菹草对长江中游湖泊沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响

论文摘要

“沉积物-上覆水”界面是沉积物与上覆水之间的转换区,是水环境的一个特殊而重要的区域。沉水植物作为这一区域生态系统的重要组成部分,对“沉积物-上覆水”界面磷的迁移、转化起到调控作用。同时,水体中CaCO3-P共沉淀是一种重要的净水机制,对“沉积物-上覆水”界面磷的循环同样有着重要的影响。本课题为了研究菹草对湖泊沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响,设计了两个部分的内容：试验“沉积物加钙条件下菹草对南湖沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响”是以“上覆水-沉水植物-沉积物”体系为研究对象,采集武汉市武昌南湖沉积物、上覆水及其邻近水域的沉水植物菹草（Potamogeton crispus L.）,在模拟湖泊生态条件下进行盆栽试验。试验设置沉积物加钙、上覆水加磷和种植菹草等不同处理,在菹草生长50 d.（苗期）和166 d.（生殖生长期）时分别测定沉积物、上覆水、间隙水和菹草中钙、磷变化情况,同时对上覆水pH、沉积物Eh、上覆水叶绿素a含量等指标进行监测；试验“菹草对不同来源沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响”是在此基础上以长江中游几个钙活性不同的浅水湖泊沉积物为研究对象,进一步对试验结果进行论证,以研究恢复菹草对沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响。主要结论如下：（1）在菹草生长50 d.时,种植菹草和沉积物加钙都能提高沉积物TP含量,且菹草在上覆水高磷水平下使沉积物TP含量增加更为明显；在菹草生长166 d.时,除空白处理外,其它处理沉积物TP含量都有所下降。这可能是由于菹草在不同的生长期通过影响根际泌氧作用使得沉积物的氧化还原电位上升从而改变沉积物中的金属离子状况,以至影响到沉积物对磷的吸附和释放,这是菹草维持水体较低营养水平的重要机制。菹草的地下部分全磷含量在菹草生长166 d.时比生长50 d.时有大幅度增加,这也是沉积物TP含量降低的原因之一。（2）种植菹草能降低沉积物中Ca2-P和Al-P的含量,说明菹草的生长能有效吸收沉积物中的Ca2-P和Al-P,其中在菹草生长苗期,沉积物加钙能有效促进菹草植株对Ca2-P的吸收。随着时间的延长,沉积物中Fe-P和Al-P含量降低,Fe-O-P和Al-O-P含量增加。（3）沉积物中交换性Ca含量与Ca2-P呈极显著负相关,CaCO3-Ca、Ca5（PO4）3OH-Ca和CaSO4-Ca都与Org-P、Fe-P、Al-O-P、Fe-O-P等难溶性磷呈极显著正相关,四种形态的钙都与Ca10-P无相关性,这说明随着沉积物中交换性Ca含量增加,活性磷含量减少,且难溶性钙增加时难溶性磷呈现增加的趋势,但在短时间内难溶性的Ca10-P不易受沉积物中钙形态变化的影响。（4）种植菹草能有效去除上覆水TP,说明菹草不仅通过根系吸收沉积物中的磷,其茎叶对磷的吸收能力也很强。上覆水中菹草的生物去磷作用总体上讲与上覆水中磷的相对平衡有关,上覆水可溶性磷的浓度在菹草存在的条件下相对稳定,其除去的磷一般来源于颗粒态磷的转化,最终表现为对上覆水中TP的去除,并且在植株生长苗期作用最强,但随着植株的逐渐衰败,其除磷的生态效益也随之下降。沉积物加钙对上覆水中TP的去除有显著效果,种植菹草与沉积物加钙共同作用的除磷效果最明显。由于平衡关系,间隙水TP直接影响的是上覆水溶解性磷。（5）在沉积物加钙条件下菹草的生长能提高上覆水Ca2+浓度,但在沉积物未加钙条件下,菹草的生长却降低上覆水Ca2+浓度,这可能是由于菹草本身会吸收上覆水中的Ca2+,只有在沉积物中钙浓度达到了一定范围时,菹草才能将转运至茎叶的Ca2+释放至上覆水中。上覆水Ca2+浓度还受间隙水Ca2+浓度影响,间隙水Ca2+浓度越高,上覆水Ca2+浓度降低越少。同时,上覆水Ca2+浓度与上覆水TP、TSP和间隙水TP呈现显著正相关关系。（6）种植菹草能提高沉积物中总钙的含量,并随着菹草生长时间的延长其增量更加明显。