湖泊水体溶解氧水平对内源磷释放的影响

第46卷第5期2015年3月人民长江YangtzeRiverVo1．46．No．5Mar．，2015文章编号：1001—4179(2015)05—0093一O4湖泊水体溶解氧水平对内源磷释放的影响钱宝，刘凌，潘畅(1．长江水利委员会长江中游水文水资源勘测局，湖北武汉430012；2．河海大学水文水资源-9水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098)摘要：以江苏省里下河地区的大纵湖为研究对象，通过室内原位培养法，在3种不同溶解氧水平下(自然状态、好氧状态和厌氧状态)对湖底底泥原位沉积柱进行了连续16d的室内培养，研究浅水湖泊溶解氧水平对上覆水体可溶性磷酸盐(SRP)释放的影响。结果发现：在不同溶解氧条件下，上覆水体SRP含量有显著差异，厌氧条件下上覆水体SRP平均含量比自然条件下高7倍左右，而好氧条件下上覆水体则比自然条件下低了近80％。由此说明，与自然状态相比，厌氧条件能显著促进内源磷的释放，而好氧条件则会抑制这一过程，甚至出现磷吸附现象，好氧条件能降低上覆水中磷的含量，改善湖泊富营养化状况。关键词：溶解氧；浅水湖泊；内源磷释放规律；原位培养实验；大纵湖；江苏省中图法分类号：X171文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．05．0221研究背景在水环境中，氧气主要来源于水体与大气交换以及水体中浮游植物的光合作用，溶解氧进入表层水后，会很快混合到底层水中，以满足水生动物的呼吸需求，当供应到底层的溶解氧被截断或者消耗量超过补给量，溶解氧下降到超过维持大多数动物生命的值时，即为缺氧。很显然，自然界其他环境变量大都不能像溶解氧一样快速变化，并对水体生态系统有如此重大的生态学意义。磷素作为导致水体藻类异常增殖并造成湖泊水体富营养化的重要控制因子，在湖泊的内源释放过程受到众多环境因子变化影响，如溶解氧、pH值、温度、光照、微生物作用等。为清楚了解磷释放的内在发生机制，大多采用室内模拟培养的方法进行研究。目前涉及的沉积柱培养实验方案众多，其中利用单变量因子控制，通过不断改变环境介质中各因素，以分析不同条件下均匀沉积物的释放状态的研究已经屡见不鲜。但从近两年的文献报道分析，由于沉积物的非均质性，界面发生的反应复杂多变，再加上环境变量之间的相互响应关系，仅研究均匀沉积物释放将很难取得突破，因此，最终还需逐渐回到原位状态下的沉积物柱状培养研究。本文以江苏省里下河地区的大纵湖为研究对象，采用室内模拟培养原状沉积柱的方式，研究3种不同溶解氧条件下(好氧、厌氧和自然条件)对湖泊内源磷释放的影响，为控制和治理湖泊富营养化提供科学依据。2实验方法2．1样品采集与处理选取江苏省里下河地区的大纵湖为研究对象，采样工作于2012年9月进行。采样点设置在大纵湖湖心，标记为DZ(119。4903”E，33。0906”N)。采样前先用GPS测定采样点位置，再用水质分析仪(V6600，YSI，USA)现场测定采样点水体基本水质指标，如水温、pH值、Eh等，然后采集上覆水样品300mL，同时用仿制重力采样器采集长约15cm的原位沉积物柱状样带回实验室进行后处理，同一采样点重复采集3次作为平行样。。。实验采用连续培养法，将采集的3根原位沉积柱收稿日期：2014—07—03基金项目：国家自然科学基金资助项目(51279060)作者简介：钱宝，男，工程师，博士，主要从事环境水文与生态水利方面的研究。E—mail：jaber@163．com94人民长江分别置于不同溶解氧水平下(好氧、厌氧和自然状态)逐日培养。．培养前先用厚为0．45m的玻璃纤维滤膜将原水过滤后小心注入沉积柱，形成沉积物高15cm，上覆水高5cm的沉积物一水界面体系，静置12h待其稳定，开始连续培养。培养周期为16d，培养开始后，前24h在0，3，6，9，12h和24h时采用注射器采集上覆水20mL，之后每间隔24h采集一次上覆水样品。每次取样后向柱内补充与所取水样相同体积且经过预处理的原水水样。培养实验控制条件如下。(1)厌氧状态(DO<2mg／L)。培养系统每天通入高纯氮气(99．99％)8h，通气完毕后，用橡胶塞塞紧顶部，胶带密封连接处，保证整个原位沉积物一水界面系统处于厌氧状态。(2)好氧(饱和)状态(DO>8mg／L)。利用充气泵在不扰动表层沉积物的条件下，向上覆水中通人空气，24h不间断，维持培养系统中溶解氧处于饱和状态。(3)自然状态。将自然状态下的沉积物一水界面系统与上述两种状态的原位沉积柱置于同一环境中，保持气温、气压、光照等大环境要素相同，不作其他处理，静态培养。2．2样品分析方法采样点现场水样指标包括水温、pH、Eh、TN、TP、叶绿素a(Chla)、高锰酸盐指数COD以及透明度sD，培养期间水样指标为可溶性磷酸盐SRP(SolubleRe-a