贵州草海湿地不同水位梯度土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量比分布特征

对贵州草海湿地4种水位梯度下(农田区、过渡区、浅水区和深水区)表层土壤(0~10 cm)碳、氮、磷含量及其生态化学计量比进行研究,以期揭示草海湿地不同水位梯度下土壤碳、氮、磷生态化学计量比的分布特征及其影响因素.结果表明:土壤总有机碳(TOC)、总氮(TN)及总磷(TP)含量在不同水位梯度之间均差异显著,由过渡区至深水区,土壤TOC及TN含量均呈递增趋势,而TP含量呈先降低后增加的趋势;农田区土壤TN含量显著高于浅水区,但深水区土壤TP含量显著低于农田区.不同水位梯度土壤碳氮比(C/N)、碳磷比(C/P)和氮磷比(N/P)也存在显著差异,由过渡区至深水区,土壤C/P和N/P均呈递增趋势,而C/N呈先增加后降低的趋势;与过渡区相比,农田区土壤C/N、C/P和N/P总体偏低.相关性分析表明:土壤C/N、C/P和N/P的空间分布与土壤TOC、TN、含水量等理化性质有关.可见,草海湿地水位变化对土壤TOC、TN和TP含量以及C/N、C/P及N/P的空间分布具有显著影响,且水位升高有利于增强土壤碳、氮、磷的固存潜力.

贵州草海湿地不同生境周丛生物碳、氮、磷生态化学计量学

为深入了解湿地周丛生物碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变化规律及其影响因素,对贵州草海湿地4种不同生境(湖滨带、人工湿地、农田沟渠、污水处理厂)中周丛生物两个生长阶段(生长期和衰老期)的C、N、P生态化学计量学进行了研究.结果表明:水体营养指数依次为污水处理厂(51.55±4.50)>农田沟渠(50.41±4.50)>人工湿地(47.20±6.72)>湖滨带(41.86±6.91),湿地下游水域水质较上游明显改善.总体来看,在不同生境间,周丛生物C、N、P含量随着水体营养浓度的升高而增加,但周丛生物化学计量比呈下降的趋势.同一生境中,生长期周丛生物的C、N、P含量和C∶N都小于衰老期周丛生物,N∶P和C∶P则相反.周丛生物生长期N、P元素为弱稳态型(H_(N)=2.358,H_(P)=2.576),衰老期为稳态型(H_(N)=10.99,H_(P)=5.78),整体来看两个生长阶段周丛生物的N∶P呈稳态型(H_(N∶P)=4.504).根据周丛生物最佳生长速率计量比得出湖滨带处于P限制状态,而人工湿地、污水处理厂和农田沟渠则不受养分限制.相关性分析表明水体营养水平显著影响周丛生物的N、P元素含量及化学计量比,尤其是水体TP和TN浓度.非线性曲面拟合分析表明,周丛生物N∶P和C∶N分别受水体TP和TN浓度的主要影响,而水体TN和TP浓度对周丛生物C∶P的影响同等重要.该研究表明,基于水体TP、TN浓度和周丛生物化学计量比的三维模型可用来评估水体营养水平和周丛生物化学计量之间的关系.

