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一種確定湖泊沉水植物腐解程度的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種確定湖泊沉水植物腐解程度的方法，包括以下步驟：在半封閉大棚內(nèi)放置多個容器，取目標(biāo)湖泊的底泥和湖水分別填充于所述多個容器，靜置至水泥分離，以構(gòu)建原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)；向上述各原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)中分別加入不同密度的經(jīng)預(yù)處理的目標(biāo)湖泊內(nèi)優(yōu)勢沉水植物；按預(yù)定時間間隔對上述多個加入目標(biāo)湖泊的沉水植物的原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行取樣，監(jiān)測目標(biāo)湖泊不同沉水植物密度和不同階段沉水植物腐解過程中溶解性有機(jī)質(zhì)的變化，從而確定目標(biāo)湖泊中沉水植物的腐解程度。
【專利說明】一種確定湖泊沉水植物腐解程度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域水生態(tài)系統(tǒng)分類范疇，具體涉及一種確定湖泊沉水植物腐解程度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]沉水植物可有效去除水體中的氮、磷及其他污染物，能夠改善水體水質(zhì)，但沉水植物經(jīng)過生長期后，隨著植株死亡并逐漸腐爛分解，分解后的營養(yǎng)物質(zhì)釋放到水體之中，將有可能造成湖泊水體的二次污染。
[0003]沉水植物殘?bào)w降解可產(chǎn)生溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)，DOM是水生生態(tài)系統(tǒng)中一種重要的、活躍的化學(xué)組分。水體中的DOM主要包括腐殖酸、富里酸等腐殖質(zhì)類物質(zhì)，還有色氨酸、絡(luò)氨酸等類蛋白類物質(zhì)。DOM在水環(huán)境中會影響水體的酸堿特性、營養(yǎng)物質(zhì)的有效性和污染物質(zhì)的環(huán)境行為特性。同時，對重金屬元素和有機(jī)污染物在水環(huán)境中的遷移行為也具有重要影響。在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，DOM對湖泊系統(tǒng)各種物理、化學(xué)和生物過程都能產(chǎn)生影響。
[0004]因此，監(jiān)測湖泊中沉水植物腐解過程中DOM的變化，能夠確定湖泊中沉水植物的腐解程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，判斷湖泊中沉水植物的腐解程度，避免過多沉水植物腐解造成水體二次污染，本發(fā)明通過監(jiān)測湖泊中沉水植物腐解過程中DOM的變化，從而確定湖泊中沉水植物的腐解程度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種確定湖泊沉水植物腐解程度的方法，包括以下步驟:在半封閉大棚內(nèi)放置多個容器，取目標(biāo)湖泊的底泥和湖水分別填充于所述多個容器，靜置至水泥分離，以構(gòu)建原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)；向上述各原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)中分別加入不同密度的經(jīng)預(yù)處理的目標(biāo)湖泊內(nèi)優(yōu)勢沉水植物；按預(yù)定時間間隔對上述多個加入目標(biāo)湖泊的沉水植物的原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行取樣，監(jiān)測目標(biāo)湖泊不同沉水植物密度和不同階段沉水植物腐解過程中DOM的變化，從而確定目標(biāo)湖泊中沉水植物的腐解程度。
[0007]因?yàn)樗w中DOM所包括的腐殖質(zhì)及部分蛋白質(zhì)具有熒光性,且水體中DOM熒光光譜特征不同，而熒光光譜技術(shù)具有靈敏度高(10_9數(shù)量級)、選擇性好且不破壞樣品結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，因此，本發(fā)明利用腐殖質(zhì)和部分蛋白質(zhì)具有熒光性的特性，通過熒光光譜法結(jié)合其它檢測技術(shù)，監(jiān)測湖泊中不同沉水植物密度和不同階段沉水植物腐解過程中DOM的變化，從而確定目標(biāo)湖泊中沉水植物的腐解程度。
