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重度富营养化浅水湖泊在气候气象条件成熟时突然爆发的藻源性湖泛事件,重创了原有湖泊生态系统结构,污染了湖泊水质,并影响到诸如Fe、s等环境敏感元素在湖泊水体及沉积物中原有的地球化学循环轨迹。湖泛水体发黑现象本身就是这种厌氧还原性水体扰乱了系统原有物质循环秩序后产生的必然结果。然而截至当前,人们尚未能在这个复杂多相体系中找到其显黑物质的主要致黑组分,有关可能的致黑机理及致黑物质的研究停留在理论假设方面,缺乏有效的证据证实。一方面,受制于湖泛爆发的随机性,无法及时有效成功采集到期望的样品；另一方面,受制于鉴定手段的制约,无法对样品进行更合理的分析。这使得对湖泛水体中可能致黑物质的主要组分及其物化性质的研究依旧处于盲区。
在本研究中,论文作者采用室内动态仿真模拟的手段,人为营造浅水湖泊藻源性湖泛。在此基础上研究其酝酿发生发展变化及至消亡的整个生命周期内之变化规律；分离并拦截湖泛水体中可能的黑色颗粒物质,利用SEM-EDS、XRD、XRFS、XPS等一系列分析方法鉴别鉴定致黑组分及其基本物化特征；探讨了湖泛体系沉积物——水界面间与致黑组分相关元素的物质循环和迁移转化；解析了风浪作用引起稳定藻源性湖泛体系消亡消褪的内在原因。
室内动态仿真模拟对浅水湖泊藻源性湖泛具有良好的再现性。模拟得到的湖泛与野外监测到的湖泛在主要特征上基本一致,无论从其表观上的黑、嗅味上的臭,还是水体DO、营养盐负荷等方面,均有高度的相似性。
联合使用SEM-EDS、XRD、XRFS、XPS等技术对显黑颗粒物质截留进行分析。结果表明颗粒物质中既有结晶态物质,又有非晶态物质。结晶态物质的主要物相为SiO2,而非晶态物质则主要包括一些有机生物质及FeS。可以认为,无定形非晶态FeS可能是造成颗粒物质及水体显黑的主要原因。
我们对湖泛体系沉积物——水界面间环境敏感元素的迁移特征进行了研究。结果显示,与湖泛黑色颗粒物质密切相关的Fe2+、∑S2-等两类物质在水土界面处分别产生自沉积物向上释放与自水体向下扩散的特点。湖泛体系的低pH,低Eh环境为低价态还原性Fe系及S系物质的稳定存在提供了保证,这可能是在不受外来氧化剂入侵的情况下湖泛始终保持稳定黑色的主要原因。
浅水湖泊受水动力影响剧烈,风浪作用造成的复氧效应及再悬浮效应对水环境的改善及恶化具有强大的推动作用。为此,我们对湖泛体系进行不同等级的风浪扰动,以求风浪作用下浅水湖泊藻源性湖泛的稳定程度及其消亡与水体恢复特征。实验结果表明:一定强度的风浪作用造成了打破了湖泛的稳定存在,造成了湖泛的消亡与水体的恢复,这种效应在大风浪作用下尤为明显。在湖泛消褪过程中,水体黑色消褪、DO与Eh值逐渐升高、水体水质得到显著提升。PCA分析结果显示,DO和Eh为代表的氧化还原状态的改变是造成湖泛消亡的第一主要因子。