潮滩湿地植物对磷素迁移转化及截留的影响机制研究

【摘要】磷(P)是生态系统中必须的营养元素,也是导致水体富营养化关键因子之一。由磷污染引发的湖泊、河口和近海水体富营养化是当今世界面临的重大环境问题。湿地被誉为“地球之肾”,滨岸潮滩湿地是重要的湿地类型之一,位于海陆交错地带,具有较强的过滤和沉降外来污染物的能力。潮滩湿地是全球磷的主要源、汇和转换器之一,在全球磷循环过程中扮演着十分重要的角色,其对水体磷素的截留能力日益受到关注。但是,有关潮滩湿地系统磷素截留作用中生物因子的驱动过程和机制依然缺乏研究。本论文以我国杭州湾南岸典型潮滩湿地为研究区,通过野外定位观测和室内模拟实验,研究典型潮滩植物对磷素的吸收、植物枯落物分解及其磷素释放、沉积物磷素形态分布及其季节动态,分析沉积物物理化学因子与磷形态分布及转化的关系,探讨植物影响下沉积物微生物和酶活性变化对磷素形态及其转化的作用。研究结果主要包括：1、获取了潮滩湿地植物生物量、P含量动态及枯落物分解与磷素释放特征。3种优势植物芦苇(Phragmitesaustralis)、互花米草(Spartinaalterniflora)和海三棱蔗草(Scirpusmariqueter)地上生物量呈典型的单峰值曲线,P含量随植物生长而逐渐降低。地下生物量及根系P含量变化相对不明显。植物P储量与植物生物量显著正相关,表现为互花米草>芦苇>海三棱蔗草。从净化功能上考虑,7月可认为是本研究区域三种植物的最佳收割时间。分解袋法模拟实验表明,枯落物分解具有明显的阶段性,初期(0-15d)损失最快。地下根系分解速率表现为：海三棱蔗草>芦苇>互花米草,地上部分则相反。植物不同部位分解95%所需时间在1.2～8.3年之间。植物分解速率与C/N比相关性不显著,而受C/P比影响较大。环境因子中的大气温度对分解也有影响。2、明确了沿岸潮间带和离岸沙洲两种类型潮滩湿地沉积物中磷形态分布特征及其影响因素。沉积物中各形态磷含量表现为Exch-P<Fe/Al-P<Org-P<Ca-P。沿岸潮间带沉积物TP和Fe/Al-P含量高于离岸沙洲,表明其受人为活动下外源污染物输入的影响。相关分析和PCA分析显示,沉积物颗粒组成是影响磷形态含量和分布的重要因素,而不同植物可以促进Ca-P向活性态磷转化,并通过生物量生产和营养物质循环过程促进沉积物Org-P.的累积。沉积物生物有效态磷(BAP)主要包括Exch-P、Fe/Al-P和Org-P,总含量为32.9～134.2mg·kg-1,约占沉积物TP含量的5.78～21.3%,释放风险较低。3、分析了植物对杭州湾潮滩沉积物-水界面磷素吸附特征的影响。磷酸盐吸附动力学实验表明,沉积物磷的吸附与释放过程包括快速吸附(0-1h)、慢速吸附(1-16h)和平衡(16～72h)三个阶段,植被类型的差异没有明显影响这一趋势,取48h为等温吸附实验的平衡时间。利用改进的Langmuir模型拟合等温吸附过程表明,研究区最大吸附容量(Qmax)在154.5～436.3mg·kg-1间,相比周边区域较高,生长植物的沉积物Qmax明显高于裸滩沉积物。沉积物本底吸附态磷(NAP)较少,分布趋势与Qmax值相似。四种植被类型沉积物间吸附解吸平衡浓度(EPC0)差异较小,且EPCo值低于潮汐水体中PO43–P浓度,说明沉积物主要扮演“汇”的角色。研究区沉积物Qmax口NAP受OM、颗粒组成和TIP含量影响,其中Qmax还受EC影响。说明植物可以通过影响沉积物的物理化学参数,进而影响PO43–P的吸附过程。但研究区EPCo与沉积物理化性质不存在显著相关性。这可能与研究区受潮汐的影响,水体化学环境因子变化剧烈有关。4、探讨了植物及其影响下的沉积物生物化学性质与磷形态分异的关系。