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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 24 期摇 摇 2012 年 12 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
从文献计量角度分析中国生物多样性研究现状 刘爱原,郭玉清,李世颖,等 (7635)……………………………
CO2 浓度升高和模拟氮沉降对青川箭竹叶营养质量的影响 周先容,汪建华,张摇 红,等 (7644)………………
陕西中部黄土高原地区空气花粉组成及其与气候因子的关系———以洛川县下黑木沟村为例
吕素青,李月从,许清海,等 (7654)
…………………
……………………………………………………………………………
长三角地区 1995—2007 年生态资产时空变化 徐昔保,陈摇 爽,杨桂山 (7667)…………………………………
基于智能体模型的青岛市林地生态格局评价与优化 傅摇 强,毛摇 锋,王天青,等 (7676)………………………
青藏高原高寒草地生态系统服务功能的互作机制 刘兴元,龙瑞军,尚占环 (7688)……………………………
北京城市绿地的蒸腾降温功能及其经济价值评估 张摇 彪,高吉喜,谢高地,等 (7698)…………………………
武汉市造纸行业资源代谢分析 施晓清,李笑诺,赵吝加,等 (7706)………………………………………………
丽江市家庭能耗碳排放特征及影响因素 王丹寅,唐明方,任摇 引,等 (7716)……………………………………
基于分布式水文模型和福利成本法的生态补偿空间选择研究 宋晓谕,刘玉卿,邓晓红,等 (7722)……………
设施塑料大棚风洞试验及风压分布规律 杨再强,张摇 波,薛晓萍,等 (7730)……………………………………
湖南珍稀濒危植物———珙桐种群数量动态 刘海洋,金晓玲,沈守云,等 (7738)…………………………………
云南岩陀及其近缘种质资源群体表型多样性 李萍萍,孟衡玲,陈军文,等 (7747)………………………………
沙埋和种子大小对柠条锦鸡儿种子萌发、出苗和幼苗生长的影响 杨慧玲,梁振雷,朱选伟,等 (7757)………
栗山天牛天敌花绒寄甲在栎林中的种群保持机制 杨忠岐,唐艳龙,姜摇 静,等 (7764)…………………………
基于相邻木排列关系的混交度研究 娄明华,汤孟平,仇建习,等 (7774)…………………………………………
三种回归分析方法在 Hyperion影像 LAI反演中的比较 孙摇 华,鞠洪波,张怀清,等 (7781)…………………
红松和蒙古栎种子萌发及幼苗生长对升温与降水综合作用的响应 赵摇 娟,宋摇 媛,孙摇 涛,等 (7791)………
新疆杨边材贮存水分对单株液流通量的影响 党宏忠,李摇 卫,张友焱,等 (7801)………………………………
火干扰对小兴安岭毛赤杨沼泽温室气体排放动态影响及其影响因素 顾摇 韩,牟长城,张博文 (7808)………
不同潮汐和盐度下红树植物幼苗秋茄的化学计量特征 刘滨尔,廖宝文,方展强 (7818)………………………
腾格里沙漠东南缘沙质草地灌丛化对地表径流及氮流失的影响 李小军,高永平 (7828)………………………
西双版纳人工雨林群落结构及其林下降雨侵蚀力特征 邓摇 云,唐炎林 ,曹摇 敏,等 (7836)…………………
西南高山地区净生态系统生产力时空动态 庞摇 瑞,顾峰雪,张远东,等 (7844)…………………………………
南北样带温带区栎属树种种子化学组成与气候因子的关系 李东胜,史作民,刘世荣,等 (7857)………………
模拟酸雨对龙眼叶片 PS域反应中心和自由基代谢的影响 李永裕,潘腾飞,余摇 东,等 (7866)………………
沈阳市城郊表层土壤有机污染评价 崔摇 健,都基众,马宏伟,等 (7874)…………………………………………
降雨对旱作春玉米农田土壤呼吸动态的影响 高摇 翔,郝卫平,顾峰雪,等 (7883)………………………………
冬季作物种植对双季稻根系酶活性及形态指标的影响 于天一,逄焕成,任天志,等 (7894)……………………
施氮量对小麦 /玉米带田土壤水分及硝态氮的影响 杨蕊菊,柴守玺,马忠明 (7905)……………………………
微山湖鸟类多样性特征及其影响因子 杨月伟,李久恩 (7913)……………………………………………………
新疆北部棉区作物景观多样性对棉铃虫种群的影响 吕昭智,潘卫林,张摇 鑫,等 (7925)………………………
杭州西湖北里湖沉积物氮磷内源静态释放的季节变化及通量估算 刘静静,董春颖,宋英琦,等 (7932)………
基于实码遗传算法的湖泊水质模型参数优化 郭摇 静,陈求稳,张晓晴,等 (7940)………………………………
气候环境因子和捕捞压力对南海北部带鱼渔获量变动的影响 王跃中,孙典荣,陈作志,等 (7948)……………
象山港南沙岛不同养殖类型沉积物酸可挥发性硫化物的时空分布 颜婷茹,焦海峰,毛玉泽,等 (7958)………
专论与综述
提高植物抗寒性的机理研究进展 徐呈祥 (7966)…………………………………………………………………
植被对多年冻土的影响研究进展 常晓丽,金会军,王永平,等 (7981)……………………………………………
凋落物分解主场效应及其土壤生物驱动 査同刚,张志强,孙摇 阁,等 (7991)……………………………………
街尘与城市降雨径流污染的关系综述 赵洪涛,李叙勇,尹澄清 (8001)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*374*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*40*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄12
