水-沉積物界面微小生物對(duì)湖泊沉積物磷釋放的影響.ppt

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1、973第四課題（973-3）階段報(bào)告（湖泊水－沉積物界面過程對(duì)營養(yǎng)物遷移轉(zhuǎn)化影響研究）中國環(huán)境科學(xué)研究院中科院水生生物研究所2003年9月22日匯報(bào)內(nèi)容課題任務(wù)與研究內(nèi)容本階段已完成的工作總結(jié)2003年下半年工作計(jì)劃發(fā)表論文和出版書籍的計(jì)劃一、課題任務(wù)與研究內(nèi)容水-沉積物界面的物理化學(xué)過程對(duì)營養(yǎng)物在該界面的遷移轉(zhuǎn)化直接湖泊上覆水體的營養(yǎng)元素的形態(tài)和含量，影響湖泊富營養(yǎng)化和水華暴發(fā)。該項(xiàng)內(nèi)容重點(diǎn)針對(duì)淺水湖泊易受風(fēng)力擾動(dòng)且垂直交換頻繁等特點(diǎn)，采用室內(nèi)模擬與現(xiàn)場(chǎng)模擬的方法，開展水－沉積物界面主要生源要素交換過程的研究，揭示我國淺水湖泊

2、污染沉積物對(duì)上覆水質(zhì)的影響機(jī)理。研究內(nèi)容設(shè)置如下：（1）淺水湖上覆水、懸移質(zhì)、沉積物和孔隙水中的主要生源要素及其界面行為；（2）影響淺水湖生源要素界面行為的主要因子與過程（理化因子、水動(dòng)力過程等）；（3）對(duì)湖泊水質(zhì)產(chǎn)生影響的主要生源要素界面交換關(guān)鍵參數(shù)（物理、化學(xué)以及生物學(xué)參數(shù)）及其閾值。1．湖泊水－沉積物界面物質(zhì)交換過程及其水動(dòng)力影響機(jī)制在水-沉積物界面及其附近發(fā)生著湖泊水環(huán)境系統(tǒng)最劇烈的生源要素（N、P等）的生物地球化學(xué)循環(huán)，并控制著它們?cè)谏细菜w和沉積物之間的物質(zhì)平衡、形態(tài)轉(zhuǎn)化和沉積剖面分布。沉積物-水界面的氧化還原作用、擴(kuò)散作

3、用和微生物活動(dòng)是界面關(guān)鍵的地球化學(xué)過程。本項(xiàng)研究重點(diǎn)針對(duì)富營養(yǎng)化淺水湖泊內(nèi)源負(fù)荷極高、生源要素的形態(tài)各異且轉(zhuǎn)化過程錯(cuò)綜復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)著眼于水－沉積物－微生物等不同介質(zhì)，以地球化學(xué)和微界面方法，開展以化學(xué)過程為特征的生源要素的賦存形態(tài)、平衡關(guān)系、遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律及其對(duì)湖泊富營養(yǎng)化的影響研究，研究內(nèi)容設(shè)置如下：（1）跨介質(zhì)間（水/沉積物/微生物）營養(yǎng)物（N、P、C等）的熱力學(xué)平衡、時(shí)空變化與地球化學(xué)機(jī)制；（2）水-沉積物界面，營養(yǎng)物（N、P、C等）的動(dòng)態(tài)賦存及其形態(tài)轉(zhuǎn)化、污染物釋放與遷移影響；（3）生源要素生物地球化學(xué)循環(huán)對(duì)湖泊富營養(yǎng)化的影

4、響2．湖泊水－沉積物界面地球化學(xué)過程對(duì)湖泊富營養(yǎng)化的影響水-沉積物界面生活大量的底棲微小生物，它們不僅通過對(duì)水體營養(yǎng)物的吸收代謝和生物擾動(dòng)作用影響著這些營養(yǎng)物在該界面的形態(tài)轉(zhuǎn)化和分布，而且它們?cè)谠摻缑娣N類和數(shù)量的分布也與湖泊水體富營養(yǎng)化程度密切相關(guān)。該研究針對(duì)我國長江流域富營養(yǎng)化淺水湖泊，采用室內(nèi)模擬與現(xiàn)場(chǎng)原位觀測(cè)采樣的方法，開展主要生源要素的水-沉積物界面過程對(duì)界面微生態(tài)及其湖泊藍(lán)藻水華暴發(fā)的影響。研究內(nèi)容設(shè)置如下：（1）???典型淺水湖泊底質(zhì)界面微生態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)查研究；（2）???典型水-沉積物界面微生態(tài)結(jié)構(gòu)維持機(jī)制；（3）???主要

