洱海沉积物无机氮释放特征及其通量研究

论文摘要

氮营养盐是湖泊生态系统中最主要的营养元素之一,能直接参与水环境系统中的氮循环,过多的氮素对水生态系统中初级生产力起着重要的作用,同时也会造成湖泊水质恶化,发生富营养化现象。因此,湖泊水体中的沉积物营养盐的含量、分布特征以及无机氮的释放特性,是研究湖泊水环境系统中营养盐氮素迁移转化规律的重要依据,也对研究湖泊富营养化机理起着举足轻重的作用。本文研究依托于国家重大水专项洱海项目课题“湖泊水生态、内负荷变化研究与防退化技术及工程示范”（2008ZX07105-005）,首次对洱海沉积物中的氮形态分布特征以及在生物地球化学循环中的作用进行了研究,主要探讨了沉积物中的氮含量、分布规律、无机氮的释放特性和通量以及人类污染的历史进程,为今后洱海富营养的防治与治理,以及湖泊水环境防退化工程的开展提供了参考依据。通过对沉积物中氮素含量分布特征、无机氮释放特性以及沉积物-水界面的营养盐交换通量的研究,得出的主要研究结果如下：（1）洱海全湖总氮含量呈现北部西岸高,南部区域次高,北部东岸和中部区域低的分布特点。研究表明洱海污染主要受入湖径流影响显著,入湖径流带入的污染物质是洱海污染的主要方式；（2）洱海沉积物氨氮释放潜能相比长江中下游湖泊沉积物中释放潜能较低,大约是长江中游浅水湖泊的30%左右,洱海沉积物中氨氮潜在释放能力并不明显;（3）洱海沉积物氨氮的最大释放量只有长江中下游浅水湖泊沉积物中最大释放量的1/3左右,氨氮释放主要集中前5min进行,之后沉积物中氨氮释放趋于缓和；（4）洱海表层沉积物中NH4+-N有向上覆水体释放的趋势,同时在全湖范围内靠近大理市城区的区域,沉积物向上覆水体释放NH4+-N作用最明显。表明了城市生活以及工业生产所带来的污染对该区域水环境系统的氮营养盐的浓度平衡有较大的影响；（5）当洱海柱状样次表层沉积物直接与水体接触时,沉积物NH4+-N向上覆水体释放能力更强。表明了在沉积物和上覆水体氮营养盐交换过程中,表层沉积物对营养盐的释放具有一定的屏蔽作用；（6）洱海柱状样沉积物NO3--N向上覆水体释放量在8cm处达到最大值,之后随着深度的增加,沉积物NO3--N释放量变化不显著。说明在上层柱状沉积物中的氮素多转化为易于被水生植被所吸收利用的NH4+-N的形式存在；而随着深度增加,沉积物中的氮素多以稳定的NO3--N形态存在；综合以上分析,洱海目前已处于富营养化初期,在北部西岸区以及南部区域主要受到了人类工业生产和生活所带来的外源污染较为严重。整个洱海流域,沉积物中氮营养盐的释放量并不显著,表层沉积物对氮营养盐的释放具有一定的屏蔽效应。因此对沉积物中氮素释放的研究以及沉积物-水界面交换通量的研究有助于揭示出了洱海目前的现状,解决洱海富营养化问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 湖泊富营养化概况
• 1.2 营养盐氮在沉积物-水界面的交换
• 1.2.1 氮在沉积物-水界面的迁移转化过程
• 1.2.2 氮循环过程的影响因素
• 1.3 营养盐氮在沉积物-水界面交换的研究现状
• 1.3.1 沉积物营养盐氮研究现状
• 1.3.2 沉积物-水界面上氮素交换速率研究现状
• 1.4 研究背景及研究意义
• 1.5 研究的内容及技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 第2章 样品采集及实验部分
• 2.1 仪器和试剂
• 2.1.1 野外采样设备
• 2.1.2 实验室分析仪器
• 2.1.3 化学药品及试剂
• 2.2 样品采集和预处理
• 2.2.1 表层沉积物采集和处理
• 2.2.2 柱状沉积物采集和处理
• 2.2.3 采样器装置图
• 2.3 样品分析测定方法
• 2.3.1 沉积物TN的测定方法
• 2.3.2 氨氮释放动力学实验
• 2.3.3 氨氮释放动潜能实验
• 2.3.4 柱状样沉积物释放通量实验
• 第3章 洱海沉积物氮的分布规律及其释放特征
• 3.1 洱海沉积物总氮的分布
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 样品采集与处理
• 3.2.2 分析方法
• 3.2.3 洱海表层沉积物总氮的分布规律
• 3.2.4 洱海表层沉积物总氮和其他湖泊对比分析
• 3.3 洱海沉积物氨氮释放特征
• 3.3.1 样品采集与处理
• 3.3.2 分析方法
• 3.3.3 洱海沉积物氨氮释放潜能
• 3.3.4 洱海沉积物氨氮释放动力学
• 3.4 小结
• 第4章 溶解性无机氮在洱海沉积物-水界面交换速率研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 样品采集与处理
• 4.1.2 柱状芯样模拟实验装置
• 4.1.3 分析方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 沉积物-水界面营养盐浓度变化
• 4.2.2 沉积物-水界面营养盐释放速率
• 4.3 小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果