基于环境微界面过程的中小型富营养化湖泊底质-水界面生物有效磷再生机制研究

Take the middle-small eutrophic lakes with serious anthropogenic implications as the research object, this study focuses on the regeneration mechanism of bioavailable phosphorus from sediment-water micro-interface of middle-small eutrophic lakes. Using the methods of Hydrology, Hydraulics, Chemistry, Biology, Ecology, and Environmental Science, through theoretical analysis, experimental study, model establishment, and calculation, and combined with the advanced technologies of microelectrode system and DET membrane system, this research studies the influence of oxygen profiles on the regeneration mechanism of bioavailable phosphorus from sediment-water micro-interface. Besides, the influence of environmental factors of sediment-water micro-interface on the transformation of different phosphorus forms in sediments will be studied. Through the analysis of microorganism mat, the influence of microorganism mat on the regeneration mechanism of bioavailable phosphorus from sediment-water micro-interface will be addressed. Additionally, the regeneration process of bioavailable phosphorus on the bloom of Planktonic algae in lakes will be analyzed in this study. Based on the above study, the regeneration mechanism of bioavailable phosphorus from sediment-water micro-interface of middle-small eutrophic lakes will be discovered in this research, as well as the establishment of a model to simulate the above process and calculate the internal loads of bioavailable phosphorus. Obviously, this study will be beneficial for the eutrophication control of middle-small eutrtrophic lakes.

以受人类活动影响剧烈的中小型富营养化湖泊为研究对象，以水文学、水力学理论以及化学、生物学、生态学、环境学的理论与方法为基础，综合运用理论分析、实验研究、模型构建与计算等研究方法，采用目前国际上最先进的固液剖面微电极系统和DGT技术手段，从环境微界面过程分析的角度，解析湖泊在好氧、厌氧和自然状态下底质－水微界面O2浓度剖面分布对界面生物有效磷再生过程的影响规律，揭示底质－水微界面环境要素剖面分布对底质磷赋存形态的影响效应，探索底质表层生物垫对微界面生物有效磷再生过程的影响机制，分析生物有效磷再生过程的季节性变化特征及其对富营养化湖泊浮游藻类群落组成及丰度的影响效应，在此基础上，揭示中小型富营养化湖泊底质－水微界面生物有效磷再生机制，构建基于环境微界面过程的底质－水界面生物有效磷再生负荷量计算模型，分析中小型富营养化湖泊底质内源磷污染影响的可控性，为我国中小型湖泊富营养化控制提供科学依据。

本项目以受人类活动影响剧烈的中小型富营养化湖泊为研究对象，以水文学、水力学理论以及化学、生物学、生态学、环境学的理论与方法为基础，综合运用理论分析、实验研究、模型构建与计算等研究方法，采用目前国际上最先进的固液剖面微电极系统和DGT技术手段，从环境微界面过程分析的角度，解析了湖泊在好氧、厌氧和自然状态下底质－水微界面O2浓度剖面分布对界面生物有效磷再生过程的影响规律，揭示了底质－水微界面环境要素剖面分布对底质磷赋存形态的影响效应，探索了生物扰动对微界面生物有效磷再生过程的影响机制，分析了生物有效磷再生过程的季节性变化特征对富营养化湖泊浮游藻类和底栖动物群落结构及丰度的影响效应，在此基础上，揭示了中小型富营养化湖泊底质－水微界面生物有效磷再生机制，构建了基于环境微界面过程的底质－水界面生物有效磷再生负荷量计算模型，结果发现：通过高分辨率的微电极系统测量沉积物-水微界面氧化还原体系，将传统意义上的沉积物好氧区和厌氧区细分为好氧区、缺氧区和厌氧区，同时利用薄膜扩散梯度技术（DGT）获得了垂直分辨率为1mm的活性磷浓度剖面分布，该剖面分布与沉积物-水微界面中的氧化还原体系密切相关，这一发现为湖泊富营养化的治理手段提供了参考；采用微型平衡式间隙水采集技术（Mini-Peeper）测定了研究区湖泊沉积物-水微界面中可溶性磷酸盐含量，结合DIFS模型，分析了沉积物界面磷的吸附解吸特性，发现在沉积物表层2~3cm段存在一个磷酸盐的“补给库”，这对界面活性磷的释放具有重要的调节作用。可以为我国中小型湖泊富营养化控制提供科学依据。