水-沉积物界面微小生物对湖泊沉积物磷释放的影响.ppt

《水-沉积物界面微小生物对湖泊沉积物磷释放的影响.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水-沉积物界面微小生物对湖泊沉积物磷释放的影响.ppt（63页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、973第四课题（第四课题（973-3）阶段报告）阶段报告（湖泊水沉积物界面过程对营养物湖泊水沉积物界面过程对营养物迁移转化影响研究迁移转化影响研究）中国环境科学研究院中国环境科学研究院中科院水生生物研究所中科院水生生物研究所2003年年9月月22日日汇报内容汇报内容课题任务与研究内容本阶段已完成的工作总结2003年下半年工作计划发表论文和出版书籍的计划一、课题任务一、课题任务与研究内容与研究内容水-沉积物界面的物理化学过程对营养物在该界面的迁移转化直接湖泊上覆水体的营养元素的形态和含量，影响湖泊富营养化和水华暴发。该项内容重点针对浅水湖泊易受风力扰动且垂直交换频繁等特点，采用室内模拟与现场模拟

2、的方法，开展水沉积物界面主要生源要素交换过程的研究，揭示我国浅水湖泊污染沉积物对上覆水质的影响机理。研究内容设置如下：（1）浅水湖上覆水、悬移质、沉积物和孔隙水中的主要生源要素及其界面行为；（2）影响浅水湖生源要素界面行为的主要因子与过程（理化因子、水动力过程等）；（3）对湖泊水质产生影响的主要生源要素界面交换关键参数（物理、化学以及生物学参数）及其阈值。1湖泊水沉积物界面物质交换过程及其水动力影响机制湖泊水沉积物界面物质交换过程及其水动力影响机制在水-沉积物界面及其附近发生着湖泊水环境系统最剧烈的生源要素（N、P等）的生物地球化学循环，并控制着它们在上覆水体和沉积物之间的物质平衡、形态转化和

3、沉积剖面分布。沉积物-水界面的氧化还原作用、扩散作用和微生物活动是界面关键的地球化学过程。本项研究重点针对富营养化浅水湖泊内源负荷极高、生源要素的形态各异且转化过程错综复杂等特点，同时着眼于水沉积物微生物等不同介质，以地球化学和微界面方法，开展以化学过程为特征的生源要素的赋存形态、平衡关系、迁移转换规律及其对湖泊富营养化的影响研究，研究内容设置如下：（1）跨介质间（水/沉积物/微生物）营养物（N、P、C等）的热力学平衡、时空变化与地球化学机制；（2）水-沉积物界面，营养物（N、P、C等）的动态赋存及其形态转化、污染物释放与迁移影响；（3）生源要素生物地球化学循环对湖泊富营养化的影响2湖泊水沉积

4、物界面地球化学过程对湖泊富营养化的影响湖泊水沉积物界面地球化学过程对湖泊富营养化的影响水-沉积物界面生活大量的底栖微小生物，它们不仅通过对水体营养物的吸收代谢和生物扰动作用影响着这些营养物在该界面的形态转化和分布，而且它们在该界面种类和数量的分布也与湖泊水体富营养化程度密切相关。该研究针对我国长江流域富营养化浅水湖泊，采用室内模拟与现场原位观测采样的方法，开展主要生源要素的水-沉积物界面过程对界面微生态及其湖泊蓝藻水华暴发的影响。研究内容设置如下：（1）典型浅水湖泊底质界面微生态结构调查研究；（2）典型水-沉积物界面微生态结构维持机制；（3）主要生源要素在水-沉积物界面的生物再循环，磷的形态转

