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.     

反复扰动下加藻对不同形态磷相互转化的影响

以太湖梅梁湾沉积物和上覆水为材料,研究了反复扰动下加藻与否对沉积物中不同形态磷数量分布的影响.试验结束时,对照试验、单纯反复扰动、加藻反复扰动其上覆水中溶解性总磷(DTP)含量依次增加了75%、62.5%和18.8%,单纯反复扰动和加藻反复扰动试验上覆水中溶解性无机磷(DIP)浓度分别增加了300%和100%.加藻反复扰动和单纯反复扰动下,沉积物中钙磷(Ca-P)的净减少量分别为31mg/kg DW和 9mg/kg DW.表明, DTP和DIP的释放主要取决于沉积物中铁铝结合态磷(Fe/Al-P)和Ca-P的减少量.沉积物中Fe/Al-P和 Ca-P的含量有所降低,主要归因于反复扰动和藻类的同化吸收作用.然而,加藻反复扰动和单纯反复扰动下,藻类可利用磷(AAP)却有所增加.这表明藻类浓度较低时,其对磷的吸附同化量明显低于沉积物中Fe、黏土颗粒以及CaCO3的吸附量.尽管AAP的形成与还原速率很难测定,但其却可以很好地表征沉积物中内源磷的生物有效性.加藻反复扰动下,Ca-P的含量持续降低,这表明藻类吸附同化了部分Ca-P.因此,在一定藻浓度条件下,可用沉积物中NH4Cl-P, AAP, %Ca-P的和来表征生物有效磷(BAP)含量.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

不同模拟条件下太湖沉积物-水界面磷行为的研究

随着大量的磷输入水体,太湖富营养化已经成为一个严重的环境问题。沉积物内源磷的释放是湖泊上覆水体磷浓度升高的重要因素之一。文章针对太湖特征,模拟影响沉积物内源磷释放过程因素中的扰动、溶解氧和pH条件研究表层沉积物的内源磷行为。结果表明,在厌氧环境下有利于磷的释放,且没有扰动条件要比有扰动的释放量大,达到0.297 mg/L;好氧条件不利于磷的释放,经过好氧培养的沉积物中有机磷平均减少了约50%,好氧-厌氧交替使得铁结合态磷提高了0.001 8 mg/g。pH 8.2~8.6有助于沉积物磷的释放,且不同pH值下沉积物磷的最大释放时间不同,pH 9.0沉积物磷在1 d时最大释放量达到0.162 mg/L;沉积物中磷在不同pH下的形态会发生不同程度的转变,其中铁结合态磷(Fe-P)的转变最大。可见扰动、溶解氧、pH对沉积物内源磷的释放有着显著影响。     

藻类与扰动共存下水体中不同形态磷的数量分布规律

以太湖梅梁湾的沉积物和上覆水为研究材料,研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)与扰动共存下,水体中不同形态磷的数量分布以及不同藻类对水体中形态磷分布的贡献.结果表明,无论扰动与否,上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性磷酸盐(DIP)、生物有效磷(BAP)均呈降低趋势.但是,在扰动和无扰动条件下,铜绿微囊藻和羊角月牙藻对DTP和DIP的吸收能力恰好相反.水体中磷的消失主要归于颗粒物质的物理化学吸附和藻类的生物利用作用,但扰动与否两者对磷消失的贡献率明显不同.无扰动状态下,铜绿微囊藻和羊角月牙藻对DTP和DIP的吸收能力均在60%左右;而扰动状态下,两者对DTP和DIP的吸收能力分别下降至40%和25%.磷在沉积物不同形态磷间的数量分布也发生明显变化.无论扰动与否,NH_4Cl-P与钙磷(Ca-P)均有所降低,Fe/Al-P则增加,但扰动下NH_4Cl-P与Ca-P下降幅度与Fe/Al-P升高幅度均更大.与铜绿微囊藻相比,羊角月牙藻更有利于Ca-P的释放和Fe/Al-P的形成.     

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.     

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…     

沉积物参与下氮磷脉冲式输入对太湖水体营养盐浓度和藻类生长的影响

湖泊沉积物既是氮磷等营养物质的储存库,也是水体营养盐的二次污染源,可以缓冲水体氮磷浓度变化,进而影响水体营养盐的生物可利用性和藻类生长.本文以太湖梅梁湾为研究对象,通过模拟实验研究沉积物参与下外源氮磷脉冲式输入对水体营养盐浓度和藻类生长的影响,并阐明氮磷在沉积物、水和藻类间的迁移转化及再分配过程.结果表明,当以0.30 mg·(L·d)^-1的速率脉冲式输入氮时,实验组(有沉积物)水体氮浓度远低于相应的对照组(无沉积物),沉积物参与下水体氮约以0.144～0.156 mg·(L·d)^-1的速率脱除,根据单位面积估算水体脱氮速率约为40.793～44.193 mg·(m²·d)^-1,脱氮量约占外源氮的48%～52%;而相应对照组水体约以0.021～0.039 mg·(L·d)^-1的速率脱氮,脱氮量仅占外源氮的7%～13%,可见沉积物-水界面作为浅水湖泊反硝化等脱氮过程的主要场所,对减轻湖泊氮负荷具有重要贡献.当以0.015 mg·(L·d)^-1的速率脉冲式输入...     

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.     

营养盐输入对太湖水体中磷形态转化及藻类生长的影响

外源营养盐输入会对湖泊水体中磷的形态转化及藻类生长产生影响.为研究其影响规律,于春季选取太湖梅梁湾水体为研究对象,以KNO3和K2HPO4添加系列氮磷负荷,在试验过程中对各形态磷的浓度、藻类生物量(Chl-a)和碱性磷酸酶活性(APA)进行同步分析测定.结果表明,春季太湖梅梁湾水体中浮游植物的生长主要受到磷限制,加氮对其生长没有明显的促进作用.加磷至SRP=0.015 mg·L-1的水体中浮游植物生长情况最好,叶绿素a的含量和生长速率(μ)最大.添加硝酸盐能显著促进APA的增长,提高水生生物对磷的吸收利用能力,加快磷循环的速率;磷酸盐对APA则具有活性诱导-抑制机制,当水体中磷酸盐浓度在一定范围内(PO3-4-P≤0.025 mg·L-1)时,酶活性有显著提高.对水体中磷的循环转化过程和碱性磷酸酶的活性诱导-抑制机制的研究结果有助于揭示藻类生长过程中营养盐的补偿途径,为深入揭示藻类暴发机制提供理论基础.     

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。