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颤蚓生物扰动对湘江沉积物—水界面氮交换的影响研究

闫艳红  
【摘要】:本研究选取湘江沉积物中优势底栖生物颤蚓作为研究对象,进行沉积物生物扰动模拟试验,研究颤蚓生物扰动对沉积物中总氮、氨氮、硝酸氮等氮类污染物释放的影响,以及pH值、溶解氧和上覆水氮浓度等常规环境参数对颤蚓生物扰动过程的影响规律。在实验的基础上,探讨生物扰动对底泥污染物释放的影响,旨在为正确认识湘江沉积物内源污染特点,为湘江水体生态修复提供科学依据。 本研究取得结果主要如下: (1)颤蚓生物扰动很明显地促进了底泥氮的释放,且在一定范围内颤蚓水平密度越高,释放强度越大。颤蚓水平密度为1ind./cm2、2ind./cm2和3ind./cm2时,与空白组相比,TN释放分别提高了27%、38%、32%,NH_4~+-N分别提高了20.7%、39.2%、31.8%。颤蚓生物扰动对底泥NO_3~--N释放除前5天略有升高外,以后都是逐渐降低的并趋于稳定,从整体上看,颤蚓生物扰动促进了上覆水中的NO_3~--N向底泥中迁移,强化沉积物作为NO_3~--N汇的作用。 (2)较中性环境而言,酸性或碱性环境中颤蚓生物扰动对沉积物氮释放的促进效果更为明显。在底泥中投加颤蚓密度为2ind./cm2,pH值为5、7、9、11时,上覆水中TN的浓度平均值分别为7.3mg/L、6.2mg/L、7.6mg/L、9.2mg/L;上覆水中NH_4~+-N的浓度平均值分别为1.69 mg/L、1.57mg/L、1.77 mg/L、1.96mg/L;上覆水中NO_3~--N的平均浓度分别为0.74mg/L、0.63mg/L、0.72mg/L和0.71mg/L。由此可知酸性或碱性条件颤蚓的扰动加强,在一定程度上促进了氮的释放。 (3)不同浓度的DO会影响颤蚓生物对沉积物的扰动效果。颤蚓生物扰动在好氧条件和厌氧条件下均能促进TN、NH_4~+-N和NO_3~--N的释放,且厌氧条件下促进效果更为显著。 (4)上覆水氮浓度的不同会影响颤蚓生物扰动效果。低浓度上覆水TN、NH_4~+-N释放速率比高浓度上覆水TN、NH_4~+-N释放速率大,能更快的达到峰值并趋于平衡。上覆水体中营养盐氮的浓度(营养水平)不会影响其底质的释放规律,但影响其释放速率和释放量。 上述研究结果表明,颤蚓在沉积物底泥中一系列的活动:迁移运动、摄食、排泄等,使沉积物和沉积物-水界面的生化和物化特性发生改变,颤蚓生物扰动促进了沉积物中氮的释放。同样,pH值、DO、上覆水氮浓度等环境参数的改变影响了颤蚓的生活习性,进而影响了沉积物氮的释放。充分利用颤蚓生物扰动的上述特点,可以有效降低沉积物污染负荷水平,在此基础上对上覆水辅以适当的污染物原位控制技术,则可实现对整个水体污染负荷的削减。


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