春秋两个季节的调查表明,碱性磷酸酶活性表现为夏季高于春季,植物生长下沉积物高于裸滩沉积物,说明其具有显著的空间和时间分布特征。沉积物碱性磷酸酶活性与Fe/Al-P含量显著正相关,与Ca-P含量显著负相关,说明碱性磷酸酶影响着沉积物中磷形态转化。利用Biolog生态板对沉积物微生物群落的功能多样性分析表明,随着植被的演替,沉积物微生物群落功能多样性增加。不同植被类型沉积物微生物群落代谢过程的主要区别在于对糖类及其衍生物和氨基酸及其衍生物等碳源利用的不同。微生物总PLFAs表现为：互花米草>芦苇>海三棱蔗草>裸滩,说明植物生长下沉积物中微生物数量比裸滩要高。沉积物细菌PLFAs与碱性磷酸酶活性显著相关,但不同类型微生物群落生物量与沉积物磷形态含量没有显著的相关关系,需要进一步关注磷素循环的关键功能菌群研究。5、分析了磷储量在杭州湾潮滩湿地沉积物-植物系统的分配,并评估了杭州湾潮滩湿地磷的截留效应。系统中98%以上的磷分布在沉积物系统中,而植物系统的储量占的百分比很小。根据植物的净初级生产力,湿地植物通过吸收磷素对水体的净化系数为6.04～24.0t·(m-2yr-1)。根据颗粒沉积速率,湿地沉积物对磷的截留效应为25.4～31.5g·(m-2y-1)。且沉积物的截留作用远高于植物。总体上,潮滩湿地沉积物-植物系统具有较高的磷素截留效应,保护滨岸湿地对减轻水体富营养化具有重要作用。
【作者】邵学新；
【导师】梁新强；
【作者基本信息】浙江大学，环境工程，2014，博士
【关键词】杭州湾；潮滩植物；沉积物；枯落物；磷形态；吸附解吸；磷酸酶；微生物多样；

【参考文献】
[1]张会平,王三明.城市轨道交通运营系统中DHGF法应用研究[J].山西财经大学学报,2014,S2:80-82.
[2]赵裕辉,胡建中,鲁新便,宋阳,李霞.碳酸盐岩缝洞型储集体识别与体积估算[J].石油地球物理勘探,2010,05:720-724+792+620-621.
[3]周绪霞,徐潇颖,赵丹丹,丁玉庭.鱼糜毛坯腌制过程盐分传递及生化指标动态变化[J].食品与发酵工业,2013,12:56-61.
[4]刘神生.斯皮瓦克庶民批评思想研究[D].广西师范大学,美学,2013,硕士.
[5]陈浩.小儿肾母细胞瘤血清创伤应激相关因子的筛选与鉴定[D].郑州大学,外科学,2013,硕士.
[6]王晶.工学结合人才培养模式的高职学生思想政治教育问题研究[D].山东大学,思想政治教育,2012,硕士.
[7]李湲湲.《南方周末》媒体价值观的变迁探析[D].辽宁大学,新闻学,2012,硕士.
[8]谢丽琼.旅游目的地官方微博对游客行为意愿的影响研究[D].浙江大学,2014.
[9]刘明周,施培阔,曹国安.面向整体企业应用的客户关系管理研究[A].安徽省机械工程学会、安徽省机械工业协会.安徽省机械工程学会成立40周年纪念册暨安徽省装备制造业发展论坛会议论文集（1963-2003）[C].安徽省机械工程学会、安徽省机械工业协会:,2003:6.
[10]刘亚斌,王泽颖.明末天主教儒士朱宗元与西学的接受——兼对刘耘华“阳‘天’阴儒”观的回应[J].济南职业学院学报,2014,01:86-89+104.
[11]肖琼.开拓经济犯罪案源的途径和方法[J].中国刑事警察,2003,03:41-42.
[12]张军.医药流通企业信息化建设研究[D].中南大学,2003.
[13]王兴刚.小企业非理性投融资行为研究[D].吉林大学,项目管理,2013,硕士.
[14]本报记者李波.宁波千亿规划提振石墨烯概念[N].中国证券报,2014-05-28A14.
[15]吕秋月.大连市人肠道病毒71型病原学特征研究[D].大连医科大学,病原生物学,2012,硕士.
[16]张剑磊.内蒙古当代本土油画色彩语言研究[D].浙江理工大学,美术学,2014,硕士.
