刚毛藻分解对上覆水磷含量及赋存形态的影响

在荣成天鹅湖刚毛藻暴发区域采集新鲜沉积物和刚毛藻进行室内模拟试验,定期监测上覆水中溶解氧(DO)、pH和电导率等理化参数,分析水体总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)、可溶性磷(SRP)、溶解性有机磷(DOP)和颗粒态磷(PP)的含量变化,并探讨了刚毛藻分解对沉积物磷释放的影响.结果表明,刚毛藻分解过程中上覆水DO含量明显降低,其中30 g藻+水+沉积物处理基本维持在厌氧状态(0～0.17 mg·L-1);各处理水体pH值略有降低,加藻处理约降低了1个单位.刚毛藻分解使上覆水总磷及各形态磷含量大幅上升,且随藻量的增加,上升幅度变大,其中TP含量变化在0.04～1.34 mg·L-1之间.藻+水处理上覆水中磷的形态以DOP和PP为主,而藻+水+沉积物处理SRP含量明显升高.结果说明,刚毛藻分解过程中自身可释放大量的磷,且释放形态以PP和DOP为主;另一方面,藻类分解可明显促进沉积物中磷的释放,从而使得上覆水SRP含量大幅增加.     

太湖梅梁湾不同形态磷周年变化规律及藻类响应研究

以太湖梅梁湾为研究对象,2013年对水体中不同形态磷和藻类进行了逐月观测,探讨了风浪扰动和藻类生长双重影响条件下不同形态磷间转化规律以及藻类生长和不同形态磷含量间的内在联系.结果表明,梅梁湾水体中总磷(TP)、颗粒态磷(PP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性磷酸盐(DIP)和生物有效磷(BAP)均呈现出"夏秋高"、"冬春低"的周年变化规律,藻类生长也呈现了类似规律,而溶解性有机磷(DOP)和可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的变化规律并不规则.颗粒态磷生物有效性(BAPP/PP)在6~10月期间仅为12.75%,显著低于年度平均值37.14%.这可归因于沉积物频繁扰动下内源磷固定效应以及藻类生物吸收作用加快了颗粒态磷向溶解态磷的转化.在此期间,DTP占BAP的质量分数高达69.33%(平均值),明显高于BAPP(30.67%,平均值),也高于DTP的周年平均值(56.63%),其也是藻类生长旺盛季节.     

覆盖材料对洱海不同湖区沉积物溶解态有机磷和无机磷释放影响及差异

通过模拟实验探讨了4种覆盖材料对洱海不同湖区沉积物溶解态总磷（DTP）、溶解态有机磷（DOP）和溶解态无机磷（SRP）释放影响及差异.结果表明：①与无覆盖对照相比,覆盖材料通过改变洱海沉积物pH和Eh及溶解性有机质（DOM）特征,降低了沉积物DTP最大释放量,其中,覆盖氧化铁对洱海北部和南部沉积物DTP释放控制效果较好,与无覆盖对照相比,释放量分别减少了44.3%和35.71%;而覆盖氧化铝对中部湖区沉积物DTP释放控制效果较好,与无覆盖对照相比,释放量减少了29.6%.②覆盖铁铝氧化物对洱海不同湖区沉积物SRP和DOP释放量影响差异明显,北部湖区沉积物覆盖氧化铁后,SRP和DOP释放量分别降低了35.6%和36.2%,主要是因为其降低了沉积物pH和Eh,而增加了DOM活性所致;中部湖区沉积物覆盖氧化铝后,SRP和DOP释放量分别降低了28.9%和31.6%,与氧化铝促进了该湖区DOM活性密切相关;南部湖区沉积物覆盖氧化铁后,沉积物SRP和DOP释放量分别降低了47.4%和16.5%,则与覆盖氧化铁降低了该湖区沉积物pH和Eh有关.因此,如选择覆盖材料控制洱海不同湖区沉积物磷释放,北部和南部湖区应选择覆盖氧化铁,而中部湖区应选取氧化铝作为覆盖材料.     

