两种类型湖泊富营养化特征研究

摘要

随着工农业生产迅速发展，污染物排放日益增多，致使水体污染严重，湖泊生态系统退化，湖泊富营养化日益严重。水体富营养化的根本原因是营养物质的增加超过水体的自净能力，引起藻类大量繁殖，破坏了原有的生态平衡。水体中N、P等营养元素作为藻类生长繁殖的要素，是造成水体富营养化的关键因素。湖泊沉积物中营养盐的转化和释放作用对水体中营养元素的水平具有重要影响，而沉积物中的微生物在这一过程中扮演着重要角色。研究水体和沉积物中营养盐的情况有助于了解富营养化的过程，从而为治理和改善湖泊富营养化状况提供可靠的理论依据。本文选取富营养化程度较为严重的浅水湖泊武汉东湖作为研究对象，对沉积物中营养盐的空间分布进行了考察，并运用神经网络模型对沉积物营养状况进行了模拟研究；同时采用磷脂脂肪酸方法分析了沉积物中微生物的群落结构和空间分布特征，并结合沉积物营养盐进行了讨论分析。另外，选取污染程度较轻但有向富营养化发展趋势的傀儡湖作为研究对象，对15个样点的水质进行年度监测，分析了水质指标的季节性变化特征，探讨了不同湖区水质差异与水力条件、水生植被覆盖的关系，并运用综合污染指数法对傀儡湖进行了水质评价。主要研究结果如下： ⑴东湖沉积物3个样点中，总氮、总磷、无机磷、铁/铝结合态磷的含量随着沉积物深度的增加呈现逐渐降低的趋势，而钙结合态磷含量呈现逐步上升。无机磷的含量与总磷的含量有着正相关关系。 ⑵东湖沉积物营养状况处于肥营养状况，本研究构造的BP网络对东湖沉积物营养状况的评价结果与有机分析法所得结果保持一致，具有较好的可靠性。 ⑶在东湖3个采样点中，检测到的PLFA从C11到C20共计20种磷脂脂肪酸，饱和脂肪酸（不含双键类）在总体脂肪酸中相对含量居多，含环丙基脂肪酸在总体脂肪酸中含量较低。通过特征脂肪酸的含量测定分析，表明革兰氏阳性细菌略占优势；随着沉积物深度的增加，表征细菌的PLFA相对含量呈现递减趋势。 ⑷傀儡湖DO、TN和TP季度变化差异比较明显，均是在冬季时期平均含量值最高。在湖区中TN和IP的浓度关系依次为入水口>湖区>出水口。 ⑸傀儡湖总体来说水质为地表Ⅲ类水标准，其中北部湖区水质最差，按照综合污染因子评价显示污染较为严重，水质最好的湖区是与北部湖区相连的湖心区，这与湖心区有丰富的水生植被有着重要联系。

目录

文摘

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第1章 绪论

1.1水体富营养化概述

1.1.1水体富营养化的定义

1.1.2水体富营养化产生机理

1.1.3水体富营养化的危害

1.1.4水体富营养化的治理

1.2湖泊沉积物与富营养化的关系

1.2.1氮与湖泊富营养化的关系

1.2.2磷与湖泊富营养化的关系

1.2.3有机质与湖泊富营养化的关系

1.2.4微生物与湖泊富营养化的关系

1.3沉积物营养状况的数学模型

1.3.1传统分析方法

1.3.2人工神经网络概述

1.3.3 BP神经网络

1.4武汉东湖简介

1.5江苏昆山傀儡湖简介

1.6本研究目的和意义

第2章 东湖沉积物碳氮磷形态空间分布研究

2.1实验材料

2.1.1采样点设置

2.1.2样品的采集和制备

2.1.3实验仪器

2.1.4实验试剂

2.2研究方法

2.3结果与讨论

2.3.1沉积物总氮的空间分布特征

2.3.2沉积物总磷的空间分布特征

2.3.3沉积物各磷形态的空间分布特征

2.3.4沉积物有机质的空间分布特征

2.3.5沉积物pH的空间分布特征及与营养盐释放的关系

2.4小结

第3章东湖沉积物微生物磷脂脂肪酸(PLFA)的空间分布研究

3.1实验材料

3.1.1采样点设置

3.1.2样品采集和制备

3.1.3实验仪器

3.1.4实验试剂

3.2研究方法

3.2.1 PLFA的提取

3.2.2 PLFA的测定

3.3结果与讨论

3.3.1沉积物PLFA的组成及相对含量测定

3.3.2沉积物中微生物的群落结构特征

3.3.3沉积物中特征PLFA的比值含义及空间分布

3.4小结

第4章东湖沉积物营养状况的BP神经网络模型研究

4.1实验材料

4.1.1采样点设置

4.1.2样品采集和制备

4.1.3实验仪器

4.1.4实验试剂

4.2研究方法

4.2.1 BP网络模型建立流程

4.2.2模型输入参数及输出参数的选择

4.2.3 MATLAB构建网络

4.3结果与讨论

4.3.1主成分分析结果

4.3.2建立BP模型

4.3.3 BP网络模型验证

4.4小结

5.1实验材料

5.1.1采样点设置

5.1.2样品的采集和制备

5.1.3实验所需的仪器

5.1.4实验所需试剂

5.2实验研究方法

5.3傀儡湖水质现状和监测指标的季节性变化研究

5.3.1傀儡湖水质分析结果

5.3.2傀儡湖水体pH和DO的季节变化研究

5.3.3傀儡湖水体CODMn的季节变化研究

5.3.4傀儡湖水体TN的季节变化研究

5.3.5傀儡湖水体NH3-N和NO3-N的季节变化研究

5.3.6傀儡湖水体TP的季节变化研究

5.4水质评价及结果讨论

5.4.1水质评价标准

5.4.2水质评价方法

5.4.3傀儡湖水质评价结果分析与讨论

5.5小结

第6章结论

参考文献

致谢

附 录 硕士期间发表或完成的学术论文