水体结冰期营养盐和叶绿素a的分布特征
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景观水体在改善城市生活条件、美化环境等方面发挥了重要作用. 在常温下, 对景观水体富营养 化的研究很多, 而在冰封条件下的研究较少. 目前, 对冰封条件下底泥各层各剖面中氮、磷和各种重 金属的变化规律已有初步研究 [ 1] , 但只限于底泥中的研究, 而对水体和冰中营养元素的赋存形式及其 富营养化的研究尚未见报道. 本文以长春市某公园水体为研究对象, 探讨了冰封条件下各营养元素在 冰层中和水体中的存在形态和分布规律, 以及部分营养元素与叶绿素 a之间的关系.
采样点, 分别为冰层、冰水界面、冰面以下 0. 8, 1. 6 m 及湖底沉积物表面上的水取样. 冰层厚度 1月中 旬达 50~ 60 cm. 冰下水温为 1 e , 3月初可达 5 e .
1. 2 样品的采集
在冰冻的湖面上破冰钻孔采集样品, 测量水深、水温和冰的厚度. 冰面下 0. 8, 1. 6 m 和湖底的水 样用深水采样器采集, 冰水界面的水用注射器抽取. 在破冰钻孔过程中, 尽量保持冰块的完整.
12 32
吉 林 大 学 学 报 (理 学 版 )
第 46卷
1方 法
1. 1 采样点布置 所研究水体为一个小型半封闭浅水内陆湖泊, 湖水面积 0. 96 km2, 最大水深 4 m, 平均水深 2 m,
采样点水深 2. 37 m, 水体相对静止, 是具有一定代表性的冬季水体. 根据水体的特点垂直向下设 5个
1. 3 采样时间和次数
采样时间从 2006年 12月 1日 ~ 2007年 3月 22日, 是水体全面冰封到解冻的整个周期, 采样时间 分别为 12月 1日, 12月 14日, 1月 7日, 1月 20日, 2月 10日和 3月 22日, 共计 6次.
1. 4 样品的分析方法
测定样品中的总氮 ( TN ),
icebound season. T he inorgan ic n itrogen w asm ain com ponent part and their concentrat ions w ere QNH+4 > QNO3-
>
QNO
2
in w ater;
the phosphorus w as m ostly so lub le in w ater;
and chlorophy ll a w ere studied. T he resu lts show that the content of nutrient in ice layer w as about one- third
that of it in w ater and the content of chlorophyll a in ice layer w as about one- fifth that o f it in w ater during
收稿日期: 2008-07-01. 作者简介: 黄继国 ( 1966 ~ ) , 男, 汉族, 博士, 教授, 从事环境工程水处理的研究, E-m ai:l hu angjg@ jlu. edu. cn. 基金项目: 国家自然科学基金 ( 批准号: 20777027 )和吉林大学 / 985工程 0项目基金.
测定下限 / ( mg# L- 1 ) 0. 05 0. 02 0. 003 0. 025 0. 01 0. 01 0. 01
2 结果与讨论
2. 1 冰封期营养盐的存在形态 2. 1. 1 氮的存在形态 冰封期水体中氮的形态组成见表 2. 由表 2可见, 水体中的氮以无机氮形式为 主, 占总氮的 62. 6% , 其中 QNH+4 > QNO -3 > QNO -2 , 是因为冬季水体中的浮游植物相对较少, 对氨氮的利 用量不多, 导致氨氮含量相对较高所致; 硝化反应的适宜温度为 30 e , 5 e 以下硝化反应完全停止, 因此硝酸盐氮和中间产物亚硝酸盐氮含量相对较低.
Ab strac:t T he d istr ibution characteristics of nutrient and chlorophy ll a in the ice layer and w ater dur ing the
icebound season in the landscape w ater of a certa in park of Changchun and the relationsh ip betw een nutrien t
表 2 冰封期水体中氮的形态组成
Tab le 2 Form s and com ponents of n itrogen in water dur ing icebound season
项目 总氮 硝酸盐氮 亚硝酸盐氮 氨氮 无机氮 有机氮
样本数 3 3 3 3 3 3
Qmax /( m g# L- 1 ) 2. 124 0. 175 0. 033 1. 132 1. 337 0. 806
D istribution Characteristics of Nutrient and Chlorophyll a during the Icebound Season
HUANG J-i guo1, PENG X iang- jie1, YU Shuang2, M ENG Y u- li1, FU X in- ting1, L IU D a-w ei1
第 6期
黄继国, 等: 水体结冰期营养盐和叶绿素 a的分布特征
1 23 3
体的挠动作用消失, 颗粒物易于沉积, 因此水体中的磷多以溶解态存在, 其中溶解性正磷酸盐 ( PO34- ) 占总磷的 39. 9% .
