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湖泊富营养化是影响湖泊生态环境最为突出的一个问题,铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)是我国富营养化湖泊的水华优势藻种。磷是湖泊富营养化的重要限制性因子。湖泊沉积物是磷的重要蓄积库,即使在在外源性营养物质得到有效控制的情况下,沉积物内源磷的释放仍将维持在较高水平,是湖泊富营养化发生的重要因素。生物可利用性磷(BAP)是指可以为藻类等生物所利用的磷,近些年来已成为研究的热点,可以用来评价沉积物富营养化的潜在水平。 本文以太湖沉积物为研究对象,调查了不同营养水平湖区表层沉积物中各生物可利用性磷、磷形态的分布及其与藻生长量的关系,并且选取了一个沉积物柱状样,研究了各生物可利用性磷随深度的垂直变化,同时在实验室环境下模拟了外源磷输入情况下沉积物各生物可利用性磷随外源磷添加量的变化情况。主要研究结果如下: 1.太湖不同湖区沉积物中磷的生物可利用性研究 太湖各湖区沉积物中总磷、磷形态和生物可利用性磷空间差异性较大。夏季(9个点位)沉积物TP含量在373~1493mg/kg之间,磷形态平均含量顺序为钙结合态磷(HCl-P)>残留态磷(Res-P)>可还原态磷(BD-P)≈金属氧化物结合态磷(NaOH-P)>弱吸附态磷(NH4Cl-P);秋季(11个点位)沉积物TP含量在400~1002mg/kg之间,磷形态平均含量顺序为Res-P>HCl-P≈BD-P>NaOH-P>NH4Cl-P。四种常规生物可利用性磷含量顺序为藻可利用磷(AAP)>NaHCO3提取磷(Olsen-P)>水溶性磷(WSP)>易解析磷(RDP),其含量占总磷的比例为夏季大于秋季。 应用DGT(梯度扩散薄膜)法研究了太湖沉积物中生物有效态磷,结果表明,太湖北部的生物有效态磷含量高于其他湖区,并与藻的生长量相吻合。DGT-P与藻生长量的相关系数为R2=0.941(P<0.01),呈极显著相关,可以作为预测原位沉积物磷的生物可利用性的工具。发现秋季沉积物中DGT-P浓度与夏季相比有明显的降低,同时DGT-P与藻生长量的相关性也要弱一些(R2=0.643,P<0.05),表明还需要进一步研究DGT方法的适应性。 四种常规生物可利用性磷与藻生长量相关性较好,呈极显著相关(除秋季沉积物中RDP外)。对于夏季和秋季沉积物,Olsen-P与藻的相关系数分别为R2=0.910和0.954(P<0.01),都超过了其它三种生物可利用性磷,Olsen-P是四种生物可利用性磷当中衡量太湖沉积物生物有效性的最佳指标。应用连续提取法对太湖沉积物中磷形态进行分析,结果表明,BD-P与藻生长量相关性最好(P<0.01),并与其他几种生物可利用性磷也有很好的相关性,表明BD-P有很强的生物可利用性,容易释放出来为浮游生物所利用。 2.太湖沉积物中生物可利用性磷的垂直分布研究 TP、各生物可利用性磷随沉积物柱状样深度的增加都有一定的变化规律,其中TP含量、AAP含量沿深度的变化趋势与藻生长量的变化趋势一致。总体而言,表层沉积物(0~5cm)磷的生物可利用性最低,15~20cm深度沉积物磷的生物可利用性最高。 3.外源磷对太湖沉积物磷的生物可利用性的影响研究 沉积物对外源磷具有很强的固定性,当外源磷添加量超过50mg/kg时,沉积物对外源磷的平均固定率超过90%。当DGT-P浓度处于0~62.1μg/L范围内,DGT-P与藻生长量的关系符合线性回归(R2=0.979,P<0.01,n=6);对于整个浓度范围内的DGT-P(0~390μg/L),藻生长量与DGT-P的关系适合用Logistic方程进行非线性拟合,相关性为R2=0.993(P<0.01,n=7)。 在外源磷添加量0~750mg/kg范围内, WSP、RDP、AAP、Olsen-P、TP和间隙水DRP与藻生长量的线性回归较好(P<0.01,n=9);在整个实验浓度范围内,Logistic方程可以很好的描述WSP、RDP、AAP、Olsen-P、TP和间隙水DRP与藻生长量的关系(P<0.01,n=10)。