贵州高原草海湖滨带不同治理区域周丛藻类群落研究

2019年4月对贵州草海退耕还湿的自然湖滨区、人工湿地恢复区和污水处理厂尾水排放区周丛藻类的物种组成、生物量、群落多样性等进行了调查,探讨不同区域周丛藻类群落的差异及影响周丛藻类群落分布的主要环境因子。结果表明,草海沿岸带周丛藻类隶属6门8纲19目34科75属84种,其中绿藻门39种(46.43%),硅藻门23种(27.38%)、蓝藻门15种(17.86%)、裸藻门4种(4.76%)、甲藻门2种(2.38%)和金藻门1种(1.19%)。3个区域共同的优势种是颤藻(Oscillatoria sp.)、舟形藻(Navicula sp.)和裸藻(Euglena sp.)。除此之外,自然湖滨区优势种还有假鱼腥藻(Pseudanabaena sp.)、脆杆藻(Fragilaria sp.)、针杆藻(Synedra sp.)、栅藻(Scenedesmus sp.)和水绵(Spirogyr a sp.),污水处理厂尾水排放区优势种还有颗粒直链藻(Aulacoseria granulate)、脆杆藻(Fragilaria sp.)、针杆藻(Synedra sp.)、异极藻(Gomphonema sp.)和水绵(Spirogyr a sp.)。污水处理厂尾水排放区周丛藻类叶绿素a含量高于自然湖滨区和人工湿地恢复区。人工湿地恢复区周丛藻类的干重(DW)和无灰分干重(AFDW)最高,自然湖滨区最低。自然湖滨区水质最好,多样性最丰富,而水质较差的人工湿地恢复区和污水处理厂尾水排放区藻类种类较少,优势种属单一。相似性分析表明不同采样区域周丛藻类群落相似性指数较低。RDA分析结果表明总磷(TP)、总氮(TN)、和铵态氮(NH+4-N)是影响草海沿岸带周丛藻类物种分布的主要环境因子。

贵州草海岩溶湿地沉积物磷的赋存特征及释放风险

磷是淡水水体富营养化关键性限制因子之一.本研究采用化学连续提取法,分析贵州草海岩溶湿地不同水位下沉积物总磷(TP)与不同形态磷含量及分布特征,试图揭示水位抬升对草海沉积物磷释放风险的影响.结果表明:草海沉积物总磷(TP)含量在206.30—577.30 mg·kg^(-1)之间,均值为378.60 mg·kg^(-1),在水位梯度下呈两端高中间低分布特征;磷形态组成以有机磷(Or-p)为主,自生钙磷(ACa-p)、碎屑钙磷(De-p)和闭蓄态磷(Oc-p)次之,交换态磷(Ex-p)、铝磷(Al-p)和铁磷(Fe-p)为最低,即草海沉积物磷活性以潜在释放和非活性为主,活性部分比重较低;活性磷(Act-p)含量在不同水位梯度下分布变化不大,潜在释放磷(Or-p)含量沿着水深加大呈逐渐增加趋势,非活性磷(Ina-p)含量稳定并与水位无明显相关性;可见,草海水位抬升将不会显著增加沉积物磷的直接释放风险,但会积累一定水平的潜在磷释放风险.

贵州草海湿地不同水位梯度沉积物中汞、砷形态分布及风险评价

通过改进Tessier连续提取法对贵州草海黑颈鹤栖息地不同水位梯度下沉积物汞(Hg)、砷(As)形态及生态风险进行了研究.结果表明,草海湿地沉积物中Hg含量在0.45~1.51 mg/kg之间,超过国家土壤环境质量农用地土壤风险管控标准;形态组成上,残渣态汞(Res-Hg)>有机结合态汞(Org-Hg)>碳酸盐结合态(Car-Hg)>铁锰氧化态(FeO-Hg)>可交换态(Ex-Hg),不同水位梯度下含量和赋存形态在不同区域不一致.As含量在16.4~23.8 mg/kg之间,形态依次为残渣态砷(Res-As)>有机结合态砷(Org-As)>铁锰氧化态砷(FeO-As)>碳酸盐结合态砷(Car-As)>可交换态砷(Ex-As).As含量与贵州省土壤背景值持平,随着水位梯度的抬升,其总量呈增加趋势,残渣态占比逐步增多,性质逐渐稳定.采用地积累指数(I geo)、潜在生态风险指数(E i r)、风险评价编码法(RAC)对Hg、As的危害程度进行分析表明,基于草海较高Hg环境背景值,Hg整体污染风险较高,As处于低水平的污染风险等级且对环境影响较小.该研究揭示了不同水位梯度下Hg、As总量及形态分布特征,对草海湿地水位抬升恢复湿地提供了参考.

