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浅水湖泊内源磷负荷季节变化的生物驱动机制 总被引：14，自引：5，他引：14
由于磷是重要的生源要素,过量的磷促进浮游植物(包括有毒蓝藻)的生长而使水质恶化,水-泥界面的磷交换机制受到广泛关注.一般认为沉积物的磷释放模式在浅水湖泊和深水湖泊之间有很大的差异.在探讨沉积物中磷释放机制时,人们一直最关注的要素为铁和氧及其相关的环境因子(如扰动、分解),但是浅水湖泊中磷含量变化的大部分结果仍然无法解释.通过对欧洲温带浅水湖泊和亚热带气候的长江中下游浅水湖泊中有关沉积物磷释放模式的野外和实验研究结果的分析,认为在浅水湖泊内源磷负荷季节变动模式的驱动因子中,pH可能比溶氧更为重要,即浮游藻类的光合作用增强时导致水体pH值的上升,这又可改变沉积物表面的pH,从而促进沉积物中磷(特别是铁磷)的释放并基于藻类水华对沉积物中磷的泵吸作用,首次提出了浅水湖泊中内源磷负荷的季节波动与营养水平密切相关主要是由于藻类光合作用驱动的新的观点.此外,浅水湖泊中藻类水华对沉积物磷的选择性泵吸作用,一方面圆满地解释了为何在超富营养的武汉东湖通过非经典的生物操纵于20世纪80年代中期消除了东湖的蓝藻水华后水柱中总磷和活性磷含量均显著下降,另一方面也解释了为何在许多欧洲湖泊的群落季节演替过程中出现的春季浮游植物较少的清水期或通过经典的生物操纵降低浮游植物的现存量均可显著地降低湖水中的磷含量.相对于深水湖泊来说,浅水湖泊生态系统结构的改变引发的浮游植物的兴衰,能对水-泥界面磷的交换能产生更显著的影响.也就是说,生物的生命活动同样可以驱动沉积物中营养盐的释放,而且在浮游植物丰富的富营养化浅水湖泊中,这种静态释放作用更为明显. 相似文献
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在浅水湖泊中,沉降在沉积物中的营养盐易受到水流的扰动再释放出来,而沉水植物可以在一定程度减少营养盐的释放.借助自主开发的生态水槽,在40 d的实验周期内检测动、静水条件下有、无苦草(Vallisneria natans L.)时沉积物、上覆水中磷含量变化,旨在为沉水植物对湖泊沉积物营养盐释放量的影响估算及水环境质量评价提供科学依据.结果表明:动水条件下,沉积物在没有苦草的保护下总磷含量下降21.8%,而有苦草的保护下总磷含量下降17.7%.苦草根系从周围沉积物中吸收磷,1~4 cm沉积物层的吸收量高于4~8 cm沉积物层.动水槽的上覆水中总溶解态磷浓度和总颗粒态磷浓度均大量增加,并且总颗粒态磷浓度相对于总溶解态磷浓度占较大比例.苦草减少了沉积物中磷的释放,并对上覆水中正磷酸盐有明显的吸收作用. 相似文献
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湖泊富营养化是世界面临的重大环境问题,磷在沉积物-水界面的循环在富营养化过程中起关键作用,因此,研究沉水植物对沉积物-水界面磷循环的作用及其机理具重要的理论和实践意义.本实验通过在水泥池中(4.0 m×7.0 m×1.5 m)种植苦草(Vallisneria natans),并采用定期更换原位上覆水的方式模拟自然状态下的水体交换,研究了沉水植物苦草从定植到生长末期沉积物中不同形态磷含量的变化,以期揭示期间苦草对沉积物中磷赋存形态的影响.结果表明,本实验条件下苦草经历了两个生长阶段,在约1个月的快速生长期内能显著降低沉积物中的总磷(TP)含量,TP含量降低了78.79 mg/kg,其中有机磷(Org-P)含量降低49.99 mg/kg,对TP降低的贡献度为62.67%,而钙结合态磷(Ca-P)比对照组减少2.20%,因此,苦草可能主要通过促进Org-P的矿化向水柱和间隙水中释放磷的方式降低沉积物中TP含量,其次苦草可促进Ca-P的分解;此外,苦草为满足植株生长,所吸收的沉积物铁结合态磷(Fe-P)和铝结合态磷(Al-P)分别为2.99和4.10 mg/kg,但苦草对沉积物中闭蓄态磷(Oc-P)含量没有显著影响.在缓慢生长阶段,苦草促进有机物的沉降以及Fe-P和Oc-P的形成,Fe-P和Oc-P含量分别增加14.82和101.53 mg/kg.苦草对Al-P的形成也略有促进作用,其含量升高7.39%.研究结果表明,苦草在不同生长阶段对沉积物中磷形态的转化以及各形态磷的迁移方向具有不同的影响.在快速生长期苦草转化吸收高活性磷,将其固定到植株体内;缓慢生长阶段则促进水体中的磷转化成沉积物中难分解态的磷,对磷的沉降表现出积极促进作用. 相似文献
4.