风浪模拟扰动下梅梁湾沉积物的实验研究

在太湖梅梁湾采取沉积物原状芯样,利用沉积物再悬浮振荡器,以100r/min的步长逐步增大隔栅的振荡频率使其在0-800r/min范围内振荡,进行0-0.53N/m2底部切应力条件下的沉积物悬浮模拟实验,揭示上覆水中悬浮颗粒物(SPM)、上覆水中可溶性磷(SRP)以及因扰动引起悬浮的颗粒物生物可利用磷(BAP)与切应力水平之间的关系。扰动实验结果表明:(1)上覆水中SPM的含量随切应力的增加而增大,呈现指数上升趋势,采样点沉积物的临界切应力为0.12N/m2。(2)扰动过程中,上覆水中的SRP含量随切应力增加而增大,悬浮颗粒物BAP的含量随切应力的增加而减小,且较大的切应力对SRP和BAP含量产生的影响程度明显大于较小的切应力。(3)上覆水中SRP的含量在临界切应力0.12N/m2后明显上升,悬浮颗粒物BAP的含量在临界切应力0.12N/m2时急剧下降,临界切应力对悬浮过程中营养盐磷的释放影响很大。     

湖泊沉积物有机磷释放动力学特征及水质风险

为揭示湖泊沉积物有机磷释放特征及对水质影响,选取我国云南高原及长江中下游6个湖泊沉积物,研究了溶解态有机磷(DOP)和溶解态无机磷(SRP)释放动力学差异及有机磷形态与溶解性有机质(DOM)特征对沉积物磷释放影响,并探讨了沉积物DOP释放的水质风险.结果表明：(1)沉积物DOP和SRP释放动力学过程相似,均遵循二级动力学模型,首先是快速释放阶段,随后慢速释放,释放曲线逐渐平缓并达到最大释放量.(2)沉积物有机磷释放与有机磷形态和有机质有关.活性有机磷(LOP)和中活性有机磷(MLOP)是快速释放阶段主要向上覆水释放的DOP形态.释放后期LOP和MLOP占总有机磷(DTP)比例下降,而非活性有机磷(NLOP)比例增加;同时DOM腐殖化程度和芳香性随磷释放过程逐渐升高,DOM活性不断降低,导致DOP释放速率呈先快后慢趋势.(3)与SRP相比,DOP释放量较大,占DTP总释放量的47%～77%,释放风险较高;湖泊营养水平较高,沉积物DOP释放量较大,水质下降风险也较高.因此,湖泊沉积物磷释放不仅应关注无机磷释放,也应关注有机磷释放,否则会低估沉积物磷释放量及水质风险.     

两种沉水植物对上覆水和间隙水中各形态磷的影响

在实验室模拟研究根系发达的沉水植物狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)和无固定根的沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)对上覆水、间隙水中各形态磷的浓度及含量比例的影响,探讨不同根系特征的沉水植物对上覆水和间隙水中各形态磷的影响.结果表明,狐尾藻和金鱼藻生长期对上覆水和间隙水中各溶解态磷的浓度有较大的影响:(1)狐尾藻生长期对上覆水中DTP、SRP、DOP吸收率分别为7.0%、11.7%、3.5%,对间隙水中DTP、SRP、DOP吸收率分别为20.8%、12.5%、48.4%;(2)金鱼藻生长期对上覆水中DTP、SRP、DOP吸收率分别为30.3%、54.9%、13.2%,对间隙水中DTP、SRP、DOP吸收率分别为19.3%、3.8%、30.4%;(3)狐尾藻组、金鱼藻组、对照组上覆水中SRP含量比例较初始状态分别减少了13.0%、34.0%、-0.9%,PP分别增加了18.2%、33.1%、4.2%,DOP分别增加了7.2%、17.68%、-4.35%.研究结果可为同类富营养化湖泊生态修复提供理论指导.     

湖泊沉积物短时间反复扰动下悬浮物上生物有效磷的动态变化

以太湖梅梁湾、月亮湾的沉积物和上覆水为材料,研究了较短时间尺度和沉积物反复扰动条件下,悬浮物中不同形态生物有效磷数量分布的变化特征.结果表明,随着扰动次数的增加,上覆水中藻类可利用磷(AAP)占溶解态总磷(DTP)的百分比均有所降低.试验期间,悬浮物中弱吸附态磷(NH4Cl-P)、可被生物利用颗粒态磷(BAPP)占总磷(Tot-P)的百分比平均值分别增加了3.5%、37.3%(梅梁湾)和2.0%、50.7%(月亮湾).梅梁湾悬浮物上AAP含量及其占Tot-P的百分比随扰动次数增加而增加,月亮湾则恰好相反.扰动期间,悬浮物上BAPP含量始终大于NH4Cl-P和AAP之和,表明BAPP的80%是由NH4Cl-P和AAP组成的.这也暗示了,仅仅以悬浮物中NH4Cl-P、AAP来估算BAPP存在一定的不合理性.     

