蚌湖磷形态分布特征及生物有效性研究

发布时间：2020-10-18 05:59

　　 磷是湖泊生态系统中重要的营养元素,其赋存形态、分布特征和有效性对湖泊富营养化状态具有不可忽视的影响。近年来鄱阳湖水质逐年下降,研究鄱阳湖水体和沉积物磷的行为对湖泊水环境的保护至关重要。本文以鄱阳湖边缘性天然湖泊-蚌湖为例,选取蚌湖不同时间和空间上的水体及沉积物,通过化学分析方法和沉积物磷形态SMT提取法研究了水体和沉积物中磷赋存形态,并利用ArcGIS空间插值法得出了空间分布特征,进一步分析了其生物有效性;同时探讨了水体有效磷与磷形态及环境因素的相关性;沉积物磷组分对生物可利用磷的影响,并分析了沉积物磷生物有效性释放风险。得出以下结论:(1)蚌湖丰水期水体TP含量在0.040~0.283mg/L之间,整体以颗粒态磷(PP)为主,占TP含量的64.03%,溶解性活性磷(SRP)含量最低,占TP含量的13.80%。枯水期水体TP含量在0.110~0.209mg/L之间,PP占TP含量的59.65%,溶解性有机磷(DOP)含量最低,含量范围为0.010~0.039mg/L,占TP含量的14.63%。空间分布上,丰水期水体PP、DTP、DOP、SRP均在靠近赣江、修河汇合水入湖附近出现高值。枯水期PP含量表现出湖区周边含量高于湖中央含量;DTP、SRP含量分布为北湖区高于南湖区;DOP含量的空间分布与SRP相反,呈现出南湖区高于北湖区。不同形态磷含量空间分布存在差异,此差异由外源污染输入、蚌湖独特的水文特征及地形、周边人为活动等因素共同决定。(2)对蚌湖水体生物有效磷进行估算,结果表明,丰水期水体BAP含量介于0.019~0.148mg/之间,平均含量为0.058mg/L;枯水期水体BAP含量为0.056~0.140mg/L,平均含量为0.094mg/L,BAP含量总体较丰水期明显上升。通过相关性分析可知,BAP与TP、DTP、SRP、DOP、PP均存在显著相关性,不同形态磷通过各种转化作用均对有效磷产生影响。丰水期水体BAP占TP的54.30%,枯水期BAP占TP的57.70%,即水体总磷的一半左右是生物有效磷。水体中各形态磷占TP的比重存在差异,通过对BAP的监测可以更有效、更直接地预测水质状况。(3)蚌湖沉积物TP含量变化范围在192.27~518.42mg/kg之间,主要以IP形式存在,占总磷含量的66.17%,而IP又以NaOH-P为主,含量在92.59~367.78mg/kg之间,占无机磷的70.34%,主要受工业废水和生活污水排放的影响。HCl-P的含量范围为23.04~111.55mg/kg,占无机磷的23.05%,稳定性较高,是IP的重要组成部分。OP的含量范围为71.14~264.47mg/kg,占总磷含量的19.49%~50.00%。各形态磷在空间上存在一定的差异,IP与NaOH-P含量空间分布较为一致,总体上呈现北高南低的趋势,主要与外源性磷输入有关;OP含量空间分布较为平均,部分区域相对较高,主要受水生植物枯萎和农业面源污染的影响。(4)蚌湖沉积物AAP含量变化范围为96.81~387.35mg/kg,平均含量为243.57mg/kg,占TP含量的50.35%~74.72%。AAP含量大致呈现由东北向西南递减趋势,入湖河口处AAP大量富集,受入湖水体携带污染影响较大,人为影响明显。通过相关性分析可知,NaOH-P与AAP显著正相关,对生物有效磷的贡献最大。蚌湖沉积物有效磷含量低于富营养化湖泊,但有效磷占总磷的比重为61.34%,高于富营养化湖泊有效磷占比,沉积物磷的潜在释放风险较大,为了更有效地降低沉积物磷的释放风险,沉积物磷控制技术不仅应注重降低总磷,而且应密切关注生物可利用磷的去除和控制。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X524
【部分图文】：

第 1 章 绪论的研究中发现，20 世纪 80 年代到 2012 年湖区水体 N/P 呈增长趋势，鄱阳湖水体由以氮为限制因子转化为以磷为限制因子，磷是主导水体富营养化进程限的制性因子，是鄱阳湖蓝藻水华的关键[14, 15]。近年来鄱阳湖水体 TP 含量呈逐步升高趋势，据江西省环境状态公报显示，鄱阳湖水体主要污染物为总磷。因此，为了防止鄱阳湖水质的进一步恶化，控制水体中磷含量至关重要。目前，富营养化问题尤其是与磷形态相关的研究主要集中在太湖、滇池、巢湖和龙感湖等[16-20]，而对于鄱阳湖水环境磷含量的研究多集中于水体中磷的时空分布特征[21,22]，但对其形态分布及有效性的研究仍不完善。湖泊不同污染状况和湖泊中磷形态对其富营养化的影响存在显著差异，鄱阳湖磷元素的研究集中在总磷上[13,23,24]，因此研究水体和沉积物多种形态磷的分布及有效性，为控制富营养化提供一定的依据。

研究区概况蚌湖（29°10'N-29°17'N，115°54'E-116°01'E）位于江西省永修县吴城镇北湖西北部（如图 2.1），面积 80km2，是鄱阳湖的一个边缘性天然湖泊阳湖主湖区被修河、赣江两河交汇形成的天然堤坝隔开，仅在东北角与鄱阳湖主湖区贯通，其相邻水域有赣江、修河、杨柳津河、鄱阳湖时天然堤坝将蚌湖与相邻水域隔离，仅在东北角有出口，丰水期水位江与修河的汇合水逐渐越过堤坝进入蚌湖，其水源主要来自赣江、修柳津河的扩散。蚌湖为过水性湖泊，地理、地貌和水文特征具有明显，水位季节性变化，丰水期水量增多，形成面积较大的湖泊，枯水期，湿地洲滩大量裸露。蚌湖属于亚热带季风湿润气候区，气候温和湿温 18℃左右，雨量充沛，多年平均降水量为 1400~1600mm，降雨具有节性，汛期 4~9 月降雨量占全年降雨量的 70%左右，6 月是多年平均最月份[90]；该区域冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，多年平均风速为3.0风速明显大于夏季风速。

图 2.2 蚌湖丰水期（a）和枯水期（b）采样点分布istribution of sampling sites in wet season (a) and dry season (b) of Ba年 11 月对蚌湖湖区进行布点，分别采集表层水样和表层沉集的水样装入聚乙烯瓶中，部分水样当场用针筒过滤器通过装入干净的 50mL 离心管，用于溶解性总磷和溶解性磷酸加入硫酸酸化至 pH＜2，密封保存。现场测定并记录 DOl-a、电导率、水温等水质基本参数，采集的水样迅速带回实藏保存并尽快测定。使用抓斗式采泥器采集表层 0~5cm 沉集 3 个平行样品现场混匀，装入封口聚乙烯塑料袋，注明等，置于低温保温箱内保存并运回实验室进行预处理。实冷冻干燥后，去除石块、植物等各种杂质，充分研磨后过聚乙烯自封袋中待测。方法
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本文编号：2845903