贵州草海湿地不同水深梯度下沉积物铁形态分布特征

为了研究水文条件对湿地沉积物中铁赋存形态分布的影响,采用Tessier五步连续提取法对贵州草海不同水深梯度下沉积物中铁各形态进行研究.结果表明,草海湿地沉积物中总铁含量在22.8—46.2 g·kg^(-1)之间,平均值为37.06 g·kg^(-1),随着水深升高整体呈下降趋势.草海湿地沉积物中,各形态铁含量大小为残渣态(RES-Fe:7.16—41.22 g·kg^(-1))>有机结合态(OM-Fe:1.68—13.94 g·kg^(-1))>铁锰氧化物结合态(RED-Fe:2.29—6.96 g·kg^(-1))>碳酸盐结合态(CARB-Fe:0.004—0.095 g·kg^(-1))>可交换态(EXC-Fe:0.002—0.004 g·kg^(-1));各形态铁含量对水深变化响应不一致,RES-Fe、EXC-Fe和Tot-Fe含量随水深加深而减少,RED-Fe和OM-Fe含量随水深加深而增高,CARB-Fe含量无明显变化规律;水文条件影响铁形态组成,季节性积水的S1和S2样点铁含量较高,仅以RES-Fe为主,占总量的87%—91%,而积水较深且长期淹水的S3和S4铁含量较低,以OM-Fe和RES-Fe为主,二者之和占总量的81%—85%.湿地沉积物中铁含量及其形态组成分布会因为水深变化而不同,铁的生物有效性也会因此发生改变,抬升水位有利于提高铁的生物有效性.

贵州草海不同水位梯度下沉积物氮赋存形态及分布特征

利用分级浸取分离法,分析贵州草海湿地沉积物总氮(TN)与可转化态氮(TF-N)含量及分布特征,试图揭示水位抬升对草海湿地沉积物氮潜在释放风险的影响.结果表明,草海湿地沉积物TN含量在1.94～14.07 g/kg之间,均值为7.76 g/kg; TF-N含量较高,在1.70～7.59 g/kg之间,占TN的68.7%;不同形态氮含量依次为有机态及硫化物结合态氮(OSF-N)>离子交换态氮(IEF-N)>铁锰氧化态氮(IMOF-N)>弱酸可浸取态氮(WAEF-N);不同水位梯度下各形态氮含量变化规律不同,OSF-N、IMOF-N含量沿着水位升高呈逐渐增加趋势,IEF-N含量呈先增加后降低的趋势,WAEF-N含量变化不大; TN和总非可转化态氮(NTF-N)与有机质(SOM)含量之间呈显著正相关,可能具有相似的来源.总之,草海沉积物TF-N含量及比例较高,潜在释放风险较大,而水位抬升抑制氮的转化,促进沉积物氮积累,增加释放风险.该研究揭示了不同水位梯度下沉积物氮形态分布特征,丰富了水文条件对氮迁移转化影响的理解,为湿地生态补水工程的管理决策提供了科学依据.

沉水植物附植生物膜藻类组成及重金属累积特征

沉水植物表面常富集水体中有机质、泥沙、菌胶团、藻类、微生物等形成附植生物膜,在湖泊生物地球化学循环过程中具有重要作用.在草海选取金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)和光叶眼子菜(Potamogeton lucens L.)3种不同叶形的沉水植物,研究附植生物膜的形貌结构、理化特征、藻类及其重金属镉(Cd)、铅(Pb)累积特征.结果表明:3种沉水植物附植生物膜上共鉴定出藻类6门8纲17目29科65属81种,主要为蓝藻、绿藻和硅藻,不同附植生物膜藻类功能群组成不同,冗余分析表明,水环境因子能解释藻类功能群变化的88.3%;3种沉水植物附植生物膜铁(Fe)、锰(Mn)、总氮(TN)、总磷(TP)含量变化规律一致,均为:金鱼藻>微齿眼子菜>光叶眼子菜;附植生物膜中重金属的累积具有选择性,Pb大量累积(11.41~41.31mg/kg),Cd累积含量较低(0.59~5.76mg/kg)且与植物相当(0.44~5.56mg/kg),附植生物膜中Pb累积含量与生物膜中隐藻门、硅藻门藻类生物量、Fe、Mn及TN含量呈显著相关,但Cd累积与生物膜各指标均无显著相关性.附植生物膜在草型湖泊污染物归趋转化中的作用值得关注.