【摘要】：湖泛是一種淺水生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境嚴(yán)重惡化的現(xiàn)象,其主要特征為水體嚴(yán)重缺氧,散發(fā)惡臭并伴隨著黑色物質(zhì)上浮,水生動植物大面積死亡。湖泛通常發(fā)生在溫度較高的夏季。從上世紀(jì)末到現(xiàn)在,湖泛已經(jīng)在國內(nèi)外多個湖泊發(fā)生,已經(jīng)變成嚴(yán)重影響淺水生態(tài)系統(tǒng)的重要問題。太湖嚴(yán)重受到人類活動的影響,是最為典型的富營養(yǎng)化嚴(yán)重的淺水湖泊,同時也是我國藻華和湖泛發(fā)生最為頻繁的湖泊。如何抑制湖泛在太湖日益頻繁發(fā)生的趨勢,研究湖泛發(fā)生的根本原因以及關(guān)鍵控制因素,形成更加完善的預(yù)防、預(yù)警、抑制和解決湖泛的知識體系,是目前迫切需要解決的問題。本論文結(jié)合太湖的實際情況,采集太湖易發(fā)生湖泛地區(qū)的沉積物和水樣,通過室內(nèi)模擬研究藻源性湖泛發(fā)生過程中多種影響因子誘發(fā)湖泛的可能性,探索湖泛的起因,以及預(yù)警和抑制湖泛的措施。主要研究結(jié)果如下：1.從太湖易發(fā)生湖泛地區(qū)(月亮灣)沉積物中篩選出一株硫酸鹽還原菌(Sulfate-reducing bacteria, SRB)菌株,初步判定為Desulfovibrio(脫硫弧菌屬),命名為SRB118。以SRB118作為試驗菌株,探索湖泛產(chǎn)生的機(jī)理。2.SRB是湖泛形成的主要生物因素。在湖泛發(fā)生過程中,表層總SRB菌密度急速增高,與Fe2+濃度、H2S濃度和黑度有較強(qiáng)的正相關(guān)性。Fe2+濃度在湖泛發(fā)生過程中一直高于H2S,硫還原反應(yīng)成為FeS生成的限速步驟。湖泛發(fā)生過程中,H2S與黑度變化有較好的相關(guān)性,且H2S峰值出現(xiàn)早于黑度峰值出現(xiàn),H2S濃度的突然上升可以作為湖泛發(fā)生的預(yù)警信號。3.大量腐敗的藍(lán)藻是湖泛發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。藍(lán)藻的腐敗引起水中溶解氧(DO)、和氧化還原電位(Eh)和pH在第十天分別降低至1mg/L、-7.5 mV和6.83,體系底層溫度第六天達(dá)到最高溫30.01℃。在SRB作用下,大量藍(lán)藻堆積腐敗短時間內(nèi)(2-6天)最易于誘發(fā)湖泛。腐敗過程中微生物代謝使沉積物表層溫度高于水體表層溫度,體系上下層溫度差產(chǎn)生的驅(qū)動力與腐敗產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)的上浮力共同促進(jìn)了底層黑色物質(zhì)的上浮。4.藍(lán)藻中含有多種有機(jī)物,主要的有機(jī)物質(zhì)誘發(fā)湖泛的可能性排序為,蛋白質(zhì)淀粉纖維素。1kg表層沉積物中蛋白質(zhì)誘發(fā)湖泛的最低添加量為5g,湖泛在第2天爆發(fā),并且水體中Fe2+、H2S和黑度隨著蛋白質(zhì)添加量增加而升高。而淀粉和纖維素的最易于誘發(fā)1kg表層沉積物發(fā)生湖泛的添加量分別為25 g和15g,湖泛第8天爆發(fā),且黑度較低。5.太湖沉積物中的重金屬污染嚴(yán)重,按含量排序為HgPbCuFe。不添加金屬離子的樣品中第4天爆發(fā)湖泛。在沉積物中Hg2+添加量較低(0-0.1 mmol/kg),Hg2+促進(jìn)H2S生成,對黑度和Fe2+表現(xiàn)為抑制作用,誘發(fā)湖泛提前2天爆發(fā)。pb2+、Cu2+和Fe3+在低添加量(0.2-0.5 mmol/kg)促進(jìn)H2S生成,較高添加量(0.5mmol/kg)則抑制H2S生成；Pb2+、Cu2+和Fe3+對黑度和Fe2+表現(xiàn)為抑制作用,且抑制作用隨著添加量的增加而增強(qiáng)。Pb2+、Cu2+和Fe3+在添加量低于0.5mmol/kg時易誘發(fā)湖泛。氧化鐵主要沉淀于沉積物表面,即使添加量較高(10-200mmol/kg)對SRB無抑制作用,且促進(jìn)H2S生成,對Fe2+和黑度有一定的抑制作用,少量的添加可以將湖泛發(fā)生提前1天,添加量較高則將湖泛爆發(fā)推遲。6.湖泛可隨著SRB和藍(lán)藻的增加而提前發(fā)生,并且強(qiáng)化黑度值。因此抑制湖泛的發(fā)生則可以采取抑制SRB繁殖或者藍(lán)藻堆積的措施。疏浚是目前治理富營養(yǎng)化湖泊的主要措施之一,疏浚1個月左右疏浚區(qū)域在高溫季節(jié)若藍(lán)藻大量堆積仍然易于引發(fā)湖泛,疏浚3-7個月以內(nèi)疏浚區(qū)域相同條件下則不易發(fā)生湖泛,7個月以后疏浚后沉積物體系逐漸恢復(fù)并向著易于發(fā)生湖泛的情況接近。因此,疏浚工程宜于在秋冬季節(jié)進(jìn)行,從而避免春夏季節(jié)藍(lán)藻大量的堆積在疏浚后短期內(nèi)誘發(fā)湖泛。
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：X524

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉曉茹,馮惠華,張燕;我國水環(huán)境有機(jī)污染現(xiàn)狀與控制對策[J];水利技術(shù)監(jiān)督;2002年05期

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本文編號：2597824