5、生源要素在水-沉積物界面的生物再循環(huán)，磷的形態(tài)轉(zhuǎn)化與富營養(yǎng)化及藍(lán)藻水華形成關(guān)系。3．湖泊營養(yǎng)物的微生態(tài)轉(zhuǎn)換過程及生化動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)物在湖泊沉積物-水界面間的遷移和交換是一個(gè)十分復(fù)雜的生物化學(xué)過程，直接影響湖泊中營養(yǎng)元素的生物有效性，影響湖泊富營養(yǎng)化程度。就目前的研究發(fā)現(xiàn)，硝化和反硝化作用是沉積物-水界面氮遷移和交換的主要形式；而沉積物中的磷則可能通過有機(jī)質(zhì)的礦化分解、鐵氧化物解吸作用和沉積物擾動(dòng)三種形式向水體釋放。但影響該界面過程的具體機(jī)制和限制因素仍有待進(jìn)一步研究確定。為了進(jìn)一步弄清影響重污染湖區(qū)水-沉積物界面過程釋放的各形態(tài)營養(yǎng)元素生

6、物有效性的限制因素，將重點(diǎn)針對(duì)淺水湖泊重污染水體，采用室內(nèi)模擬和野外原位采樣的方法，開展?fàn)I養(yǎng)元素生物有效性的限制因素和轉(zhuǎn)化作用的研究。研究內(nèi)容設(shè)置如下：（1）重污染湖區(qū)主要營養(yǎng)元素的特定形態(tài)及生物可利用性；（2）重污染湖區(qū)主要營養(yǎng)元素生物可利用性的限制因子；（3）重污染湖區(qū)理化條件對(duì)生物代謝過程的影響。4．重污染湖區(qū)營養(yǎng)元素生物有效性的限制因素和轉(zhuǎn)化作用3．湖泊營養(yǎng)物的微生態(tài)轉(zhuǎn)換過程及生化動(dòng)力學(xué)（中國環(huán)科院）上半年工作進(jìn)展野外調(diào)查：確定典型的不同營養(yǎng)水平下的淺水湖泊水－沉積物界面的微生態(tài)結(jié)構(gòu)；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)：水－沉積物界面微小生物對(duì)湖泊沉積

7、物磷釋放的影響開展太湖沉積物樣品的理化性質(zhì)與形態(tài)研究典型淺水湖泊底質(zhì)界面微生態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)查觀測(cè)場(chǎng)的確定：輕微富營養(yǎng)化湖泊：貢湖；超富營養(yǎng)化湖泊：梅梁湖。觀測(cè)對(duì)象：底棲生物、微生物觀測(cè)頻率：每三個(gè)月采樣一次。觀測(cè)點(diǎn)理化性質(zhì)分析和測(cè)定：透明度、水深、水溫、照度、Eh、Do、PHTN、TP、TDP、DP等野外調(diào)查水－沉積物界面微小生物對(duì)湖泊沉積物磷釋放的影響實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)室中的柱狀模擬體系，定量計(jì)算出湖泊沉積物中磷從沉積物界面向上覆水體的釋放量和釋放速度；結(jié)合實(shí)驗(yàn)初始時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)用泥總磷和各形態(tài)磷含量的對(duì)比分析，掌握總磷和各形態(tài)磷在土柱中（沉積物

8、和間隙水）的分布和釋放規(guī)律；通過有無微小生物存在的對(duì)比研究，了解和掌握底棲微小生物和微生物對(duì)以上各過程中磷釋放的影響；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)底泥采樣點(diǎn)確定及其理化性質(zhì)采樣地點(diǎn)：梅梁湖犢山大閘入湖口，巢湖馬尾河口采樣點(diǎn)理化性質(zhì)：水深：7