巢湖湖滨带磷缓冲能力的研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fly57384
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湖滨带是湖泊生态系统与湖周陆地生态系统间的生态交错带。作为湖泊天然的保护屏障,湖滨带在削减外源污染、稳定内源释放、维护生境、支持食物生产和提供景观等方面均具有重要作用,故为健康湖泊生态系统的重要组成部分和评价标准。本研究通过对我国大型富营养化浅水湖泊安徽巢湖周边不同类型湖滨带长期大范围的样品调查,系统分析了主要营养物质(无机磷、有机磷和有机质)在湖滨带土壤和沉积物中的迁移转化规律和对湖泊富营养化的贡献,初步阐明了湖滨带生态修复的理论基础,并通过野外调查(季节和雨季前后的波动)与模拟实验(风干、淹水和吸附剂的添加)筛选出能有效截留入湖营养的底质和植被类型,并付诸中试工程试验。主要研究结果如下:   1.沿岸带土壤是相邻沉积物无机磷的重要来源.沉积物无机磷(包括速效磷和藻类可利用磷)含量自身及其与磷最大吸附量的比值(磷饱和度)均与湖滨带沉积物磷平衡浓度(EPCo)显著正相关,因此沿岸带土壤无机磷将随地表径流进入湖泊并在沉积物中累积,进而增加其向磷源转化的风险。   2.沿岸带土壤是相邻沉积物有机磷的重要来源。土壤有机磷的累积能有效增加磷最大吸附量同时减弱磷吸附能,并诱导胞外碱性磷酸酶活性,促进酶促水解作用从而释放不同形态的生物可利用性磷,增加磷饱和度,提高EPC0值。因此土壤有机磷对其磷缓冲能力的调控机制较为复杂。   3.湖滨带沉积物有机质主要来源于沿岸带土壤的输入。有机质的累积能有效增加土壤和沉积物的磷最大吸附量,同时诱导胞外碱性磷酸酶分解有机磷增加生物可利用性磷。此外,土壤有机质含量与磷吸附能显著负相关而沉积物有机质含量则与磷吸附能显著正相关。简言之,有机质既能通过产生无机磷增加磷饱和度又能通过扩展最大吸附量减少磷饱和度,并因分解状况的差异以不同的方式改变磷吸附能,从而表现出其调节磷缓冲能力的复杂性。根据上述机制,无机磷或活性磷低而有机质含量高的底质具有较强的磷缓冲能力。   4.水泥堤岸几乎不具备拦截外源磷输入的能力,湖滨带沉积物的磷含量基本取决于外源输入量。农田对速效磷和藻类可利用磷的吸收作用较好,但其在总磷中所占的比例甚小,故其它不易被农作物有效吸收的磷形态将仍随地表径流进入湖泊,并据此增加以无机磷和有机磷所表征的磷饱和度.树林对应的湖滨带沉积物在暴雨之后具有较小的EPC0值,生长飞蓬的草地所对应的湖滨带沉积物EPC0值始终较低,且在雨后明显下降,从而表现出较强的磷污染控制能力。因此水泥堤岸不利于湖泊的恢复和自净,而天然树林和草地(且以飞蓬为优势种)则为巢湖陆向湖滨带的适宜类型。   5.巢湖湖滨带土壤和沉积物将经历明显的干湿交替过程,其中磷的迁移和转化方式亦有明显变化.风干作用能显著降低沉积物磷最大吸附量、提高磷吸附能并增加EPC0,从而在整体上对磷的吸附能力产生不利影响。淹水过程对土壤最大吸附量的影响取决于有机质的损失情况,好氧条件下有机质损失小,磷最大吸附量无明显变化,磷吸附能增强,磷释放量则略有增加;而在厌氧条件下土壤有机质含量与磷最大吸附量均显著降低,磷吸附能亦明显减小,磷释放量显著升高。因此湖滨带消落区的干湿交替(尤其是干旱之后的高水位淹没)将明显促进底质生物可利用性磷的大量释放.淹水导致土壤有机质和总磷流失,且磷损失以Fe-P为主。在巢湖流域常见的土壤类型中,红壤有机质含量高,淹水后流失少,且以有机磷损失为主,磷缓冲能力最强,故适用于湖滨带的修复。向底质中添加氯化铁和硝酸钙可有效控制磷释放,提高磷缓冲能力,增强底质对磷的保持和固定.   6.水尘植物对湖滨带沉积物磷缓冲能力的影响因植物种类而异。在两个对应于水泥堤岸的湖滨带沉积物中,生长水生植物的样品显示较高的有机质含量、较低的磷饱和度与EPC0,因此水生植物覆盖的湖滨带可作为接续陆向湖滨带和消落区的最终磷缓冲带;生长芦苇的土壤和沉积物有机质含量相对较低,磷饱和度较高,且在雨后表现出明显较大的EPCo值,因此芦苇能有效促进土壤和沉积物由磷汇向磷源的转换,故刁<宜人量应用于富营养化湖泊的恢复.其内在机制尚待深入研究。
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