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典型高原湖泊无机还原态磷(IRP)内生与迁移过程及其生态环境效应

批准号:
42077360
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
韩超
学科分类:
污染物环境行为与效应
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩超

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
无机还原态磷(IRP)具有极强的迁移性和活性, 在湖泊磷循环中发挥不可替代作用。高原湖泊强烈的环境变异导致水体持续缺氧现象加剧, 这将非常易于IRP产生和迁移, 进而深刻影响湖泊生态环境。然而, 由于传统理论和方法“缺失”, 造成对高原湖泊IRP生物地球化学过程与生态环境响应机制缺乏明确的认识。本项目以深水寡营养抚仙湖和浅水富营养星云湖两种典型高原湖泊为研究区域, 以自主研发的多种原位分析方法为依托,从宏观尺度明确高原湖泊多介质中IRP组成的时空分布特征; 通过室内模拟和野外原位追踪监测, 定量辨识高原湖泊的IRP迁移路径和形成过程, 解析密切因子, 揭示高原湖泊IRP的内生机制; 进一步探讨高原湖泊IRP对水体营养结构影响及其潜在生态效应,为深入认识高原湖泊磷的生物地球化学循环及其生态环境效应提供科学理论依据。
英文摘要
It has been identified the reduced inorganic phosphorus compounds (IRP) as playing an irreplaceable and important role in lake P cycle due to their high migration and activity. Currently, the intense environmental variations of plateau lakes have been making the aggravation of continuous hypoxia, which is very propitious to the generation and migration of IRP. Due to long-term “absences” of traditional theories and methods, however, our knowledge on the IRP biogeochemical processes and their eco-environmental effects in plateau are still limited. In this project, the deep oligotrophic Lake Fuxian and shallow eutrophic Lake Xingyu are chosen to be studied as two typical plateau lakes. Based on the self-established in-situ monitoring methods, the spatial and temporal distributions of IRP from two target lakes will be firstly studied at the macroscopic scale. The IRP migration and generation processes, as well as their closely correlated factors, will be quantitatively identified, and then analyzed for the endogenetic mechanisms of IRP generation in plateau lakes, by the combination of in-situ field investigations and laboratory simulation experiments. Finally, the effects of IRP on the water nutrient structure and potential ecosystem of plateau lakes will be preliminarily studied and discussed. It is expected that those results will provide the scientific evidences and theoretical supports for our deeply understanding of P biogemchemical cycle and its eco-environmental effects in the plateau lakes.
长期以来,受限制与传统理论和方法不足, 现有的以磷酸盐(P+V)为基础的高原湖泊磷循环理论忽略了磷化氢(PH3)等无机还原态磷(IRP)的存在,使得对湖泊磷循环过程存在明显的“缺失” 。本项目依托自主研制的IRP形态分析和界面原位表征技术,选择深水寡营养抚仙湖和浅水富营养星云湖为研究对象, 结合宏观尺度野外调查和室内模拟试验,系统开展了典型高原湖泊IRP内生和输移过程及其生态环境效益研究,并获得如下创新成果: (1) 自主构建了1套全自动超痕量PH3气体快速预富集装置,与传统方法比,该装置预处理时间由20 min缩短至3 min,温控精度由± 5℃变为± 1℃; 结合改进后的高灵敏性FPD-GC分析系统,可实现复杂环境中痕量PH3形态的快速监测;(2) 阐明两湖多环境介质中GP、MBP和P+III等IRP形态组成、含量和空间分布特征,首次发现PH3形态约占水体SRP含量的31.87%~73.75%,表明IRP是两湖磷循环重要组成部分;(3) 揭示了两湖长期厌氧环境以及丰富的磷矿物源基础是高原湖泊IRP大量富集的重要原因,而沉积物MBP活化再释放的PH3可能是维持低营养抚仙湖磷循环重要途径;(4) 基于DGT、DET、微电极等原位高分辨技术,结合野外宏观监测和室内模拟,获得了抚仙湖和星云湖内源磷和密切因子的同步变化信息,并从微观尺度揭示两湖沉积物微界面pH、DO、ORP等环境因子驱动Fe-S耦合循环过程并影响内源磷输移的关键机制;(5) 系统研究了高原湖泊IRP的生态环境效应,从抚仙湖沉积物中筛选并鉴定出以P+III为磷源的3种微生物,并重点考察了抚仙湖9种优势藻属和典型水生植物苦草对P+III响应特征,结果证实高原湖泊IRP可以显著影响生态系统水生生物群落组成以及生长发育,尤其是在富营养化方面具有一定的抑制效应。通过本项目实施,总计发表论文6篇,其中SCI论文5篇,EI论文1篇,此外,申请发明专利3项,已授权2项,培养3位硕士研究生。上述研究成果填补了国际上对高原深水湖泊IRP形态、分布、迁移和归趋等认识空白,丰富并完善了高原湖泊磷循环理论。
基于PO-DGT原理的沉积物微界面pH-DO-磷-重金属的精细化同步成像技术研究
沉水植物根系泌氧驱动根际微界面磷迁移机制
利用DGT技术研究湖泊缺氧区沉积物亚磷酸盐的分布规律与产生机制
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