京杭大运河(苏州段)内源磷形态分布及其对扰动的响应

以京杭大运河(苏州段)不同外源汇入断面的沉积物和上覆水为实验材料,研究了扰动条件下上覆水、沉积物中不同形态磷数量分布及形态转化过程.结果表明,污水厂尾水排放口处的沉积物内源磷更容易释放,且扰动期间上覆水中不同形态磷(TP、PP、DTP、DIP)均处于较高水平,明显高于风景区和居民区,此外,也归因于水丝蚓的生物扰动.但随着扰动次数的增加,上覆水中各形态磷含量呈降低趋势.扰动显著改变了上覆水中形态磷分布规律,DIP/DTP、DIP/TP及DIP/DTP比值呈降低趋势,并在第11 d以后趋于稳定,但在有水丝蚓扰动下,改变幅度变小.扰动导致沉积物中不同形态磷含量发生变化,NH_4Cl-P含量明显降低,Fe/Al-P明显增加,其中,污水厂尾水排放口沉积物中NH4Cl-P和Fe/Al-P的变化幅度最大.     

扰动与钝化剂对水/沉积物系统中磷释放及磷形态的影响

考察了扰动与钝化剂对滇池重污染底泥的磷释放的影响.结果表明,钝化剂(PAM+聚铝)有显著的抑制沉积物的磷释放和捕捉上覆水中含磷颗粒的效果.加钝化剂后,上覆水的总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和溶解性无机磷(DIP)分别比未加钝化剂组低50.0%～89.8%,85.5%～97.9%和96.5%～100.0%.扰动促进了沉积物的磷释放,这是因为扰动导致泥水混合程度增加;扰动导致沉积物氧化还原状态的改变.5d后扰动组的磷开始释放,而未扰动组在第52d仍未释放.沉积物中释放的磷主要是磷酸盐.扰动促进了DIP的释放,扰动后DTP/TP、DIP/DTP及DIP/TP均增加.投加的铝盐的量在试验期间导致的上覆水中残余铝的含量在安全范围内.扰动对上覆水中残余铝的含量影响不大.     

有机质含量及其组分对洱海沉积物磷吸附-释放影响

研究了洱海不同湖区沉积物有机质含量、组分及其吸附-释放磷的特征,试图揭示有机质含量及组分对沉积物磷吸附-释放行为的影响机制.结果表明,洱海沉积物磷释放潜能随着沉积物中有机质(TOM)含量的增加而增大,而沉积物磷的最大释放速率(V释,max)和最大释放量(Q释,max)随沉积物中轻组有机质(LFOM)含量的增加而增大,释放平衡时间随活性有机质(ASOM)含量的增加而缩短,磷释放强度随LFOM占TOM比例的增加而减弱.沉积物磷的最大吸附速率(V吸,max)、最大吸附量(Q吸,max)和吸附效率随沉积物TOM含量的增加而增大,吸附平衡时间随TOM含量的增加而缩短,吸附强度随ASOM含量的增加而增强,吸附-解析平衡浓度(EPC0)随ASOM含量的增加而降低.沉积物磷释放后再吸附过程中磷释放的Q释,max和再吸附的V吸,max随TOM含量的增加而增大,当TOM含量相当时,则随沉积物ASOM含量的增加而降低,再吸附强度随沉积物中LFOM含量的增加而降低.沉积物磷吸附释放容量随有机质总量的增加而增加,吸附释放平衡浓度随有机质活性的增加而降低,释放强度和速率随有机质分解程度的增加而降低,吸附强度和速率随有机质活性的增加而增加.     

基于沉积物中总氮和总磷垂向分布与吸附解吸特征的白洋淀清淤深度

针对白洋淀清淤示范区2种主要水体类型：开阔淀和鱼塘,采用沉积物总氮（TN）和总磷（TP）的垂向分布拐点法和吸附解吸平衡浓度法,开展了清淤深度确定研究.根据沉积物TN和TP含量垂向分布拐点法与吸附解吸平衡浓度分别确定的清淤深度是一致的.南刘庄示范区淀水体清淤深度为（50±10）cm,南刘庄示范区鱼塘水体清淤深度为（30±10）cm,采蒲台示范区鱼塘水体清淤深度为（30±10）cm.沉积物对NH₄⁺-N吸附/解吸平衡浓度（ENC₀）与交换态NH₄⁺-N含量和TN含量显著正相关;沉积物对溶解态活性磷（SRP）吸附/解吸平衡浓度（EPC₀）与沉积物交换态SRP含量和TP显著正相关.沉积物TN和TP含量可以预测沉积物对上覆水体释放氮、磷的风险.南刘庄和采蒲台清淤示范区沉积物有向上覆水释放氮、磷的趋势,沉积物是水体营养的来源.建议判别清淤深度TN控制值为750mg·kg^-1、TP控制值为500mg·kg^-1,沉积物剖面TN含量大于750mg·kg^-1、TP含量大于500mg·kg^-1,可设计为清淤层.     

