沉水植物对水-沉积物界面各形态氮含量的影响

在室内模拟条件下研究沉水植物对水-沉积物界面的上覆水、不同层次的间隙水和沉积物中不同形态氮含量的影响.结果表明:总体上,上覆水和间隙水中不同形态氮含量的顺序为有机氮＞氨氮＞硝态氮;沉积物中可交换态无机氮以氨氮为主,沉水植物的存在并没有改变这一格局.不同处理不同层次的间隙水中,各形态氮含量均为下层＞中层＞上层,但沉积物中氨氮和硝态氮含量变化规律不明显.水-沉积物界面氨氮和硝态氮含量呈现明显季节性变化.总之,水-沉积物界面氨氮是沉积物向上覆水扩散的主要氮组分,沉水植物降低了氨氮和硝态氮的扩散通量.     

生长不同根冠比沉水植物的实验水体对磷输入的响应比较研究

沉水植物是维持浅水湖泊清水型生态系统的关键因子.沉水植物可以从水和沉积物中吸收营养盐,但具有不同根冠比的种类有明显的差异,因此对生态系统的影响可能存在差异.以根冠比不同的两种常见沉水植物——苦草(Vallisneria natans)和轮叶黑藻(简称黑藻)(Hydrilla verticillata)为研究对象,通过建立实验水体,比较不同磷负荷条件下沉水植物生物量、水和沉积物中磷含量的变化,以探讨具有不同沉水植物种群的水体对外源营养盐负荷的响应特征.结果显示:随着磷负荷增加,苦草生物量降低,而黑藻生物量上升;苦草的根冠比显著高于黑藻,且两种沉水植物的根冠比都随磷负荷增加而降低.与没有沉水植物的结果比较显示:苦草和黑藻在不同磷负荷条件下,都能显著降低水和沉积物中磷的含量;苦草对沉积物中磷含量的影响大于黑藻,而黑藻对水中磷含量的影响大于苦草.因此,在外源营养盐负荷较高时,黑藻比苦草能更有效地削减水中磷浓度,从而更有利于维持浅水湖泊清水型生态系统;但沉积物扰动较强时,苦草和黑藻对水体的影响尚需进一步研究.     

海洋沉积物-水界面营养盐交换过程的研究1

对胶州湾和渤海沉积物分别进行室内培养实验.结果表明,在沉积物中加入营养盐后,铵氮、硅酸盐由沉积物向水体的迁移增大,铵氮的迁移在总溶解态氮的交换中起主要作用,其交换量约占总溶解态氮扩散量的76%,硝酸盐及磷酸盐由水体向沉积物的迁移减弱.在上覆水中加入营养盐后,硝酸盐、磷酸盐由水体向沉积物的迁移增大,硝酸氮的迁移占总溶解态氮交换的主要部分,约为62%.铵由沉积物向水体的迁移减弱,硅酸盐变成由水体向沉积物迁移.沉积物对于上覆水中营养盐的浓度具有一定的调节作用.无论在充空气或充氮气条件下,磷及硅的交换速率变化不明显,铵氮的迁移占总溶解态氮扩散量的98%以上.充氧条件下硝酸盐由沉积物向上覆水的迁移通量较充氮气条件增加.比较两种不同的通量计算方法(积分和拟合),结果表明由两种计算方法计算的交换速率的变化趋势基本是一致的.     

海洋沉积物—水界面营养盐交换过程的研究

对胶州湾和渤海沉积物分别进行室内培养实验。结果表明，在沉积物中加入营养盐后，铵氮、硅酸盐由沉积物向水体的迁移增大，铵氮的迁移在总量溶解态氮的交换中起主要作用，其交换量约占总溶解态氮扩散量的76％，硝酸盐及磷酸盐由水体向沉积物的迁移减弱，在上覆水中加入营养盐后，硝酸盐、磷酸盐由水体向沉积物的迁移减弱，在上覆水中加入营养盐后，硝酸盐、磷酸盐由水体向沉积物的迁移增大，硝酸氮的迁移占总溶解态氮交换的主要部分，约为62％，铵由沉积物向水体的迁移减弱，硅酸盐变成由水体向沉积物迁移，沉积物对于上覆水中营养盐的浓度具有一定的调节作用，无论在充空气或氮气条件下，磷及硅的交换速率变化不明显，铵氮的迁移占总溶解态氮扩散量的98％以上，充氧条件下硝酸盐由沉积物向上覆水的迁移通量较充氮气条件增加，比较两种不同的通量计算方法（积分和拟合），结果表明由两种计算方法计算的交换率的变化趋势基本一致的。     

