嘉陵江回水区水体磷的形态分布及酶解特征研究

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三峡水库正常运行后,在蓄水期流速缓慢,为藻类的大量生长提供了一大重要条件。近年来库区支流回水区多次监测到水华现象的发生,并伴随有氮磷营养盐升高的趋势。磷元素是水体富营养化过程中重要的限制性营养因子,河道型三峡库区回水区受水文条件的影响在磷营养盐的形态分布和生物可直接利用磷—溶解性正磷酸盐的酶解补偿方面有其独特性。  本文以三峡库区支流嘉陵江为研究对象,对其回水区进行了为期1年的定位观测研究(2011.11~2012.11)。得到了以下四方面主要结论,以期为三峡支流回水区富营养化管理和水华预测提供基础数据,为深水湖库溶解性正磷酸盐补偿机制的研究提供重要的科学意义。  ①水环境质量评价结果  嘉陵江回水区3月份藻类数量激增,水体溶解氧达到全年最高值。各采样点水体污染等级均为合格或基本合格,满足标准中Ⅲ类水体水质要求,但非氨氮类氮素污染严重。磁器口、化龙桥、大溪沟、朝天门四点全年总体均表现为中营养状态,而3月份均为轻度富营养状态。两江交汇口全年表现为轻度富营养状态。嘉陵江回水区TN/TP总体均值为17.58±9.16,并没有表现出绝对的氮磷限制。就单个样本来看,29.3%表现为绝对磷限制,23.3%表现为绝对氮限制。  ②磷素的年周期形态分布  总磷的总体均值为0.170±0.247mg/L。水体中的磷以颗粒磷为主,占总磷的58%。溶解态磷中,生物可直接利用磷—溶解性正磷酸盐的总体均值为0.044±0.022mg/L,占总磷的26%,溶解性有机磷占总磷的16%。两江交汇口的各形态磷均显著高于其他采样点。各采样点总磷和颗粒磷含量总体稳定,但雨洪时节显著偏高。磁器口、化龙桥、大溪沟、朝天门四个采样点3月份的溶解性有机磷含量明显偏大,溶解性正磷酸盐含量显著偏小,易推测3月的磷形态出现了由溶解性正磷酸盐转化为溶解性有机磷的现象。两江交汇口溶解性正磷酸盐的月间变化跟前四个点并不相同,其溶解性正磷酸盐含量在9月份明显偏小,而在3月份并没有明显呈现出含量偏低的状态。  ③可酶解磷的酶解特征  可酶解磷的总体均值为0.015±0.012mg/L,占总磷的百分比为8.8%,占溶解性正磷酸盐百分比为34%。各采样点可酶解磷在0.2m和3.0m水深处均无显著性差异。两江交汇口的可酶解磷显著大于其它采样点。各采样点3月份的可酶解磷含量明显偏高,说明3月份水体具有较强的溶解性正磷酸盐补偿能力。碱性磷酸酶活性APA总体均值为1.76nmol/(L.min)。各采样点的APA并无显著性差异,说明APA的空间分布不存在异质性,3月份的碱性磷酸酶活性明显偏大。最大酶催化反应速率Vmax总体均值为4.20nmol/(L.min),米氏常数Km总体均值为1147μmol/L。各采样点Vmax及Km并无显著性差异,说明其空间分布并无明显的异质性,3月份的酶促动力学参数Vmax显著大于其他月份,Km显著小于其他月份,说明该月碱性磷酸酶催化反应速率更快,酶与底物的亲和力更强,水体具有更强的溶解性正磷酸盐补偿能力。  ④各监测指标间的相关性  TP与PP、DTP极显著正相关。SRP和DOP极显著负相关,存在相互转化的可能。PP与DOP显著负相关,存在相互转化的可能。以NO3--N和NH4+-N形式存在的氮、流速、水温、DO不直接影响磷形态。NO2--N与SRP、DOP极显著负相关。总藻数量与DOP、TN、DO、水温、APA、Vmax、EHP极显著正相关,与SRP、NO3--N极显著负相关,与其他形态氮磷及流速均无相关关系,易推测当3月份嘉陵江回水区藻类数量增长时,藻类主要利用水体中的磷形态为SRP,氮形态为NO3--N,藻类通过光合作用使DO增加,SRP转化为DOP,NO3--N转化为有机氮,藻类数量增长的驱动因子可能为水温、TN。在该过程中APA提高,最大酶催化反应速率Vmax提高,可酶解磷EHP增大。DOP与EHP极显著正相关,DOP是EHP的主要可酶解磷源。SRP、TP、DTP、PP与EHP、Vmax、APA、Km并没有相关性,说明这几种形态的磷与各酶催化反应指标间没有直接的影响关系。DO是米氏常数的主要环境影响因素之一。水温、NO3--N、NO2--N与各酶催化反应指标没有相关性,并不直接影响各酶催化反应指标。流速与EHP显著正相关,与Vmax、APA、Km没有相关性。
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