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湖泊富营养化是全球水环境最严峻的问题之一。富营养化水体磷素含量及有效性的动态变化与水华现象密切相关。以往对扰动、pH、金属离子、营养盐种类、植物群落等影响下水泥界面磷素含量及有效性已有较为系统的研究。然而,针对水华过程中藻体自身,尤其藻体在早期增殖过程及其大量暴发后衰败过程中,水体及底泥磷素含量与有效性影响研究还很不充分。进一步对该影响进行系统研究,有望为水华反复暴发机制及湖泊富营养化治理等提供理论依据。
本论文采集太湖梅梁湾水样和泥样,采用室内模拟手段,以水华过程中常见真核藻种莱茵衣藻和原核藻种铜绿微囊藻为对象,模拟藻体增殖、悬浮和沉降过程,借助流动注射分析等技术,分析比较了藻体生长周期对水-泥界面pH、溶解氧(DO)、水中总磷(TP1)、可过滤态总磷(TDP)、颗粒态磷(PP)、颗粒态有机磷(POP)、颗粒态无机磷(PIP)、可过滤态无机磷(DIP)、可过滤态有机磷(DOP)的浓度以及底泥全磷(TP2)、水溶性磷(W-P)、速效磷(AP)、有机磷(Org-P)含量,碱性磷酸酶活性(APA)变化和磷细菌数量等的影响。主要研究结果如下:
(1)藻体的增殖与悬浮引起水.泥界面pH和DO含量的明显升高。莱茵衣藻的迅速增殖与悬浮导致上覆水pH和DO含量分别从8.6和8.9mg·L-1升至升至10.3和16.3mg·L-1。铜绿微囊藻的增殖与悬浮使上覆水pH升高(9.2～9.8),DO含量显著增加(7.1～10.8mg·L-1);在其增殖.悬浮交替阶段,pH与DO含量呈现阶段性波动,分别变化在7.5～9.1、6.8～9.9mg·L-1。
(2)莱茵衣藻的增殖迅速消耗上覆水DIP与PIP,消耗量分别达到初始量的70%和65%。藻体的沉降引起TP1明显上升(0.16～0.31.mg·L-1),其中,以PIP的变化最为明显。藻体大量悬浮与后期的沉降阶段,底泥Org-P含量显著升高(73.05～93.60mg·kg-1)。此外,衣藻增殖与沉降阶段底泥APA明显升高,这预示着底泥磷素的释放被加速。
(3)铜绿微囊藻在迅速增殖期完全消耗了水-泥界面的DIP;在其增殖.悬浮交替阶段,水中TP1、PP、POP均显著升高,其浓度较前期增长了3～20倍;同期底泥中W-P含量也明显升高。藻体增殖阶段,上覆水APA从17.1μmolP-np·(L·h)-1增至136.5μmolP-np-(L·h)-1;悬浮-增殖交替阶段,APA呈现波动变化特征;相比较而言,底泥APA在藻体迅速增殖期升高2倍左右,悬浮-增殖交替则相对稳定的维持在较高浓度(3.1.5±0.76mgP-np-(g·h)-1)。
(4)在藻体增殖阶段,水体中磷素含量显著降低,而在悬浮和沉降阶段,水-泥界面磷素加剧释放。这说明,底泥磷素的释放可能促进藻体的反复增殖与悬浮。并且,铜绿微囊藻比莱茵衣藻更适应低磷的水环境,更易于导致水华的发生。