湖泊沉积物磷累积特征及其与人类活动响应关系

摘要

随着人类活动的加剧，湖泊水质不断恶化，沉积物作为湖泊污染物的汇集地，对流域人类活动有显著的指示作用。论文选取湖泊沉积物磷作为研究对象，对不同湖区、不同深度和不同流域湖泊沉积物磷的累积特征及流域人类活动影响进行研究。
　　以鄱阳湖为例，研究人类活动对不同高程不同湖区沉积物磷形态的影响，选取了枯水期鄱阳湖各湖区10~13m高程共14个出露表层沉积物样品，通过研究其总磷(TP)及各形态磷含量与分布特征，试图揭示江湖关系变化导致的水位下降对鄱阳湖沉积物磷潜在释放风险的影响。结果表明，鄱阳湖表层沉积物总磷(TP)含量在214.5~736.0mg/kg之间，平均含量为(428.6±154.3)mg/kg。空间分布呈“五河”入湖尾闾区(444.5mg/kg)≈湖心区(445.4mg/kg)＞北部湖区(387.7mg/kg)。各形态磷在空间上的差异相对较小，不同形态磷含量次序为活性磷(254.6±114.3mg/kg)＞有机磷（OP）(105.0±49.2mg/kg)＞非活性磷(69.1±26.3mg/kg)。江湖关系变化引起鄱阳湖枯水期沉积物出露时间提前并且延长，进而导致不同高程沉积物总磷及其各形态磷含量差异明显，其含量变化趋势为12~13m＞11~12m＞10~11m，即高程越高，沉积物总磷及其各形态磷含量越高。其中活性磷增幅最大，有机磷次之，非活性磷最小。而空间增幅表现出“五河”入湖尾闾区最为显著，湖心区次之，而北部湖区最小。
　　对鄱阳湖不同深度沉积物有机磷的累积特征进行了研究，选取了鄱阳湖4个柱状沉积物，应用改进的Hedley磷形态连续提取法和有机磷酶水解技术，研究了OP累积特征、生物有效性变化及其与流域发展间的响应关系。结果表明：自1972年以来，鄱阳湖沉积物OP含量呈持续增长趋势，其中南部湖区和“五河”尾闾区较北部和中部湖区增长趋势明显；不同阶段沉积物OP中H2O-Po和HCl-Po含量呈先下降，而近十年又有所增加趋势；NaOH-EDTA-Po含量则呈持续增长趋势，即鄱阳湖沉积物OP增加主要是由于NaOH-EDTA-Po的增加所致。鄱阳湖沉积物各形态 OP组成各异，其中 H2O-Po含量较低，以类植酸磷为主，生物有效性较低；NaOH-EDTA-Po含量较高，以活性单酯磷为主，生物有效性较高。鄱阳湖沉积物OP增加主要来源于活性单酯磷，其生物有效性也呈增长趋势，二酯磷和类植酸磷则在1972~2002年间为下降趋势，2002年以来有所增加。鄱阳湖沉积物OP，特别是NaOH-EDTA-Po的累积主要受流域农业面源污染影响，其中沉积物OP和NaOH-EDTA-Po含量与流域单位面积磷肥施用量显著正相关，表明流域农业面源污染是导致鄱阳湖沉积物OP含量增加的重要原因之一。
　　不同流域社会经济发展水平存在差异，使人类活动对流域内湖泊的污染程度和污染阶段不同。本文选取东部平原和云贵高原的典型湖泊作为研究对象，研究了东部平原湖区的太湖、鄱阳湖、东湖，云贵高原湖区的滇池、洱海、泸沽湖的沉积物磷形态和生物有效性特征，探讨流域人类活动差异的影响。结果表明，东部平原与云贵高原湖区湖泊沉积物可提取态 TP含量范围为195.6mg/kg至1502.0mg/kg，其中H2O-Pt占0.05％-1.34%，HCl-Pt占10.9%-73.9%，NaOH-EDTA-Pt占25.1%-88.7%。各湖泊沉积物可提取态TP大小关系为：鄱阳湖＜太湖＜洱海＜泸沽湖＜东湖＜滇池。IP含量范围为176.68mg/kg至1432.57mg/kg，占TP的61.24%-101.76%。各湖的大小关系为鄱阳湖＜太湖＜洱海＜泸沽湖＜东湖＜滇池。OP含量范围为8.67mg/kg至165.76 mg/kg，占TP的3.22%-38.76%。关系为太湖＜鄱阳湖＜洱海＜东湖＜滇池＜泸沽湖。城市型湖泊可提取态TP含量最高，水质较差的湖泊其沉积物 HCl-Pi含量较高，东部平原湖区湖泊沉积物 OP除NaOH-EDTA-Po中的单脂磷外都要小于云贵高原湖区。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4 研究技术路线

2 研究区概况

2.1 东部平原湖区自然环境与社会经济状况

2.2 云贵高原湖区自然环境与社会经济状况

3 实验方法

3.1 沉积物磷形态分级方法

3.2 沉积物有机磷酶水解方法

3.3 沉积物金属测定方法

3.4 沉积物有机质测定方法

4 鄱阳湖不同高程沉积物磷形态特征

4.1 样品采集与分析

4.2 鄱阳湖表层沉积物总磷及磷形态空间分布特征

4.3 江湖关系变化引起的水位下降对表层沉积物磷含量及组成

4.4 江湖关系变化引起的水位下降对沉积物磷释放风险的影响

4.5 小结

5 鄱阳湖沉积物有机磷累积特征及其与流域发展的响应

5.1 样品采集与分析

5.2 鄱阳湖沉积物各形态OP累积特征

5.3 鄱阳湖沉积物OP生物有效性历史变化特征

5.4 鄱阳湖沉积物OP累积特征及其影响因素

5.5 鄱阳湖沉积物OP形态及生物有效性与流域发展响应关系

5.6 小结

6 东部平原与云贵高原典型湖泊沉积物磷累积特征

6.1 样品采集与分析

6.2 湖泊沉积物磷形态特征

6.3 湖泊沉积物有机磷形态及生物有效性特征

6.4 不同类型湖泊沉积物OP特征影响因素分析

6.5 小结

7 结论与展望

7.1 研究结论

7.2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果