封面图说: 永兴岛海滩植被———永兴岛是中国西沙群岛的主岛,也是西沙群岛及南海诸岛中最大的岛屿。 国务院 2012 年 6 月
批准设立的地级三沙市,管辖西沙群岛、中沙群岛、南沙群岛的岛礁及其海域,三沙市人民政府就驻西沙永兴岛。 永
兴岛岛上自然植被密布,野生植物有 148 种,占西沙野生植物总数的 89% ,主要树种有草海桐(羊角树)、麻枫桐、野
枇杷、海棠树和椰树等。 其中草海桐也称为羊角树,是多年生常绿亚灌木植物,它们总是喜欢倚在珊瑚礁岸或是与
其他滨海植物聚生于海岸沙滩,为典型的滨海植物。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 24 期
2012 年 12 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 24
Dec. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家“十一五冶水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07106鄄002);浙江省自然科学基金项目(Y5110314)
收稿日期:2012鄄04鄄18; 摇 摇 修订日期:2012鄄09鄄26
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: pdsun@ 126. com
DOI: 10. 5846 / stxb201204180556
刘静静,董春颖,宋英琦,孙培德.杭州西湖北里湖沉积物氮磷内源静态释放的季节变化及通量估算.生态学报,2012,32(24):7932鄄7939.
Liu J J,Dong C Y,Song Y Q,Sun P D. The seasonal variations of nitrogen and phosphorus release and its fluxes from the sediments of the Beili Lake in the
Hangzhou West Lake. Acta Ecologica Sinica,2012,32(24):7932鄄7939.
杭州西湖北里湖沉积物氮磷内源静态释放的
季节变化及通量估算
刘静静,董春颖,宋英琦,孙培德*
(浙江工商大学环境科学与工程学院,杭州摇 310012)
摘要:通过采集北里湖不同季节的柱状芯样,在实验室静态模拟沉积物氨氮(NH+4 鄄N)和可溶解性磷酸盐(PO3
-
4 鄄P)的释放,同时
研究了沉积物间隙水中 NH+4 鄄N 及 PO3
-
4 鄄P 的垂直分布特征。 结果表明,沉积物间隙水 NH
+
4 鄄N 随深度的增加有上升的趋势,
PO3-4 鄄P 随深度的增加呈先升后降的趋势。 氮、磷营养盐在沉积物—水界面均存在浓度梯度,表明存在自间隙水向上覆水扩散
的趋势。 沉积物 NH+4 鄄N在春季、夏季、秋季、冬季的释放速率分别为 0. 074 mg·m
-2·d-1、0. 340 mg·m-2·d-1、0. 087 mg·m-2·d-1、
0郾 0004 mg·m-2·d-1,PO3-4 鄄P 的释放速率则分别为 0. 340 mg·m
-2·d-1、0. 518 mg·m-2·d-1、0. 094 mg·m-2·d-1、-0. 037 mg·m-2·d-1。
不同采样点表现出明显的季节和空间差异性,释放速率表现为夏季>春季、秋季>冬季。 根据静态模拟出的不同季节下内源氮、
磷释放速率计算,全湖内源氮、磷营养盐的贡献分别为 0. 0037、0. 0057 t / a。 该研究可为北里湖富营养化及内源污染的治理提供
基础数据。
关键词:沉积物;氮;磷;内源释放;释放通量;北里湖
The seasonal variations of nitrogen and phosphorus release and its fluxes from the
sediments of the Beili Lake in the Hangzhou West Lake
LIU Jingjing,DONG Chunying,SONG Yingqi,SUN Peide*
School of Envionmental Science and Engineering,Zhejiang Gongshang University,Hangzhou 310012,China
Abstract: Eutrophication is one of the most widespread environmental problems of inland waters, either because external
loading has not been reduced sufficiently or because internal lake mechanisms. High internal loading of nitrogen (N) and
phosphorus ( P) from lake sediments is frequently reported as an important mechanism delaying lake recovery after a
reduction of external loading. In this paper, the seasonal changes of ammonia nitrogen and phosphorus releasing rate from
sediment were evaluated using intact sediment core simulation methods in the Beili Lake of the Hangzhou West Lake.