扰动强度对钝化剂抑制滇池沉积物磷释放的影响

选取滇池福保湾表层沉积物,以聚合氯化铝为钝化剂,研究了扰动强度对钝化剂抑制沉积物中磷释放的影响.结果表明,当扰动强度低于一定范围时,聚合氯化铝对沉积物中的磷有抑制作用,当转速为0,60,120r/min时,对应的水中磷浓度分别为初始值的62.5%,71.7%和83.4%;当转速达到240r/min时,沉积物会向水中释放大量磷,钝化作用完全被破坏,水中磷浓度为初始值的3.3倍.此外,在转速低于120r/min时,磷形态主要是以无机磷(DIP)为主的溶解性磷(DTP),而转速达到240r/min时,水中DTP/TP30%,DIP/DTP40%,即磷形态主要为不溶性磷,溶解性磷中以有机磷(DOP)为主.     

鄱阳湖枯水期沉积物磷释放特征及对水位变化响应

通过研究鄱阳湖枯水期不同高程沉积物磷释放热力学和动力学特征,试图建立沉积物磷释放与水位间响应关系,进一步揭示由于江湖关系变化导致的水位下降对鄱阳湖沉积物磷释放风险影响.结果表明:(1)鄱阳湖沉积物高程越高,即出露时间越长,中部和"五河"尾闾区沉积物EC0、DTP、DOP和SRP最大释放量及初始释放速率(0~5 min释放速率)越大,而北部湖区因采砂活动等影响,变化不明显.(2)鄱阳湖水位的持续下降引起的沉积物出露时间延长和出露面积增加,导致全湖沉积物DTP、DOP和SRP最大释放量分别增加了91、81和34 t,虽然该增加量对全湖磷负荷贡献较小(占外源P输入负荷的4.1%、3.7%和1.5%),但"五河"尾闾区沉积物磷释放增加强度为全湖平均值的3倍,意味着随江湖关系的持续变化,来年丰水期鄱阳湖沉积物磷将会集中释放,尤其是"五河"尾闾区等重点敏感区域,其沉积物磷释放量的增加将进一步加大鄱阳湖局部湖区水质下降风险.     

太湖梅梁湾沉积物中磷吸附/解吸平衡特征的季节性变化

室内模拟研究了太湖梅梁湾4个季节沉积物在低磷湖水中的吸附/解吸特征,推测沉积物在各季节的"源"、"汇"转化过程,找出沉积物"源"、"汇"转化过程中最活跃的磷形态;同时通过对冬季沉积物进行不同温度的吸附/解吸热力学实验,探讨了温度对沉积物吸附/解吸磷过程的影响.研究结果表明:梅梁湾4个季节沉积物总磷及各组分磷含量大小关系为春＜夏＜冬＜秋;夏季和秋季沉积物以释放为主,春季和冬季则以吸附为主;铁/铝磷是沉积物"源"、"汇"转化过程中较活跃的磷组分;沉积物对磷的吸附效率和平衡吸附量为春季最小,秋季最大;温度和沉积物磷含量对DIP吸附/解吸平衡浓度都有影响,吸附/解吸平衡浓度随温度的升高而增加,随沉积物磷含量的增加而减小.     

巢湖十五里河沉积物磷平衡浓度对外源碳的响应及释放风险

2017年7月至2018年5月,在巢湖十五里河干流的城乡梯度方向,按照每两个月采样1次的频率,采集5个点位的表层沉积物样,分析沉积物磷形态,解析磷平衡浓度及对外源碳(乙酸钠)的响应,并对沉积物磷释放风险进行评估.结果表明,十五里河水体磷素污染严重,沉积物总磷含量平均为915. 04～1 205. 31 mg·kg~(-1),且沿城乡梯度方向缓慢下降,而生物有效性磷含量则保持稳定;外源碳降低了沉积物EPC_0值(下降约29%),也改变了各采样点EPC_0值大小排序;上覆水SRP浓度高于EPC_0值所占比例为66. 7%,而且磷吸附解吸平衡饱和度EPC_(sat)-20%所占比例约60. 0%,表明十五里河沉积物以磷吸附占优势,即沉积物总体上处于磷"汇"状态;外源碳的输入使得EPC_(sat)-20%所占比例由60. 0%上升为73. 3%,降低了沉积物磷释放风险水平.     

