湖泊基底植物适生性改良及对氮磷营养盐的控释机制研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ponny2006
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湖泊富营养化以及生态系统的退化是当今世界共同面临的重要水环境问题。在我国,底泥疏浚和水生植物种植己成为污染湖泊治理应用最多的两种技术手段。然而由于湖泊滨岸带基底的退化,以及疏浚后密实度相对较高的新生表层的存在,极大地限制了水生植物的修复范围。本文以南四湖退化基底和太湖疏浚后底泥两种沉积物为例,主要通过对沉积物界面状态的改变,重点研究湖滨带水深变化下,退化沉积物的水生植物适生性和内源污染的控制效应。通过室内模拟试验和现场中试试验观测相结合方法进行研究,主要得出以下结论:   (1)对污染底泥,采用疏浚、种植沉水植物等方法的处理,反映先疏浚后种植沉水植物的综合方式能更好地控制底泥氮和磷的释放通量。疏浚、种植沉水植物及疏浚+种植沉水植物均能显著增加溶解氧的渗透深度和沉积物.水微界面附近溶解氧的含量(p<0.05)。3种工程措施使得沉积物.水界面氧的扩散通量、氧气的消耗速率、有机碳的降解速率及反硝化速率均有所下降,且都能显著降低沉积物NH4+的释放通量(p<0.05),其中在疏浚底质上种植沉水植物,可使PO43-含量处于较低含量水平。   (2)在硬质基底上采用划耕、翻耕及覆沙3种物理改良措施后,沉积物孔隙率、氧化层厚度,MH4Cl-P与BD-P(铁磷)比增加,其中划耕(20cm深度)的改良效果最佳。利用Peeper技术取样分析发现,在改良沉积物上,芦苇的种植能有效控制氨氮和磷酸根的释放。在退化基质上划耕可增加根际微生物Shannon-Wiener指数和Simpson指数,覆沙则使两指数下降。在改良基质上的芦苇生长过程中,其根际微生物数量后期较初期可高出1~2个数量级,根际效应明显。   (3)研究水深变化对植物根际沉积物特征的影响结果表明,水深对退化湿地根际沉积物氧化还原电位、营养物含量和微生物活性等影响较大,水深是根际沉积物界面物质交换的主要胁迫因子。10-70cm范围的随水深增加,根际中PO43-、NH4+含量显著下降,NO3-、NO2-则显著升高;PO43-的释放通量最多可增幅40~47%,而NO3-的扩散通量则下降。当水深>40cm时,芦苇根冠比(R/S)、细根生物量及根系活力成明显下降;当水深超过70cm时,包括地下部分生物量也呈下降。   (4)选择划耕方式对植物及根际沉积物氮磷形态变化研究反映:划耕的基底改良措施对香蒲和茭草影响较大,可显著增加其总生物量、株高和地下部分生物量,而对芦苇影响较小,只有当划耕深度为20cm时其株高和地下生物量可显著增加。随水深增加植物生长受其影响增大,划耕效应明显增强。芦苇根际沉积物中活性磷(LP+BD+NaOH-P)占TP的8.9~30.7%,可成为间隙水PO43-潜在的主要来源,其根际溶液中PO43-主要来源于沉积物中BD-P,而非LP。吸附于铁锰氧化物上的NO3-与间隙水产生的离子交换作用,是间隙水中NO3-的主要来源。   (5)依托中试示范工程研究6个水深梯度(或淹水条件)下挺水植物根际微生物变化反映。以香蒲、芦苇、茭草、美人蕉、黄菖蒲五种挺水植物为例,发现在根际沉积物中微生物在根系分泌物的诱导下,微生物中氨化细菌和反硝化细菌为主,多样性指数下降。在水深80cm时美人蕉根际微生物多样性相对较高。黄菖蒲、香蒲和芦苇根际各微生物数量随水深增加出现先增后减变化趋势,当水深60cm~80cm时数量最大。茭草根际的氨化菌、磷细菌、硝化菌、反硝化菌、放线菌和真菌在80~100cm水深时数量最大,对应的微生物物种多样性高。
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