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浅水湖泊沉积物磷释放的生物学机制研究

王琦  
【摘要】:我国浅水湖泊面临严重的富营养化,而沉积物-水界面磷的行为研究是揭示湖泊富营养化机理的重要一环,为我国富营养化浅水湖泊的治理与管理提供指导和理论依据。由于浅水湖泊水深较浅,与沉积物界面间的物质交换频繁、过程复杂,因此浅水湖泊富营养化的形成机制较为复杂。由于生物过程对营养物质在水-沉积物界面的迁移、源汇转换、形态变化与活化、钝化、固化规律起重要作用,人们在原有的水-沉积物界面两相模式的基础上,提出湖泊水—沉积物界面的三相结构模式,上覆水、沉积物、生物相所构成的体系成为了目前研究的重点和热点。本文依托973国家重点基础研究发展计划项目(2002CB412304)“湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究”,采用原位观测和实验室室内模拟研究相结合的方法,从生物化学角度开展磷的释放和转化机理研究,将生物学领域的酶学方法应用于水-沉积物界面磷的循环代谢研究。探讨了不同环境条件下,在没有外来污染源的条件下,生物相对沉积物中磷的迁移、形态转化及其生物可利用性的影响,并取得了以下研究成果: (1) 采用EDTA螯合剂法和不同的生物可利用磷的化学提取法,研究了太湖3个不同营养水平湖区中8个点位表层沉积物总磷、各组分磷及生物可利用磷的含量分布,探讨了太湖不同营养水平湖区表层沉积物的释磷潜力和生物可利用磷的来源。结果表明,太湖不同营养水平湖区表层沉积物总磷、无机磷和生物可利用磷含量分布差异较大,且与各湖区的营养水平相一致。有机磷含量与有机质和含水率显著相关;沉积物中铁磷和钙磷对生物可利用磷的贡献较大,这部分磷具有较大的潜在释放风险。 (2) 藻类的存在与否以及种类的不同对沉积物-水界面磷交换过程产生的影响,一定程度上决定了上覆水体中可利用磷的多少,进而会影响其自身的生长繁殖。在沉积物和上覆水灭活条件下,铜绿微囊藻仍可强烈促使沉积物磷的释放,使上覆水体磷酸盐浓度显著增加,从而为其生长繁殖提供了必要的营养条件;而没有微生物对沉积物和水体中磷进行分解释放,月芽藻不仅不能引起上覆水体磷酸盐浓度增加,而且还使上覆水体中P的浓度低于对照组,其存在也不能引起沉积物中磷的明显释放,导致试验过程中月芽藻数量由于营养盐限制而逐步减少。因此,藻类利用营养物质的能力,可能是其在营养限制条件下能否生存并成为优势种的重要因素。藻类的生长使沉积物中的铁磷(除月芽藻组)和碱可提取有机磷下降明显,钙磷和酸可提取有机磷则大幅度的增加,各形态磷之间存在明显转化。 (3) 实验室内模拟研究了浮游藻类在不同光照和通气条件下,对沉积物磷释放及水质


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