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)。     

反复扰动下磷在沉积物和悬浮物以及上覆水间的交换

以太湖梅梁湾和月亮湾沉积物为研究对象,分析了沉积物反复扰动下磷在沉积物、悬浮物、上覆水间的交换规律.结果表明,反复扰动下,上覆水中TP和PP浓度降低;DTP则是在第8 d达到平衡浓度,分别稳定在0.019 mg·L-1(梅梁湾)和0.039 mg·L-1(月亮湾);DIP则发生了释放,随后降低,DIP的释放主要与沉积物中NH4Cl-P含量最大有关.第8 d达到平衡浓度,分别稳定在0.013 mg·L-1(梅梁湾)和0.028 mg·L-1(月亮湾).与上覆水中溶解氧的变化规律吻合.另外,扰动过程中梅梁湾上覆水DTP和DIP均明显高于月亮湾.由于扰动作用,悬浮物和沉积物上不同形态磷(NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P)数量分布发生明显变化.扰动过程中,梅梁湾悬浮物上NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P含量逐渐降低,而同一时间段上覆水中不同形态磷含量同样降低,但沉积物上NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P含量逐渐增加.尽管月亮湾的趋势不如梅梁湾显著,但总体趋势一致,暗示悬浮物在磷交换过程中所起的媒介作用.     

滇池水生植物分布对沉积物间隙水磷浓度的影响

为揭示滇池水生植物分布对沉积物间隙水磷的质量浓度的影响,分别采集滇池有植物区域和无植物区域沉积物柱状样,测定间隙水和上覆水溶解性总磷(DTP)、溶解性活性磷(SRP)和溶解性有机磷(DOP)的质量浓度,分析其沉积物间隙水磷的垂向变化特征,探讨水生植物对沉积物间隙水磷形态特征的影响及控制效果,结果表明:1水生植物对滇池不同湖区沉积物间隙水各形态磷的质量浓度影响显著,但因分布站点不同、深度层次变化所呈现的规律也各不相同;2水生植物显著降低了沉积物间隙水DOP的贡献率,有植物区域DOP平均贡献为32.87%,无植物区域则平均贡献为57.68%;3水生植物抑制了沉积物无机磷的释放,促进了DOP的转化.有植物区域SRP沉积物-水界面扩散通量比无植物区域平均降低39.99%;4水生植物生长对沉积物间隙水各形态磷的浓度削减比较明显,尤其是DOP,削减率达到了38.02%~85.49%.因此分析水生植物对沉积物间隙水DOP贡献率及削减率,对深入理解水生植物与间隙水DOP之间的关系及沉积物有机磷的矿化降解具有重要意义.     

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.     

滇池草海间隙水与上覆水氮磷时空变化特征

本文连续12个月监测了滇池草海柱状沉积物间隙水和上覆水不同形态氮磷浓度的垂向变化,揭示了不同季节间隙水与上覆水氮磷浓度差异及其形态组成贡献率,探讨了间隙水氮磷组成及氮/磷比值在湖泊富营养化及内负荷控制中的重要意义.结果表明:(1)草海间隙水NH_4~+-N浓度显著高于上覆水,而上覆水中NO_3~--N浓度显著高于间隙水,春、夏和秋季(2~11月)间隙水SRP浓度显著高于上覆水,而冬季(12月和1月)则与之恰好相反;(2)草海间隙水以NH_4~+-N和SRP贡献为主,分别占DTN和DTP的61%和78%,而上覆水则以DON和DOP贡献为主,分别占DTN和DTP的44%和81%,与春季和冬季相比,夏、秋季间隙水NH_4~+-N和SRP贡献率显著增加,而NO_3~--N、DON和DOP贡献率明显下降;(3)草海间隙水DTN/DTP、(NH_4~+-N+NO_3~--N)/SRP和DON/DOP比值均表现为春季冬季夏季秋季,而上覆水氮/磷比值则以春季较高,夏、秋和冬季相对较低.