鄱阳湖沉积物与水界面氮的迁移特征及污染评价

通过现场采样及室内分析测试,在沉积物间隙水氮含量分析的基础上,探讨了鄱阳湖沉积物与水界面氮的迁移特征与扩散通量,并对鄱阳湖表层沉积物氮的污染状况进行了评价。结果表明,鄱阳湖表层沉积物间隙水中溶解性总氮的平均含量为1.32 mg·L~(-1),无机氮中以硝态氮含量最高,占总氮的45.4%以上。表层沉积物间隙水中氮的含量在空间分布上表现为北部站点(L6与L7)相对较高,且其浓度均高于上覆水中氮浓度,表明沉积物间隙水中氮有较强的释放趋势,其中溶解性总氮在间隙水与上覆水之间的扩散相对较强,其扩散通量略大于硝态氮,各站点平均扩散通量分别为0.91 mg·m~(-2)·d~(-1)和0.89mg·m~(-2)·d~(-1),且大部分站点沉积物表现为上覆水中氮的源。此外,鄱阳湖各站点总氮污染指数、有机指数、有机氮平均值分别为1.082%、0.161%、0.103%,总氮污染指数与有机指数为Ⅱ级标准,有机氮指数为Ⅲ级标准,但站点L2呈现出有机污染与有机氮污染,存在一定的安全风险,水体面临富营养化威胁。该研究可为鄱阳湖内源污染和富营养化防治提供一定的理论依据。     

氧化还原环境变化对河口沉积物硅影响的模拟

氧化还原环境变化是水生态系统中普遍存在的环境现象,并可能对营养盐迁移转化产生显著影响.本文通过模拟分析好氧/缺氧状态下,典型河口沉积物硅释放及其赋存形态的差异,揭示了氧化还原环境变化对河口沉积物活性硅迁移转化的影响.研究结果表明,厌氧环境下,上覆水中溶解态硅的含量持续上升,在第30天可达4.23 mg·L-1;而好氧环境下上覆水中溶解态硅的含量维持在2.30 mg·L-1左右.其原因可能是厌氧环境下,表层沉积物中Fe/Mn氧化物发生生物还原,氧化层被逐渐破坏,促进溶解态硅的释放.另外,在短期培养过程当中,对于生物硅含量较低且其早期成岩改变程度较高的长江口沉积物而言,厌氧环境并不能有效促进沉积物生物硅的溶解.     

菹草对模拟系统外源氮素去除作用的影响

通过构建室内模拟系统,研究了外源氮素恒定输入时沉水植物菹草对氮去除作用的影响.结果表明,(1)系统稳定后植物组对进水中总氮、氨氮和硝氮的去除率分别较无植物对照组提高了14.7%、25.0%和21.6%.(2)实验期间沉积物中可转化态氮含量整体呈下降趋势;与此同时,非转化态氮的含量上升,植物组的上升幅度是对照组的1.9倍.这表明菹草能够降低内源沉积物氮的释放风险.(3)整个实验期间生物脱氮是系统脱氮的主要途径,分别占植物组和对照组氮素输入总量的44.8%和28.7%;植物组微生物脱氮量较对照组增加了0.139 g,植物吸收脱氮量为0.182 g.可见植物吸收和加速微生物脱氮是菹草促进系统脱氮的两个主要途径.     

武汉市南湖湖水和沉积物中氮的时空分布

沉积物中大量的有机态氮在水环境中大部分通过分解矿化作用转化为溶解的NH_4~ -N,再通过硝化、反硝化和Anammox作用等与其它溶解的无机态氮(DIN)联系起来.间隙水是沉积物中DIN(包括NH_4~ -N和NO_3~--N)释放进入上覆水的介质,进人间隙水中的DIN可以通过浓度差扩散、生物(微生物和底栖动物等)的扰动和风浪再悬浮作用等向上覆水迁移或交换,成为水体的"内源",使得在外源氮输入得到控制后,其内源氮的释放仍能维持水体的富营养化.本文对武汉市南湖湖水和沉积物中氮的时空分布进行研究,旨在探明氮在湖水和沉积物间的迁移转化规律.     

