环境因子及沉水植物对底泥磷释放的影响研究

通过环境因子（温度、pH、扰动、溶解氧等）及沉水植物对底泥磷释放影响的研究，分析了环境因子影响底泥磷释放的因素，及不同环境条件下沉水植物影响底泥磷释放的因素，得出了如下结论：溶解氧、pH、温度及扰动等对底泥磷向上覆水体释放都有一定影响，其中溶解氧和pH值影响较大；湖泊特别浅水型湖泊中，磷对水体富营养化起重要作用；沉水植物在控制湖泊底泥营养向水体扩散、风等外界因素扰动底泥起关键作用；浅水型湖泊中，湖泊底泥受扰动较大适合种植象狐尾藻类多分枝的沉水植物，这样有利于抑制底泥磷向水体的释放．     

刚毛藻分解对荣成天鹅湖沉积物磷释放的影响

在荣成天鹅湖刚毛藻暴发和非暴发区域分别采集沉积物进行室内加藻模拟试验,定期监测上覆水的溶解氧（DO）、pH、化学需氧量（COD）和可溶性磷（SRP）等指标的变化,并分析了刚毛藻分解对沉积物磷释放的影响。结果表明,避光培养过程中,刚毛藻分解使上覆水体的DO含量大幅降低,形成厌氧环境（0~0.14 mg.L-1）;COD含量则明显增加,各处理最大值变化在0.59~6.93 mg.L-1之间。刚毛藻分解可明显促进沉积物中磷的释放,培养期间上覆水SRP的含量大幅上升,变幅为0.01~1.51 mg.L-1;暴发区沉积物＋10 g藻和沉积物＋30 g藻处理的最大释磷量分别为沉积物处理的2.06倍和1.91倍。不同湖区沉积物磷的释放能力存在较大差异,暴发区沉积物的释磷量明显高于非暴发区,沉积物释放是前者上覆水磷含量增加的主要来源,而在非暴发区藻类分解释放的磷高于沉积物中释放的磷。     

达里诺尔湖磷赋存特征及底泥释放影响因素

[目的]揭示封闭性内陆湖磷组成特点及底泥释放影响因素,为控制达里湖磷元素污染提供理论支持。[方法]对达里诺尔湖水体总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性无机磷(DIP),沉积物形态磷进行监测,并利用因子分析的方法对影响沉积物底泥释放的因素分类讨论。[结果]达里湖上覆水总磷(TP)均值2.00±0.02mg/L,间隙水TP均值2.50±0.02mg/L,沉积物TP在206.09~940.49mg/kg之间。沉积物中无机磷(IP)占TP的47.9%,是沉积物主要的磷形态之一。钙磷(Ca-P)是IP中含量最多的形态磷(217.76±47.01mg/kg),其次为铁铝结合态磷(Fe/Al-P,62.73±28.34mg/kg)和交换态磷(Ex-P,36.50±19.13mg/kg),有机磷(OP,200.28±135.13mg/kg)含量占TP的41.8%;通过因子分析法将影响底泥释放的因素分为三类:沉积物TP,Ca-P,Fe/Al-P和生物有效性磷含量归为沉积物磷因子;水体pH,DO,Eh值以及间隙水磷含量归为界面影响因子;湖水水深归为湖泊自身特征因子。[结论]达里湖存在沉积物磷底泥释放的风险,根据因子分析的结果可知,影响沉积物底泥释放的因素分为沉积物磷、水—沉积物界面理化指标和湖水水深3大类。     

不同沉水植物在太湖污染底泥上适应性生长过程及水体氮磷的响应

利用太湖五里湖污染底泥,在不破坏表层沉积物层理结构的情况下,研究太湖常见沉水植物在此底泥上适应性生长情况及其对富营养化水体的净化能力。结果表明:实验沉水植物都能在污染底泥中生长良好,同时不同沉水植物均可使上覆水体中氮和磷水平明显降低,叶绿素a的含量也大幅度的减少,水体透明度增大,水质改善。间隙水中氮磷含量在实验时间内也有一定的降低。因此,恢复太湖沉水植被,是重建富营养化湖泊生态系统的重要措施。     

