多重扰动对湖泊内源磷迁移转化的影响

为了阐明多重扰动因素对内源磷迁移转化的影响,以太湖梅梁湾沉积物为研究对象,借助Rhizon间隙水采样技术、Unisense微电极系统等技术,研究了扰动下泥水两相间溶解氧、不同形态磷、铁离子等变化规律.结果表明,与对照实验相比,河蚬的出现致使沉积物内部溶解氧含量降低.扰动致使间隙水中DIP的峰值区域由3~4 cm迁移至4~5 cm,暗示了摇蚊幼虫和河蚬的引入使得DIP再生的"活跃区域"更深入泥层.并且,河蚬和藻类的出现进一步降低了间隙水中DIP的含量,其主要来源于NH_4Cl-P的释放,去向为上覆水和形成Fe/Al-P.随着扰动因素的增加,NH_4Cl-P转化为Fe/Al-P的比重也逐渐增加(由44%增至59%).     

物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和形态转化的协同作用

为探讨物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和形态转化的协同作用,选取了苏州某富营养化河道为研究对象.利用室内静态培养试验和Rhizon间隙水采样技术,着重对比了单纯的摇蚊幼虫扰动和组合扰动下,上覆水、间隙水、沉积物中磷形态数量分布的变化规律.结果表明,组合扰动下,上覆水中不同形态磷含量(TP、PP、DTP、DIP)均处于较高水平,明显高于摇蚊幼虫扰动.这可归因于微生物活性的显著增加.与摇蚊幼虫扰动相比,组合扰动下,间隙水中DIP和Fe2+浓度的降低幅度和降低范围明显更大.这主要是由于物理扰动和底栖生物扰动产生的叠加效应,导致溶解氧渗透深度增加.另外,0~2 cm沉积物中,NH4Cl-P含量明显降低,Fe/Al-P明显增加,并且,NH4Cl-P和Fe/Al-P的变化幅度均在组合扰动下最大.这暗示了物理扰动和底栖生物扰动对磷再生和迁移产生的叠加效应.     

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...     

物理和生物组合扰动对底泥微界面过程的影响

借助Rhizon间隙水采样技术、Unisense微电极技术,解析了物理扰动和摇蚊幼虫组合扰动对底泥微界面和微环境特征的协同作用.结果表明,组合扰动、生物扰动均导致溶解氧渗透深度(OPD)、总氧气交换速率(TOE)、含水率、总微生物活性显著增加,并保持在高于对照实验的水平.并且,组合扰动下,这些指标随着物理扰动强度增加而有所增加.对于Fe2+而言,组合扰动和生物扰动均导致Fe2+含量明显降低,且降低幅度明显大于对照实验.Fe2+、含水率、总微生物活性在底泥0~4 cm内受扰动影响变化幅度较大.这可能是内源磷形态转化的"活性区域".对组合扰动下OPD、TOE、Fe2+、含水率、总微生物活性与物理扰动强度进行曲线拟合.结果表明,各拟合方程均符合2阶多项式,且当扰动强度≥34 r·min-1,组合扰动对上述指标产生"跃变式"叠加作用.这种改造效应可能是内源磷形态转化的主要诱发机制.     

摇蚊幼虫扰动下沉积物微环境和微界面对物理扰动强度的响应

以太湖梅梁湾沉积物为研究对象,借助Rhizon间隙水采样技术、Unisense微电极技术,解析了物理扰动和摇蚊幼虫组合扰动下,沉积物微环境及微界面特征对物理扰动强度的响应规律.结果表明,高强度物理扰动下(240 r·min-1),溶解氧渗透深度(OPD)达到12.1 mm,远高于低强度(60 r·min-1)的3.8 mm.沉积物总氧气交换速率(TOE)、TOE与DOE差值、ORP、溶解氧渗透深度(OPD)、DO空间分布的差异性等均显示了与物理扰动强度正相关趋势.沉积物中p H增加的区域和幅度及Fe2+减小的区域和幅度也显示了相同响应规律;在沉积物表层0~6 cm范围内,相同深度沉积物的含水率、孔隙度、总微生物活性均随物理扰动强度增加呈递增趋势,并对物理扰动强度的响应程度随沉积物深度递增逐渐减弱.这暗示了物理扰动胁迫摇蚊幼虫构造更深和更多的廊道,进而从垂向的角度改造了沉积物微界面和微环境.     

扰动对外源性磷在模拟水生态系统中迁移的影响

采用同位素示踪法,模拟研究不同扰动强度对外源性磷在水体、铜绿微囊藻和底泥中迁移的影响.水体中外源性磷首先由快速的物理化学分配进入铜绿微囊藻和底泥中,然后其在水体中的迁移主要受铜绿微囊藻生长状况的影响.实验表明,当扰动强度为30r/min时,铜绿微囊藻生长得最好.单位质量铜绿微囊藻中最大外源性磷含量与扰动强度无关,但扰动能加快铜绿微囊藻对外源性磷的吸收速率.水体中溶解的外源性磷含量随时间持续下降,微囊藻的衰亡能促进水体中磷向底泥中迁移.最终绝大部分外源性磷迁移到底泥中.增加扰动能有效降低水体中溶解性磷的浓度,在扰动为30r/min时,水体中外源性磷从2.183mg/mL下降到0.0180mg/mL.     

