不同溶氧条件下大薸腐解过程的水质效应

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水生植物残体分解是湿地营养物质循环和能量流动的关键环节,是维持湿地生态系统功能的主要过程之一。植物残体的分解过程是一个非常复杂物理化学生物过程,受周围环境及自身结构等的多方面影响。其中,水体溶氧是表征水质状态的重要指标,一定程度上决定水、泥的微生物群落及无脊椎底栖动物的数量及种类。通过影响微生物、酶的活性和底栖动物,影响整个生态系统的碳循环和氮循环。还有一个重要的因素是植物盖度,直接决定水体中植物残体量的大小,是微生物、底栖动物的营养源,也是氮循环的重要碳源。当水体存在适当的植物残体时,在一定程度上促进水体脱氮;但当水体存在大量植物残体时,植物分解过程消耗大量的溶氧,在很大程度上破坏了正常生态系统的碳、氮循环,削弱整个水生态系统的功能发挥,降低了生态系统的稳定性,增加了水生态治理与恢复的难度。可以说,植物残体的分解过程及分解速率的变化,将直接或间接影响到全球变化的进程。因此研究水生植物在不同溶氧和植物残体量的条件下的分解过程及其对水质的影响机制和规律有重要的生态学意义。了解水生植物的分解过程及其水质效应在不同水体溶氧条件下存在的差异可以为水体中植物残体管理及水质调控提供理论参考,本文通过不同植物盖度下大藻(Pistia stratiotes)在非充气(non-inflated aeration,NA)与充气(inflated aeration,IA)处理条件下腐解过程中溶解氧(dissolved oxygen,DO)、pH、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总悬浮物(total suspended solid,TSS)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)、亚硝氮(NO2--N)、磷酸盐(PO43--P)等水质指标的变化进行了比较研究,实验时长95天。结果发现:(1)低溶氧条件下(2-4 mg·L-/1)大藻残体在水中残留时间更长,高溶氧条件(8-9 mg·L-1)植物分解速率显著快于低溶氧条件,但植物分解过程中水质指标变化的阶段性相对一致。实验初期(第1-25d),充气组NOC3--N、NO2--N浓度显著高于非充气组,PO43--P、TSS浓度显著低于非充气组(P<0.05);实验中后期(第26-95d),除NH4+-N浓度高于非充气组外,其他指标均低于非充气组。(2)高溶氧条件可导致NO3--N、NO2--N在实验初期浓度快速上升,但PO43--P则保持相对较低浓度;低溶氧条件可保持较低的NO3--N、NO2--N浓度,而PO43--P浓度较高且持续时间较长。不同溶氧条件对实验初期主要水质指标影响较为显著,而对实验中后期水质影响较小。(3)高溶氧条件下,除了实验初期TSS及PO43--P浓度在不同植物盖度间有显著差异,其他水质指标则均受植物盖度影响较小;低溶氧条件下,植物盖度对NO3--N、NO2--N、PO43--P浓度的最大值有一定影响,达到其浓度最大值的时间随初始植物盖度增加而延迟,其中,PO43--P浓度的最大值随初始植物盖度增加而增大,而不同植物盖度组间NO3--N、NO2--N浓度的最大值差异较小。(4)相对于水生植物盖度,水体溶氧更加显著的影响植物分解过程及其水质的变化。水体NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P、TSS对DO有较高的敏感性,易受到DO的影响;而多数水质指标对植物盖度敏感性较低。(5)大多水质指标在实验中后期趋于相对稳定,但植物分解过程的系统稳定性较低,尤其是在植物分解速率较快的实验初期阶段。总体上,相对于NA组,IA组中水质指标的CV值较低,说明高溶氧条件下系统稳定性相对较高。总体上,高溶氧条件下水体主要水质指标浓度相对较低且优先趋于稳定,而不同植物盖度间水质指标差异较小。相对于水体溶氧条件,植物盖度对植物分解过程水质指标的影响较小。
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