Besides, vertical distribution characteristics of ammonia nitrogen and phosphors in the pore water were analyzed. The results
showed that the concentration of ammonia nitrogen was expressed as the increasing trend with depth, while an increasing
trend followed by decreasing was found for phosphorus. The difference in ammonia nitrogen and phosphorus concentration
between pore water and overlying water can cause inner nitrogen and phosphorus nutrients releasing. The seasonal releasing
rates from sediments were 0. 074 mg·m-2·d-1, 0. 340 mg·m-2·d-1, 0. 087 mg·m-2·d-1, 0. 0004 mg·m-2·d-1 for ammonia
nitrogen, and 0. 340 mg·m-2·d-1, 0. 518 mg·m-2·d-1, 0. 094 mg·m-2·d-1, - 0. 037 mg·m-2·d-1 for phosphorus,
respectively. Seasonal and spatial variations of releasing rate were found from this study. The ammonia nitrogen and
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phosphorus releasing rate was higher in summer than in spring and autumn, but lowest in winter. The release fluxes of
nitrogen and phosphorus across the sediment鄄water interface in different points were estimated using results from intact
sediment core simulation methods. This difference is mainly focus on nitrogen and phosphorus releasing from the sediments
in different environmental conditions including temperature, pH, dissolved oxygen (DO) and transparency. In summer, the
temperature was the highest, the activity of bacterium was stronger than in other seasons. At the same time, the DO value
decreased. The transparency was the lowest in summer, indicating the disturbance strength was the highest than other
seasons. The results demonstrated the internal loading were 0. 0004 t, 0. 0025 t, 0. 0008 t, 0 t for ammonia nitrogen, and
0. 0015 t, 0. 0038 t, 0. 0009 t, -0. 0005 t for phosphorus, respectively. The conclusions indicated that the internal loading
of N and P in the whole lake were estimated about 0. 0037 and 0. 0057 t / a, respectively. Therefore, nutrients from
sediment made a contribution to lake eutrophication. The phosphorus was the limiting factor to the lake entrophication in
Beili Lake, and the releasing of phosphorus was related to the forms. The active phosphorus including the dissolved
phosphorus, Fe鄄bound P and Al鄄bound P, can release from sediment to overlying water easily. The proportion of active P
was accounted 5. 3% of TP in spring, and then decreased to 3. 72% in summer. After that, the active P increased to 6.
16% and 6. 73% in autumn and winter. The seasonal variation characteristics of active P were consitent with those of the
phosphorus releasing. However, the simulation method used in this study didn忆t analyze the effect of environmental factors
such as waves忆 disturbance and turbulence on nitrogen and phosphorus releasing rate, the results from simulation may be
lower than the dynamic simulation value. Afterwards, the results from this study are important for the eutrophication control
and ecological restoration in Beli Lake.
Key Words: sediments;nitrogen;phosphorus;internal release;release fluxes;Beili Lake
沉积物是浅水湖泊营养物质的重要蓄积库[1],可通过对流、扩散、沉积物再悬浮等过程程向上覆水中释
放营养物质[2]。 研究表明[3鄄6],在外源得到明显控制的情况下,沉积物中的氮磷营养盐可向上覆水中释放,使
水体仍然保持富营养化水平,成为湖泊水体富营养化的重要原因之一。 鉴于内源对湖泊富营养化的贡献如此
之大,国内外许多学者对沉积物内源氮磷释放规律[7鄄12]进行了相关研究,原柱样静态模拟法因操作简单,采样
