典型富营养化湖泊—巢湖内源磷迁移转化特征研究

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为研究典型浅水湖泊的富营养化现状以及内源磷的迁移转化特征,以我国长江中下游典型浅水富营养化湖泊-巢湖为研究对象,采用模糊聚类法及综合营养状态法,评价了2016-2020年巢湖水质污染及富营养化演化状况;利用单因子模拟实验,研究了p H、温度、光照、扰动、蓝藻暴发(生长及分解)等环境因素对沉积物磷释放的影响,确定影响沉积物磷释放的主要影响因素;研究了多因素控制下蓝藻-水、水-沉积物、蓝藻-水-沉积物三种系统中磷形态的变化,揭示了磷在三种系统中的迁移转化规律,为巢湖内源磷治理及水体富营养化防控提供技术支持。主要研究结论如下:1)模糊聚类法与综合营养状态法对2016-2020年巢湖水质的评价结果表明:经过多年治理,巢湖水质存在好转倾向,2016-2020年巢湖水质等级由Ⅳ级好转至Ⅲ级,营养状态好转至中营养。TP的含量均值略呈下降趋势,但其均值范围为0.049-0.16 mg/L(Ⅲ类标准为0.05 mg/L),仍是影响巢湖富营养演化的重要因素。2)沉积物磷释放的单因子影响模拟实验结果表明:p H为酸性和碱性时,上覆水中TP的含量升高、沉积物中TP的含量降低,模拟结束后p H5组、p H9组上覆水中TP分别升高了0.04 mg/L、0.03 mg/L,沉积物中TP比初始值分别降低了241.12 mg/kg、195.44 mg/kg。扰动为60 r/min组,上覆水中TP升高到2.01 mg/L;沉积物中TP比初始值降低174.22 mg/kg。水温为30℃时,上覆水中TP由0.11 mg/L升至0.41 mg/L;沉积物中TP比初始值降低339.17 mg/kg。全光(1500 lux)组沉积物中TP的释放量为384.27 mg/kg。相较于空白组(水体p H为中性,水温为10℃,静止,遮光,无藻)上覆水中TP的含量降低了0.02 mg/L,沉积物中TP增加369mg/kg;水环境p H为酸性和碱性、升高温度、水动力扰动、增加光照强度均会促进沉积物磷释放到上覆水中。其中水环境p H值为5、扰动速率为60 r/min、水温为30℃、光照强度为1500 lux组沉积物的释磷量显著高于其他组。3)三系统模拟实验结果表明:上覆水中TP的含量均呈现先下降后平稳的趋势,且蓝藻的存在促进了上覆水磷含量的升高。模拟结束时,沉积物-水组上覆水中TP的含量为0.05 mg/L;水-蓝藻组TP的含量为1.93 mg/L;沉积物-水-蓝藻组TP的含量为0.11 mg/L。沉积物-水组,沉积物中TP的含量基本未发生改变,其中各形态磷的变化为易释放态磷(NH4Cl-P、Fe-P、Al-P)转化为难释放态磷(Na OH-nr P、Ca-P),且磷呈现由上覆水向沉积物缓慢迁移的趋势。沉积物-水-藻组,沉积物中TP总体呈现升高的趋势,由976.5 mg/kg升高到1122.66 mg/kg,升幅为14.97%。模拟实验的1-7天,蓝藻处于生长阶段,水体溶解氧含量较低,此时沉积物中NH4Cl-P、Fe-P发生释放,释放量分别为7.6 mg/kg及92.33 mg/kg;随着蓝藻的衰亡,一方面蓝藻中的有机磷被沉积物吸附转化,另一方面沉积物中各形态磷发生转化,此时沉积物中Fe-P、Al-P、Ca-P等无机形态磷的含量分别增加了228.3 mg/kg、226.54 mg/kg、152.76 mg/kg。
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