沉水植物对不同层次沉积物及土壤中磷迁移的影响

利用相同区域湖泊沉积物及土壤培养黑藻,分析不同层次底质中各形态磷含量和间隙水中磷浓度的变化,揭示在沉水植物作用下淹水土壤和沉积物中不同层次磷的迁移规律。结果表明,本试验条件下,土壤各层次均比营养水平相当的沉积物中磷的迁移性大,黑藻能促进上层底质中无机磷向上覆水中迁移,通过根系作用促进根尖分布层底质中有机磷的迁移转化;黑藻对沉积物下层(根尖分布层)磷迁移转化的影响小于土壤,对上层底质中磷向上覆水中迁移的影响大于土壤;黑藻通过吸收作用及改变根区环境条件,影响底质间隙水中各形态磷的浓度,黑藻对沉积物间隙水中磷浓度的影响大于土壤。     

巢湖沉积物磷的形态及其与间隙水磷的关系

采用磷形态的连续提取法,研究了巢湖沉积物中磷的地球化学形态及间隙水中总溶解性磷（DTP）、可溶性磷酸盐（DIP）、可溶性有机磷（DOP）含量的垂向分布特征。结果表明,西湖区的沉积物总磷含量明显高于东湖区。表层沉积物中活性磷含量占总磷的44％-81％,金属氧化物结合态磷（NaOH—P）作为活性磷的主要存在形式,在西湖区含量比例达到47％-60％,对磷释放起重要贡献;磷形态剖面表明,西湖区的金属氧化物结合态磷、可还原态磷（BD—P）含量高于东湖区。金属氧化物结合态磷、可还原态磷、钙结合态磷（HCl-P）受人类活动影响较大,有机磷（Org—P）受外源磷污染影响很小;BD—P、NaOH—P随深度增加而减小,说明巢湖近期磷负荷有增加的趋势;DTP、DIP、DOP在水-沉积物界面的浓度梯度反映它们有自间隙水向上覆水扩散的趋势;巢湖间隙水不同形态磷与BD—P、NaOH—P显著相关（α=0．01）。这项研究可为巢湖内源污染和富营养化的控制与治理提供理论参考。     

磷在富营养化湖泊沉积物-水界面的循环

沉积物中部分固定的磷可通过分解或溶解作用而释放磷酸盐到沉积物间隙水中;再生的磷可能释放到上覆水体中,或在沉积物中作为一种自生相而再沉淀,或被沉积物的其它组分所吸附。本文描述了磷在沉积物-水界面的迁移过程,并对影响磷循环的因子及其磷自沉积物释放的机制作一简要概述。     

山东武河人工湿地对磷净化的长效性及其内源磷分布与释放

人工湿地运行的长效性值得关注,以山东省武河人工湿地为例,2017年10月选取10个和4个代表性采样点分别采集原位水样和柱状沉积物样,对该湿地正常运行10年后,其对水体磷的净化效果和沉积物磷的分布特征及其内源释放风险进行了研究。结果表明:武河人工湿地运行10年后,对水体磷仍具有较好的净化效果,净化效率在50%左右,出水口总磷(TP)浓度为0.29 mg L^-1,符合地表水Ⅳ类水质标准。4个沉积物柱样均显示,沉积物各磷形态含量大小顺序为:无机磷(IP)>钙磷(Ca-P)>铁铝结合态磷(Fe/(Al-P)>不稳定态磷(LP)>有机磷(OP),IP含量最高,约占总磷的69%~95%,OP含量极低,与湿地来水息息相关;在IP中,沉积物Ca-P含量最高,表现为较为稳定的特性;空间分布上,不同点位各磷形态含量差异显著,进水口较近区域含量较高,垂向上,除Ca-P外,其他磷形态含量总体呈现随深度增加而减少的趋势,湿地来水影响明显。静态释放实验表明,湿地不同点位沉积物磷的内源释放速率差异明显,4个点位总磷的沉积物-水界面释放速率分别为-1.98、-9.32、-11.99和-8.65 mg m^-2 d^-1,均以吸附为主,距离进水口较近区域,沉积物对磷的吸附能力有所降低,这对人工湿地的长期运行具有指导意义。相关性分析表明,除Ca-P外,沉积物其他磷形态同有机质(LOI)表现出较好相关性,沉积物磷形态和LOI来源相对一致,主要为临沂城区工业废水和生活污水的尾水,受农业面源污染的影响较小。     