时基本不破坏沉积物结构,可以基本保持沉积物在垂直方向上的分层特征等特点而经常被采用。
西湖是著名的旅游景点,水体富营养化已经严重影响了其生态价值。 杭州市政府通过截污、疏浚、引水等
工程综合治理西湖,虽然有一定程度的缓解,但水质改善不明显。 北里湖位于杭州西湖西北角,面积约为
0郾 35 km2,通过西泠桥、断桥的桥洞与西湖主体相通。 与其它湖区相比北里湖相对闭塞,是西湖引水工程的死
角,污染比其它湖区严重。 本研究把北里湖作为研究对象,通过原柱状静态模拟法确定北里湖内源氮、磷营养
盐释放速率,定量估算内源的释放通量,这对确定北里湖内源对富营养化的贡献及内源污染治理具有一定的
指导意义。
1摇 材料与方法
1. 1摇 样品采集与处理
1. 1. 1摇 样品采集
为研究沉积物—水界面氮、磷释放随季节变化的规律,于 2011 年 1 月份、4 月份、7 月份及 11 月份在北里
湖进行采样,采样点如图 1 所示。 其中 1、2、3、4 均为北里湖湖区内采样点,5、6 两点是北里湖的两个入水口,
作为本实验设置的对照组采样点。 在采样点用有机玻璃柱状采样柱(内径为 60 mm)采集未扰动底泥,每样
点同步采集 4 根平行样,泥样厚度不小于 20 cm。 采集的柱状样上端保留原样点的水样,两端用橡皮塞塞紧
后垂直放置,小心带回实验室。 一组用于间隙水的提取,另三组样用于沉积物—水界面氮、磷释放试验。 在每
个采样点用简易采水器距沉积物 20 cm处采集上覆水用于物质释放试验,并用多参数水质测定仪现场测定采
样点水温、溶氧及 pH值,利用赛氏盘测定水体透明度。
3397摇 24 期 摇 摇 摇 刘静静摇 等:杭州西湖北里湖沉积物氮磷内源静态释放的季节变化及通量估算 摇
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图 1摇 北里湖采样点分布示意图
Fig. 1摇 Location of sampling sites in Beili Lake
1. 1. 2摇 样品处理与测试
柱状样品运到实验室后按 5 cm 间距进行分层,分
层后的沉积物以 5000 r / min 离心 20 min 制得间隙水,
经 0. 45 滋m滤膜过滤后置于 4 益的冰箱保存备用。 离
心后的表层沉积物经冷冻干燥仪干燥处理,研磨过 100
目筛后 4 益密封储存。 本研究的测试项目包括上覆水
及间隙水中的氨氮(NH+4 鄄N)及溶解性正磷酸盐(PO3
-
4 鄄
P),沉积物中总磷及活性磷的测定,包括可溶性磷
(DP)、铁结合态磷(Fe鄄P)、铝结合态磷(Al鄄P)。 水样
及沉积物各形态磷的测试严格按照《湖泊富营养化调
查规范(第二版)》 [13]推荐的方法进行,每个指标测定 3
个平行样。
1. 2摇 沉积物—水界面营养盐释放静态模拟试验
样品运抵实验室后,垂直放置在恒温水浴实验器
中,避光培养。 在实验室内用虹吸法抽去柱状样的上覆
水,将同步采集的上覆水过滤后再用虹吸法沿着内壁缓
缓加入,至液面高度距沉积物表层 30 cm 处停止,同时
对高度进行标注。 即刻取原水样作起始样,其后在 3、
6、12、24、36、48 及 72 h 用移液管从液面下 20 cm 处取
样,每次取样约为 50 mL,同时用原样点的过滤水样补充维持水位,结束时样品分析项目与起始时相同。 在该
试验中计算的 NH+4 鄄N及 PO3
-
4 鄄P 为 3 d的平均释放速率。
1. 3摇 静态模拟释放速率的计算方法
沉积物的释放速率按式(1)计算:
R = [V(cn - c0) + 移
n
j = 1
V j -1(cj -1 - ca)] / A·t (1)
式中,R为释放速率[mg·m-2·d-1];V为柱中上覆水体积(L);cn、c0、cj- 1 为第 n次、初始和 j-1 次采样时某物质
含量(mg / L);ca 为添加原水后水体中某物质含量(mg / L);V j- 1 为第 j-1 次采样体积(L);A 为柱样中沉积
物—水界面接触面积(m2);t为释放时间(d)。
1. 4摇 全年释放量的计算
全湖释放量计算按式(2)计算:
W =移
n
j
移
n
i
rijA j驻t j 伊 10
-3 (2)
式中,W为北里湖氮或磷的释放总量(t / a);rij 表示第 j区域沉积物在 i温度下的释放速率[mg·m
-2·d-1];A j 为
j区域所代表的面积(km2);吟ti 表示 i温度下所代表的时段。
2摇 结果与讨论
2. 1摇 静态模拟条件下氨氮(NH+4 鄄N)释放的季节差异及原因分析
北里湖间隙水及上覆水中 NH+4 鄄N含量的垂直变化见图 2,其中北里湖各季节 NH
+
4 鄄N 含量为湖区内 4 个
采样点的平均值,而对照组 NH+4 鄄N含量为 2 个对照采样点的平均值(下同)。 在垂直方向上,NH
+
4 鄄N随深度的
增加呈现升高的趋势。 间隙水中的营养物质向上覆水对流扩散的过程主要是由沉积物—水界面物质的浓度
差支配的。 间隙水与上覆水之间的 NH+4 鄄N浓度在不同季节均存在差异,必然存在一个由高浓度向低浓度扩
散的过程,表现为内源氮营养盐的释放。 在春季,北里湖间隙水中 NH+4 鄄N 含量明显低于对照组,夏季与秋季
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时间隙水中 NH+4 鄄N含量与对照组相比差别不大,冬季间隙水 NH
+
4 鄄N浓度则明显高于对照组。
图 2摇 北里湖上覆水及间隙水中 NH+4 鄄N含量的垂直变化
Fig. 2摇 Vertical changes of ammonia nitrogen in the overlying water and pore water in Beili Lake
摇 图 3摇 北里湖沉积物—水界面 NH+4 鄄N释放速率的季节变化
Fig. 3摇 Seasonal variation of ammonia nitrogen releasing rate in
Beili Lake
北里湖沉积物—水界面 NH+4 鄄N释放速率的季节变
化见图 3。 不同时空采样点的 NH+4 鄄N 释放速率(以 N
计,下同)差异比较明显。 春季 (3—5 月份)北里湖
NH+4 鄄N释放速率为 0. 072—0. 112 mg·m
-2·d-1,平均速
率(1、2、3、4 采样点的平均值,下同)表现为 0郾 074
mg·m-2·d-1;夏季(6—8月份)NH+4 鄄N 释放速率表现为
0郾 126—0. 547 mg·m-2·d-1,平均值为 0. 34 mg·m-2·d-1;
秋季(9—11 月份) NH+4 鄄N 释放速率为 0. 003—0. 627
mg·m-2·d-1,平均值为 0. 087 mg·m-2·d-1;冬季(12—2
月份)NH+4 鄄N释放速率为 0. 0002—0. 0007 mg·m
-2·d-1,
平均值为 0. 0004 mg·m-2·d-1。 各采样点的氨氮释放速
率整体上表现为夏季最高,秋、春季次之,冬季最低。 沉
积物—水界面氨氮的释放与张路[14]等人研究相同,即
夏季高于春、秋季,内源总体上表现为“源冶的特征。
北里湖沉积物—水界面的 NH+4 鄄N 整年均表现出释放的特征,显示了沉积物可作为内源性氨氮的释放
“源冶,且在冬季表现出较弱的释放特征。 表 1 列出了北里湖上覆水水质的季节变化。 夏季平均温度为(33. 4
依0. 22) 益,高于其它季节,湖泊沉积物中有机质的降解需消耗溶氧,使得沉积物处于缺氧或厌氧状态,有机氮