[17]杨洋.基于PDCA循环的财务外包管理过程风险控制研究[D].兰州大学,会计学,2013,硕士.
[18]许丹.石墨烯微片增强环氧树脂复合材料性能研究[D].北京化工大学,2013.
[19]普炯.中华沙鳅的年龄生长、食性以及肌肉营养研究[D].西南大学,水产养殖,2013,硕士.
[20]高全学,谢德燕,徐辉,李远征,高西全.融合局部结构和差异信息的监督特征提取算法[J].自动化学报,2010,08:1107-1114.
[21]冯淳.日语汉字单词认知过程中影子跟读的应用[D].宁波大学,日语语言文学,2013,硕士.
[22]刘福军.压电选针单元机构设计及其动力学分析[D].浙江理工大学,机械电子工程,2013,硕士.
[23]黄忠东.中师化学教学中渗透环境教育的教学策略研究[D].广西师范大学,教育,2003,硕士.
[24]阿肖克,K.内斯,王友仁.暗点——礁体的记录特征[J].石油地球物理勘探,1976,01:42-46.
[25]胡翠萍.中职学生心理健康教育研究[D].天津大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[26]朱锐.电视在线包装技术在伦敦奥运会赛事直播报道中的应用[D].北京工业大学,软件工程（专业学位）,2014,硕士.
[27]汪春果.大鼠脑损伤和脊髓损伤后TMS-MEP对运动功能的评价及其安全性的研究[D].华中科技大学,法医学,2013,硕士.
[28]周欢.商业化微电影与网络广告研究[D].湖南师范大学,设计艺术学,2014,硕士.
[29]周涛.PbO_2-ZrO_2纳米复合电极的制备与性能研究[D].河北工业大学,应用化学,2013,硕士.
[30]田萱.基于Internet的信息检索若干问题的研究[D].山东师范大学,2003.
[31]赵斌.中学化学教师环境科学素质调查研究[D].沈阳师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[32]张洪梅.时间Petri网及其在仿真系统概念建模中的应用[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[33]本报记者王增宁.正是橙黄橘绿时[N].中国测绘报,2003/09/26007.
[34]杨珊珊.新区建设背景下舟山港航物流发展中的金融配套支持方略[D].浙江海洋学院,农村与区域发展（专业学位）,2014,硕士.
[35]张荣荣.聚苯胺及碳质材料/聚苯胺复合物电化学性质的研究[D].南京师范大学,2011.
[36]应姗姗.火龙果皮中果胶提取及改性研究[D].浙江大学,制药工程,2014,硕士.
[37]何仁柯.限制性股票激励的方案设计及实施效果分析[D].浙江工商大学,会计（专业学位）,2014,硕士.
[38]XIONGGUANGJING.《少雨的土地》的生态批评解读[D].西安外国语大学,英国语言文学,2013,硕士.
[39]郑丽娜.云中城建制沿革及由盛转衰的原因[D].内蒙古师范大学,专门史,2013,硕士.
[40]刘扬之.订正遍数对小学生知识获得效果的影响[D].山西师范大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[41]杨莹.电动汽车运营集团资金管理模式研究[D].首都经济贸易大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[42]王月姣.权责发生制下政府财务报告体系的建立[D].石家庄经济学院,会计学,2014,硕士.
[43]于海娇.东北地区芍药抗性研究及质量评价[D].吉林农业大学,中药学,2014,硕士.
[44]孙明,王绍玉,闫建新.我国城镇灾害风险分析评价及安全规划策略研究[J].安徽农业科学,2014,33:11719-11722.
[45]董历华.依据古代文献和现代处方探究黄芩用药规律[D].北京中医药大学,临床中药学,2013,硕士.
[46]刘佳.论商品房买卖中的情势变更原则[D].中国政法大学,比较法学（专业学位）,2014,硕士.
[47]冯维娜.基于Android的交通信号控制软件的设计与实现[D].郑州大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[48]李彦鹏,马在田.坐标拉伸后的线性拉冬变换法波场分离[J].石油地球物理勘探,1998,05:611-615+624-706.
[49]戴菲.从传播学角度探讨字幕翻译中译者的角色[D].武汉理工大学,英语语言文学,2012,硕士.
[50]刘刚.钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗生长、光合特性和蛋白表达的影响[D].南京农业大学,蔬菜学,2013,硕士.