杭州湾典型潮滩湿地植物带沉积物磷吸附特征

利用磷酸盐吸附动力学和等温吸附实验,研究了杭州湾潮滩湿地沉积物磷素吸附特征,并分析了不同植被类型及其沉积物理化性质对磷吸附的影响。结果表明,不同沉积物磷的吸附与释放过程均包括快速吸附(0~1 h)、慢速吸附(1~16 h)和平衡(16~72 h)3个阶段,不同植物没有明显影响这一趋势。改进的Langmuir模型拟合表明,沉积物最大吸附容量(Qmax)在154.5~436.2 mg/kg间,生长植物的沉积物Qmax明显高于光滩沉积物。沉积物自带可解吸磷(NAP)较少,在1.853~4.777 mg/kg间,NAP在不同类型沉积物的分布趋势与Qmax值相似。4种植被类型沉积物EPC0值低于潮汐水体中磷酸盐浓度,扮演着"汇"的角色,EPC0在不同沉积物间差异较小。相关性分析显示,杭州湾潮滩沉积物Qmax和NAP受有机质、颗粒组成和总无机磷含量影响,其中Qmax还受电导率影响,而研究区EPC0与沉积物理化性质不存在显著相关性。植物可以通过影响沉积物的物理化学参数,从而影响磷的吸附过程。     

溶解氧等环境因素对Alafia河表层沉积物磷释放影响的模拟研究

在实验室条件下,采用混合均匀的Alafia河表层沉积物并以蒸馏水为上覆水进行沉积物磷释放模拟试验,研究了溶解氧、有机碳和金属铝对沉积物磷（PO4-P）释放的影响。结果表明,试验期间厌氧条件下沉积物磷释放量明显高于好氧条件下。厌氧条件下,未添加金属铝、添加有机碳源的试验组中沉积物释放平衡时水中磷浓度为5.93mg.L-1;好氧条件下,平衡时水中磷浓度为2.39mg.L-1。研究还发现,未添加金属铝的试验组,无论好氧还是厌氧条件下,未添加有机碳源时,沉积物磷释放量高于添加碳源条件;而在添加金属铝后,添加有机碳源的试验组中磷释放量略高于未添加碳源的试验组。添加金属铝能够明显抑制沉积物中磷的释放。未添加金属铝,厌氧条件下,平衡时水中磷浓度为6.91mg.L-1,好氧条件下,释放平衡时水中磷浓度为3.70mg.L-1;而添加金属铝的试验组,无论厌氧还是好氧条件下,上覆水中磷浓度均很小,接近于0mg.L-1。     

Effects of Hydrilla Verticillata on Phosphorus Retention and Release in Sediments

Submerged macrophytes are commonly used for the environmental engineering of the controlling of shallow lake eutrophication, and are also an effective and valid alternative for the remediation of eutrophic water bodies, not only under experimental conditions but also under natural conditions. Therefore, the effects of submerged macrophytes on the improvement of shallow lake water quality have been intensively investigated. But the mechanism was not well understood, especially the mechanism of the effects of submerged macrophytes on the exchange of nutrients at sediment–water interface in shallow lakes. This study selected a familiar submerged macrophyte Hydrilla verticillata in China and evaluated the effects of H. verticillata on the phosphate retention and release at the lake sediment–water interface in a simulated condition. The effects of H. verticillata on the phosphate sorption isotherm, phosphorus (P) availability were investigated and the subsequent kinetics of P release was also measured by repeated extraction with CaCl₂ solution. Exchangeable Ca and ammonium oxalate-extractable Fe (Fe_ox) and Al (Al_ox) of the sediments were also determined. The results show that the contents of organic matter, cationic exchange capacity (CEC), Ca, Fe, Al, exchangeable Ca, Fe_ox and Al_ox of the sediments with H. verticillata were higher than those of the control sediments, and the contents of total phosphorus (TP), Olsen-P and reactive dissolve phosphorus (RDP) were lower. The sediments with H. verticillata had stronger P sorption ability and weaker ability of P release. H. verticillata did not significantly affect the trends of the sorption isotherms and kinetics of the released P on the sediments. H. verticillata can significantly increase the ability of P sorption, decrease in the ability of P desorption on sediments was one of the mechanism that maintained lower P levels of the overlying water through affecting the contents of organic matter, CEC, Ca, Fe, Al, exchangeable Ca, Fe_ox and Al_ox in sediments.     