水源生态净化系统沉积物中营养盐空间分布特征及污染评价

对盐龙湖水源生态净化系统预处理区、挺水植物区、沉水植物区及深度净化区沉积物中营养盐内源负荷及氮、磷的形态空间分布特征展开研究,并评价不同单元沉积物营养盐污染状况.结果表明:盐龙湖表层沉积物总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)含量范围分别为156. 43—1130. 00 mg·kg~(-1)、615. 23—1580.66 mg·kg~(-1)、5.00%—49.04%.盐龙湖TP含量在预处理单元的沉积物中最高(1508.09 mg·kg~(-1)),在挺水植物区B的沉积物中最低(932.30 mg·kg~(-1)),而TN和OM含量都在挺水植物区A的沉积物中达到顶峰(1126.91 mg·kg~(-1),48.89%),在深度净化区的沉积物中最低(272.47 mg·kg~(-1),5.23%).闭蓄态磷(Abs-P)的含量占总磷(TP)比例最多(75.3%—82.3%),易解析磷(Exch-P)占TP比例均不超过1%;顺水流方向,铁结合态磷(Fe-P)和铝结合态磷(Al-P)含量呈下降的趋势,而Exch-P和钙磷(Ca-P)呈U字型先减后增.弱酸可提取态氮(WAEF-N)占可转化态氮(TTN)比例最高(45.3%—68.94%),强氧化剂可提取态氮(SOEF-N)占TTN比例最低(10.45%—19.08%),沉积物TTN中各形态氮含量分布次序为弱酸可提取态氮(WAEF-N)强碱可提取态氮(SAEF-N)离子交换态氮(IEF-N)强氧化剂可提取态氮(SOEF-N).通过单一因子标准指数法、综合污染指数、有机氮和有机指数法进行评价,发现在预处理区和挺水植物区A营养盐污染最严重,其他处理单元也有不同程度的污染,深度净化区污染程度最低.     

初春苦草腐解过程中营养盐释放过程及规律

采用室内模拟方法研究初春温度条件下苦草在腐解过程中碳、氮和磷的释放过程,研究沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律.结果表明,在初春温度条件下,苦草迅速腐解,向水体释放大量碳、氮和磷.随着时间的推移,苦草向水体释放的磷大部分沉积进入底泥,而氮则是部分沉积进入底泥,部分以气体形式移出水体.苦草腐烂分解产生的厌氧条件和大量有机碳的供给促进了水体反硝化作用并加快氮素移出水体.较大的生物残留量会引起水体缺氧,同时产生大量营养盐,导致水质严重恶化,因此需要适时收割水生植物来控制水体残留生物量.     

A mathematical model to estimate nitrate release from ocher pellets applied to anaerobic benthic sediment

A mathematical model was developed to estimate nitrate release from ocher pellets in benthic sediment. Ocher pellets, called “limnomedicine,” consisting of ocher and calcium nitrate were used to suppress phosphorus release from contaminated sediment under anaerobic conditions. The proposed model represents the fate and transport of nitrate released from the pellets, in both the water column and the sediment. Most of the nitrate (83.6%) released from the pellets was consumed in the degradation of organic matter and FeS in the sediment over a period of 12 days. While an increase in pellet dosage helps to accelerate the sediment treatment rate, it also has the effect of increasing the mass of nitrate that diffuses into the water column. Quantitative analysis of these effects using the proposed mathematical model makes it possible to determine the proper pellet dosage based on sediment conditions such as organic matter content.     

The nitrogen supply to intertidal eelgrass (Zostera marina)

The uptake of ammonium and nitrate by eelgrass (Zostera marina L.) was studied in two-compartment chambers. The plants were collected in 1992 from a population growing on a tidal flat in the S.W. Netherlands. They were incubated under conditions which reflected field conditions; this implied the use of natural seawater and sediment porewater as incubation media. In all six experiments, carried out over the course of a major part of the growing period (from July to the end of September), ammonium appeared to be much more important as a source of nitrogen than nitrate. The largest part was taken up by the leaves: uptake of ammonium by the leaves accounted for 68 to 92% of total plant nitrogen uptake. The uptake of nitrogen compounds by the root-rhizome system represented only 4 to 30% of total plant uptake. Thus, at least during flood tide, the leaves play the major role in nitrogen uptake in this intertidal population. During ebb tide, most of the plants are submerged in very shallow tidepools. It is suggested that during this phase of the tidal cycle, influx of porewater ammonium into the tide-pool water may enable the leaves to exploit local sediment resources.     

