内源磷间的内在联系.试验用沉积物分别于春季和夏季采自太湖梅梁湾和月亮湾.结果表明,沉积物扰动降低了上覆水中生物有效磷(BAP)含量,降至初始状态的40%左右.BAPP也明显降低,其占BAP的百分比稳定在50%左右,梅梁湾春季除外.扰动状态下颗粒态磷(PP)生物有效性显著降低,第12h时,BAPP占PP的百分比仅为10%左右;这与悬浮物中NH₄Cl-P和Fe/Al-P的降低明显相关,但其与 (AAP+NH₄Cl-P)占Tot-P的百分比相关性更好[r=0.565(n=48)].这暗示,沉积物扰动可能延缓了水体富营养化发展进程.     

底泥扰动下藻类对不同形态磷在水体中分布的影响

研究了反复扰动与藻类共存条件下,水体中溶解性磷、颗粒态磷、生物有效磷的分布规律,并分析了颗粒物质物理化学吸附与藻类生物利用对水体中磷消失的贡献率.结果表明,扰动抑制了水体中藻类生长,叶绿素a增加量仅为3.53μg/L(初始30μg/L)和4.80μg/L(初始120μg/L),而无扰动下该值分别为21.36μg/L (初始30μg/L)和14.49μg/L (初始120μg/L).并且,溶解氧水平和pH值均低于无扰动状态.扰动导致水体中总磷和颗粒态磷显著增加,但溶解性总磷(DTP)和溶解性磷酸盐(DIP)均有所降低.对于DTP而言,扰动状态下,颗粒物质吸附占90%,而无扰动下,则降低至60%,相应地,藻类生物利用则增加至40%.无论扰动与否,BAP基本处于稳定状态,而BAPP占BAP的百分比则有所增加.扰动状态下BAPP占PP的百分比明显低于无扰动状态.这暗示了扰动对水体中磷迁移和转化的作用大于藻.     

不同类型沉积物磷形态转化及其对狐尾藻生长的影响

在室内模拟条件下利用不同类型沉积物培养穗状狐尾藻,分析了沉积物与上覆水各形态磷的变化,以及狐尾藻生物量和根系形态的差异,揭示不同沉积物中各形态磷的转化特性及其对沉水植物生长的影响.结果表明,在研究条件下,外加细沙改变了沉积物的颗粒度,促进沉积物中磷的释放,增加了上覆水磷浓度;外加氮源,改变沉积物的化学性状,抑制沉积物中磷的释放,降低了上覆水中磷的浓度;添加细沙使狐尾藻植株及根系干重增加了49%和107%,根长增加了19%;而外加氮源对植株根系生长产生了抑制作用,使狐尾藻早衰;狐尾藻生长促进了沉积物中磷的释放,其衰退增加了沉积物中磷的沉积,各形态磷随着狐尾藻的生长呈先降后升趋势,其中以Fe/Al-P变化量最大(41%～57%);根系长度是影响狐尾藻对沉积物中磷吸收和释放的主要形态指标,根直径主要通过影响沉积物的通透性间接促进沉积物中磷的释放.     

河蚬(Corbicula fluminea)扰动对湖泊沉积物性质及磷迁移的影响

为探讨河蚬(Corbicula fluminea)扰动对湖泊沉积物性质及磷在沉积物-水界面迁移转化过程,以太湖西岸富营养化湖区大浦口为对象,开展室内培养实验,利用Rhizon间隙水采集器获取实时间隙水,测定溶解活性磷(soluble reactive phosphorus,SRP)在沉积物-水界面通量、分析沉积物基本性...     