表 3 冰封期水体中磷的形态组成
Table 3 Form s and comp onen ts of phosphorus in water dur ing icebound season
ones in the high leve l w ater.
Key wo rds: landscape w ater; icebound season; nu trien;t chlorophyll a; d istribut ion characteristics
水体富营养化是指湖泊、河流、水库等水体由于含有过多氮、磷等营养物质, 生产力水平异常提 高, 藻类及其他浮游生物迅速繁殖, 使水体透明度和溶解氧含量下降, 造成藻类、浮游生物、植物、水 生物和鱼类衰亡甚至绝迹的污染现象.
( 1. 吉林大学 环境与资源学院, 长春 130061; 2. 中国市政工程东北设计研究院, 长春 130021)
摘要: 以长春市某公园景观水体为研究对象, 对其在冰封过程中营养盐在冰层和水体中的存
在形态、叶绿素 a等的时空分布特征, 以及营养盐与叶绿素 a之间的关系进行研究. 结果表
明, 冰封条件下, 冰层中营养盐的含量约为水体中的 1 / 3, 叶绿素 a约为水体中的 1 /5. 水体
项目 总磷 溶解性总磷 悬浮颗粒磷 溶解性磷酸盐
样本数 3 3 3 3
Qmax /( m g# L- 1 ) 0. 301 0. 257 0. 032 0. 123
Qm in /( m g# L- 1 ) 0. 236 0. 228 0. 020 0. 096
Q/ ( mg# L- 1 ) 0. 268 0. 243 0. 025 0. 107
中的氮主要以无机氮的形态存在, 且 QNH +4 > QNO -3 > QNO2- ; 磷以溶解性总磷为主; 叶绿素 a在
冰封过程中缓慢增长. 底层水体中,
QNH
+ 4
,
QTP高于上层水体.
关键词: 景观水体; 结冰期; 营养盐; 叶绿素 a; 分布特征
中图分类号: X171. 1 文献标识码: A 文章编号: 1671-5489( 2008) 06-1231-06
第 46卷 第 6期 2008年 11月
吉林大 学学报 (理学版 ) JOURNA L O F JIL IN UN IVER SITY ( SC IENCE ED IT ION )
V o.l 46 N o. 6 N ov 2008
水体结冰期营养盐和叶绿素 a的分布特征
黄继国 1, 彭祥捷1, 俞 双 2, 孟玉丽1, 傅鑫廷 1, 刘大为 1
( 1. Colleg e of E nvironm ent and R esources, J ilin University, Chang chun 130061, China; 2. China N ortheastM unicipal E ngineer ing D esign and R esearch Institute, Changchun 130021, China )
the concentration of chlorophy ll a increased
sl源自文库w ly
th roughou t
iceb ound
season
and
QNH
+ 4
,
QT P
in the low
level w ater w ere h igher than the corresponding
而 NO3- 从沉积物中向水中释放, 文献 [ 4]研究表明, 春季水体中浮游植物, 主要利用硝态氮. 2月下旬
以后气温渐渐升高, 水体中浮游植物消耗, 而水体中 QNO -3 逐渐降低. 2. 2. 2 NO-2 的时空分布特 征 图 2为冰封过程中 QNO2- 的时空变化 曲线. 由 图 2 可见, QNO -2 范围为 01004~ 0. 036 m g /L, 在结冰期, 冰水界面处水体在 2007年 1月下旬到 2月上旬有一个最低点, 之后,
项目
TN
NO
3
NO
2
NH
+ 4
TP
D-T P PO34叶绿素 a
测 定方法 过硫酸钾氧化 紫外线分光光度法
酚二磺酸光度法 N- ( 1-萘基 ) -乙二胺光度法
纳氏试剂光度法 钼锑抗 分光光度法 钼锑抗 分光光度法 钼锑抗 分光光度法
分光光度法
测定上限 /( m g# L - 1 ) 4 2 0. 2 2 0. 6 0. 6 0. 6
标准偏差 0. 032 0. 014 0. 006 0. 014
百分比 (% ) 1 00 90. 6 0. 93 39. 9
2. 2 冰封期营养盐的时空分布
2. 2. 1 NO-3 的时空分布特征 图 1为冰封过程中 QNO -3 的时空变化曲线. 由图 1可见, 在整个冰封期, QNO -3 的检出范围为 0. 014~ 0. 277 m g /L. 在 2007年 1月上旬和 2月中旬存在两个峰值, 1月下旬有一 个低谷, 2月下旬以后, 随着温度的升高, QNO -3 逐渐下降, 最低达到 01014 m g /L. 垂向分析, 冰层中 QNO -3 低于水体中 QNO -3 . 湖水中 QNO -3 随着深度的增加而下降, 冰水界面处水体中 QNO-3 最高. 在结冰过程 中, NO3- 不进入冰晶, 而进入上层水体中 [ 3 ] . 由于水体中浮游植物对其不断消耗, 至 1月末达最低点.
