浅水湖泊滨岸带环境特征对氮迁移转化的影响

地貌、水文等自然条件对水环境中污染物的迁移转化与归趋十分关键。在浅水湖泊中，环境条件在空间上的异质性及水动力作用形成的物质辐散、辐合区的空间分异，对污染物迁移转化有很大影响。本研究针对大型浅水富营养化湖泊湖体氮的迁移转化问题，从滨岸带的水动力条件、植被类型、地形地貌等环境条件入手，以水动力作用引发的物质浓度场时空差异为主线，以高频自动监测平台为依托，通过滨岸带环境特征的综合调查、滨岸带溶解氧和叶绿素等环境条件变化的高频观测、滨岸带各形态氮输移和扩散过程的水动力观测，结合室内模拟实验，揭示滨岸带环境条件对氮的反硝化脱氮速率、各形态氮的埋藏与释放等迁移转化过程的影响规律，探明水动力作用在滨岸带水华生物质氮的堆积、矿化分解及扩散过程中的作用机制，评估浅水湖泊滨岸带氮的迁移转化过程对全湖浮游植物生长氮供给中的作用，为浅水湖泊的营养盐控制策略与技术提供科学依据。

围绕太湖这一在生态类型上草藻型共存的富营养化湖泊滨岸带环境特征、氮迁移转化过程与机制问题，采用周年高频监测、草藻型湖区底泥和水体中氮形态调查、蓝藻水华堆积过程调查，以及室内蓝藻水华堆积腐烂模拟实验，探讨了蓝藻水华在不同类型滨岸带的堆积特征、营养盐释放规律。太湖站滨岸带1周年的逐日水体氮形态高频监测表明，1）太湖滨岸带TN浓度春季最高，达5.730 mg/L，随后逐渐下降，夏秋季随着藻华的暴发TN也会增加，冬季最低，最低值为0.715 mg/L，年均值为2.009 mg/L；2）DTN是TN的主要组成部分，DTN/TN年平均比值73%；3）NH4+-N和NO3--N是DTN的主要形态，NO2--N较低，最大不超过0.10 mg/L，NO3—N的年均值为0.645 mg/L，占DTN的32%，NH4+-N浓度通常比NO3--N低，年均值为0.306 mg/L，占DTN的26%。不同类型滨岸带野外调查结果表明，1）太湖滨岸带水草存在及类型对水质、水华堆积影响大：水草区水体不同形态氮磷含量均低于无水草区，总氮、总磷平均含量分别低39%与51%；2）水草区底泥中TN、TP、TOC含量也显著低于非水草区；3）不同水生植被区的蓝藻水华堆积观测表明，挺水植物生长区蓝藻水华堆积程度显著高于浮叶植物区与敞水区，而浮叶植物区又高于敞水区，说明大型浅水湖泊中滨岸带水草区将成为蓝藻水华重要的捕获带，蓝藻水华在这些水体的分解释放必将对整个湖泊的氮循环产生重要的影响。室内模拟实验研究了蓝藻水华腐烂分解过程对氮、磷释放的影响表明：蓝藻水华堆积衰亡不仅对水体营养盐含量产生影响，同时也通过对水体理化条件的改变，影响了沉积物-上覆水之间营养盐的交换：大量的蓝藻水华堆积衰亡降低了上覆水DO浓度，形成极度缺氧环境，“活化”了沉积物中贮存的氮、磷，而交换的方向及通量与缺氧程度及蓝藻水华堆积的持续时间、温度明显相关，甚至受昼夜变化的影响，底泥的污染程度对蓝藻水华堆积的营养盐效应有很大的影响：污染越重，释放越快。研究同时对滨岸带及不同湖区底泥和水体中主要有机氮氨基酸、尿素的赋存特征，以及蓝藻水华叶绿素与主要含氮毒素藻毒素的影响进行了探讨。本研究对认识多生态类型并存的大型浅水湖泊滨岸带的生态功能提供了科学依据。本项目发表SCI论文8篇，CSCD论文10篇，培养博士后1名，博士生1名，硕士生4名，参与获得省奖1项。