沉积物短期扰动下BAPP再生和转化机制

以太湖梅梁湾的沉积物和上覆水为材料,研究了沉积物不同扰动方式条件下,悬浮物中不同形态磷数量分布的变化特征,并且探讨了其对悬浮物中可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的影响.结果表明,扰动使得上覆水中溶解性磷酸盐(DIP)的含量有所降低,与反复扰动相比,持续扰动作用下的下降幅度略大.试验期间,悬浮物中弱吸附态磷(NH4Cl-P)、钙结合态磷(Ca-P)与残余磷(Res-P)占总磷(Tot-P)的百分比平均值分别增加了2.97%、12.23%、4.09%(持续扰动)和3.53%、10.35%、2.07%(反复扰动),非闭蓄态铁铝结合态磷(Fe/Al-P)则分别下降了5.55%(持续扰动)、1.78%(反复扰动),说明扰动促进了易释放态磷向难释放态磷的转化.然而,悬浮物上BAPP含量却未相应降低,反而升高,分别从20.68%(初始状态)升高至49.27%(平均值,持续扰动)和57.92%(平均值,反复扰动).这表明单纯地以悬浮物中的NH4Cl-P、非闭蓄态Fe/Al-P等易释放态磷来估算BAPP是不合理的.     

沉积物悬浮频率对水体颗粒态磷生物有效性的影响

通过室内试验模拟沉积物在不同频率下的悬浮过程,研究了悬浮频率对颗粒态磷生物有效性的影响.结果表明,沉积物悬浮导致颗粒态磷的生物有效性显著降低,30d时,藻类可利用态磷（AAP）占悬浮物总磷（Tot-P）的百分比仅为初始状态（56.75%）时的26.24%（悬浮频率较小）和20.04%（悬浮频率较大）.内源磷形态分析表明...     

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.     

滇池福保湾植被重建对底泥再悬浮及营养盐释放的控制

为估算滇池福保湾植被重建工程对底泥再悬浮及营养盐的控制效果,对重建示范区内及区外进行了悬浮物沉降现场研究,并利用颗粒物捕获器收集底泥悬浮颗粒,分析重建区内、重建区外、不同生活型植物重建区的悬浮颗粒物沉降通量,比较了不同水生植物修复区的颗粒物再悬浮通量,估算了植被重建区底泥再悬浮的通量及营养盐N、P释放量.结果表明:水生植被重建区外悬浮物净沉降量明显高于重建区内,对工程实施效果进行估算,97d内工程区内底泥的再悬浮量、N的释放量、P的释放量分别是区外相同面积的15.71%、13.30%和12.44%,底泥污染控制与植被重建后对沉积物再悬浮抑制作用较为明显,沉水植物对底泥再悬浮的抑制效果相对挺水植物显著.     

沉积物再悬浮对沉水植物生长的影响研究

通过室内模拟实验,研究了沉积物再悬浮对苦草(Vallisneria natans)和马来眼子菜(Potomogeton malaianus)2种沉水植物生长的影响.为期10周的实验发现,有沉积物再悬浮的处理组中,苦草的生物量显著低于对照组中(没有沉积物再悬浮)苦草的生物量;同样,沉积物再悬浮对苦草的分蘖和块茎数也产生了明显的影响;马来眼子菜的生物量和分蘖数同样受到了沉积物再悬浮的影响,但影响程度小于苦草.因此,沉积物再悬浮对沉水植物的生长、繁殖具有的抑制作用,但这种作用因种类不同而有所差异.     

Characteristics of phosphorus fractionated from the sediment resuspension in abrupt expansion flow experiments

Phosphorous (P) fraction characteristics in sediment resuspension were investigated under adequately hydrodynamic conditions. Four forms of P in overlying water, including dissolved inorganic P, dissolved total P, total P, and particulate P, and six fractions of P in suspended particulate matter (SPM), including loosely sorbed P (NH4Cl-P), redox-sensitive P (BD-P), aluminum-bound P (Al- P), organic P (NaOH-nrP), calcium-bound P (Ca-P) and residual P (Res-P), were quantified, respectively. Di erent hydrodynamic conditions resulted in di erent P form changes. Four states could be ascribed: (1) P desorption by sediment and SPM, and P adsorption by overlying water; (2) P desorption by SPM, and P adsorption by overlying water; (3) P adsorption by SPM, and P desorption by overlying water; and (4) P equilibrium between SPM and overlying water. The contents of P in overlying water acquired peak values in the middle position of the vertical P distribution due to the combined actions of SPM and sediment. P fractions in SPM were in the following order: BD-P > NaOH-nrp > Ca-P > Al-P > Res-P > NH4Cl-P. BD-P in SPM frequently exchanged with P forms in overlying water. Resuspension was favorable to forming Ca-P in SPM.     