大型浅水湖泊--巢湖内源磷负荷的时空变化特征及形成机制 总被引：7，自引：1，他引：7
通过对大型浅水富营养化湖泊--巢湖湖水、间隙水以及沉积物中磷形态及吸附行为时空变化的研究发现,富营养化较为严重的巢湖西区湖水、间隙水中的正磷酸盐(orthophosphate,Ortho-P)、总磷(total phosphorus,TP)显著高于东湖区,这与西湖区有大量的营养物质通过入湖河道输入有密切关系;此外水柱中颗粒态磷(particulate phosphorus,PP)亦有同样的空间分布规律,且PP的含量与微囊藻的生物量呈显著正相关关系,表明微囊藻在吸收与储藏磷方面比其它藻类更具优势.夏季浮游藻类爆发性增长引起湖水pH的升高以及对磷的大量需求是促使沉积物中的磷(特别是Fe-P)向间隙水中释放的关键因子.沉积物TP、磷形态及吸附行为的空间变化及统计分析的结果表明,沉积物中磷含量的空间异质性与人类活动、土壤地球化学背景及矿物组成等的差异有密切关系.此外,即使沉积物磷含量相同,Fe-P含量的增加将会带来更高的磷释放风险. 相似文献
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过氧化钙在处理厌氧底泥中的应用初探 总被引：1，自引：0，他引：1
为改善河道厌氧底质及内源氮、磷等营养盐释放问题,考察对沉水植被恢复的影响,研发可同步解决沉积物供氧和削减内源氮、磷释放的氧缓释材料.实验通过向沉积物-水界面处散点注射不同剂量的过氧化钙(Ca O2),研究界面处溶解氧的动态变化特征及表层沉积物与底层水体之间溶解态氮、磷的交换过程.结果表明:添加Ca O2显著提高了界面处底层上覆水溶解氧浓度,随着Ca O2浓度的增加溶解氧浓度增加,不同处理组之间具有显著差异;Ca O2对沉积物中PO3-4-P释放具有明显的抑制作用,且随Ca O2浓度的增加抑制效果愈加明显,上覆水中可溶性活性磷浓度最大可削减98%.实验开始时,磷释放速率可降至-241.916±22.501 mg/(m2·d),降幅最高可达到144%;Ca O2对沉积物NH+4-N释放的抑制效果不佳,上覆水中NH+4-N浓度随着时间的变化波动性较大,且有逐渐增大的趋势.另外,添加Ca O2会显著提高底层上覆水p H值,不同处理组之间差异显著,但当Ca O2投加量小于0.529 kg/m2时,不会对苦草种子的萌发生长有显著影响,p H值波动在可接受范围内(7.62~10.87).因此,结合污染沉积物的状况,适当地投加Ca O2有望同步解决底质厌氧、内源磷释放及后期沉水植被定植底质生境改善的问题,可推荐为一种黑臭污染底泥治理技术在实际的河道生态工程中应用,其适宜浓度为0.176 kg/m2左右. 相似文献
6.
