水-沉積物界面微小生物對湖泊沉積物磷釋放的影響.ppt

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1、973第四課題（973-3）階段報告（湖泊水－沉積物界面過程對營養(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年下半年工作計劃發(fā)表論文和出版書籍的計劃一、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)。該項內(nèi)容重點針對淺水湖泊易受風(fēng)力擾動且垂直交換頻繁等特點，采用室內(nèi)模擬與現(xiàn)場模擬的方法，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、污染沉積物對上覆水質(zhì)的影響機理。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、水動力過程等）；（3）對湖泊水質(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)交換過程及其水動力影響機制在水-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)，并控制著它們在上覆水體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、擴散作

3、用和微生物活動是界面關(guān)鍵的地球化學(xué)過程。本項研究重點針對富營養(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)化過程錯綜復(fù)雜等特點，同時著眼于水－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、時空變化與地球化學(xué)機制；（2）水-沉積物界面，營養(yǎng)物（N、P、C等）的動態(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，它們不僅通過對水體營養(yǎng)物的吸收代謝和生物擾動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，而且它們在該界面種類和數(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)場原位觀測采樣的方法，開展主要生源要素的水-沉積物界面過程對界面微生態(tài)及其湖泊藍藻水華暴發(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質(zhì)的礦化分解、鐵氧化物解吸作用和沉積物擾動三種形式向水體釋放。但影響該界面過程的具體機制和限制因素仍有待進一步研究確定。為了進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，將重點針對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)換過程及生化動力學(xué)（中國環(huán)科院）上半年工作進展野外調(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)實驗：水－沉積物界面微小生物對湖泊沉積

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)查觀測場的確定：輕微富營養(yǎng)化湖泊：貢湖；超富營養(yǎng)化湖泊：梅梁湖。觀測對象：底棲生物、微生物觀測頻率：每三個月采樣一次。觀測點理化性質(zhì)分析和測定：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湖泊沉積物磷釋放的影響實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗室中的柱狀模擬體系，定量計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)合實驗初始時對實驗用泥總磷和各形態(tài)磷含量的對比分析，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比研究，了解和掌握底棲微小生物和微生物對以上各過程中磷釋放的影響；室內(nèi)實驗底泥采樣點確定及其理化性質(zhì)采樣地點：梅梁湖犢山大閘入湖口，巢湖馬尾河口采樣點理化性質(zhì)：水深：7