白洋淀沉积物-沉水植物-水系统氮、磷分布特征

通过2015年4月份和9月份对白洋淀西部纳污区、中部生活水产养殖区以及淀边缘区优势沉水植物及对应沉积物和水中总氮(TN)、总磷(TP)含量测定,分析白洋淀水体氮磷营养分布规律,明确不同沉水植物对自然水体氮磷富集能力,为应用沉水植物修复富营养化水体提供理论依据。结果表明:白洋淀水体TN和TP浓度分别为0.77~13.65mg/L和0.05~1.21mg/L。受唐河和府河输入影响,纳污区水中TN和TP浓度最高,为IV~劣V类水,生活水产养殖区和淀边缘区水体TN和TP浓度差异均不显著(p0.05),水体氮磷主要受入淀河流输入影响;沉积物TN和TP含量分别为(3.16±1.86)g/kg和(0.72±0.20)g/kg。沉积物TN和TP标准指数变化范围为3.42~9.09和0.93~1.44,综合污染指数为2.19~5.26,白洋淀沉积物营养盐处于严重污染水平且受氮素影响更为严重。其中生活水产养殖区沉积物TN和TP含量最高,纳污区和淀边缘区差异不显著(p0.05);沉水植物对水中TN的富集能力表现为菹草金鱼藻篦齿眼子菜,对水中TP的富集能力表现为金鱼藻菹草篦齿眼子菜;水和沉积物中TN和TP之间均存在显著正相关(p0.05)。沉水植物体内氮磷含量与水体TN和TP浓度存在显著正相关,而与沉积物TN和TP含量无显著相关(p0.05)。总之,3种沉水植物均具有很强的修复水体氮磷污染的能力,建议适时收割地上部以有效去除水体氮磷污染。     

Effect of submerged macrophytes on metal and metalloid concentrations in sediments and water of the Yunnan Plateau lakes in China

Purpose

Submerged macrophytes have an ability to absorb metals and metalloids either from the sediments via the roots, from the water by the leaves, or from both sources. The objectives of this study were (1) to test the hypothesis that metal and metalloid concentrations in water and sediments from sampling sites with submerged macrophytes are significantly lower than those from sampling sites without submerged macrophytes, (2) to explore the accumulation potential for metals and metalloids of different submerged macrophyte species, and (3) to discuss the relationships among submerged macrophytes, water, and sediments in the Yunnan Plateau lakes.

Materials and methods

Twenty Yunnan Plateau lakes with different trophic levels were selected. Concentrations of 16 metals and metalloids (Al, As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Li, Mn, Mo, Ni, Pb, Se, Sr, and Zn) in submerged macrophytes, water, and sediments were determined by using ICP-AES. Relationships among metal and metalloid concentrations in water, sediments, and submerged macrophytes were carried out by Pearson correlation analysis. The enrichment factor was calculated as the ratio between the concentration of metals and metalloids in a sediment sample and the soil background value.

Results and discussion

No significant differences were found in metal and metalloid concentrations in water and sediments between sampling sites with submerged macrophytes and sampling sites without submerged macrophytes. Moreover, lake water and sediments were mainly contaminated by As, Cr, and Pb. Potamogeton distinctus is a hyperaccumulator of Fe according to the threshold value for Fe hyperaccumulation. Many significantly positive correlations were found among metals and metalloids in submerged macrophytes due to co-accumulation. We found significant correlation between Cr in submerged macrophytes and Cr in water, and strong positive correlations between As, Cd, and Cu in submerged macrophytes and As, Cd, and Cu in corresponding sediments in the Yunnan Plateau lakes.

Conclusions

Submerged macrophytes have no significant effects on metal and metalloid concentrations in sediments and water in all the 20 Yunnan Plateau lakes in the study. However, further studies are necessary to understand the interactions of metals and metalloids in submerged macrophytes, water, and sediments.

     

太湖沉水植物光补偿深度反演及影响因子分析

水生植物在浅水湖泊生态系统中具有十分重要的作用,根据太湖常见的3种沉水植物苦草、狐尾藻、金鱼藻的光合速率与辐照度的关系,反演3种沉水植物的光补偿深度在太湖的空间分布,并根据水生植物的调查资料和文献资料来检验反演的效果。在此基础上,通过多元回归分析和因子方差贡献大小分析,探讨有机悬浮颗粒物、无机悬浮颗粒物、叶绿素a3种生态因子对沉水植物光补偿深度的影响。结果表明,3种沉水植物的光补偿深度总体上表现出从太湖东侧向湖心区、河口区及太湖西南方向逐渐减小的态势,对于特定的湖区,3种沉水植物的光补偿深度大小基本为苦草〉金鱼藻〉狐尾藻;3种沉水植物光补偿深度分别与有机悬浮颗粒物、无机悬浮颗粒物以及叶绿素a3因子呈显著回归关系。有机悬浮颗粒物、叶绿素a对3种沉水植物光补偿深度有显著的负作用,无机悬浮颗粒物有微弱的负作用,3因子对沉水植物光补偿深度影响大小依次是有机悬浮颗粒物〉叶绿素a〉无机悬浮颗粒物。     