经氨化作用转化为 NH+4 蓄积在间隙水中,通过扩散进入上覆水中形成释放[15]。 高温同时可提高微生物活
表 1摇 北里湖上覆水水质的季节变化
Table 1摇 Seasonal variations of water quality in overlying water of Beili Lake
春季 Spring 夏季 Summer 秋季 Autumn 冬季 Winter
pH 7. 89依0. 04 7. 64依0. 03 7. 83依0. 02 8. 14依0. 02
水温 Temperature / 益 22. 30依0. 17 33. 40依0. 22 20. 40依0. 21 10. 40依0. 22
溶氧 Dissolved oxygen / (mg / L) 6. 82依0. 05 5. 01依0. 07 6. 35依0. 05 7. 25依0. 04
透明度 Transparency / m 0. 96依0. 05 0. 42依0. 04 0. 76依0. 03 1. 20依0. 04
5397摇 24 期 摇 摇 摇 刘静静摇 等:杭州西湖北里湖沉积物氮磷内源静态释放的季节变化及通量估算 摇
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性,生物扰动也随之增大,这些原因都有利于氨氮的释放。 在同一季节,各采样点的释放速率也有很大差异,
表明温度不是影响浅水湖泊沉积物—水界面营养盐释放受的唯一因素,微生物活动[16]、大气沉降[17]、溶
氧[18鄄19]也会对北里湖沉积物或上覆水中的营养盐含量产生影响,进而影响沉积物通过间隙水及向上覆水扩
散的过程。
2. 2摇 静态模拟条件下磷酸盐(PO3-4 鄄P)释放的季节差异及原因分析
图 4 为北里湖间隙水及上覆水中 PO3-4 鄄P 含量的垂直变化,各季节间隙水中 PO3
-
4 鄄P 含量在垂直方向上呈
现出先升后降的趋势。 表层沉积物间隙水中 PO3-4 鄄P 含量远高于上覆水,与上覆水存在明显的 PO3
-
4 鄄P 的浓度
梯度。 因间隙水与上覆水中磷浓度差的存在,则必然存在一个由高浓度向低浓度进行的分子扩散作用,即沉
积物存在释磷现象。 表 1 中明确指出北里湖春夏秋三季水体的透明度低于冬季,其中夏季表现为最低,仅为
(0. 42依0. 04) m,水体透明度的降低说明水体受到强烈的扰动。 春季温度开始回升,游船增多,水动力扰动成
为沉积物营养盐释放的影响因素之一。 春、夏、秋季上覆水受水动力扰动的影响,表层沉积物受水体的冲击较
大,沉积物中的溶解态磷易向上覆水释放,因此间隙水中不易保持较高的 PO3-4 鄄P 含量,导致北里湖间隙水中
PO3-4 鄄P 含量与对照组相比差别较小。 冬季时游船造成的水力扰动作用小,风浪扰动成为主因。 对照点处水
域开阔,而北里湖位于西湖引水工程的死角,在冬季受风频繁扰动较小,向上覆水释放较慢,导致冬季间隙水
PO3-4 鄄P 浓度明显高于对照组。
图 4摇 北里湖上覆水及间隙水中 PO3-4 鄄P含量的垂直变化
Fig. 4摇 Vertical changes of dissolved phosphorus in the overlying water and pore water in Beili Lake
北里湖沉积物—水界面 PO3-4 鄄P 释放速率的季节变化见图 5。 北里湖内 4 个采样点的磷酸盐释放速率
(以 P 计,下同)存在很明显的季节差异:在春季,北里湖内磷酸盐释放速率为 0. 039—0. 634 mg·m-2·d-1,平均
速率表现为 0. 340 mg·m-2·d-1;夏季磷酸盐释放速率表现为 0. 115—0. 990 mg·m-2·d-1,平均值为
0. 518 mg·m-2·d-1;秋季磷酸盐释放速率为 0. 065—0. 147 mg·m-2·d-1,平均值为 0. 094 mg·m-2·d-1;冬季磷酸
盐释放速率为-0. 166—0. 081 mg·m-2·d-1,平均值为-0. 037 mg·m-2·d-1。 北里湖沉积物—水界面 PO3-4 鄄P 释放
的季节变化与 Eckert[20]等人研究结果相似,即夏季 PO3-4 鄄P 释放速率高于冬春季,并把这种变化归于温度的差
异。 高温对沉积物中磷的释放有促进作用,夏季平均水温较高,温度的升高在促进微生物活动的同时还可以
促进有机磷向无机磷转化、不溶性磷向可溶性磷的转化,进而促进沉积物中磷的释放。 微生物活动消耗溶解
氧,夏季溶解氧降至最低,促使水体从氧化状态向还原状态改变,使 Fe3+向 Fe2+转变,促进沉积物中铁结合态
磷的释放[21]。 北里湖磷酸盐的最大释放速率为 0. 990 mg·m-2·d-1,出现在夏季采样点 1,即北里湖入水口处。
其原因是夏季温度高于其它季节,微生物活动增强,且北里湖湖水浅,夏季游船增多,频繁的扰动也促进磷酸
盐的释放[6]。
6397 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 5摇 北里湖沉积物—水界面 PO3-4 鄄P释放速率的季节变化
Fig. 5摇 Seasonal variation of phosphorus releasing rate in Beili Lake
在北里湖研究区域内,1、2 号采样点在各个季节的
平均释放速率均为正值,这反应全年 1、2 号采样点磷从
沉积物通过间隙水向上覆水释放的过程是持续进行的,
是北里湖内源磷的稳定源。 1 号样点位于入水口处,接
纳外源颗粒性污染物的可能性较大,而 2 号样点位于北
里湖挺水植物荷花的种植区,它的生长及枯枝落叶的分
解过程也对北里湖的富营养化产生影响[22]。 荷花死亡
后进入沉积物中的颗粒态磷较之其它采样点略高,这些
颗粒物沉降后经生物化学作用,使得游离态的磷释放到
间隙水中,进而使沉积物—水界面的浓度梯度增大,经
分子扩散进入到上覆水中,造成磷的内源释放。 采样点
3、4 在冬季表现为与其它点位相反的特征,即明显的
“汇冶作用,这两个区域至少经历了一个源—汇转换的
过程。 源—汇转换过程是内外源共同作用的结果。 外部原因表现为转折点时上覆水中的磷浓度发生了巨大
变化,使界面处的浓度差矢量值迅速消减或倒置;内部原因表现则更为复杂,如内部解磷微生物活性的增强或
减弱,表层沉积物受到外力的扰动等原因均能发生源—汇的转换[23]。
相关研究表明 DP、Al鄄P、Fe鄄P 是 3 种活性比较强的无机磷,它们的释放是二次污染的影响上覆水含量的
主要因素[24]。 北里湖沉积物中 TP 与 DP、Al鄄P、Fe鄄P 的含量如表 2 所示,表层沉积物各形态磷季节分布规律
表现为春夏低,秋冬高的特点。 活性磷的季节变化体现了向上覆水的释磷现象。 春季沉积物中 3 种活性磷占
TP 的比例为 5. 3% ,夏季减少至 3. 72% ,秋冬季后又逐渐上升至 6. 16%和 6. 73% 。 夏季 DP、Al鄄P、Fe鄄P 在各
种物理化学作用下释放磷,导致占 TP 的比例降低,而秋冬季上覆水中的磷酸盐通过沉积物—水界面的吸附
及化学转化作用形成 Al鄄P、Fe鄄P,其百分比随之上升。 这与磷酸盐的释放特征春夏季高、秋冬季低是相一
致的。
表 2摇 北里湖表层沉积物磷的季节变化
Table 2摇 Seasonal variations of phosphorus in the surface sediments of Beili Lake
春季 Spring 夏季 Summer 秋季 Autumn 冬季 Winter
