本文選題：查干湖　切入點(diǎn)：富營(yíng)養(yǎng)化　出處：《吉林大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)成為全球性的生態(tài)危機(jī)，它不僅嚴(yán)重破壞水環(huán)境生態(tài)平衡，，而且還嚴(yán)重威脅到人類(lèi)的生存與發(fā)展。隨著各國(guó)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的重視及相關(guān)治理，在外部污染源逐步受到控制和消除的情況下，淺水湖泊沉積物中的磷代替外源磷素污染物，成為引起富營(yíng)養(yǎng)化的內(nèi)源污染源。沉積物中磷的不僅在常溫期或高溫期釋放，而且在低溫期也會(huì)持續(xù)釋放，這成為北方湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的重要誘因。然而，對(duì)于低溫期北方湖泊的內(nèi)源磷在沉積物-水界面間遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律以及影響各形態(tài)磷相互轉(zhuǎn)變的地球化學(xué)作用，尤其是化學(xué)環(huán)境與微生物的作用，目前仍缺乏研究。本文以吉林省西部典型的北方淺水湖泊——查干湖為研究對(duì)象，以低溫期水化學(xué)特征和氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽分布規(guī)律為基礎(chǔ)，采用歐盟推薦的SMT分析方法，調(diào)查與分析了查干湖沉積物中不同形態(tài)磷的時(shí)空變化特征。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用實(shí)驗(yàn)?zāi)M的方式，深入分析了沉積物-水兩相間磷的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制以及生物、物理、化學(xué)等因素在該過(guò)程中所起到的作用。結(jié)合葉綠素a和藻類(lèi)在查干湖水體中的分布規(guī)律，探討了低溫期沉積物中磷的釋放對(duì)我國(guó)北方淺水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的影響，并利用解析動(dòng)力學(xué)模型對(duì)釋放過(guò)程進(jìn)行描述。同時(shí)基于查干湖水質(zhì)指標(biāo)，采用綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法（TLI）對(duì)查干湖低溫期富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。本文的研究成果可為控制北方同類(lèi)型湖泊內(nèi)源磷元素的釋放以及低溫期富營(yíng)養(yǎng)化治理提供理論支持。 調(diào)查并測(cè)定分析了查干湖低溫期水化學(xué)特征以及不同形態(tài)的氮、磷在水體中的時(shí)空分布規(guī)律。低溫時(shí)期查干湖pH介于9.35～9.40之間，屬于偏堿性湖泊，其水質(zhì)具有高濁度、高硬度以及高礦化度的特點(diǎn)。水中陰離子以HCO_3~-為主，陽(yáng)離子以Na~+為主，主要陰、陽(yáng)離子的含量濃度為：Na~+Mg~(2+)Ca~(2+)K~+，HCO_3~- Cl~-CO_3~(2-)SO_4~(2-)，其水化學(xué)類(lèi)型為重碳酸鹽鈉組I型。低溫期查干湖中各種離子濃度均高于常溫期，并且在補(bǔ)給水、地質(zhì)條件等因素影響下，呈現(xiàn)出東南高、西北低分布規(guī)律。低溫期查干湖周邊農(nóng)業(yè)活動(dòng)停止，在無(wú)外源氮、磷輸入的情況下，查干湖水中各形態(tài)的氮、磷仍具有較高的濃度，說(shuō)明沉積物已經(jīng)成為查干湖污染的內(nèi)源。氨氮（NH_4~+-N）是氮的主要存在形態(tài)，呈現(xiàn)出南部高北部低，湖中部高岸邊低的分布特征；溶解性總磷（TDP）是磷的主要存在形態(tài)，呈現(xiàn)出南部低北部高的分布特征。雖然低溫期查干湖的總氮（TN）和總磷（TP）平均濃度已超過(guò)富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的臨界濃度，但是低溫抑制藻類(lèi)增殖、高濁度減弱光照強(qiáng)度以及能夠被藻類(lèi)直接利用的正磷酸鹽濃度較低等因素共同影響，查干湖并沒(méi)有出現(xiàn)藻類(lèi)異常增殖的情況。從時(shí)間上來(lái)看， NH_4~+-N和亞硝態(tài)氮（NO2--N）高濃度區(qū)域面積在逐年縮�。籘P和TDP濃度整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。 在總結(jié)和分析抓斗式和重力柱式沉積物采樣器優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合采樣過(guò)程中所遇到的實(shí)際問(wèn)題，研發(fā)了一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的便攜式沉積物采樣器，并獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。