为探究富营养化浅水湖泊所富集的有机物对湖泊碳循环和水质的影响,本研究构建微宇宙系统,模拟蓝藻和芦苇碎屑单独分解及混合分解过程.通过测定各组上覆水营养盐浓度、有机质含量及结构的变化,揭示富营养化湖泊藻草残体混合分解过程中养分和有机碳的释放特征.结果表明,在实验0～88 h内,在添加相同的碳源条件下,蓝藻和芦苇混合处理组总碳(TC)释放量显著高于理论值,表明藻草碎屑混合分解存在共代谢效应.在培养初期,沉积物通过共代谢效应对水质产生了较大的影响,加速向水体中释放氮、磷物质.相较单独的植物分解,混合处理组中总氮(TN)、总磷(TP)的最大释放量分别提高了13.49%和26.84%;通过三维荧光光谱表征的类富里酸荧光强度变化也表明:较芦苇处理组,混合处理组中芦苇的分解速率更快.在培养开始后,各处理组均快速转变为厌氧状态,TC、TN、TP浓度随时间变化总体上呈先快速上升再逐渐平缓的趋势,分别在第228、108和324小时达最大值(372.4±2.98)、(138.45±2.97)和(7.95±1.11) mg/L.细菌特异性脂肪酸含量变化表明,将蓝藻碎屑添加到芦苇碎屑中,会增加芦苇碎屑中细菌的丰度,从而提高分解速率,激发共代谢效应.在全球气候变暖的背景下,随着富营养化湖泊藻类暴发频次增加,共代谢效应可能还会进一步加强,对富营养化湖泊水质将会持续产生影响. 相似文献
7.
富营养化湖泊沉积物有机质矿化过程中碳、氮、磷的迁移特征 总被引：7，自引：2，他引：5
采用室内培养的方法,以富营养化湖泊太湖为例,研究了沉积物有机质矿化过程中碳、氮、磷的迁移特征.结果表明,在沉积物中的有机质矿化过程中,碳以溶解性无机碳释放至水中,同时以CH4和CO2形式释放至大气中,培养结束时,CH4和CO2累积排放含量分别为1492.21和498.96 mg/g(dw),其中CH4占气态碳的89.16%(以C质量计);此外,大量的氮、磷营养盐释放至上覆水体,水中总氮、总磷和铵态氮的最高浓度分别是初始浓度的62.16、28.16和139.45倍,而硝态氮浓度在整个培养过程中逐渐下降,培养末期浓度是初期的0.21倍;厌氧条件下,沉积物有机质的矿化,不仅可以生成大量的CH4、CO2气体,还能够促使沉积物中铵态氮和磷的释放;而沉积物有机质矿化释放的碳、氮、磷营养元素又能加剧湖泊富营养化程度,促进湖泊水体的初级生产力,从而增加湖泊沉积物有机质输入.这样的循环方式可能是湖泊富营养化自维持的重要机制之一. 相似文献
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磷的过度输入是湖泊富营养化的关键原因,由于内源(沉积物)磷的释放,即使外源磷输入得到控制,富营养化湖泊的水质仍难以改善.近年来,利用镧改性膨润土(lanthanum modified bentonite,LMB)原位钝化沉积物中的磷,抑制湖泊内源磷释放备受关注.为了更好地理解和应用镧改性膨润土钝化磷技术,本文首先介绍镧改性膨润土的组成和其钝化磷的原理,其次梳理LMB磷钝化技术在富营养化湖泊中的应用效果,再分析影响LMB钝化磷效率的因素,最后阐述LMB在应用过程中可能产生的生态风险;并根据以上分析,提出LMB磷钝化技术应用中需要注意的方面,对该技术的后续研究方向进行展望. 相似文献
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长江中下游湖泊沉积物中磷的形态及藻类可利用量 总被引：13，自引：1，他引：13