曝气复氧对富营养化水体底泥氮磷释放的影响

采用实验室模拟，研究了曝气复氧对富营养化水体底泥氮磷释放的影响，结果表明，①溶解氧是影响底泥氮磷释放的重要因素，厌氧状态会加速底泥氮磷的释放。②正常条件下曝气复氧可以有效的控制底泥总磷的释放；曝气条件下高pH值无法控制底泥总磷的释放，搅动会对底泥总磷的释放产生轻微的影响，上覆水总磷浓度较高时底泥会发生吸磷现象，而温度则影响较小。③正常条件下曝气复氧可以控制比较封闭水体底泥氨氮的释放；曝气条件下温度对底泥氨氮和总氮的释放影响较大，即温度越高，抑制氨氮和总氮的释放效果越好，且低温会导致底泥氨氮和总氮的大量释放；曝气条件下搅动导致底泥释放更多的氨氮和总氮。     

浮叶植物重建对富营养化湖泊氮磷营养水平的影响

利用太湖五里湖污染底泥，在不破坏表层沉积物形态和结构的情况下，利用大口径的采样器采集沉积物柱状样，研究浮叶植物荇菜（Limnanthemun nymphoides）在此底泥上适应性生长情况及其对水体以及沉积物中氮磷的影响。结果表明，在培养实验过程中，荇菜生长使上覆水体中的氮、磷营养水平逐渐降低，藻类的生长明显受到克制，水体透明度增加，水质逐渐改善。通过植物根系对沉积物和问隙水中营养盐的直接吸收，使表层（0～5cm）沉积物与问隙水中氮磷营养盐的水平在实验结束后有明皿下降，对于控制沉积物内源营养盐释放有重要的作用。因此，恢复以水生植物为丰的水生生态系统足重建富营养湖泊生态系统和控制湖泊内源负荷的重要措施。     

广东省不同水库底泥理化性质对内源氮磷释放影响

采用分级浸取分离方法,分析了广东省10个典型水库底泥的氮磷营养形态分布和污染状况;并通过模拟覆水试验,研究了不同水库底泥氮磷形态及理化性质对内源氮磷释放的影响。结果表明：广东省10个水库底泥氮磷污染较为严重,全氮含量为0.33~3.31 g.kg^-1,平均值为1.70 g.kg^-1;全磷含量为0.14~2.63 g.kg^-1,平均值为1.31 g.kg^-1。底泥氮磷主要以可转化态形式存在,可转化态氮磷含量占总氮磷含量百分比分别为41.2%~71.4%和53.6%~93.2%。底泥内源氮磷的释放主要受氮磷的赋存形态和含量的影响,水库底泥总氮的释放量与离子交换态氮（IEF-N）、碳酸盐结合态氮（WAEF-N）、铁锰氧化物结合态氮（SAEF-N）呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.931、0.814、0.807;总磷的释放量与碳酸盐结合态磷（WAEF-P）、铁锰氧化物结合态磷（SAEF-P）呈极显著正相关,相关系数分别为0.960、0.957;这几种氮磷形态是上覆水体中氮磷的重要来源。同时底泥内源氮磷释放还与底泥机械组成有关,其中总氮和总磷释放量与底泥黏粒质量分数呈显著正相关,相关系数分别为0.738、0.638;而总氮的释放量与底泥砂粒质量分数呈显著负相关,相关系数为-0.685。这可能与可转化态氮磷更多的分布在细粒级底泥中有关,细颗粒底泥氮磷释放是上覆水体氮磷的主要来源。     

