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目前我国浅水湖泊发生的“湖泛”污染现象,使局部水域水质恶化,严重影响了湖泊功能的发挥。其中,由水生植物残体分解而产生的草源性“湖泛”在我国浅水湖泊水生植物生长密集区时常发生。开展浅水湖泊草源性“湖泛”过程特征及发生机制的研究,在湖泊的科学管理和治理方面有明显的应用价值,既有助于水生植物死亡后的环境效应评估及其致灾预警,也有利于“湖泛”预防和应急去除的技术和工艺的研发。 本文首先通过室内微宇宙实验研究影响纤维素降解的主要驱动环境因子;接着针对草源性“湖泛”独特的物源基础,分别对植物残体溶出的可溶性有机物(DOM)及木质纤维素对诱发草源性“湖泛”的作用展开研究;通过湖泊水动力模拟装置对草源性“湖泛”的发生、持续及消退过程的过程特征及微生物联动响应进行监测、研究;然而,适宜的水文、气象条件是“湖泛”发生的必要条件之一,本文主要研究了风生流对草源性“湖泛”发生及消退的影响。最后,通过原位监测植物残体的降解特征及诱发“湖泛”的能力,研究不同腐化程度的植物残体诱发草源性“湖泛”的能力,为湖泊治理对象提供参考。本论文得到的主要结论如下: 1、植物溶出物的可溶性有机物(DOM)降解能够通过影响水色促进甚至诱发草源性“湖泛”的发生。植物溶出的DOM组成:大部分为非有色可溶性有机物,少部分为有色可溶性有机物(CDOM)。DOM降解过程伴随有机颗粒物的产生、微生物浓度增加、CDOM各组分浓度的变化。这三个过程对水色均有所影响,且本实验中影响程度为:1、0h-48h,CDOM>有机颗粒物>微生物;2、48h-96h,CDOM>微生物>有机颗粒物。且这三个过程均只能在0-48h使水色升高,因此,DOM降解过程无法持续地使水体维持高表色度。其中,CDOM影响水色的过程为:DOM降解过程中,微生物首先快速利用非有色可溶性有机物并进行自身增殖,消耗溶解氧致水体缺氧;CDOM不断积累,浓度增加,促使水色向黑褐色转变;CDOM中主要积累的物质为色氨酸、类芳香蛋白,这两类物质对紫外光吸收强烈,对水色产生强烈影响;降解后期,色氨酸、类芳香蛋白被微生物厌氧分解,因此CDOM荧光强度逐渐减小。 2、影响草源性“湖泛”表色变化的主要驱动因子为:颗粒物(无机、有机)、CDOM,影响程度为颗粒物>CDOM;真色主要驱动因子:CDOM。草源性“湖泛”产生的嗅味物质浓度存在两个峰值,且明显低于等量蓝藻诱发“湖泛”的同类嗅味物质浓度;水色变黑时间节点早于嗅味物质浓度最大峰值产生的时间节点,即“先黑后臭”。通过对植物降解情况、酶活及微生物联动响应的研究,可验证:加入植物后,第1天主要以DOM的溶出、降解过程为主。第2天起,厌氧木质纤维素降解菌开始活跃并降解木质纤维素,且降解速率在“湖泛”暴发前达到最高水平,诱发草源性“湖泛”的发生。木质纤维素降解过程中没有产生新的CDOM,只维持了各组分浓度的增长。而植物中的木质纤维素除了部分被微生物分解利用,还有一部分进入沉积物储存起来。 3、风生流对草源性“湖泛”的暴发及稳定具有显著的影响:低风速的气象条件是草源性“湖泛”暴发的触发机制。实验前期(本实验为1-3天)上覆水的水色变化为:风速越高,色度越大;随着时间推移,植物逐渐被降解,水体逐渐变清。因此,高风速条件下植物残体的堆积仍然不应忽视。表面流对草源性“湖泛”的发生、持续具有显著影响且占主导地位。补偿流能更快地使“湖泛”水体褪黑,但不能为系统持续地提供溶解氧;表面流对湖体充氧能力大,是恢复“湖泛”水体中溶解氧水平的主要湖流。 4、不同层位放置的植物残体均呈现快速降解趋势。其中,水-泥界面层及上覆水层的植物残体降解率明显高于沉积物层,且植物形态发生较大变化,而沉积物层中植物形态上无显著变化。各层中的植物残体随着腐化时间的增长,其诱发草源性“湖泛”的速度增快。植物降解率越高,且木质纤维素含量越低,其诱发“湖泛”速率越快。