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《吉林大学》 2013年
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查干湖低温期内源磷的开释及其对富养分化的影响

李森  
【摘要】:富养分化已经成为全球性的生态危机,它不只严重损坏水环境生态平衡,而且还严重要挟到人类的生计与开展。跟着各国对富养分化的注重及相关管理,在外部污染源逐步遭到操控和消除的状况下,浅水湖泊堆积物中的磷替代外源磷素污染物,成为引起富养分化的内源污染源。堆积物中磷的不只在常温期或高温期开释,而且在低温期也会继续开释,这成为北方湖泊富养分化发作的重要诱因。可是,关于低温期北方湖泊的内源磷在堆积物-水界面间搬迁转化规则以及影响各形状磷彼此改动的地球化学效果,尤其是化学环境与微生物的效果,现在仍缺少研讨。本文以吉林省西部典型的北方浅水湖泊——查干湖为研讨方针,以低温期水化学特征和氮、磷养分盐散布规则为根底,选用欧盟引荐的SMT剖析办法,查询与剖析了查干湖堆积物中不同形状磷的时空改动特征。在实验室内选用实验模仿的办法,深入剖析了堆积物-水两相间磷的搬迁转化机制以及生物、物理、化学等要素在该进程中所起到的效果。结合叶绿素a和藻类在查干湖水体中的散布规则,讨论了低温期堆积物中磷的开释对我国北方浅水湖泊富养分化的影响,并使用解析动力学模型对开释进程进行描绘。一起依据查干湖水质方针,选用归纳养分指数法(TLI)对查干湖低温期富养分化程度进行了点评。本文的研讨成果可为操控北方同类型湖泊内源磷元素的开释以及低温期富养分化管理供给理论支撑。 查询并测定剖析了查干湖低温期水化学特征以及不同形状的氮、磷在水体中的时空散布规则。低温时期查干湖pH介于9.35~9.40之间,归于偏碱性湖泊,其水质具有高浊度、高硬度以及高矿化度的特色。水中阴离子以HCO_3~-为主,阳离子以Na~+为主,首要阴、阳离子的含量浓度为:Na~+Mg~(2+)Ca~(2+)K~+,HCO_3~- Cl~-CO_3~(2-)SO_4~(2-),其水化学类型为重碳酸盐钠组I型。低温期查干湖中各种离子浓度均高于常温期,而且在补给水、地质条件等要素影响下,出现出东南高、西北低散布规则。低温期查干湖周边农业活动中止,在无外源氮、磷输入的状况下,查干湖水中各形状的氮、磷仍具有较高的浓度,阐明堆积物已经成为查干湖污染的内源。氨氮(NH_4~+-N)是氮的首要存在形状,出现出南部高北部低,湖中部高岸边低的散布特征;溶解性总磷(TDP)是磷的首要存在形状,出现出南部低北部高的散布特征。尽管低温期查干湖的总氮(TN)和总磷(TP)均匀浓度已超越富养分化发作的临界浓度,可是低温按捺藻类增殖、高浊度削弱光照强度以及能够被藻类直接使用的正磷酸盐浓度较低一级要素一起影响,查干湖并没有出现藻类反常增殖的状况。从时刻上来看, NH_4~+-N和亚硝态氮(NO2--N)高浓度区域面积在逐年缩小;TP和TDP浓度全体出现下降的趋势。 在总结和剖析抓斗式和重力柱式堆积物采样器优缺点的根底上,结合采样进程中所遇到的实际问题,研发了一款具有自主常识产权的便携式堆积物采样器,并取得国家发明专利。在实际使用进程中,该收集器能够收集不同质地的堆积物样品,提高了采样功率。在削减研讨人员作业量和作业强度的一起,还能最大程度的坚持堆积物原始氧化复原状况,并能够避免堆积物样品在向存储容器转移时遭到污染或损坏,提高了堆积样品收集的精度与科学性。 清晰了查干湖堆积物中各形状磷的空间散布状况。选用SMT分级办法对查干湖不同深度的堆积物中各形状磷进行了剖析与研讨,成果发现堆积物中磷以无机磷(IP)为主;而钙结合磷(Ca-P)是IP中的首要形状。堆积物中的Ca-P首要来自查干湖周边高钙土。高钙土中磷酸盐在环境条件改动状况下,逐步转化成水溶性磷酸钙,随地表径流进入查干湖后堆积,终究在堆积物中构成Ca-P,其含量与TP的含量出现极显着相关。从水平方向来看,查干湖堆积物中各形状磷浓度具有西南高的散布特色;从垂向来看,出现从上向下添加的趋势,即各形状磷的含量随深度添加而添加,这阐明近年来外源磷污染的输入量在逐步削减。 剖析了查干湖低温期藻类散布状况以及影响藻种组成的要素。低温期查干湖首要藻种为蓝藻门、绿藻门、硅藻门和裸藻门。因为蓝藻具有偏好中碱性水体、较高的细胞贮磷才能等特色,使蓝藻替代硅藻和绿藻成为低温期的优势藻种而且成为查干湖富养分化的潜在要挟。较低水温、光照条件、水生植物之间的竞赛以及水生动物对其捕食等原因,按捺蓝藻等藻类过度繁衍,成为富养分化的约束条件,遏止了富养分化发作的危险。经过对藻类与氮素和磷素的相关联系进行剖析,成果表明低温期查干湖藻类散布和浓度与氮素无关而与磷素有显着相关性,这阐明查干湖是磷操控性湖泊。 提醒了低温条件下查干湖内源磷搬迁进程以及影响要素。在有无光照、有无溶解氧的状况下,低温期堆积物中的磷均仍能够继续开释,使上覆水中磷素的含量继续添加。因为Ca-P在堆积物中含量最多,因而解析出来的磷首要是Ca-P且开释出的数量最多。在厌氧有光照的条件下,堆积物中各形状磷的开释速率和开释量最大,是易引发富养分化的环境条件。在光照条件下,上覆水中的叶绿素a与磷素浓度具有显着的相关性。藻类的很多增殖会削减水体中磷的含量,从而加速堆积物磷的开释;堆积物磷的开释又为藻类增殖供给了物质根底,两者之间彼此促进。不同形状的磷的开释量与开释速率遭到pH、光照、藻类、溶解氧等要素的影响而不同。操控堆积物中磷的开释是按捺查干湖富养分化的要害。 开始讨论了低温环境下堆积物磷的解析动力学以及查干湖富养分化程度。使用水静态模仿的办法,在必定解析时刻和水土比条件下,研讨堆积物中磷解析的 进程。依据实验数据,得出解析动力学模型P_d=0.017P_0t~(0.375)W~(1.493),该模型能够用以描绘低温期查干湖堆积物中磷的解析进程。选用归纳养分指数法(TLI)对查干湖富养分的程度进行归纳点评,成果表明查干湖的养分等级从2009年的贫养分(TLI=28.56)改动成2010年(TLI=38.25)和2011年(TLI=30.19)的中等养分,阐明查干湖存在发作富养分化的危险。
【学位颁发单位】:吉林大学
【学位等级】:博士
【学位颁发年份】:2013
【分类号】:X524

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【参考文献】
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