TP / (mg / kg) 570. 68依68. 29 543. 42依115. 27 588. 83依56. 74 611. 04依70. 56
DP / (mg / kg) 9. 73依1. 11 6. 66依1. 36 11. 37依0. 76 13. 40依1. 01
Al鄄P / (mg / kg) 9. 91依1. 93 5. 74依1. 29 12. 10依1. 50 12. 47依1. 92
Fe鄄P / (mg / kg) 10. 61依1. 98 7. 85依1. 02 12. 79依1. 62 15. 25依2. 12
2. 3摇 内源释放对水体富营养化的贡献
利用公式(2)对全湖沉积物氮磷释放量进行计算,结果见表 3。 北里湖各季节氮释放量分别为 0. 0004、
0郾 0025、0. 0008、0 t,整体表现为夏季最高,秋、春季次之,冬季最低的特征,这与氮释放速率的变化规律是相一
致的。 磷释放量分别为 0. 0015、0. 0038、0. 0009、-0. 0005 t,其特征与磷释放速率的季节性变化相同。 由沉积
物氮释放造成的内源污染维持在 0. 0037 t / a,沉积物磷造成的污染为 0. 0057 t / a。 北里湖内源释放可使上覆
水营养盐维持在一个较高的水平,因此对底泥造成的内源污染应予以高度关注,加强对内源二次污染的治理。
目前主要通过疏浚来消除底泥释放对水体富营养化造成的影响,特别是表层沉积物的清除,但在疏浚的同时
应注意疏浚底泥的处理,防止造成二次污染。 北里湖种植的挺水植物生长时吸收利用底泥中的氮、磷营养盐,
但在死亡枯落分解后氮、磷可重新传输到水体和底泥中[22],对底泥产生重要影响,因此应及时对湖区的枯落
物进行收集,集中处置,减少氮、磷向底泥的沉积。
原柱样静态模拟法虽然可以模拟现场温度、pH值、生物扰动等物化因素的影响,但不能模拟风浪扰动、紊
7397摇 24 期 摇 摇 摇 刘静静摇 等:杭州西湖北里湖沉积物氮磷内源静态释放的季节变化及通量估算 摇
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流等物理因素,因此静态模拟出的释放速率要低于北里湖现场模拟值。 韩伟明[10]在夏季对西湖底泥释磷进
行了现场模拟,结果为 1. 02 mg·m-2·d-1,明显高与静态模拟。 徐徽等[9]研究也表明原柱样流动培养可以更好
的保持实验过程中环境体系的稳定,其结果要比静态模拟更准确。 北里湖与西湖其它湖区相比相对闭塞,受
外界影响相对较小,污染较西湖其他湖区严重,磷释放要比西湖现场模拟平均值还要高。 虽然静态模拟的结
果低于实测值,但对估算北里湖氮、磷释放通量仍具有一定的参考价值。
表 3摇 实验结果计算的北里湖沉积物—水界面氮磷释放量 / t
Table 3摇 The amount of ammonia nitrogen and phosphorus release of Beili Lake on the basis of the experiental results
采样点 Sampling sites
1 2 3 4 平均 Average
春季 Spring NP
0. 0002
0. 0002
0. 0005
0. 0008
0. 0004
0. 0023
0. 0004
0. 0029
0. 0004
0. 0015
夏季 Summer NP
0. 0035
0. 0073
0. 0015
0. 0021
0. 0009
0. 0050
0. 0040
0. 0008
0. 0025
0. 0038
秋季 Autumn NP
0. 0025
0. 0007
0. 0006
0. 0006
0. 0001
0. 0008
0
0. 0014
0. 0008
0. 0009
冬季 Winter NP
0
0. 0008
0
0. 0009
0
-0. 0015
0
-0. 0018
0
-0. 0005
3摇 结论
3. 1摇 北里湖氨氮在春季、夏季、秋季及冬季的平均释放速率分别为 0. 074、0. 34、0. 087 mg·m-2·d-1 及 0. 0004
mg·m-2·d-1。 氮释放速率整体上表现出夏季最高,秋、春季次之,冬季最低的特征。
3. 2摇 北里湖磷酸盐在春季平均释放速率表现为 0. 340 mg·m-2·d-1,夏季为 0. 518 mg·m-2·d-1,秋季为 0. 094
mg·m-2·d-1,冬季为-0. 037 mg·m-2·d-1。 磷释放速率整体上表现为春夏季高,秋冬季低,这与沉积物中活性磷
占 TP 含量百分比的季节变化特征是相一致的。
3. 3摇 北里湖全年氮释放量为 0. 0037 t,磷释放量为 0. 0057 t。 通过与以往西湖现场模拟研究相比,静态模拟
结果偏低,但对北里湖内源氮、磷估算仍有一定参考价值。 沉积物氮磷的释放可表征内源对浅水湖泊水体富
营养化贡献的程度,在外源得到控制的同时应加强对内源二次污染的治理。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 24 December,2012(Semimonthly)
CONTENTS
A bibliometric study of biodiversity research in China LIU Aiyuan, GUO Yuqing, LI Shiying,et al (7635)…………………………
Effects of elevated CO2 and nitrogen deposition on leaf nutrient quality of Fargesia rufa Yi
ZHOU Xianrong, WANG Jianhua, ZHANG Hong,et al (7644)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Airborne pollen assemblages and their relationships with climate factors in the central Shaanxi Province of the Loess Plateau:
a case in Xiaheimugou, Luochuan County L譈 Suqing, LI Yuecong, XU Qinghai,et al (7654)…………………………………
Spatial and temporal change in ecological assets in the Yangtze River Delta of China 1995—2007
XU Xibao, CHEN Shuang, YANG Guishan (7667)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
Evaluation and optimization of woodland ecological patterns for Qingdao based on the agent鄄based model
FU Qiang, MAO Feng, WANG Tianqing,et al (7676)
……………………………
……………………………………………………………………………
Interactive mechanism of service function of alpine rangeland ecosystems in Qinghai鄄Tibetan Plateau