Qm in /( m g# L- 1 ) 1. 967 0. 156 0. 027 1. 043 1. 232 0. 699
Q/ ( mg# L- 1 ) 2. 043 0. 167 0. 030 1. 082 1. 279 0. 764
标准偏差 0. 078 0. 010 0. 003 0. 045 0. 053 0. 057
百分比 (% ) 1 00 8. 2 1. 4 52. 9 62. 6 37. 4
2. 1. 2 磷的存在形态 冰封期内水体中磷的存在形态组成见表 3. 由表 3可见, 水体中 QTP的平均值 可达 0. 268 m g /L, 以 D-TP 为主, 占总磷的 90. 6% , 悬浮颗粒磷仅为 9. 3% . 因为水体冰封后, 风对水
NO3- ,
NO2- ,
NH
+ 4
,
总磷 ( TP),
溶解性总磷 ( D-TP ),
PO
34
和叶绿素
a
等. 叶绿素 a水样用 M gCO3 现场固定, 避光保存. 各项目的测定方法依据 5水和废水监测分析方法 ( 第
四版 ) 6[ 2] , 见表 1.
表 1 各项目的测定方法
Table 1 M easu rem en t m ethod of every item
采样点, 分别为冰层、冰水界面、冰面以下 0. 8, 1. 6 m 及湖底沉积物表面上的水取样. 冰层厚度 1月中 旬达 50~ 60 cm. 冰下水温为 1 e , 3月初可达 5 e .
1. 2 样品的采集
在冰冻的湖面上破冰钻孔采集样品, 测量水深、水温和冰的厚度. 冰面下 0. 8, 1. 6 m 和湖底的水 样用深水采样器采集, 冰水界面的水用注射器抽取. 在破冰钻孔过程中, 尽量保持冰块的完整.
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吉 林 大 学 学 报 (理 学 版 )
第 46卷
1方 法
1. 1 采样点布置 所研究水体为一个小型半封闭浅水内陆湖泊, 湖水面积 0. 96 km2, 最大水深 4 m, 平均水深 2 m,
采样点水深 2. 37 m, 水体相对静止, 是具有一定代表性的冬季水体. 根据水体的特点垂直向下设 5个
1. 3 采样时间和次数
采样时间从 2006年 12月 1日 ~ 2007年 3月 22日, 是水体全面冰封到解冻的整个周期, 采样时间 分别为 12月 1日, 12月 14日, 1月 7日, 1月 20日, 2月 10日和 3月 22日, 共计 6次.
1. 4 样品的分析方法
测定样品中的总氮 ( TN ),
icebound season. T he inorgan ic n itrogen w asm ain com ponent part and their concentrat ions w ere QNH+4 > QNO3-
>
QNO
2
in w ater;
the phosphorus w as m ostly so lub le in w ater;
and chlorophy ll a w ere studied. T he resu lts show that the content of nutrient in ice layer w as about one- third
that of it in w ater and the content of chlorophyll a in ice layer w as about one- fifth that o f it in w ater during
收稿日期: 2008-07-01. 作者简介: 黄继国 ( 1966 ~ ) , 男, 汉族, 博士, 教授, 从事环境工程水处理的研究, E-m ai:l hu angjg@ jlu. edu. cn. 基金项目: 国家自然科学基金 ( 批准号: 20777027 )和吉林大学 / 985工程 0项目基金.