不同水深条件下狐尾藻生长对沉积物氮磷的影响

采用巢湖原位试验研究了80、160和240 cm 3个水深条件下生长的沉水植物狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.）对沉积物和间隙水中氮磷的影响。结果表明,狐尾藻的株高和生物量随着水深的增加总体呈下降趋势,并且其差异随着生长期的延长而加大,水深为240 cm的条件下狐尾藻具有最小的株高和生物量,即240 cm的大水深条件不利于狐尾藻的个体形态构建;而相对浅的水深条件（80和160 cm）则是其生长的较佳生境。狐尾藻的生长过程中能够通过根系吸收和根际环境的改变使沉积物和间隙水中的氮磷含量明显下降,一定程度上降低了沉积物氮磷向上覆水体释放的风险,并且其抑制能力随着不同水深条件下植株的长势不同而有所差异,即在植株生长良好的浅水条件下其对沉积物和间隙水中氮磷的抑制效果更佳。因此,较浅的水环境有利于沉水植物的生长,同时还能充分发挥植物对沉积物氮磷的控释作用。     

Sediment nutrient flux in a coastal lake impacted by diverted Mississippi River water

The internal nutrient load from bottom sediment to the water column of a Louisiana Barataria Basin lake (Lake Cataouatche) receiving diverted Mississippi River water was determined. Dissolved reactive phosphorus (DRP), ammonium (NH₄-N) and nitrate (NO₃-N) flux from sediment to water column were measured. The DRP flux averaged-0.22 mg m^-2 d^-1 under aerobic water column conditions, as compared with that 3.29 mg m^-2 d^-1 under anaerobic conditions. The average NH₄-N released under anaerobic conditions (1.42 mg m^-2 d^-1) was significantly greater than rates under aerobic conditions (-0.02 mg m^-2 d^-1), indicating a strong relationship between nutrient flux and oxygen availability in the water column. The average NO₃-N flux was 2.13 mg m^-2 d^-1 under aerobic conditions as compared with-0.24 mg m^-2 d^-1 under anaerobic conditions in the sediment-water column. When the water column maintained under anaerobic conditions was switched to aerobic conditions, the DRP, NH₄-N, and NO₃-N concentrations in overlying water decreased rapidly over a short period of time. The mean annual internal DRP and NH₄-N load from the sediment to the overlying water was estimated to be 69.26 and 29.9 tonnes (Mg) yr^-1 respectively, which represents a significant portion of the total nutrient load to the Lake. Results demonstrate that the internal flux of nutrients from sediments can contribute a significant portion of the total nutrient load to the water column and should be considered in decisions on impact of nutrient in diverted Mississippi River on water quality of Barataria Basin.     

微生物和硬毛藻对天鹅湖不同湖区沉积物氮磷释放的影响

荣成天鹅湖为一天然瀉湖,近年来绿潮硬毛藻大量爆发,内源污染日益严重。以大型硬毛藻和不同湖区沉积物为试材,设置沉积物+水、沉积物+水(灭菌)、沉积物+水+藻、沉积物+水+藻(灭菌)4个处理,研究了不同微生物活性及藻类条件下上覆水体氮磷质量浓度的变化,同步监测水土界面DO和pH等理化参数,以探讨藻分解和微生物对天鹅湖不同湖区沉积物氮磷释放的影响,为藻华消亡过程中内源污染的治理提供理论依据。结果表明,微生物存在和硬毛藻分解可使水体氮质量浓度明显增加(P<0.05)。试验过程中,水体总氮在有藻和无藻条件下的质量浓度变幅分别为1.56-14.11 mg·L^?1和0.11-8.96 mg·L^?1,后期灭菌处理明显低于未灭菌处理。藻分解对水体磷质量浓度具有极显著影响(P<0.01),有藻条件下灭菌处理总磷质量浓度为0.31-1.27 mg·L^?1,未灭菌处理为0.27-1.41 mg·L^?1;而无藻条件下灭菌和未灭菌处理变幅分别为0.019-0.047 mg·L^?1和0.025-0.078 mg·L^?1。在天鹅湖,不同湖区沉积物氮磷的释放能力存在差异,水体氮质量浓度在有藻和无藻条件下均表现为西北部>湖中心>湖南部,磷质量浓度有藻条件下与氮一致,而无藻条件下则表现为湖中心>西北部>湖南部。湖中心沉积物处理水体营养盐浓度受微生物活性影响较大。3种因素对水体氮磷质量浓度的影响效应表现为:藻类>微生物>沉积物。可见,在藻类大量暴发且微生物活性较高的湖中心及西北部,沉积物氮磷的释放潜力较大,尤其在藻类堆积腐烂时期,应引起足够重视。