改性土壤技术调控富营养化水体营养盐限制的研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chitianshyitt
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大量的人为营养盐输入水生态系统导致了有害藻华在世界范围内频繁暴发,对饮用水供给、食物链的完整性以及淡水生态系统的生态和经济可持续性造成了严重的威胁。发展有效的内源污染控制措施结合适当的营养盐管理策略对于富营养化湖泊的快速修复是至关重要的。本文考察了改性土壤技术分别对以蓝藻和绿藻为主导的富营养化水体的营养盐限制的调控效果及其生态修复效果;研究了以绿藻为优势种群的富营养化水体的营养盐限制情况;原位考察了不同营养状态水体中不同浮游植物对氮(N)和磷(P)营养盐添加的响应。主要结果如下:  (1)2013年10月在太湖梅梁湾湖区“全塘体系”内实施改性土壤技术,原位营养盐添加生物测试实验结果表明技术实施后的短期内(2013.10-2014.03),相对于对照塘,处理塘内的浮游植物生长由N和P共同限制转化为单一P限制;长期内,尤其夏季藻华季节(2014.06),对照塘内浮游植物生长受N和P共同限制,N是主要的限制性营养盐,而处理塘内N和P均成为浮游植物生长的限制性营养盐且DIN上限阈值由0.8提升至1.5 mg L-1,SRP的上限阈值由0.1提升至0.3 mg L-1。短期高频和长期月度监测结果表明,在技术处理后的整个监测期内,浮游植物生物量(Chl-a)在技术处理后两小时内由42降低至18μg L-1并在整个监测期内(15个月)保持低于20μg L-1;夏季藻华季节(2014.06),蓝藻在对照塘内又重新捕获了优势地位,处理塘内,蓝藻、绿藻和硅藻等在水体中几乎平均分配,且浮游植物多样性指数由1.22增加到3.37;另外,沉水植被在处理塘内成功修复,其优势种群由春夏季节的菹草逐渐演变为秋冬季节的伊乐藻。  (2)通过综合营养状态指数法判断出位于中国北方的册田水库水体属重度富营养化;水体中优势浮游植物为以栅藻为主的绿藻;原位营养盐稀释和添加生物测试实验结果表明,册田水库下游水体中浮游植物生长受N和P共同限制,另外,为使水体中藻类浓度维持可接受的水平(<20μg L-1),TN和TP浓度应分别控制在1.5 mg L-1和0.13 mg L-1之下。  (3)在册田水库研究基地“全塘体系”内实施改性土壤技术,短期高频结合长期月度监测结果表明,技术处理后,水体中的大部分藻类及其部分营养盐通过改性当地土壤的絮凝作用迅速去除;技术处理70天后,以苦草、马来眼子菜和篦齿眼子菜为主的沉水植被大面积恢复,叶绿素浓度低于10μg L-1,实现了以藻类为主的富营养状态向以沉水植被为主的健康状态的过度;监测期终点(技术处理150天后),水体中TN和TP均由处理前的劣Ⅴ类分别提升至Ⅳ类和Ⅱ类水平,水体的营养状态由处理前的重度富营养降低至中营养状态,这主要与恢复的沉水植被吸收利用水体中的营养盐有关。  (4)为了考察改性土壤技术对浮游植物生长营养盐限制的影响,分别在技术实施的不周阶段开展了原位营养盐添加生物测试实验。结果表明,改性土壤技术处理前,册田水库水体中的N和P营养盐浓度对浮游植物的生长已经饱和,因此,需同时减少系统中N和P营养盐以减轻下游水体的富营养化;改性土壤技术处理10天后,浮游植物生长受P限制,且SRP的上限阈值0.1 mg L-1;改性土壤技术处理70天后,N和P均成为浮游植物生长的限制性营养盐,且DIN和SRP的上限阈值分别为0.5 mg L-1和0.1 mg L-1。  (5)通过稀释册田水库原水模拟不同营养状态的水体,采用原位营养盐添加生物测试法判断不同营养营养状态水体中不同浮游植物对N和P添加的响应。结果表明,重度富营养状态下,主要藻类(绿藻、蓝藻和硅藻)的密度只有在共同添加N和P时表现出增加,其增加的绝对量从多到少依次为蓝藻>硅藻>绿藻,主要的响应种属分别为蓝藻门的颤藻和平裂藻、硅藻门的小环藻和针杆藻以及绿藻门的栅藻和蓝纤维藻;中度富营养状态下,上述三种藻类的密度在共同添加N和P时表现出与重度富营养化下相类似的增加趋势,但具体的响应种属不同。蓝藻的主要响应种属为颤藻和色球藻,硅藻门主要为针杆藻,绿藻门为小球藻;与重度和中度富营养状态相比,轻度富营养状态下,共同添加N和P对三种藻类密度均有明显的刺激作用,主要响应种属分别为绿藻门的栅藻和小球藻,蓝藻门的颤藻和色球藻,硅藻门的针杆藻;中和贫营养状态下,绿藻密度在P和N+P添加下显著增加,其响应的种属为栅藻和小球藻,蓝藻和硅藻在共同添加N和P时表现出增加,其主要响应种属分别为蓝藻门的色球藻和硅藻门的小环藻。
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