水华生消对太湖水体和沉积物中有机质及磷赋存特征的影响

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水华现象普遍存在于许多国家和地区的湖泊和水库中,其生长-暴发-消亡过程会对湖泊水体和沉积物的理化性质产生一定的影响,进而影响水体和沉积物中有机质及磷的赋存特征。有机质的矿化分解和磷的迁移转化又会影响藻类的生长,造成水华的恶性循环。本文以太湖水华现象比较严重的两个湖区——竺山湾和梅梁湾为研究对象,于2016年6月至2016年10月期间采集5次(1次/月)水体和沉积物样品,分析水华生消期间太湖水体和沉积物中有机质及磷的含量和组成特征,并采用薄膜扩散梯度技术(Diffusive Gradientsin Thin-films,DGT)表征磷在沉积物-水界面迁移速率的变化,最后结合水体和沉积物的理化性质,探讨水华生消对水体和沉积物中有机质及磷赋存特征的影响。主要研究结果如下:1.6-10月份,竺山湾和梅梁湾上覆水体中水溶性有机质(DOM)含量的变化趋势与表层间隙水中的整体相同,表层间隙水中DOM含量均高于上覆水体。8月间隙水中DOM的含量最低,8-10月间隙水中DOM的含量呈增加趋势。6-8月上覆水体中各形态磷的含量逐渐增加,其中总溶解态磷(TDP)、磷酸根(PO43-)的含量在8月达到最大值,但所占TP的百分比却较低,8-10月随着藻类的衰亡比例逐渐升高。2.6-10月份,沉积物总有机质(TOM)、活性有机质(LOM)、DOM的含量变化趋势大概呈“W”型,6月、8月、10月含量高于7月、9月。沉积物中的TOM、DOM、LOM之间存在较强的正相关关系,与pH存在显著负相关关系,与含水率存在显著正相关关系。6-8月沉积物中轻组有机质、高活性腐植酸(MHA)、钙腐殖酸(CaHA)的含量整体高于9-10月。3.SMT法测定结果表明,竺山湾和梅梁湾沉积物磷以无机磷(IP)、氢氧化钠磷(NaOH-P)为主。采样期间6-8月沉积物中NaOH-P的含量逐渐增加,8月份达到最大值,9-10月NaOH-P的含量有所降低,有机磷(OP)的含量显著增加。沉积物中各形态磷之间存在显著的正相关关系,尤其NaOH-P与总磷(TP)、IP的相关性最强,各形态磷与沉积物中TOM也存在明显的正相关关系。31P-NMR测定结果表明,6-8月竺山湾和梅梁湾沉积物中有机磷的组分以活性较强的磷脂和DNA为主,9-10月以性质较稳定的单酯和膦酸盐为主。4.采样期间利用DGT同时获取沉积物-水界面溶解态活性磷(DRP)和Fe2+的高分辨率剖面信息。6-10月竺山湾和梅梁湾沉积物-水界面附近DRP和Fe2+的变化趋势相似,在界面附近存在浓度峰值。相比于其他月份,7月、8月份DRP和Fe2+浓度峰值较大,峰值位置较浅,沉积物-水界面的磷浓度梯度较大;6-10月界面附近DRP释放通量均为正值。7月、8月沉积物磷释放通量显著高于其他月份;DRP和Fe2+的释放通量呈显著正相关,表明7月、8月沉积物-水界面磷的释放作用较强,且深受Fe2+的影响。5.6-10月沉积物对磷的吸附解吸平衡浓度(EPC0)的值均大于上覆水PO43-的含量,表明采样期间沉积物均处于释放磷的状态。沉积物中磷的最大吸附量Qmax与EPC0、有机质、TP、IP以及NaOH-P呈显著负相关关系,吸附常数K与EPC0呈显著负相关,表明沉积物中有机质和磷含量的增加,会减弱沉积物对磷的吸附容量,EPC0的值越大,沉积物对磷的吸附能力越小。7、8月份竺山湾和梅梁湾沉积物中有机质和各形态磷的含量较高,EPC0的值高于其他月份,表明在7月和8月沉积物对磷的吸附容量较小,具有较大的释磷的空间。
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