测定下限 / ( mg# L- 1 ) 0. 05 0. 02 0. 003 0. 025 0. 01 0. 01 0. 01
2 结果与讨论
2. 1 冰封期营养盐的存在形态 2. 1. 1 氮的存在形态 冰封期水体中氮的形态组成见表 2. 由表 2可见, 水体中的氮以无机氮形式为 主, 占总氮的 62. 6% , 其中 QNH+4 > QNO -3 > QNO -2 , 是因为冬季水体中的浮游植物相对较少, 对氨氮的利 用量不多, 导致氨氮含量相对较高所致; 硝化反应的适宜温度为 30 e , 5 e 以下硝化反应完全停止, 因此硝酸盐氮和中间产物亚硝酸盐氮含量相对较低.
Ab strac:t T he d istr ibution characteristics of nutrient and chlorophy ll a in the ice layer and w ater dur ing the
icebound season in the landscape w ater of a certa in park of Changchun and the relationsh ip betw een nutrien t
表 2 冰封期水体中氮的形态组成
Tab le 2 Form s and com ponents of n itrogen in water dur ing icebound season
项目 总氮 硝酸盐氮 亚硝酸盐氮 氨氮 无机氮 有机氮
样本数 3 3 3 3 3 3
Qmax /( m g# L- 1 ) 2. 124 0. 175 0. 033 1. 132 1. 337 0. 806
D istribution Characteristics of Nutrient and Chlorophyll a during the Icebound Season
HUANG J-i guo1, PENG X iang- jie1, YU Shuang2, M ENG Y u- li1, FU X in- ting1, L IU D a-w ei1
第 6期
黄继国, 等: 水体结冰期营养盐和叶绿素 a的分布特征
1 23 3
体的挠动作用消失, 颗粒物易于沉积, 因此水体中的磷多以溶解态存在, 其中溶解性正磷酸盐 ( PO34- ) 占总磷的 39. 9% .
表 3 冰封期水体中磷的形态组成
Table 3 Form s and comp onen ts of phosphorus in water dur ing icebound season
ones in the high leve l w ater.
Key wo rds: landscape w ater; icebound season; nu trien;t chlorophyll a; d istribut ion characteristics
水体富营养化是指湖泊、河流、水库等水体由于含有过多氮、磷等营养物质, 生产力水平异常提 高, 藻类及其他浮游生物迅速繁殖, 使水体透明度和溶解氧含量下降, 造成藻类、浮游生物、植物、水 生物和鱼类衰亡甚至绝迹的污染现象.
( 1. 吉林大学 环境与资源学院, 长春 130061; 2. 中国市政工程东北设计研究院, 长春 130021)
摘要: 以长春市某公园景观水体为研究对象, 对其在冰封过程中营养盐在冰层和水体中的存
在形态、叶绿素 a等的时空分布特征, 以及营养盐与叶绿素 a之间的关系进行研究. 结果表
明, 冰封条件下, 冰层中营养盐的含量约为水体中的 1 / 3, 叶绿素 a约为水体中的 1 /5. 水体
项目 总磷 溶解性总磷 悬浮颗粒磷 溶解性磷酸盐
样本数 3 3 3 3
Qmax /( m g# L- 1 ) 0. 301 0. 257 0. 032 0. 123
Qm in /( m g# L- 1 ) 0. 236 0. 228 0. 020 0. 096
Q/ ( mg# L- 1 ) 0. 268 0. 243 0. 025 0. 107
中的氮主要以无机氮的形态存在, 且 QNH +4 > QNO -3 > QNO2- ; 磷以溶解性总磷为主; 叶绿素 a在
冰封过程中缓慢增长. 底层水体中,
QNH
+ 4
,
QTP高于上层水体.