LIU Xingyuan, LONG Ruijun, SHANG Zhanhuan (7688)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Preliminary evaluation of air temperature reduction of urban green spaces in Beijing
ZHANG Biao, GAO Jixi, XIE Gaodi,et al (7698)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Resources metabolism analysis for the pulp and paper industry in Wuhan, China
SHI Xiaoqing,LI Xiaonuo,ZHAO Linjia,et al (7706)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
The characteristics and influential factors of direct carbon emissions from residential energy consumption: a case study of Lijiang
City, China WANG Danyin, TANG Mingfang, REN Yin, et al (7716)…………………………………………………………
Spatial targeting of payments for ecosystem services Based on SWAT Model and cost鄄benefit analysis
SONG Xiaoyu,LIU Yuqing,DENG Xiaohong,et al (7722)
…………………………………
…………………………………………………………………………
The wind tunnel test of plastic greenhouse and its surface wind pressure patterns
YANG Zaiqiang,ZHANG Bo,XUE Xiaoping,et al (7730)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Population quantitative characteristics and dynamics of rare and endangered plant Davidia involucrata in Hunan Province
LIU Haiyang, JIN Xiaoling, SHEN Shouyun,et al (7738)
……………
…………………………………………………………………………
Phenotypic diversity in populations of germplasm resources of Rodgersia sambucifolia and related species
LI Pingping, MENG Hengling, CHEN Junwen,et al (7747)
……………………………
………………………………………………………………………
Effects of sand burial and seed size on seed germination, seedling emergence and growth of Caragana korshinskii Kom. (Fabaceae)
YANG Huiling, LIANG Zhenlei,ZHU Xuanwei,et al (7757)
…
………………………………………………………………………
Population鄄keeping mechanism of the parasitoid Dastarcus helophoroides (Coleoptera: Bothrideridae) of Massicus raddei
(Coleoptera: Cerambycidae) in oak forest YANG Zhongqi, TANG Yanlong, JIANG Jing,et al (7764)…………………………
Study of mingling based on neighborhood spatial permutation LOU Minghua, TANG Mengping, QIU Jianxi,et al (7774)……………
Comparison of three regression analysis methods for application to LAI inversion using Hyperion data
SUN Hua, JU Hongbo, ZHANG Huaiqing,et al (7781)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Response of seed germination and seedling growth of Pinus koraiensis and Quercus mongolica to comprehensive action of warming
and precipitation ZHAO Juan, SONG Yuan, SUN Tao, et al (7791)……………………………………………………………
Impacts of water stored in sapwood Populus bolleana on its sap flux DANG Hongzhong, LI Wei,ZHANG Youyan,et al (7801)………
Dynamics of greenhouse gases emission and its impact factors by fire disturbance from Alnus sibirica forested wetland in
Xiaoxing忆an Mountains, Northeast China GU Han,MU Changcheng, ZHANG Bowen (7808)……………………………………
Different tide status and salinity alter stoichiometry characteristics of mangrove Kandelia candel seedlings
LIU Biner, LIAO Baowen, FANG Zhanqiang (7818)
……………………………
………………………………………………………………………………
Effects of shrub encroachment in desert grassland on runoff and the induced nitrogen loss in southeast fringe of Tengger Desert
LI Xiaojun, GAO Yongping (7828)
……
…………………………………………………………………………………………………
Community structure and throughfall erosivity characters of artificial rainforest in Xishuangbanna