5、化与富营养化及蓝藻水华形成关系。3湖泊营养物的微生态转换过程及生化动力学湖泊营养物的微生态转换过程及生化动力学营养物在湖泊沉积物-水界面间的迁移和交换是一个十分复杂的生物化学过程，直接影响湖泊中营养元素的生物有效性，影响湖泊富营养化程度。就目前的研究发现，硝化和反硝化作用是沉积物-水界面氮迁移和交换的主要形式；而沉积物中的磷则可能通过有机质的矿化分解、铁氧化物解吸作用和沉积物扰动三种形式向水体释放。但影响该界面过程的具体机制和限制因素仍有待进一步研究确定。为了进一步弄清影响重污染湖区水-沉积物界面过程释放的各形态营养元素生物有效性的限制因素，将重点针对浅水湖泊重污染水体，采用室内模拟和野外原位

6、采样的方法，开展营养元素生物有效性的限制因素和转化作用的研究。研究内容设置如下：（1）重污染湖区主要营养元素的特定形态及生物可利用性；（2）重污染湖区主要营养元素生物可利用性的限制因子；（3）重污染湖区理化条件对生物代谢过程的影响。4重污染湖区营养元素生物有效性的限制因素和转化作用重污染湖区营养元素生物有效性的限制因素和转化作用3 3湖泊营养物的微生态转换过湖泊营养物的微生态转换过程及生化动力学程及生化动力学（中国环科院）上半年工作进展野外调查：确定典型的不同营养水平下的浅水野外调查：确定典型的不同营养水平下的浅水湖泊水沉积物界面的微生态结构；湖泊水沉积物界面的微生态结构；室内实验：水沉积物界

7、面微小生物对湖泊沉室内实验：水沉积物界面微小生物对湖泊沉积物磷释放的影响积物磷释放的影响开展太湖沉积物样品的理化性质与形态研究开展太湖沉积物样品的理化性质与形态研究典型浅水湖泊底质界面微生态结构调查观测场的确定：轻微富营养化湖泊：贡湖；超富营养化湖泊：梅梁湖。观测对象：底栖生物、微生物观测频率：每三个月采样一次。观测点理化性质分析和测定：透明度、水深、水温、照度、Eh、Do、PHTN、TP、TDP、DP等野外调查野外调查水沉积物界面微小生物对湖泊沉积物磷释放的影响实验目的实验目的通通过过实实验验室室中中的的柱柱状状模模拟拟体体系系，定定量量计计算算出出湖湖泊泊沉沉积积物中磷从沉积物界面向上覆水

8、体的释放量和释放速度；物中磷从沉积物界面向上覆水体的释放量和释放速度；结结合合实实验验初初始始时时对对实实验验用用泥泥总总磷磷和和各各形形态态磷磷含含量量的的对对比比分分析析，掌掌握握总总磷磷和和各各形形态态磷磷在在土土柱柱中中（沉沉积积物物和和间间隙水）的分布和释放规律；隙水）的分布和释放规律；通通过过有有无无微微小小生生物物存存在在的的对对比比研研究究，了了解解和和掌掌握握底底栖栖微小生物和微生物对以上各过程中磷释放的影响；微小生物和微生物对以上各过程中磷释放的影响；室内实验室内实验底泥采样点确定及其理化性质采样地点：梅梁湖犊山大闸入湖口，采样地点：梅梁湖犊山大闸入湖口，巢湖马尾河口巢湖马

9、尾河口采样点理化性质：水采样点理化性质：水 深：深：7070cmcm 透明度：透明度：4545cmcm PH PH ：7.747.74 DO DO ：水下水下0.70.7米处米处1.1.7 7mg/lmg/l 水温：水温：31.231.2 Eh Eh ：水下水下7070cmcm处处209.8209.8mvmv 照度：水面照度：水面5.10105.10104 4luxlux，水下水下7070cmcm处处1100-12001100-1200luxlux室内实验室内实验底泥样品的描述样品采集：用彼得逊采泥器取样品采集：用彼得逊采泥器取2袋表层混合袋表层混合泥样，样品均用冰块冷藏，实验室内泥样，样品均