在實(shí)際使用過(guò)程中，該采集器能夠采集不同質(zhì)地的沉積物樣品，提高了采樣效率。在減少研究人員工作量和工作強(qiáng)度的同時(shí)，還能最大程度的保持沉積物原始氧化還原狀態(tài)，并能夠避免沉積物樣品在向存儲(chǔ)容器轉(zhuǎn)移時(shí)受到污染或破壞，提高了沉積樣品采集的精度與科學(xué)性。 明確了查干湖沉積物中各形態(tài)磷的空間分布情況。采用SMT分級(jí)方法對(duì)查干湖不同深度的沉積物中各形態(tài)磷進(jìn)行了分析與研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉積物中磷以無(wú)機(jī)磷（IP）為主；而鈣結(jié)合磷（Ca-P）是IP中的主要形態(tài)。沉積物中的Ca-P主要來(lái)自查干湖周邊高鈣土。高鈣土中磷酸鹽在環(huán)境條件改變情況下，逐漸轉(zhuǎn)化成水溶性磷酸鈣，隨地表徑流進(jìn)入查干湖后沉淀，最終在沉積物中形成Ca-P，其含量與TP的含量呈現(xiàn)極顯著相關(guān)。從水平方向來(lái)看，查干湖沉積物中各形態(tài)磷濃度具有西南高的分布特點(diǎn)；從垂向來(lái)看，呈現(xiàn)從上向下增加的趨勢(shì)，即各形態(tài)磷的含量隨深度增加而增加，這說(shuō)明近年來(lái)外源磷污染的輸入量在逐漸減少。 分析了查干湖低溫期藻類(lèi)分布情況以及影響藻種組成的因素。低溫期查干湖主要藻種為藍(lán)藻門(mén)、綠藻門(mén)、硅藻門(mén)和裸藻門(mén)。由于藍(lán)藻具有偏好中堿性水體、較高的細(xì)胞貯磷能力等特點(diǎn)，使藍(lán)藻代替硅藻和綠藻成為低溫期的優(yōu)勢(shì)藻種并且成為查干湖富營(yíng)養(yǎng)化的潛在威脅。較低水溫、光照條件、水生植物之間的競(jìng)爭(zhēng)以及水生動(dòng)物對(duì)其捕食等原因，抑制藍(lán)藻等藻類(lèi)過(guò)度繁殖，成為富營(yíng)養(yǎng)化的限制條件，遏制了富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)藻類(lèi)與氮素和磷素的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明低溫期查干湖藻類(lèi)分布和濃度與氮素?zé)o關(guān)而與磷素有顯著相關(guān)性，這說(shuō)明查干湖是磷控制性湖泊。 揭示了低溫條件下查干湖內(nèi)源磷遷移過(guò)程以及影響因素。在有無(wú)光照、有無(wú)溶解氧的情況下，低溫期沉積物中的磷均仍能夠持續(xù)釋放，使上覆水中磷素的含量持續(xù)增加。由于Ca-P在沉積物中含量最多，因此解析出來(lái)的磷主要是Ca-P且釋放出的數(shù)量最多。在厭氧有光照的條件下，沉積物中各形態(tài)磷的釋放速率和釋放量最大，是易引發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化的環(huán)境條件。在光照條件下，上覆水中的葉綠素a與磷素濃度具有明顯的相關(guān)性。藻類(lèi)的大量增殖會(huì)減少水體中磷的含量，進(jìn)而加快沉積物磷的釋放；沉積物磷的釋放又為藻類(lèi)增殖提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，兩者之間相互促進(jìn)。不同形態(tài)的磷的釋放量與釋放速率受到pH、光照、藻類(lèi)、溶解氧等因素的影響而不同�？刂瞥练e物中磷的釋放是抑制查干湖富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵。 初步探討了低溫環(huán)境下沉積物磷的解析動(dòng)力學(xué)以及查干湖富營(yíng)養(yǎng)化程度。利用水靜態(tài)模擬的方法，在一定解析時(shí)間和水土比條件下，研究沉積物中磷解析的 過(guò)程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出解析動(dòng)力學(xué)模型P_d=0.017P_0t~(0.375)W~(1.493)，該模型可以用以描述低溫期查干湖沉積物中磷的解析過(guò)程。采用綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法（TLI）對(duì)查干湖富營(yíng)養(yǎng)的程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明查干湖的營(yíng)養(yǎng)級(jí)別從2009年的貧營(yíng)養(yǎng)（TLI=28.56）轉(zhuǎn)變成2010年（TLI=38.25）和2011年（TLI=30.19）的中等營(yíng)養(yǎng)，說(shuō)明查干湖存在發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：X524

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1685404