扰动状态下pH值对内源磷生物有效性的影响

为了阐明底泥扰动状态下pH值对内源磷生物有效性的影响机制,以富营养化河流的底泥和上覆水为材料,通过实验室试验模拟了不同初始pH值条件下,底泥扰动对上覆水中溶解性磷酸盐(SRP)和底泥中生物有效磷(BAP)含量的影响。结果表明,底泥扰动显著降低了上覆水中SRP含量,其去除率随着初始pH值升高而降低。去除率从大到小依次排序为,pH5>pH7>pH9.5.SRP的去除与较低初始pH值条件下生成的非晶型铁氧化物有关。基于不同形态磷的迁移活性,采用NH4Cl-P+%BD-P(非闭蓄态Fe-P)+NaOH-nrP估算BAP是合理的.由此计算可知,BAP占总磷(Tot-P)的百分比随着初始pH值升高而降低。不同初始pH值条件下,BAP占Tot-P的百分比为33.36%(3种初始pH值条件下的平均值),该值远小于通过传统方法计算的BAP含量占Tot-P的百分比(平均为85.04%)。但由于2种方法中计算的BAP占Tot-P的百分比的变化趋势恰好相反,其与藻类可利用磷的变化密切相关。     

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.     

不同扰动条件下微囊藻和栅藻竞争能力的比较

以扰动为主要限制因子,研究铜绿微囊藻和栅藻在纯培养和共培养情况下的生长状况,探讨了竞争和种群增长率之间的关系,以判断藻类竞争的结果。结果表明:适宜的扰动有利于微囊藻的增长和聚集,较大强度的扰动则抑制微囊藻的生长。在共培养体系中,铜绿微囊藻有更强的竞争能力和抑制其它生物生长的能力,获得最大生物量和远大于栅藻的增长率。     

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.     

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.     

淡水沉积物中Cd和Cu对河蚬的毒性效应研究

以淡水底栖动物河蚬(Corbicula fluminea)为受试生物,研究了淡水沉积物中重金属Cd和Cu对河蚬的12h挖洞行为和10d存活率的影响.结果表明,河蚬对加标Cd和Cu的淡水沉积物均产生了明显的规避行为.在12h挖洞行为试验中,河蚬对沉积物中Cd的污染反应比Cu更加灵敏,暴露于Cd和Cu的10mg/kg的沉积物中时,河蚬的挖洞比率分别为0.39和0.43.在10d存活率试验中,河蚬的存活率随沉积物中Cd和Cu浓度的升高而降低.在Cd加标浓度为10mg/kg的沉积物中,河蚬的存活率为93.3%,当Cd加标浓度达到300mg/kg时,河蚬存活率降为43.3%;在Cu加标浓度为10mg/kg的沉积物中,河蚬存活率为96.3%;而当Cu加标浓度达到500mg/kg时,河蚬存活率降为34.3%.加标Cd和Cu的两种淡水沉积物对河蚬的LC₅₀分别为285、690mg/kg,表明河蚬对Cd的毒性反应更加灵敏.比较河蚬的挖洞行为和存活率对重金属Cd和Cu的指示作用,挖洞行为比存活率更加快捷,对沉积物中Cd和Cu的指示作用更加明显,故在沉积物重金属污染监测中应优先考虑挖洞行为.     

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.     

不同温度和pH下氨氮对河蚬和霍甫水丝蚓的急性毒性

水环境中氨氮毒性与pH、温度等环境因子密切相关. 采用半静态方法研究不同pH和温度下氨氮对河蚬(Corbicula fluminea)和霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)的急性毒性效应. 结果表明:pH对氨氮毒性影响显著,其中NH₃₊NH₄+对河蚬和霍甫水丝蚓的LC₅₀(半致死浓度)随pH的增加而下降,其变化范围为11.78~83.82 mg/L,并且这2种水生生物对NH₃₊NH₄+毒性的敏感性差异不大;当温度分别为20、25和30 ℃时,NH₃₊NH₄+对河蚬的LC₅₀分别为70.86、37.85和19.14 mg/L,对霍甫水丝蚓的LC₅₀分别为65.88、42.73和21.21 mg/L,20 ℃时NH₃₊NH₄+对河蚬及霍甫水丝蚓的LC₅₀分别是30 ℃时的3.70和3.11倍. 表明水体pH和温度越高,氨氮的毒性作用越强. 通过比较氨氮水生生物基准中的FAV(最终急性值)和试验生物的LC₅₀发现,我国现有的氨氮基准能够很好地保护本土水生物种河蚬和霍甫水丝蚓.      