10、用冰块冷藏，实验室内40C保鲜保存。保鲜保存。底泥特征：底泥无明显分层，均呈黑色，底泥特征：底泥无明显分层，均呈黑色，表层有一薄层黄沙，有恶臭味，肉眼未表层有一薄层黄沙，有恶臭味，肉眼未见生物，手感为淤泥。见生物，手感为淤泥。室内实验室内实验水样采样点的确定选取轻微富营养化湖泊水体：贡湖和苏州木渎选取轻微富营养化湖泊水体：贡湖和苏州木渎东太湖东太湖3号桥附近号桥附近采样点理化性质：采样点理化性质：贡湖：水深贡湖：水深:180cm 水温水温:34 透明度透明度:10cm PH:9.14 DO:水下水下0.5米处米处8.0mg/l Eh:水下水下70cm处处158.7mv 照度照度:水面水面7.6

11、0104lux，0.0.5m为为180-200lux苏州木渎东太湖：水深苏州木渎东太湖：水深:240cm 透明度透明度:55cm PH:8.73 水水 温温:30.9 DO:水下水下0.7m处处8.25mg/l；泥泥-水界面处水界面处8.19 Eh:水下水下70cm处处196.6mv，1m处处200.7mv 照度照度:水面水面1.860103，泥泥-水界面水界面13.1lux 室内实验室内实验磷释放模拟实验过程将将两两组组别别为为未未经经处处理理和和经经过过灭灭菌菌处处理理的的底底泥泥置置于于采采样样柱柱中中，上上覆覆水水经经过过0.45 m的的微微孔孔滤滤膜膜过过滤滤，泥泥深为深为12cm，

12、水深为水深为40cm。每每天天定定时时通通气气4h左左右右。采采样样前前卸卸掉掉采采样样柱柱上上部部面面塞塞，抽抽取取25ml上上覆覆水水。将将抽抽取取的的水水样样用用0.45 m滤滤膜膜过过滤滤，测测量量滤滤液液中中溶溶解解性性磷磷酸酸盐盐的的含含量量。取取水水后后的的泥泥柱柱重重新新补补充充等等量量的的经经过过0.45m孔孔径径的的滤滤膜膜过过滤滤处处理理过的湖水。过的湖水。每每24h采集水样一次，实验维持采集水样一次，实验维持3030天。同时，每天天。同时，每天测量测量pH、Do和泥水界面氧化还原电位一次天测量和泥水界面氧化还原电位一次天测量温度温度3次（早午晚）。次（早午晚）。室内实验

13、室内实验实验结果分析底泥含水量、总磷的测定底泥含水量、总磷的测定底泥含水量：76.07总磷含量的测定：3276.713mg/kg（湿样）2600.424mg/kg（干样）间隙水中总溶解性磷和溶解间隙水中总溶解性磷和溶解性磷酸盐的测定性磷酸盐的测定总溶解性磷：0.596mg/l溶解性磷酸盐：0.128mg/l室内实验室内实验实验结果分析实验用水样的总磷、总溶解磷和实验用水样的总磷、总溶解磷和溶解性磷酸盐的测定溶解性磷酸盐的测定水样总磷：0.022mg/l总溶解性磷：0.012mg/l溶解性磷酸盐：0.000mg/l室内实验室内实验实验结果分析pH变化太湖梅梁湖重污染水体有无微生物作用的磷释放实验

14、太湖梅梁湖重污染水体有无微生物作用的磷释放实验实验结果分析太湖梅梁湖重污染水体有无生物作用的磷释放实验太湖梅梁湖重污染水体有无生物作用的磷释放实验底泥中磷酸盐的每日释放量曲线（灭活）底泥中磷酸盐的每日释放量曲线（灭活）实验结果分析太湖梅梁湖重污染水体有无生物作用的磷释放实验太湖梅梁湖重污染水体有无生物作用的磷释放实验底泥中磷酸盐的每日释放量曲线底泥中磷酸盐的每日释放量曲线间隙水中TDP含量分析间隙水中DP含量分析（中国环科院）2 2湖泊水沉积物界面地球化湖泊水沉积物界面地球化学过程对湖泊富营养化的影响学过程对湖泊富营养化的影响梅梁湾梅梁湾贡湖贡湖样品采集样品采集苏州西山苏州西山10厘米10厘米

