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富营养化是指一种过程,在这一过程中植物营养元素磷的增加与氧的锐减将导致湖泊生态系统发生一系列巨变。当外源营养输入得以基本控制之后,沉积物磷的释放将成为阻碍富营养化湖泊恢复的重要因素。本文以中国和匈牙利浅水湖泊为对象(实验湖泊包括太湖、巢湖、三角湖、东湖、龙阳湖、墨水湖、月湖、莲花湖与匈牙利巴拉顿湖),系统研究了湖泊富营养化过程中沉积物磷的富集和释放规律,并以此为基础初步探讨了内源磷负荷控制技术。主要研究结果如下:
1.沉积物有机质富集是富营养化湖泊的重要特征,且为间隙水生物可利用磷得以累积的主要因为。
2.沉积物碱性磷酸酶活性与有机质含量和间隙水溶解态反应性磷浓度显著正相关。颗粒有机质(酪蛋白和藻粉)较溶解态有机质(葡萄糖)更容易诱导胞外碱性磷酸酶的分泌。即使磷浓度高达2 mg L-1,添加有机质亦可提高沉积物碱性磷酸酶活性。故有机质可诱导微生物分泌胞外碱性磷酸酶持续水解有机磷。
3.有机质的输入明显增加了沉积物耗氧量,但沉积物磷释放并不取决于水柱中溶解氧浓度。在厌氧条件下,沉积物铁结合态磷含量未见减少反而显著增加,故随有机质输入的有机磷是沉积物磷释放的主要来源。
4.巢湖浮游植物生长期沉积物碱性磷酸酶活性较高,但铁结合态磷仍为沉积物磷释放的主要来源。巢湖与巴拉顿湖的比较研究结果初步表明内源磷负荷的大小与沉积物磷营养水平和铁磷比并无必然联系。冬季浮游植物生物量较低,水柱中溶解态反应性磷浓度较高,沉积物吸收磷导致磷平衡浓度上升;夏季浮游植物生物量较高,水柱中溶解态反应性磷浓度较低,沉积物释放磷导致磷平衡浓度下降。沉积物磷平衡浓度与水柱中溶解态反应性磷浓度显著正相关,与叶绿素a浓度显著负相关,故浮游植物对水柱中磷的吸收与沉积物磷的释放密切相关。
5.与FeCl3和AlCl3相比,CaCl2对沉积物磷吸附行为的影响较小。当同处低剂量水平时,FeCl3比AlCl3能更有效地降低沉积物磷平衡浓度。曝气提高了间隙水溶解态反应性磷浓度和沉积物磷平衡浓度。故建议将适量铁的施用作为富营养化湖泊沉积物修复的有效技术,且慎用曝气处理。