易悬浮和外源输入下原位覆盖对生物有效磷形成的影响

在有外源磷持续汇入的前提下,研究了底泥原位覆盖钙改性材料和锁磷剂被悬浮颗粒再覆盖后对沉积物生物有效磷(BAP)的影响.结果表明,与空白对照相比,底泥原位覆盖后,BAP平均下降34.30%,此外,上覆水及间隙水溶解性无机磷(DIP)的浓度分别平均下降了74.25%和47.48%(0～3 cm),说明覆盖材料可以有效减少水体DIP的浓度,促进易被生物利用态磷浓度的降低.然而,当覆盖材料受到悬浮颗粒影响后,BAP平均下降20.27%,其中,藻类可利用磷(AAP)、碳酸氢钠可提取磷(Olsen-P)和水溶性磷(WSP)的含量较未被悬浮颗粒覆盖组显著提高,分别增加了18.28%、17.41%和12.58%,说明覆盖材料受悬浮颗粒影响后不利于降低底泥磷的生物有效性.     

河蚬或藻存在下组合扰动对内源磷迁移的影响

为阐明河蚬(Corbicula fluminea)或铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)存在下,物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和迁移转化的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物为研究对象,分析了上覆水、间隙水、沉积物中不同形态磷的变化规律.结果表明,与摇蚊幼虫扰动和组合扰动相比,河蚬或藻类的出现都会使得上覆水中不同形态磷(总磷、溶解性总磷、溶解性磷酸盐、颗粒态磷)显著增加.河蚬或藻类均导致间隙水DIP明显降低,并致使DIP峰值区域向更深处迁移(3~4cm变为4~5cm),而对照试验则相反.与对照试验相比,河蚬或藻存在下组合扰动均导致0~4cm沉积物NH₄Cl-P含量及其占总磷百分比降低,Fe/Al-P含量及其占总磷百分比增加,并且河蚬或藻对NH₄Cl-P降低和Fe/Al-P增加的影响基本一致.在多种扰动因素存下,摇蚊幼虫对上覆水中DTP和DIP贡献最大,后者可能源于摇蚊幼虫显著降低了间隙水中DIP含量及沉积物中NH₄Cl-P含量.这暗示了在组合扰动基础上叠加河蚬或者藻类,均进一步促进了内源磷再生和迁移.     

凹凸棒黏土覆盖对沉积物磷赋存形态的影响

通过实验室模拟实验,研究了800℃热处理凹凸棒黏土覆盖对沉积物中磷的赋存形态影响,采用连续化学提取法和31P核磁共振(31P NMR)分析了覆盖过程中磷的形态变化,并借助扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)对磷的形态转化机理进行初步探讨.结果表明,热处理凹凸棒黏土覆盖使沉积物表层中的活性磷平均含量从308.6mg/kg降低到241.1mg/kg,钙磷的平均含量从204.9mg/kg 增加到257.3mg/kg. 31P NMR分析发现,黏土覆盖使有机磷中的DNA-P、焦磷酸盐和单脂磷的含量分别减少47.0%、36.8%和31.3%.扫描电镜能谱分析发现,沉积物表层附着的白色絮状物质主要为钙结合态磷.以上分析初步表明,磷形态转化机制是由于材料中具有较高的活性钙含量,竞争吸附沉积物中的活性磷,材料覆盖沉积物表层后改变了沉积物界面环境,促进了表层沉积物的活性磷向钙结合态磷(Ca-P)转化.