调研了长江中下游地区25个浅水湖泊的35个样点表层沉积物中磷的地球化学形态特征,以及太湖沉积物中藻类可利用磷(AAP)的空间分布,垂向分布特征及其蓄积量,探讨了浅水湖泊表层沉积物中磷的赋存量,地球化学形态及其与水草,湖水磷浓度,叶绿素(Chl-a)浓度之间的关系.结果表明,长江中下游地区浅水湖泊的表层沉积物中可交换态磷(Ex-P)含量与水体总磷(TP),溶解性总磷(DTP)及溶解性反应活性磷(SRP)浓度关系密切,有水草湖区的沉积物中生物易利用磷(Bio-P)含量显著低于无水草湖区及藻型湖区.太湖梅梁湾沉积物泥芯中,表层3 cm沉积物中Ex-P含量显著增高,而夏季还原条件下容易转变为溶解态磷的铁磷(Fe-P)含量峰值则出现在4～10cm深度.太湖表层沉积物的Bio-P含量与夏季叶绿素浓度密切相关,说明表层沉积物的Bio-P及AAP可以作为沉积物内源释放风险的指示参数.太湖表层1 cm底泥中所含有的AAP量估计多达268.6吨,风浪扰动能将大量的AAP带入水体,对太湖蓝藻水华暴发起着不可忽视的作用. 相似文献
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长江中下游湖泊沉积物氮磷形态与释放风险关系 总被引：14，自引：2，他引：12
运用聚类分析、主成分分析和相关矩阵的统计分析手段,对长江中下游湖群共18个湖泊的沉积物氮磷释放风险以及湖泊沉积物、间隙水和上覆水中氮磷形态以及其他相关地球化学参数进行分析。草型和藻型湖泊的环境差异是造成氮磷释放风险的主要原因。氮磷释放风险与铁磷、藻类可利用磷、总氮、总磷、上覆水氮磷含量、间隙水氮含量、孔隙度和有机质含量间的关系最为密切。决定磷酸盐释放风险的主要形态磷是藻类可利用磷和铁磷,其他形态磷或者含量较低或者不易被转化释放,对磷酸盐释放风险影响较小。有机磷含量对磷的释放风险没有直接决定作用,但它与有机质含量间呈显著正相关。 相似文献
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着生藻类一般生长位置相对稳定,其群落分布主要受环境因素的影响,同时,着生藻类还是重要的水环境指示生物.本研究对鄱阳湖丰水期5个典型湖区(主航道、西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊)着生藻类的群落结构特征进行调查,包括生物量、优势种及生物多样性,分析影响着生藻类群落区域分布的环境因子,以期为鄱阳湖水环境保护和水资源合理利用提供基础资料.结果表明:鄱阳湖着生藻类群落以硅藻、绿藻和蓝藻为主;鄱阳湖着生藻类总生物量有着明显的区域差异:主航道区域的生物量相对最高,平均为419 mg/m^2;其次是东南湖汊,平均为322 mg/m^2;南矶湿地和西部湿地分别为172和52 mg/m^2;而撮箕湖的总生物量相对最低,为9 mg/m^2.主航道的着生藻类优势种群为绿藻和硅藻,西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊4个区域的优势种群为硅藻.冗余分析结果显示鄱阳湖丰水期着生藻类群落分布与总磷、电导率、pH值、总氮、硝态氮和悬浮物等理化因子关系较为密切.鄱阳湖主航道与长江连通,水体流速高;西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊为季节性连通湖泊,丰水季节与主湖区水体连为一体,枯水季节独立蓄水.5个湖区的区域差异是导致其着生藻类群落结构差异的重要原因之一.着生藻类的多样性指数分析表明鄱阳湖水体处于中度污染状态. 相似文献
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环境因子对五里湖沉积物磷释放的影响 总被引：79，自引：14，他引：79