DENG Yun, TANG Yanlin , CAO Min, et al (7836)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Temporal鄄spatial variations of net ecosystem productivity in alpine area of southwestern China
PANG Rui,GU Fengxue,ZHANG Yuandong, et al (7844)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Relationships between chemical compositions of Quercus species seeds and climatic factors in temperate zone of NSTEC
LI Dongsheng, SHI Zuomin, LIU Shirong, et al (7857)
……………
……………………………………………………………………………
Effects of simulated acid rain stress on the PS域 reaction center and free radical metabolism in leaves of longan
LI Yongyu, PAN Tengfei, YU Dong, et al (7866)
……………………
…………………………………………………………………………………
Assessment of organic pollution for surface soil in Shenyang suburbs CUI Jian,DU Jizhong,MA Hongwei,et al (7874)………………
The impact of rainfall on soil respiration in a rain鄄fed maize cropland GAO Xiang, HAO Weiping, GU Fengxue, et al (7883)………
Effects of winter crops on enzyme activity and morphological characteristics of root in subsequent rice crops
YU Tianyi, PANG Huancheng,REN Tianzhi,et al (7894)
…………………………
…………………………………………………………………………
Dynamic changes of soil moisture and nitrate nitrogen in wheat and maize intercropping field under different nitrogen supply
YANG Ruiju, CHAI Shouxi, MA Zhongming (7905)
…………
………………………………………………………………………………
Characteristics of the bird diversity and the impact factors in Weishan Lake YANG Yuewei, LI Jiuen (7913)………………………
The effect of cropping landscapes on the population dynamics of the cotton bollworm Helicoverpa armigera (Lepidoptera,
Noctuidae) in the northern Xinjiang LU Zhaozhi, PAN Weilin, ZHANG Xin, et al (7925)……………………………………
The seasonal variations of nitrogen and phosphorus release and its fluxes from the sediments of the Beili Lake in the Hangzhou
West Lake LIU Jingjing,DONG Chunying,SONG Yingqi,et al (7932)……………………………………………………………
Optimization of lake model salmo based on real鄄coded genetic algorithm
GUO Jing, CHEN Qiuwen, ZHANG Xiaoqing, et al (7940)
………………………………………………………………
………………………………………………………………………
The influence of climatic environmental factors and fishing pressure on changes of hairtail catches in the northern South China
Sea WANG Yuezhong, SUN Dianrong, CHEN Zuozhi, et al (7948)………………………………………………………………
Seasonal and spatial distribution of acid volatile sulfide in sediment under different mariculture types in Nansha Bay, China
YAN Tingru, JIAO Haifeng, MAO Yuze, et al (7958)
…………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Research progress on the mechanism of improving plant cold hardiness XU Chengxiang (7966)………………………………………
Influences of vegetation on permafrost: a review CHANG Xiaoli,JIN Huijun,WANG Yongping,et al (7981)…………………………
Home鄄field advantage of litter decomposition and its soil biological driving mechanism: a review
ZHA Tonggang, ZHANG Zhiqiang, SUN Ge, et al (7991)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Research progress on the relationship of pollutants between road鄄deposited sediments and its washoff
ZHAO Hongtao, LI Xuyong, YIN Chengqing (8001)
…………………………………
………………………………………………………………………………
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新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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