15、A方式方式0010厘米5厘米5厘米B方式方式10厘米2厘米C方式方式试验处理试验处理共（3+5+10）*3=56个泥柱y=0.2307x-0.0017y=0.2307x-0.0017y=0.2307x-0.0017y=0.2307x-0.0017R R R R2 2 2 2=0.9999*=0.9999*=0.9999*=0.9999*0.000.050.100.150.200.250.300.350.000.501.001.50总磷浓度（P2O5mg/L）吸光度值总磷标准曲线部分结果部分结果010203040506070801-A-上1-A-下2-A-上2-A-下3-A-上3-A-下含水率%

16、样品编号底泥样品含水率测定结果底泥样品含水率测定结果01020304050607080901-B-5-1 1-B-5-21-B-102-B-5-1 2-B-5-22-B-103-B-5-1 3-B-5-23-B-10含水率%样品编号050010001500200025003000350040001-A-上1-A-下2-A-上2-A-下3-A-上3-A-下总磷含量（mg/kg）样品编号底泥总磷含量测定结果05001000150020002500300035004000450050001-B-5-1 1-B-5-2 1-B-102-B-5-1 2-B-5-2 2-B-103-B-5-1 3-B-5

17、-2 3-B-10总磷含量（mg/kg）样品编号B-5-1B-5-2B-101号点2号点3号点0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000底泥总磷含量测定结果总磷含量（mg/kg）总磷含量(mg/kg)05001000150020002500300035001A10-11A10-2平均2A10-12A10-2平均3A10-13A10-2平均1-B-5-11-B-5-1Fe-PCa-PAl-P溶解性磷闭蓄态总磷残磷1-B-5-21-B-5-21-B-101-B-10底泥不同形态磷含量测定结果底泥不同形态磷含量测定结果总氮含量(mg/kg)0

18、100020003000400050001A10-11A10-2平均2A10-12A10-2平均3A10-13A10-2平均0246810121A10-1 1A10-2 平均2A10-1 2A10-2 平均3A10-1 3A10-2 平均有机质含量(%)阳离子代换量(毫克当量/100克)0510152025301A10-1 1A10-2平均2A10-1 2A10-2平均3A10-1 3A10-2平均初步结论1、不同营养水平的底泥样品已经获得2、基本的理化性质结果已经获得1-B-5-11-B-5-1Fe-PCa-PAl-P溶解性磷闭蓄态总磷残磷1-B-5-21-B-5-21-B-101-B-10

19、太湖底泥不同形态磷研究太湖底泥不同形态磷研究下半年工作计划下半年工作计划野外调查：确定典型的不同营养水平下的浅水湖泊水沉积物界面的微生态结构，探讨微生态结构与营养水平之间的关系。室内实验：建立水沉积物微小生物模拟系统，模拟研究不同微生态结构条件影响下磷的释放。模拟研究不同营养水平沉积物的界面结构，磷的形态变化与N、P释放。论文发表情况论文发表情况已投SCI杂志一篇；已投国外核心刊物两篇，正在印刷中。发表论文计划与阶段成果报告发表论文计划与阶段成果报告明年6月份前发表SCI文章一篇、国内外核心刊物上发表文章2篇完成野外试验研究报告、室内模拟试验研究报告4 4重污染湖区营养元素生物有重污染湖区营养

20、元素生物有效性的限制因素和转化作用效性的限制因素和转化作用水生所承担部分1 1湖泊水沉积物界面物质交湖泊水沉积物界面物质交换过程及其水动力影响机制换过程及其水动力影响机制试验地点试验地点滇池工作站系列试验围隔滇池工作站系列试验围隔(5100m2、41000m2)建立沉积物和悬浮物中磷的形态分级分离分析方法方法 生物可利用磷生物可利用磷BAP(Biological available phosphorus)水溶性磷水溶性磷WSP(Water soluble phosphorus)松散结合态磷松散结合态磷LAP(Loosely adsorbed P)Olsen-P 磷灰石磷磷灰石磷Ca-bound