本文论述了溶解氧、pH、温度和沉积物中微生物作用对太湖五里湖区沉积物磷释放的影响,以及在pH为8.4、好氧和厌氧二种状态下沉积物释放试验后滤液对斜生栅列藻(Scende es(?) obliq(?))和羊角月芽藻(Selena(?) ca(?))增长的影响.结果表明:溶解氧降低、pH和温度升高、微生物作用有利于沉积物磷向水体释放,与湖水组相比,厌氧状态下沉积物磷释放后滤液能显著促进斜生栅列藻增长,但不能促进羊角月芽藻增长,好氧状态下沉积物磷释放后滤液均不能促进二种藻类的增长。 相似文献
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东洞庭湖沉积物覆水后磷形态变化及其释放量 总被引：4，自引：1，他引：3
研究干燥覆水后低流速条件下东洞庭湖沉积物中磷的形态变化及释放量,可以为轻度富营养化湖泊中磷的生物地球化学循环提供基础数据,为季节性湖泊內源营养盐的迁移转化规律研究、內源营养盐的释放风险评价提供理论依据.本文采集处于干湿交替状态的东洞庭湖表层沉积物,利用室内模拟装置,研究风干沉积物低流速条件下覆水后沉积物及上覆水中磷的形态变化.结果表明,低流速覆水后东洞庭湖沉积物中的磷向上覆水及大气中迁移释放,上覆水中磷的释放量随覆水时长增大,释放速率随覆水时长减小,上覆水流速和磷释放量相关性显著.上覆水循环过程中释放到上覆水中的溶解态有机磷比溶解态活性磷更容易吸附于颗粒物而转化为颗粒态磷.覆水后沉积物中各形态有机磷、无机磷及磷的生物有效性均发生转变,覆水初期沉积物中无机磷向有机磷转化,磷的生物可利用性增大;上覆水循环过程中有机磷向无机磷转化,磷的生物可利用性减小;覆水后沉积物的无机磷的主要组分由铝磷转变为铁磷,有机磷的主要组分有从中活性有机磷向活性有机磷转变的趋势. 相似文献
15.
M. V. Martynova 《Water Resources》2008,35(3):339-345
Examples of the impact of the content of organic matter and compounds of Al and Fe in freshwater sediments on the phosphorus release from the bottom are studied. The relationships between the phosphorus release from bottom sediments and organic matter concentration in sediments of 22 lakes of the world are obtained and discussed as a result of generalization of actual data. 相似文献
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环太湖河流进出湖水量及污染负荷(2000-2002年) 总被引：22，自引：5，他引：22
天然水域,尤其是富营养的浅水湖泊,沉积物中磷的释放是蓝藻水华发生、形成和持续生长的重要因素．分析沉积物中磷的赋存形态转化及其潜在生态效应,有助于理解沉积物中磷的迁移转化过程及其与湖泊富营养化之间的关系．本文综述国内湖泊水域中磷的主要形态、来源和转化过程以及其生物有效性的研究进展．重点讨论了近5年来中国东部浅水湖泊沉积物磷的形态分析、转化和生物有效性评估的现状,以及沉积物中磷形态与浅水湖泊富营养化之间的潜在联系． 相似文献
17.
