论文部分内容阅读
为研究不同沉水植物分解过程中对沉积物-水界面氮磷迁移转化的影响,选取三种太湖沉水植物优势种狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus A.Bennett)及金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.),建立“沉积物-水-沉水植物”微系统,进行室内模拟实验,研究溶解氧(DO)浓度不同的状态下,植物分解过程中上覆水和沉积物各形态氮磷浓度的变化,并采用离心法及流速分析仪和梯度薄膜扩散技术(DGT)获取沉积物-水界面氮磷的分布特征,计算沉积物-水界面氮磷扩散通量,同步分析沉积物-水界面微环境的变化,探讨植物分解对沉积物-水界面氮磷迁移转化的影响。研究结论如下:(1)沉水植物的分解均存在阶段性,按分解速率不同可分为快速分解期(0-10d)和缓慢分解期(10-55d)两个阶段,且两种状态下植物分解速率的大小均表现为:金鱼藻>狐尾藻>微齿眼子菜,而DO的增加降低了各植物的分解速率。(2)两种状态下,对照组中上覆水DO、pH及沉积物pH等环境因子均较为稳定,而各实验组中,不同沉水植物的分解对上覆水和沉积物pH影响不大。实验过程中,充气状态下各实验组上覆水DO浓度均高于非充气状态,沉水植物的分解降低了各实验组上覆水DO浓度。同时,两种状态下各实验组上覆水6.5-8.5和沉积物6.8-7.6的pH中性偏弱碱性环境均利于沉积物-水界面氮磷的迁移转化。(3)在短期培养条件下,对照组中上覆水总氮(TN)、溶解态总氮(DTN)、铵态氮(NH4+-N)各形态氮和总磷(TP)、溶解态总磷(DTP)、磷酸盐(PO43--P)各形态磷浓度均较低且较为稳定,而不同沉水植物的分解均使两种状态下各实验组上覆水氮磷浓度明显升高。两种状态下,狐尾藻、微齿眼子菜和金鱼藻各实验组均在植物快速分解期第5天时上覆水TN浓度达到最大值,充气状态下分别为5.32 mg/L、12.05 mg/L和9.95 mg/L,且非充气状态下分别是充气状态下的1.47、1.25和1.94倍,而各实验组上覆水TP浓度也在植物快速分解期第5天或第10天达到了最大值,充气状态下分别为1.14 mg/L、1.06 mg/L和1.83 mg/L,非充气状态下分别为1.83 mg/L、1.49 mg/L和1.26mg/L;在进入植物缓慢分解期后,各实验组上覆水磷浓度降低并趋于对照组的稳定水平,而氮浓度在充气状态下与磷浓度变化趋势相似,在非充气状态下则呈下降后再次上升的趋势。(4)实验过程中,对照组在两种状态下沉积物各形态氮(TN、DTN和NH4+-N)浓度均呈缓慢降低趋势,而除沉积物中氢氧化钠磷(NaOH-P)浓度呈缓慢下降趋势外,TP、无机磷(IP)、有机磷(OP)和盐酸磷(HCl-P)各形态磷浓度均呈迅速下降后上升的变化趋势。且在植物快速分解期,除各实验组沉积物中NH4+-N浓度明显升高外,其他沉积物中各形态氮磷受植物的分解并不明显。实验结束时,两种状态下狐尾藻、微齿眼子菜和金鱼藻各实验组沉积物HCl-P浓度均高于初始值,充气状态下分别为13.82%、6.83%和6.33%,非充气状态下分别为11.55%、11.22%和6.92%,而沉积物中其他各形态氮磷浓度均低于初始值。(5)对照组在两种状态下沉积物-水界面氮磷的扩散通量均为正值,表现为实验过程中沉积物始终作为內源氮磷污染源向上覆水释放,但随时间的推移其变化不大。沉水植物的分解使沉积物氮向上覆水释放,且充气条件降低了各实验组中沉积物-水界面氮的扩散速率;而沉水植物的分解在一定程度上改变了沉积物內源磷的扩散速率,在植物快速分解期第5天和第10天时,各实验组在充气状态下表现为沉积物磷向上覆水释放,而在非充气状态下其界面磷的扩散通量为负值,表现为沉积物在此时期吸附上覆水磷。因此,沉积物-水界面磷的吸附和释放受上覆水磷浓度的影响,且界面溶解性反应磷(DRP)和溶解性反应铁(Fe2+)浓度的同步性和其扩散通量的相关性,也说明其与Fe2+浓度有一定关系。