巢湖沉积物中磷的赋存形态及迁移转化与水华发生的关系

论文摘要

湖泊富营养化是水环境的一个重要问题。富营养化湖泊中的沉积物作为湖泊营养物质的贮存库,在外源逐步得到控制条件下,能释放营养盐到水体,从而在相当长的一段时间里维持水体富营养状态。因此,对于湖泊沉积物中磷的赋存形态、迁移转化的深入探讨将对富营养化的防、控具有重要意义。论文在对巢湖开展现场逐月调查和夏季的围隔实验基础上,从磷在水-沉积物界面的迁移转换过程的角度,系统研究了磷的赋存形态、时空分布和在泥水界面的交换规律,以及沉积物中磷的形态转化与水华发生之间的相互作用。主要工作和结论如下:巢湖西湖区的沉积物中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%,对沉积物中磷向上覆水中的释放有重要贡献;沉积物中磷的垂直分布研究表明, NaOH-P和可还原态磷（BD-P）的含量随深度增加而减小,说明近几年来的人为活动对巢湖沉积物中磷的污染负荷有加重趋势。西湖区间隙水DTP、DIP和DOP的含量高于东湖区,水-沉积物界面磷营养盐浓度梯度给沉积物向水体扩散提供了条件。沉积物BD-P、NaOH-P、TP与间隙水中不同形态磷都有显著的相关关系。通过水华前与水华暴发高峰期的对比发现:NH4Cl-P和BD-P在水华大规模暴发时含量降低,尤其是BD-P的释放很明显;NaOH-P的释放主要发生在水华大暴发以前;而水华大规模暴发以及死亡藻体沉降分解,会改变水-沉积物界面的生物化学环境,BD-P在此时的释放显得尤为重要。通过采集巢湖不同季节的表层沉积物样品,研究沉积物和间隙水中磷形态的季节性变化:间隙水DTP、DIP在夏季含量最低,秋季回升明显;与上覆水浓度对比研究,发现间隙水磷在春、秋季向上覆水的扩散趋势较大。沉积物Org-P、BD-P和NaOH-P与水华关系密切。东、西湖区的Org-P含量从春季到冬季都呈下降趋势;西湖区的BD-P含量从春季到冬季逐渐降低,而东湖区在秋季有所提高;西湖区的NaOH-P在夏季含量最低,秋季开始逐渐回升,而东湖区在四季表现稳定。通过对沉积物理化性质的分析,着重考察沉积物中与磷的形态转化密切相关的碱性磷酸酶（APA）的分布特征,发现沉积物TN和LOI显著相关。东湖区APA含量较高,巢湖APA有随深度降低的趋势。围隔实验结果表明:水华发生促进沉积物中磷向上覆水体的释放,同时促进上覆水TP和APA含量的增加,且沉积物中营养物质含量越高,其上覆水TP和APA增加的程度越大;沉积物营养物质含量越高,其上覆水的PH和DO越低。在沉积物性质相同情况下,上覆水营养水平越高,越有利于NH4Cl-P和Org-P的释放;上覆水营养水平越低,越有利于BD-P的释放。沉水植物黒藻能降低水体叶绿素含量,提高水体PH和DO,吸收水体磷酸盐,抑制水体APA,同时黒藻的存在还可以降低沉积物中TP、BD-P、NaOH-P、Org-P和HCl-P的含量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 湖泊富营养化与磷的内源作用
• 1.2 磷在水-沉积物界面行为特征的研究进展
• 1.2.1 沉积物磷形态的研究进展
• 1.2.2 沉积物磷的内源释放研究进展
• 1.3 研究背景及意义
• 1.4 研究内容
• 1.5 研究思路
• 第2章 研究区域及方法
• 2.1 样品采集和实验方法
• 2.1.1 研究区域概况
• 2.1.2 样品的采集与处理
• 2.1.3 实验研究方法
• 2.2 实验所用仪器与药品
• 第3章 巢湖沉积物和间隙水中磷的赋存形态及垂向分布特征
• 3.1 样品采集与预处理
• 3.2 分析方法
• 3.3 沉积物和间隙水中磷的垂向分布
• 3.3.1 巢湖沉积物总磷含量的空间和垂直分布
• 3.3.2 巢湖沉积物磷形态分布
• 3.3.3 间隙水不同形态磷含量的分布特征
• 3.3.4 沉积物磷形态与间隙水中不同形态磷的相关分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 巢湖沉积物磷形态与蓝藻水华
• 4.1 样品采集和处理
• 4.2 实验方法
• 4.3 水华与沉积物磷形态的关系
• 4.3.1 水华前后沉积物磷形态的分布
• 4.3.2 水华前后沉积物磷形态的变化
• 4.4 本章小结
• 第5章 巢湖沉积物及间隙水中磷形态的季节性变化
• 5.1 样品采集和处理
• 5.2 实验方法
• 5.3 沉积物及间隙水中磷形态的季节性变化
• 5.3.1 沉积物间隙水不同形态磷的分布
• 5.3.2 沉积物间隙水磷的季节性变化
• 5.3.3 巢湖东、西湖区沉积物磷形态的季节性变化
• 5.4 间隙水与上覆水磷营养盐的交换
• 5.5 本章小结
• 第6章 巢湖沉积物理化性质和碱性磷酸酶的垂向变化研究
• 6.1 样品采集和处理
• 6.2 实验方法
• 6.3 沉积物理化性质和碱性磷酸酶的分布
• 6.3.1 沉积物总氮、总磷、有机质含量及分布
• 6.3.2 巢湖沉积物含水率的分布特征
• 6.3.3 巢湖沉积物碱性磷酸酶的活力变化及其垂向分布
• 6.3.4 相关性分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 巢湖围隔沉积物磷和上覆水的相互作用及与水华的关系
• 7.1 现场围隔模拟实验
• 7.2 分析方法
• 7.3 沉积物磷形态与上覆水主要性质的变化
• 7.3.1 沉积物的营养水平对上覆水PH、DO 的影响
• 7.3.2 沉积物的营养水平对水体叶绿素的影响
• 7.3.3 沉积物的营养水平对上覆水磷的影响
• 7.3.4 沉积物的营养水平对上覆水APA 的影响
• 7.3.5 沉水植物对上覆水主要性质的影响
• 7.3.6 围隔沉积物磷形态的变化
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