Spatiotemporal variations of internal P-loading and the related mechanisms in the large shallow Lake Chaohu 总被引：2，自引：1，他引：2
Spatiotemporal variations of P species and adsorption behavior in water column, interstitial water, and sediments were investigated in the large shallow eutrophic Lake Chaohu. Ortho-phosphate (Ortho-P) and total phosphorus (TP) concentrations were significantly higher in the western part than in the eastern part of the lake, due to different nutrient inputs from the surrounding rivers. Moreover, paniculate phosphorus (PP) concentration was in a similar spatial pattern to Ortho-P and TP concentrations, and also showed significantly positive correlation with the biomass of Microcystis, indicating more uptake and store of phosphorus by Microcystis than by other algae. Increase of pH and intensive utilization of P by phytoplankton were the main factors promoting P (especially Fe-P) release from the sediment to interstitial water during the cyanobacterial blooms in Lake Chaohu. Spatial dynamics in TP concentration, P species and adsorption behavior of the sediment, coupled with the statistical analyses, suggested that the spatial heterogeneity of P contents in the sediment was influenced by various factors, e.g. human activities, soil geochemistry and mineral composition. In spite of similar TP contents in the sediments, increase in proportion of Fe-P concentration in the sediment may result in a high risk of P release. 相似文献
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模拟水体pH控制条件下太湖梅梁湾沉积物中磷的释放特征 总被引：9，自引：1，他引：8
采用缓冲溶液控制水体pH值,模拟研究了太湖梅梁湾沉积物扰动悬浮状态下水体磷的释放规律(48h),分析了实验前后沉积物中磷的赋存形态组成及变化特征.结果表明,pH条件对沉积物磷释放具有显著影响,强酸性(pH=2.0)及碱性(pH=9.5,11.8)条件下皆利于磷的释放,但强酸性水体磷含量随时间逐渐降低,而碱性水体磷呈持续释放状态;中性条件(pH=7.2)磷的释放释放作用不明显,磷释放达到稳定状态(14b)后,碱性条件下(pH=9.5,11.8)磷释放量为酸性(pH=2.0,4.6)及中性(pH=7.2)条件下的4倍以上,通过对比释放前、后沉积物中磷的形态组成可知,酸性条件主要为钙结合态磷的释放;碱性条件主要是铁结合态磷释放,部分可发生再沉淀,转化为钙结合态磷,研究表明,梅梁湾沉积物中铁结合态磷的解析是沉积物磷的主要释放源,是水体内源磷增加的重要贡献者. 相似文献
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Within the shallow littoral zones of lakes, periphyton is an essential component, representing an important source of primary
production and a food resource for herbivores. Periphytic communities are abundantly inhabited by meiofaunal organisms, which
are mostly dominated by nematodes. During the last 3 decades, consumer–resource interactions between herbivore consumers and
periphytic components (mainly algae) have been intensively studied. Although whole grazer community and single species effects
on periphyton are known from field and laboratory experiments, the importance of single, dominant grazer taxa in direct comparison
to whole community impacts is unknown. To investigate the continuity of grazing effects of a single, dominant macrograzer
(Theodoxus fluviatilis, Gastropoda, Prosobranchia) on epilithic meiofauna and algae with respect to the whole grazer community, a temporally structured
field experiment was carried out in Lake Erken (Sweden). Grazer impacts on periphytic algae and meiofauna were tested by controlling
macrograzer access to littoral periphyton communities for 8 weeks in an exclosure/enclosure experimental design. Overall,
the results showed macrograzer presence to have temporally constant, strongly negative effects on algal biomass as well as
meiofaunal abundance and community composition. Moreover, T. fluviatilis alone accounted for up to 80% of the grazing effects, indicative of their ability to regulate periphytic communities in lakes.
The present study yields new insights into the effects of a single grazer species and stressed temporal patterns of consumer–resource
interactions in freshwater lakes. 相似文献
20.
Spatiotemporal variations of P species and adsorption behavior in water column, interstitial water, and sediments were investigated in the large shallow eutrophic Lake Chaohu. Orthophosphate (Ortho-P) and total phosphorus (TP) concentrations were significantly higher in the western part than in the eastern part of the lake, due to different nutrient inputs from the surrounding rivers. Moreover, particulate phosphorus (PP) concentration was in a similar spatial pattern to Ortho-P and TP concentrations, and also showed significantly positive correlation with the biomass of Microcystis, indicating more uptake and store of phosphorus by Microcystis than by other algae. Increase of pH and intensive utilization of P by phytoplankton were the main factors promoting P (especially Fe-P) release from the sediment to interstitial water during the cyanobacterial blooms in Lake Chaohu. Spatial dynamics in TP concentration, P species and adsorption behavior of the sediment, coupled with the statistical analyses, suggested that the spatial heterogeneity of P contents in the sediment was influenced by various factors, e.g. human activities, soil geochemistry and mineral composition. In spite of similar TP contents in the sediments, increase in proportion of Fe-P concentration in the sediment may result in a high risk of P release. 相似文献