我国湖泊富营养化区域差异性调查及氮素循环研究

【摘要】水体富营养化作为一个全球性的环境问题,越来越受到人们的关注。大量研究表明湖泊富营养化的发生不仅与水质条件相关,同时也与湖泊的地理特征和气象条件以及自身的水力条件、水生态系统等因素相关,不同区域湖泊固有的营养状态水平、营养物入湖负荷和富营养化效应之间的关系存在显著的区域差异性。然而,到目前为止,我国还缺乏统一的湖泊营养物生态分区技术方法体系,对现有水生态区域的划分多以水体现状使用功能和行政区为基础进行划分,迫切需要根据不同区域特点和不同类型的湖泊,科学地进行分区,而对全国各大湖区湖泊差异性进行调查研究则是湖泊分区的理论基础。因此,本文在如下几个方面进行了调查研究：1.对分布于江苏、云南、新疆、内蒙古的25个湖泊的水质进行调查,通过调查数据,对这些湖泊的富营养化状况进行了分析,在查阅大量的文献资料基础上,对这些湖泊的富营养化演变的历史趋势进行了探讨。结果表明已发生富营养化和具备发生富营养化的湖泊占总调查湖泊的84%,其中新疆湖区湖泊富营养化程度较低,内蒙古呼伦湖富营养程度最为严重,江苏西部所调查湖泊营养状态中等,而云南湖泊富营养化程度两级分化严重。历史资料和现场调查结果表明,绝大多数湖泊在近30年富营养化程度均有所提高,新疆、内蒙古等半干旱地区富营养化主要由气候暖干化引发,而南方湖泊如太湖、和滇池等富营养主要是受人类活动干扰引起。2.对2009-2010水文年中环太湖25条主要河流以及太湖梅梁湾、东太湖等典型湖区中营养盐的年变化情况进行分析,并结合太湖出、入湖水量、蓝藻人工打捞量和鱼类产量等调查,探索了太湖营养盐出、入湖通量和水体自净能力。结果表明太湖氮素河道年输入、输出总量约为7.00万吨和4.01万吨,总磷年输入、输出总量约为3756吨和3746吨,均远远大于2000-2002年度。湖西区和浙西区环湖河道是太湖营养盐主要来源,其总氮入湖量分别占河道总输入量的71.2%和22.6%,而总磷入湖量则占河道总输入量的61.2%和27.7%；湖东区是太湖氮磷的主要出口,约占总输出量的55.6%和61.6%。在该水文年中,约3.22万吨氮素从太湖水体中去除,其中约2.88万吨氮素通过反硝化途径去除,体现出湖泊强大的氮素自净能力。太湖不同湖区、不同季节反硝化潜力体现出较大的差异性,因此氮素自净能力在湖泊氮素迁移转化中的重要作用值得进一步研究。3.通过原位实验及实验室微宇宙模拟,研究了藻华暴发对湖泊反硝化能力的影响。结果表明蓝藻水华使水体处于厌氧状态,并能够提供大量有机碳源,这将促使反硝化在水体中直接发生,从而提高湖泊氮去除能力。传统反硝化是硝态氮迁移转化的最重要途径。经计算湖泊生态系统中109cells藻细胞的降解可提供足够的碳源将0.53mmol硝氮完全脱除,因此反硝化可能是藻华暴发过程中降低氮素含量最重要的因子；藻华暴发对湖泊氮浓度具有负反馈效应,并能够减轻因大量氮素输入后藻华暴发的程度。4.利用紫外-可见光谱、三维荧光、同位素和元素分析等技术对25个调查湖泊中可溶性有机质(DOM)的组成特征进行了分析,并对各湖泊中可溶性有机碳的来源进行了探讨。江苏省西部各湖泊的DOM三维荧光图谱中FI值和BIX值分别在1.17-1.30和0.47-0.67之间,显示DOM具有极强的外源性。DOM的r(A,C)值及相关性研究结果均表明江苏西部湖泊中DOM具有相似的来源,结合这些湖泊流域的经济发展水平可推断入湖河流携带的由农业废弃物及其下游产业产生的有机质是江苏西部湖泊中DOM的主要来源。呼伦湖有机质主要来源于陆源生物,而夏季湖泊内源对湖泊有机质也有一定的贡献,结合呼伦贝尔地区气温变化及放牧状况,可推断气候暖干化及特定地区的过度放牧使得湖泊湖泊DOM和营养盐浓度升高。冬季太湖DOM内、外源均占相当大的比例,表明太湖DOM内源性较强；云南、新疆湖泊中星云湖、杞麓湖和滇池等富营养湖泊中DOM有较强的内源性,而其它贫营养-中营养湖泊外源性较强。5.建立了太湖、滇池和呼伦湖的藻类生长模型,利用此模型考察了三个湖泊对营养盐输入的响应的差异性,结果表明营养盐输入响应程度为呼伦湖<太湖<滇池。同时对湖泊富营养效应的影响因素进行了分析,根据这些因素对所调查湖泊进行了初步分区、分类。研究结果可以为中国湖泊营养物分区提供依据,从而能够合理地制定全国各湖区营养盐的基准及标准。
【作者】陈小锋；
【导师】杨柳燕；
【作者基本信息】南京大学，环境科学，2012，博士
【关键词】湖泊；富营养化；氮循环；区域差异性；

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