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《中国林业科学研究院》 2012年
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杭州湾滨海湿地磷素迁移转化特征及净化功能

梁威  
【摘要】:湿地因其对水体的净化能力,被誉为“地球之肾”。湿地沉积物是水体中营养物质的重要蓄积库,在沉淀和释放污染物方面起重要作用,也是形成水体富营养化的关键因素之一。滨海湿地是我国湿地重要类型之一。杭州湾滨海湿地是重要的区域生态安全屏障,受自然因素和人为因素的双重影响,生态系统的不稳定性和脆弱性表现极为突出,是典型的生态环境脆弱区域。本文研究调查了杭州湾滨海湿地典型植被类型沉积物理化性质及磷形态特征,分析了沉积物对磷的吸附解吸特征及环境因素对吸附解吸的影响,利用模拟湿地探讨了不同植被类型湿地系统对磷的净化作用,评价沉积物、微生物和植物在净化过程中的贡献率。主要研究结果如下: 杭州湾滨海湿地沉积物呈碱性,0-5cm沉积物pH变化范围8.73-9.07、10-20cm沉积物变化范围8.97-9.27。0-5cm沉积物电导率变化范围2.38-4.98ms·cm~(-1),表现为光滩(CK)海三棱藨草(BC)芦苇(LW)互花米草(MC);10-20cm沉积物电导率变化范围1.41-2.16ms·cm~(-1),CK显著偏小,另外三种植被类型沉积物值相当。0-5cm和10-20cm沉积物CK的有机质含量都显著低于其它类型,有机质含量分别为4.99%、4.48%。BC、LW和MC有机质含量水平相当,0-5cm沉积物有机质变化范围8.33%-8.60%、10-20cm沉积物有机质含量范围6.34%-7.75%。0-5cm沉积物整体高于10-20cm,植被生长过程表层凋落物增加有机质的积累。0-5cm与10-20cm沉积物具有相似的粒度特征。CK粘粒和粉粒比例显著偏小、砂粒比例显著偏大。CK的粘粒、粉粒和砂粒比例分别为4.60%、35.04%、60.36%,另外三种类型含量差别不大、范围分别为8.42%~(-1)0.14%、61.87%-68.88%、21.81%-29.71%。有机质含量与粉粒和粘粒的体积百分比有正相关关系,细颗粒物质因具有较大的比表面积加大了对有机质的吸附和保存。 沉积物总磷(TP),MC显著高于其他植被类型。在无机磷(IP)中,可溶性松散态磷(Soluble and loosely bound P, SL-Pi)含量CK最小、MC最大;还原态可溶性磷(Reductantsoluble P, RS-Pi)含量LW和MC显著高于CK和BC;钙磷(Ca-Pi)含量CK和BC显著大于LW和MC。在有机磷(OP)中,活性有机磷(Labile Po, L-Po)含量最低、中等活性有机磷(Moderately labile Po, ML-Po)含量最高、非活性有机磷(Nonlabile Po, NL-Po)处于中间水平。IP是磷素的主要形态、占TP的74%-89%,而Ca-Pi又是IP的主要形态、于湿地沉积物淤积初期通过吸附沉淀作用存留。杭州湾湿地植被自然演替过程中不同植物生物量积累和营养物质循环过程的变化导致沉积物中磷形态的差异。植被演替初期,BC显著改变0-5cm沉积物磷形态,对10-20cm沉积物无显著影响;植物演替后期的LW和MC促使0-5cm沉积物有机磷快速积累、10-20cm沉积物有机磷小幅增加,同时促进Ca-Pi向可溶性、活性态磷转变。 湿地沉积物的吸附动力学过程可以划分为三个阶段:吸附期(0~(-1)h)、慢速吸附期(1~(-1)6h)和平衡期(16-72h)。BC吸附磷的能力最强、CK吸附量最小、LW和MC吸附量处于中间水平。PO_4~(03-)-P初始浓度为0.2mg·L~(-1)时,吸附动力学曲线表现较为复杂,Lopez改进模型比较适合用来描述此浓度下的吸附动力学过程。PO_4~(03-)-P初始浓度为0.6mg·L~(-1)、2.0mg·L~(-1)时,吸附动力学特征最适合用简单Elovich模型来描述。 改进的Langmuir模型比改进的Freundlich模型更适合用来描述杭州湾滨海湿地沉积物等温吸附过程。MC具有最大的Qmax,为436.249mg·Kg~(-1);CK的Qmax最小,仅有154.464mg·Kg~(-1);BC和LW的Qmax相当,分别为367.616mg·Kg~(-1)和361.236mg·Kg~(-1)。杭州湾滨海湿地自带可解吸磷较少,NAP普遍低于其他研究,范围1.853-4.777mg·Kg~(-1)。沉积物的EPC0值明显小于潮汐水体中磷酸盐浓度,主要扮演“汇”的角色。 环境因素对沉积物吸附磷有重要影响。碱性条件下,pH升高显著促进杭州湾湿地沉积物对磷素的吸附作用。沉积物对磷素的吸附量随着温度的升高呈现增加的趋势,杭州湾滨海湿地沉积物对磷的吸附作用属于化学吸附。盐度变化对沉积物对磷素的吸附影响相对较小,在一定范围内,盐度增加会小幅促进沉积物对磷的吸附。 模拟湿地箱实验对水质净化过程可分为三个阶段:吸收期(0-4day),平衡期(4-8day)和释放期(8~(-1)8day)。杭州湾滨海湿地净化河口水体中磷素,最佳水力停留时间应为4-8天。无植物和完整模拟湿地在T1(0.2mg·L~(-1))浓度水平下磷净化率差异不显著;在T2(0.6mg·L~(-1))和T3(2.0mg·L~(-1))浓度水平下,完整模拟湿地净化率高出3.67%~(-1)1.85%。 T1(0.2mg·L~(-1))初始浓度下,不同因素的贡献率较难确定。T2(0.6mg·L~(-1))初始浓度下,沉积物、微生物和植物对磷素净化贡献率分别为72.34%-88.89%、2.61%~(-1)3.59%和8.50%~(-1)7.02%。T3(2.0mg·L~(-1))初始浓度下,沉积物、微生物和植物对磷素净化贡献率分别为61.33%-66.22%、26.38%-28.79%和4.59%~(-1)2.29%。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X13

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