21、 phosphorus分析方法 有关理化参数分析测试方法参照相应国标方法，如TP、TN、DO、pH、Eh、透明度等分别测定底泥在550和900下的LOI(lossonignition)沉积物中P的形态提取采用特定化学提取方法，分析五种形态的P，BAP、WSP、LAP、Olsen-P和Ca-P泥样取回后在完成分析前保存于4冷藏室内指标指标T()pHDO(mg/l)Eh(mv)LOI(550)LOI(900)马马村村湾湾表层水表层水13.68.587.51389上覆水上覆水13.68.647.10底底 泥泥13.67.421.14338.3%13.5%海海埂埂湾湾表层水表层水12.78.926.9

22、8322上覆水上覆水13.18.806.47底底 泥泥13.27.590.675216.0%23.0%水质、底泥理化参数水质、底泥理化参数沉积物中沉积物中P P形态分布特征形态分布特征海埂湾底泥中有机质含量明显高于马海埂湾底泥中有机质含量明显高于马村湾村湾昆明市城市污水昆明市城市污水堆积水华堆积水华海埂沉积物中磷的释放潜力远大于西海埂沉积物中磷的释放潜力远大于西湾湾吸附试验 试验室模拟吸附试验试验室模拟吸附试验浓度依次为浓度依次为0.00、0.50、5.00、10.0、20.0、25.0and 35.0 mg/l PO4324小时后测定上覆水小时后测定上覆水P浓度浓度吸附曲线吸附曲线初步结论

23、海埂的表层底泥吸附特性与马村湾明显不同，海埂的表层底泥吸附特性与马村湾明显不同，处于一种更饱和的状态处于一种更饱和的状态 水华的大量爆发和沉积，对表层底泥的影响很水华的大量爆发和沉积，对表层底泥的影响很大。直接对磷的不同沉积相产生影响，导致大。直接对磷的不同沉积相产生影响，导致WSPWSP、AAPAAP、TPTP、等变高，而这些磷的沉积相又等变高，而这些磷的沉积相又反过来释放到水中对水华的磷需求提供支持反过来释放到水中对水华的磷需求提供支持在外源磷切断后，海埂湾内源磷释放问题将远在外源磷切断后，海埂湾内源磷释放问题将远比西湾严重比西湾严重研究产出已经接收，待发表研究论文已经接收，待发表研究论文

24、1 1篇，篇，CSCDCSCD和和SCISCI各一篇各一篇投稿一篇，投稿一篇，SCISCI正在整理正在整理1 1篇篇关桥池塘叶绿素含量比较 关桥池塘藻类组成比较 采样点(Site)藻类组成(algae composition)微囊藻 栅藻 隐藻 小球藻 纤维藻 其它A/15/23/5B40/170/12C501710/5D/110/74E62012/3011关桥不同营养类型池塘间隙水与上覆水各种磷形态含量比较 关桥不同营养类型池塘沉积物磷的形态分级比较 关桥不同营养类型池塘上覆水和间隙水磷酸酶活性的组成 不同时期菹草生物量不同的采样点沉积物不同时期菹草生物量不同的采样点沉积物中有机质含量与磷的

25、吸附参数中有机质含量与磷的吸附参数 00.050.10.150.20.25A(多草点)B（少草点）C（无草点）碱性磷酸酶活性（吸光度）下半年工作计划下半年工作计划野外调查：确定典型的不同营养水平下的浅水湖泊水沉积物界面的微生态结构，探讨微生态结构与营养水平之间的关系。室内实验：建立水沉积物微小生物模拟系统，模拟研究不同微生态结构条件影响下磷的释放。模拟研究不同营养水平沉积物的界面结构，磷的形态变化与N、P释放。论文发表情况论文发表情况已投SCI杂志一篇；已投国外核心刊物两篇，正在印刷中。发表论文计划与阶段成果报告发表论文计划与阶段成果报告明年6月份前发表SCI文章一篇、国内外核心刊物上发表文章2篇完成野外试验研究报告、室内模拟试验研究报告谢谢！