[0008]同時，由于一個湖泊中不同地方沉水植物的密度不一樣，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)不同沉水植物密度來代表了同一湖泊不同區(qū)域不同密度的沉水植物腐解后水體中有機(jī)物的情況，并通過設(shè)計(jì)平行試驗(yàn)降低了測定的誤差，從而可以代表實(shí)際湖泊的腐解程度。并且，本發(fā)明中的時間和密度代表了不同時間不同覆蓋密度的沉水植物腐解后水體的變化，與實(shí)際湖泊中沉水植物分解的過程相一致。因此，采用本發(fā)明提供的方法，可以針對湖泊自身的特點(diǎn)，為湖泊中沉水植物腐解過程中DOM的監(jiān)測提供一定的理論基礎(chǔ)，以控制沉水植物的殘留生物量，避免過多的沉水植物殘?bào)w造成水質(zhì)的惡化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明確定湖泊沉水植物腐解程度的方法的流程圖；[0010]圖2為不同密度沉水植物腐解第50天時水體中DOM同步熒光光譜圖(△ λ = λ
發(fā)射_入激發(fā)=30nm)；
[0011]圖3為不同密度沉水植物腐解第100天時水體中DOM同步熒光光譜圖(Λ λ = λ
發(fā)射_入激發(fā)=30nm)；
[0012]圖4A至圖4F為不同密度沉水植物腐解第50天時水體中DOM三維熒光光譜圖；
[0013]圖5A至圖5F為不同密度沉水植物腐解第100天時水體中DOM三維熒光光譜圖；
[0014]圖6為不同密度沉水植物腐解第50天時水體中DOM紫外光譜圖；
[0015]圖7為不同密度沉水植物腐解第100天時水體中DOM紫外光譜圖；以及
[0016]圖8為不同密度沉水植物腐解第50天、第100天時水體中A253/A203比值圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0018]圖1為本發(fā)明確定湖泊沉水植物腐解程度的方法的流程圖。
[0019]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的確定湖泊沉水植物腐解程度的方法包括:
[0020]步驟S101，在半封閉大棚內(nèi)放置多個容器，取目標(biāo)湖泊的底泥和湖水以預(yù)定體積比分別填充于所述多個容器中，靜置至水泥分離，構(gòu)建原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)。
[0021]步驟S102，向上述各原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)中分別加入不同密度的經(jīng)預(yù)處理的目標(biāo)湖泊內(nèi)優(yōu)勢沉水植物。
[0022]為了選擇擬加入各原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)中的沉水植物，現(xiàn)場調(diào)查目標(biāo)湖泊，選擇目標(biāo)湖泊的優(yōu)勢沉水植物，確定目標(biāo)湖泊的優(yōu)勢沉水植物的種類及數(shù)量比，擬加入的優(yōu)勢沉水植物種類和數(shù)量比根據(jù)不同湖泊而有所不同。
[0023]確定目標(biāo)湖泊的優(yōu)勢沉水植物的種類及數(shù)量比之后，對所選取的目標(biāo)湖泊中優(yōu)勢沉水植物進(jìn)行曬干預(yù)處理，使其含水率低于5 %，儲存?zhèn)溆谩?br> [0024]由于一個湖泊中不同地方沉水植物的密度不一樣，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)不同沉水植物密度來代表了同一湖泊不同區(qū)域不同密度的沉水植物，進(jìn)而可以代表實(shí)際湖泊的腐解程度。在本發(fā)明中，所加入的經(jīng)預(yù)處理的目標(biāo)湖泊內(nèi)優(yōu)勢沉水植物的密度分別為0.5kg/m3、lkg/m3、3kg/m3、5kg/m3或8kg/m3。另外可設(shè)空白對照組，即密度為Okg/m3。
[0025]步驟S103，按預(yù)定時間間隔對上述多個加入目標(biāo)湖泊的沉水植物的原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行取樣，將所采集的水樣通過濾膜過濾，濾液避光保存，利用熒光光譜法及紫外光譜法，測定所取的樣品，監(jiān)測目標(biāo)湖泊中不同沉水植物密度和不同階段沉水植物腐解過程中DOM的變化，從而確定目標(biāo)湖泊中沉水植物的腐解程度。
[0026]下面以一個具體實(shí)例來更詳細(xì)的說明本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明以北方湖泊——白洋淀作為實(shí)例，于2011年7-8月在白洋淀馬堡村實(shí)驗(yàn)基地半封閉的塑料大棚中進(jìn)行模擬湖泊中沉水植物腐解過程中水體DOM的變化特征，環(huán)境溫度保持在20°C左右。
[0028]首先，為了盡量模擬自然環(huán)境，在半封閉大棚中構(gòu)建原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)。本發(fā)明在高為65cm、直徑為55cm的近似圓柱形的塑料桶中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中桶底部15cm用白洋淀杜家淀淀區(qū)的底泥填充，底泥上部45cm注入來自白洋淀杜家淀淀區(qū)的湖水。