试验证明,在菹草存在的条件下,上覆水体中有CaCO3-P共沉淀的发生,这是由于种植菹草能提高上覆水的pH值从而促进该共沉淀现象的发生。沉积物加钙使上覆水Ca2+浓度相应升高,加大了起始Ca/P,从而加速了结晶的过程。种植菹草和沉积物加钙的共同作用增加了CaCO3-P共沉淀的速率,进而降低上覆水中磷的浓度。（7）种植菹草或沉积物加钙都能降低上覆水中叶绿素a的含量,但随着种植时间推移,这种抑藻作用有所减弱,而在沉积物加钙条件下,菹草的抑藻作用却随着时间推移依然显著。菹草对叶绿素a的去除主要是通过菹草去除水中磷来实现的,而沉积物加钙的作用则与上覆水中发生CaCO3-P共沉淀,从而降低上覆水中磷浓度,并抑制沉积物中的磷向上覆水中释放有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 水体富营养化
• 1.1.1 水体富营养化问题
• 1.1.2 我国水体富营养化现状
• 1.1.3 水体富营养化的危害
• 1.1.4 水体富营养化的防治与修复
• 1.2 沉积物中磷、钙对水体富营养化的影响
• 1.2.1 沉积物中磷的存在形态
• 1.2.2 磷在沉积物-水界面间的迁移转化
• 1.2.3 钙对水体富营养化的影响
• 1.2.4 碳酸钙和磷的共沉淀
• 1.3 沉水植物在沉积物-水界面的作用
• 1.3.1 沉水植物的生态效应
• 1.3.2 沉水植物—菹草
• 1.4 研究目的和意义
• 2 试验材料与方法
• 2.1 沉积物加钙条件下菹草对南湖沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设计
• 2.1.3 取样
• 2.2 菹草对不同来源沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验设计
• 2.2.3 取样
• 2.3 测定项目及方法
• 2.3.1 基本理化性质
• 2.3.2 沉积物总磷
• 2.3.3 沉积物中磷分级
• 2.3.4 沉积物钙分级
• 2.3.5 沉积物有机质的测定
• 2.3.6 植物样品总磷及钙镁铁锰的测定
• 2.3.7 上覆水和间隙水磷形态的测定
• 2+的测定'>2.3.8 上覆水和间隙水Ca²⁺的测定
• 2.3.9 上覆水叶绿素a的测定
• 2.3.10 数据统计分析方法
• 3 结果与分析
• 3.1 沉积物加钙条件下菹草对南湖沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响
• 3.1.1 供试南湖沉积物与上覆水基本特征
• 3.1.2 沉积物加钙条件下菹草对沉积物总磷含量的影响
• 3.1.3 沉积物加钙条件下菹草对沉积物磷、钙分级的影响
• 3.1.4 沉积物加钙条件下菹草对水体磷、钙含量的影响
• 3-P共沉淀的影响'>3.1.5 沉积物加钙条件下菹草对CaCO₃-P共沉淀的影响
• 3.1.6 沉积物加钙条件下菹草对上覆水叶绿素a含量的影响
• 3.2 菹草对不同来源沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响
• 3.2.1 供试沉积物与上覆水基本特征
• 3.2.2 菹草对不同来源沉积物钙分级的影响
• 3.2.3 菹草对不同来源沉积物其上覆水pH值的影响
• 3.2.4 菹草对不同来源沉积物其水体磷、钙含量的影响
• 4 讨论
• 4.1 沉积物加钙和种植菹草对沉积物钙、磷含量的影响
• 4.2 沉积物加钙和种植菹草对上覆水钙、磷含量的影响
• 3-P共沉淀的影响'>4.3 沉积物加钙和种植菹草对CaCO₃-P共沉淀的影响
• 4.4 沉积物加钙和种植菹草对上覆水叶绿素a含量的影响
• 5 小结
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 致谢
• 附录
• 附录一:"沉积物加钙条件下菹草对南湖沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响"试验数据
• 附录二:"菹草对不同来源沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响"试验数据