洱海沉积物—水界面和颗粒物—水界面溶解性有机氮特征

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特定的区域生态环境造就了洱海独特的富营养化机制,总氮总磷低,但水体溶解性有机氮(DON)浓度及溶解性有机氮占溶解性总氮比例(DON/TDN)较高(33.2%67.1%),沉积物有机质污染严重。藻类等生物生长期,DON界面迁移转化活动是上覆水及氮营养盐的重要补给源。本文围绕洱海沉积物-水与颗粒物-水两个界面,通过动态模拟和静态培养研究沉积物-水界面DON释放特征,并分析其与流域人类活动间关系,此外,研究悬浮颗粒物分布特征及与DON间关系,通过乙炔抑制法模拟研究颗粒物-水界面硝化反硝化过程,分析该界面DON迁移转化规律,从界面角度探讨洱海DON特征及环境学意义。(1)沉积物-水界面研究结果表明,(1)洱海表层沉积物DON释放动力学过程符合一级动力学模型,最大释放量空间特诊是北部>南部>中部,范围为24.38746.949mg/kg,其中最先释放的是生物有效性较大的类蛋白组分,释放量最大的是类腐殖质,约占76%;pH值增加(>8)或DO降低(<1mg/L)均会促进DON释放;通过建立释放特征与光谱参数间关系可知,类蛋白与类腐殖质组分比值P(I+II,n)/P(III+V,n)可间接作为衡量沉积物DON释放量的指标;(2)洱海柱状沉积物最大释放量和释放速率呈现相似规律:南北部30cm>40cm>50cm>10cm>20cm,而中部10cm>20cm>30cm>40cm>50cm。柱状沉积物释放DON特征可以很好指示流域环境变化,20世纪70年代前,DON释放为稳定期;20世纪7090年代,释放明显增长期;1990年以后,释放开始逐渐稳定。相应地,柱状沉积物DON的释放潜在风险,可通过水环境(pH,DO等)以及人类活动(GDP、种植面积和氮肥使用量)变化来预测。(2)颗粒物-水界面研究结果表明,(1)悬浮颗粒物浓度(ρ(SPM))分布规律为,夏季(5.408±0.861)>秋季(4.919±0.728)>冬季(3.267±0.471)>春季(2.107±0.318 mg/L),南北小于中部(6.56 mg/L),且随水深增加而下降。藻源性悬浮颗粒物分布易受环境因子和内源代谢影响:北部主要受入湖河流影响,中部水体微生物活动较强,南部易受扰动影响。一定范围内,水温升高、pH>8.98、较低DO均能导致ρ(SPM)增大,此外,DON色氨酸组分S2可作为藻类摄取的关键营养盐而刺激湖泊富营养化的发生,在一定程度上可以作为洱海ρ(SPM)的指标。(2)颗粒物-水界面硝化速率为北(0.0403)>中(0.0256)>南(0.0018 ppm/(h·L))。反硝化过程中氧化亚氮累积符合逻辑斯谛模型,呈现“慢-快-慢”的节律,第3个小时出现速率最大值。通过建立ρ(SPM)与上覆水不同形态氮分配行为可知,分配系数(logKd值)DON(6.12±0.47)通常比DIN高(5.70±0.48),表明DON与颗粒物相互作用更强。溶解与颗粒态氮之间时空变化影响SPM分布,DON可作为生物的氮源补给而生成更多悬浮颗粒物。
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