关键词: 景观水体; 结冰期; 营养盐; 叶绿素 a; 分布特征
中图分类号: X171. 1 文献标识码: A 文章编号: 1671-5489( 2008) 06-1231-06
第 46卷 第 6期 2008年 11月
吉林大 学学报 (理学版 ) JOURNA L O F JIL IN UN IVER SITY ( SC IENCE ED IT ION )
V o.l 46 N o. 6 N ov 2008
水体结冰期营养盐和叶绿素 a的分布特征
黄继国 1, 彭祥捷1, 俞 双 2, 孟玉丽1, 傅鑫廷 1, 刘大为 1
( 1. Colleg e of E nvironm ent and R esources, J ilin University, Chang chun 130061, China; 2. China N ortheastM unicipal E ngineer ing D esign and R esearch Institute, Changchun 130021, China )
the concentration of chlorophy ll a increased
sl源自文库w ly
th roughou t
iceb ound
season
and
QNH
+ 4
,
QT P
in the low
level w ater w ere h igher than the corresponding
而 NO3- 从沉积物中向水中释放, 文献 [ 4]研究表明, 春季水体中浮游植物, 主要利用硝态氮. 2月下旬
以后气温渐渐升高, 水体中浮游植物消耗, 而水体中 QNO -3 逐渐降低. 2. 2. 2 NO-2 的时空分布特 征 图 2为冰封过程中 QNO2- 的时空变化 曲线. 由 图 2 可见, QNO -2 范围为 01004~ 0. 036 m g /L, 在结冰期, 冰水界面处水体在 2007年 1月下旬到 2月上旬有一个最低点, 之后,
项目
TN
NO
3
NO
2
NH
+ 4
TP
D-T P PO34叶绿素 a
测 定方法 过硫酸钾氧化 紫外线分光光度法
酚二磺酸光度法 N- ( 1-萘基 ) -乙二胺光度法
纳氏试剂光度法 钼锑抗 分光光度法 钼锑抗 分光光度法 钼锑抗 分光光度法
分光光度法
测定上限 /( m g# L - 1 ) 4 2 0. 2 2 0. 6 0. 6 0. 6
标准偏差 0. 032 0. 014 0. 006 0. 014
百分比 (% ) 1 00 90. 6 0. 93 39. 9
2. 2 冰封期营养盐的时空分布
2. 2. 1 NO-3 的时空分布特征 图 1为冰封过程中 QNO -3 的时空变化曲线. 由图 1可见, 在整个冰封期, QNO -3 的检出范围为 0. 014~ 0. 277 m g /L. 在 2007年 1月上旬和 2月中旬存在两个峰值, 1月下旬有一 个低谷, 2月下旬以后, 随着温度的升高, QNO -3 逐渐下降, 最低达到 01014 m g /L. 垂向分析, 冰层中 QNO -3 低于水体中 QNO -3 . 湖水中 QNO -3 随着深度的增加而下降, 冰水界面处水体中 QNO-3 最高. 在结冰过程 中, NO3- 不进入冰晶, 而进入上层水体中 [ 3 ] . 由于水体中浮游植物对其不断消耗, 至 1月末达最低点.
Qm in /( m g# L- 1 ) 1. 967 0. 156 0. 027 1. 043 1. 232 0. 699
Q/ ( mg# L- 1 ) 2. 043 0. 167 0. 030 1. 082 1. 279 0. 764
标准偏差 0. 078 0. 010 0. 003 0. 045 0. 053 0. 057
百分比 (% ) 1 00 8. 2 1. 4 52. 9 62. 6 37. 4
2. 1. 2 磷的存在形态 冰封期内水体中磷的存在形态组成见表 3. 由表 3可见, 水体中 QTP的平均值 可达 0. 268 m g /L, 以 D-TP 为主, 占总磷的 90. 6% , 悬浮颗粒磷仅为 9. 3% . 因为水体冰封后, 风对水
NO3- ,
NO2- ,
NH
+ 4
,
总磷 ( TP),
溶解性总磷 ( D-TP ),
PO
34
和叶绿素
a
等. 叶绿素 a水样用 M gCO3 现场固定, 避光保存. 各项目的测定方法依据 5水和废水监测分析方法 ( 第
四版 ) 6[ 2] , 见表 1.
表 1 各项目的测定方法
Table 1 M easu rem en t m ethod of every item