伊乐藻和固定化细菌共同作用对富营养化水体中养分的影响

试验是在室外进行,采用适合冬季生长的沉水植物伊乐藻(Elodeamuttallii)和固定化微生物两者相结合来研究它们在冬春季节对富营养化水体中氮磷养分的影响变化。试验结果表明:采用两者的结合对维持和提高水质效果最为明显,其中对水体中几种形态的氮素都有不同程度的降低作用,这主要是由于除水生植物对水体中氮素的吸收外,还有通过固定化微生物的氨化作用、硝化和反硝化作用,促使氮素以气态的形式去除;在试验的后期,虽然水体中总磷TP和可溶性磷DP的含量在各处理中都表现出上升趋势,但是把伊乐藻(Elodeamuttallii)和氮循环菌相结合却能对水体的磷含量有明显的缓冲作用,这些结果综合表现为水体透明度的相对较高。     

水体氮浓度对狐尾藻和金鱼藻片段萌发及生长的影响

为了厘清水体氮浓度对沉水植物片段萌发及生长的影响,通过模拟控制试验,设计了水体总氮浓度分别为0 (CK)、 0.5 mg/L (N1)、 2 mg/L (N2)、 8 mg/L (N3)和12 mg/L (N4）共5个处理,研究了水体不同氮浓度条件下狐尾藻 (Myriophyllum spicatum) 和金鱼藻 (Ceratophyllum demersum)片段(3节)萌芽数、 萌发位置、 芽长和生物量的差异。结果表明, 水体氮浓度对不同沉水植物片段萌发的影响存在差异,较高的水体氮浓度不利于狐尾藻片断萌发,而对金鱼藻片段却有一定程度的促进;氮浓度处理促进了狐尾藻顶端优势,却抑制了金鱼藻的顶端优势。狐尾藻以0.5 mg/L处理的芽长较长,生物量以2 mg/L处理最大;而金鱼藻以8 mg/L处理芽长最长,生物量以2 mg/L处理最大。由此可见,不同沉水植物对水体氮适应性存在差异,水体氮浓度较低时,沉水植物断枝可以进行萌发和生长, 而当氮浓度超过2 mg/L时,对沉水植物断枝萌发及生长反而有抑制作用;金鱼藻片段比狐尾藻对水体氮浓度的耐受性强。     

去除有机质对城市浅水湖泊氮磷释放特征的影响

[目的] 分析南昌市浅水湖泊象湖表层沉积物的释放特征及有机质对氮、磷释放的影响,为城市内浅水湖泊治理中富营养化控制提供理论依据。[方法] 通过释放动力学试验以及释放潜能试验研究了城市浅水湖泊氨氮（NH₄⁺-N）和溶解性活性磷（SRP）的释放特征,以及与通过H₂O₂去除有机质后的释放特征进行了对比。[结果] 去除前后的氮磷的释放速率都是先由一个较快的过程逐渐变慢最后趋于稳定达到最大释放量（Q_max）。去除有机质后NH₄⁺-N的释放平衡时间缩短,SRP则几乎不变。去除有机质后,NH₄⁺-N的最大释放量（Q_max）与有机质含量呈显著正相关,而SRP与有机质无显著相关性。[结论] 影响沉积物氮磷释放的因素多样,其中高等水生植物丰富的区域对磷的释放有明显的抑制作用。沉积物有机质的含量越高沉积物氮的最大释放量（Q_max）也越高,磷的的最大释放量（Q_max）则受有机质含量、活性、组成成分、吸附与结合的铁铝磷含量等因素共同影响。     

大宁河回水区消落带土壤磷释放动力学研究

以三峡大宁河回水区消落带采集的6个土壤样品为研究对象,在室内模拟条件下,通过磷释放动力学实验,研究了三峡入库河流大宁河消落带土壤磷释放动力学特征,并分析了样品组成特征对释放动力学的影响,结果表明:指数动力学模型可以很好的拟合大宁河回水区消落带土壤样品磷释放动力学特征,前25 h为快反应,磷释放速度较大,随后进入慢反应,逐渐达到最大磷释放量;样品磷释放动力学特征与总氮、总磷和有机质等理化指标相关性较弱;样品磷释放动力学特征与Fe/Al-P的呈现极显著正相关关系,与Ca-P和O-P的相关性较弱,这说明样品中磷的释放量主要受Fe/Al-P含量控制。