[0029]接著，通過大范圍對白洋淀杜家淀淀區(qū)沉水植物分布的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，白洋淀杜家淀淀區(qū)的優(yōu)勢沉水植物為金魚藻和輪藻，且金魚藻與輪藻的密度比為1: 3。將金魚藻和輪藻曬干，使其含水率低于5%，并儲存于整理箱中備用。待上述原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)中的泥、水混合靜沉10天后，加入曬干的金魚藻和輪藻(金魚藻和輪藻按1: 3混合)，設(shè)置5個不同密度，密度分別為0.5kg/m3、lkg/m3、3kg/m3、5kg/m3、8kg/m3(其中0.5kg/m3表示每立方米湖水中加入0.5kg的金魚藻和輪藻(金魚藻和輪藻按1: 3混合))，編號分別對應(yīng)為b、c、d、e、f，另設(shè)一空白對照，密度為Okg/m3，編號對應(yīng)為a。
[0030]然后，分別于投加上述金魚藻和輪藻(金魚藻和輪藻按1: 3混合)后的第50天和第100天取水樣，將采集的水樣通過0.45 μ m濾膜過濾，所得濾液在4°C下避光保存，測定樣品各理化指標(biāo)。
[0031](I)同步熒光光譜分析
[0032]如 圖2、圖3及表1所示，在沉水植物腐解過程中，隨著沉水植物投加密度的增加，類蛋白峰和類腐殖質(zhì)峰的最大峰位置都發(fā)生了一定程度紅移。由表1可知，類腐殖質(zhì)熒光峰強(qiáng)度與類蛋白峰強(qiáng)度的比值(I2A1)隨沉水植物投加密度的增加而逐漸增大，因此隨著沉水植物密度的增加，水體DOM中有機(jī)質(zhì)的苯環(huán)結(jié)構(gòu)增多且復(fù)雜化程度增大，腐殖質(zhì)類物質(zhì)的相對含量增大。比較a組(Okg/m3)的第50天和第100天各數(shù)值可知，隨著時間的推移，a組的類蛋白峰紅移且強(qiáng)度增加。相對于a組，投加沉水植物的b-f各組中類蛋白峰強(qiáng)度均減弱。
[0033]表1不同密度沉水植物腐解第50天和第100天時水體中DOM同步熒光的峰位置、峰強(qiáng)度及比值
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種確定湖泊沉水植物腐解程度的方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:在半封閉大棚內(nèi)放置多個容器，取目標(biāo)湖泊的底泥和湖水分別填充于所述多個容器，靜置至水泥分離，以構(gòu)建原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)； 52:向上述各原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)中分別加入不同密度的經(jīng)預(yù)處理的目標(biāo)湖泊內(nèi)優(yōu)勢沉水植物； 53:按預(yù)定時間間隔對上述多個加入目標(biāo)湖泊的沉水植物的原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行取樣，監(jiān)測目標(biāo)湖泊不同沉水植物密度和不同階段沉水植物腐解過程中溶解性有機(jī)質(zhì)的變化，從而確定目標(biāo)湖泊中沉水植物的腐解程度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟SI中，所述目標(biāo)湖泊的底泥與湖水以體積比為1:3的比例填充于容器中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S2中，根據(jù)目標(biāo)湖泊中優(yōu)勢沉水植物的實(shí)際種類及數(shù)量比，加入所述優(yōu)勢沉水植物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S2中，對所選取的目標(biāo)湖泊中優(yōu)勢沉水植物進(jìn)行曬干預(yù)處理，使其含水率低于5%。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，加入的經(jīng)預(yù)處理的目標(biāo)湖泊優(yōu)勢沉水植物的密度分別為 0.5kg/m3、lkg/m3、3kg/m3、5kg/m3 或 8kg/m3。
6.如權(quán)利要求1所 述的方法，其特征在于，在步驟S3中，在對上述加入目標(biāo)湖泊的優(yōu)勢沉水植物的原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)取樣后，將所采集的水樣通過0.45 μ m濾膜過濾。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，將通過0.45 μ m濾膜過濾所得的濾液于4°C下避光保存。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中，使用熒光光譜法及/或紫外光譜法進(jìn)行監(jiān)測。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在該原位模擬水生態(tài)系統(tǒng)中，模擬環(huán)境溫度為 20。。。
【文檔編號】G01N21/64GK103901001SQ201210572180
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】何連生, 孟睿, 席北斗, 劉增超, 刁曉君, 孟繁麗, 宋博宇, 王鵬騰, 李一葳 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院