Influence of phosphorus on Microcystis growth and the changes of other environmental factors

The growth processes of Microcystis aeruginosa （FACHB-41） in simulated Taihu Lake water with different phosphorus concentrations were investigated using laboratory microcosms. The algal biomass increased with the increase of phosphorus concentration when it was lower than 0.445 mg/L, while the dissolved oxygen （DO） and pH increased, dissolved inorganic nitrogen （DIN） and light intensity underwater（I） decreased. Responding to the changes of the “environmental factors”, the cellular carbohydrate and its ratio to cellular protein decreased generally as phosphorus increased. However, when phosphorus concentration was higher than l. 645 mg/L, the biomass, the “environmental factors”, the cellular carbohydrate and its ratio to cellular protein did not change likewise. Since the environmental factors and the physiological and biochemical responses are important factors, the change of environmental factors and cell physiology and biochemistry induced by phosphorus may become the key factors that steer the growth and dominance of Microcystis under certain conditions. To sum up, phosphorus not only stimulate the growth of Microcystis directly by supplying nutrient element, but also has complex interactions with other “environmental factors” and play important roles in the growth processes of Microcystis .     

河蚬扰动沉积物界面效应及其在水中代谢速率

采用室内培养实验,研究了河蚬扰动对沉积物耗氧速率与营养盐通量的影响及河蚬在水中的呼吸与排泄速率.结果表明,河蚬增大了沉积物耗氧速率与溶解活性磷(SRP)、NH4+、NO3-向上覆水释放通量.河蚬在沉积物-水系统中产生NO3-速率与其在水中产生NO3-速率不存在显著差异.而河蚬在水中呼吸速率是其在沉积物-水中所产生净耗氧速率的4.3倍,河蚬在水中排泄SRP、NH4+速率分别为其在沉积物-水中所产生净SRP、NH4+释放速率的7.3倍与20倍.这些显著差异可能是由于河蚬在水中与沉积物中的活动形态不同.     

缺磷及高光照条件下紊动对铜绿微囊藻生长的影响

通过试制隔栅搅拌模拟紊动装置,设置格栅转动频率为0,500,1000,1500Hz（对应紊流能量耗散率范围0～8.93×10^-3m²/s³）,研究高光照与缺P的不利环境条件下紊动对铜绿微囊藻生长的影响.结果发现,在高光照（8000lx）下,微囊藻生长明显受到抑制,静止条件下藻浓度仅为正常光照的47.7%,但紊动可一定程度上减缓高光环境的影响,其中高光照下1000Hz组藻浓度最高,相对静止提高了1.8倍.高光照试验组的叶绿素a含量是正常光照条件1.52~1.78倍,因此高光照并未促进藻细胞的生长分裂,而叶绿素a的大量累积可能是铜绿微囊藻应对高光照不利条件作出的抵御反应.在缺P条件下,藻生物量仅为正常营养条件1/6~1/4,但随紊动强度增加,藻生物量略有增加,而叶绿素较初始浓度增加明显,其中1000Hz组生长情况最好.水体紊动可缓解高光照、缺P等恶劣环境条件对铜绿微囊藻生长的抑制,叶绿素a的累积可能是藻细胞对不利环境条件的响应.     

铜绿微囊藻生长特性研究

研究了pH,扰动及营养盐对铜绿微囊藻生长的影响.结果显示铜绿微囊藻生长的最适pH为8.5～9.5,生长过程对水体的pH也会产生较大影响,总的趋势是使水体pH趋向于9～9.5;扰动对铜绿微囊藻生长的影响主要表现在生长滞后,但对其生长速率及生物量均无太大影响;增加磷浓度更易促进铜绿微囊藻的生长,氮对铜绿微囊藻的生物量则有较大影响.     

底泥扰动对上覆水中磷形态分布的影响

通过室内试验模拟底泥受持续和间歇扰动的过程.探讨了扰动作用对上覆水中不同形态磷分布的影响.结果表明,持续扰动和间歇扰动显著促进了上覆水中的溶解态磷向底泥迁移.持续扰动与间歇扰动作用下,上覆水中溶解性无机磷(DIP)分别在第6h和第24h达到平衡状态,为0.014mg.L-1和0.015mg.L-1.显著低于对照试验(0.04mg.L-1);而溶解性总磷(DTP)则在第6h和第48h达到平衡状态,为0.047mg·L-1和0.045mg.L-1,显著低于对照试验(0.065mg.L-1).持续扰动促进了颗粒态磷(PC)的释放,扰动6h后,PP达到最大值(9.18mg·L-1).随后下降.第24h后,PP稳定在2.18mg·L-1左右;而间歇扰动作用下,第2h,PP达到最大值(2mg·L-1),随后下降,第96h后,PP稳定在0.093mg·L-1左右.扰动作用下,TP的变化规律与PP一致.与初始状态相比,持续扰动和间歇扰动作用下,DIP/DTP、DIP/TP、DTP/TP显著下降,而上述该值在对照试验中则基本保持不变,说明扰动导致的底泥再悬浮有利于降低上覆水中溶解态磷的含量.