近百年来长江中游牛轭湖沉积物铅元素富集记录及其环境意义——以长江荆江段牛轭湖群为例

通过对长江荆江段天鹅洲、中洲子和尺八3个牛轭湖钻孔沉积物进行短寿命放射性核素、粒度、磁学、铅元素测试与史志资料分析,在利用²¹⁰Pb比活度计算平均沉积速率,并结合史志资料与沉积物特征指示的事件进行沉积物年代校核基础上,运用地表物质非自然富集系数(EF值)方法,分析了牛轭湖沉积物铅元素富集状况。结果表明:三钻孔铅元素非自然因素富集特征基本一致,均起始于20世纪80年代初,并于2000年后呈下降状态,与我国铅污染历史及禁用含铅汽油的时间基本吻合;利用沉积物中铅元素非自然因素富集事件对沉积物进行断代分析,具有一定的可行性;牛轭湖河/湖沉积相转变未对沉积物铅元素的非自然因素富集产生影响,说明铅污染具有较广的“暴露面”。     

香溪河流域不同介质中碳、氮、磷的分布特征及相关性研究

为了解香溪河流域碳、氮、磷的分布情况及水、陆生态系统中这些生源要素间的相互关系,对流域内河岸带土壤、河流水体及沉积物中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量进行调查,分析它们在流域内的分布特点,探讨各要素在3种介质间的相关性及随河流级别的变化规律。研究发现,超过60%的样点土壤中TOC、TN含量处于"较丰富"或"丰富"等级,耕地附近样点的TOC、TN和磷矿区附近样点的TP普遍偏高。河流水体及沉积物中各要素的含量都与土壤中的含量紧密相关,但水、陆介质间TP的相关性较TOC、TN强。低级别河流样点土壤中TOC、TN、C/P、N/P值和沉积物中C/P及N/P值整体较高级别河流样点高。结果表明:以磷矿开发和农业施肥为代表的人类活动,对香溪河流域内生源要素的含量及分布产生了显著影响;水体中P元素含量与陆源关系最强,在水体污染控制中应予以重视。     

近百年来长江荆江段牛轭湖沉积的孢粉、炭屑特征及其环境意义——以天鹅洲、尺八湖为例

根根据长江荆江段沿江牛轭湖天鹅洲和尺八沉积钻孔柱样,在建立了高分辨率的年代框架的基础上,分别进行了沉积物孢粉、炭屑分析,并结合荆州市1955~2012年的气候数据、史志记载的洪水和火灾等环境事件进行了综合分析。结果显示:天鹅洲、尺八两湖泊钻孔沉积物的孢粉和炭屑特征均较好地响应了近百年来湖区周边的环境变化;牛轭湖在裁断成湖之前、成湖之后的孢粉、炭屑特征不同:成湖之前,沉积物总孢粉浓度与乔木、灌木孢粉浓度都相对较低,水生植物和蕨类植物孢粉浓度相对较高,成湖之后乔木孢粉浓度仍呈减小趋势,但灌木、水生植物孢粉浓度呈波动增加趋势;利用沉积物炭屑浓度与孢粉浓度的比值(C/P值)指标,可以较好地指示自然山火与人类聚居地火灾等燃烧事件在沉积物中的记录,而且综合利用C/P值与沉积物孢粉特征,有可能厘清长江全流域洪水与局地洪涝事件的沉积记录。     

南京近城市河流沉积物营养水平与磷形态的空间分布

近城市河流位于城市与农村的过渡带，其环境现状反映城市化过程对河流的影响。通过不同断面的样品研究了南京近城市河流--秦淮新河沉积物中主要营养元素与磷形态的空间分布，分析其变化特征和污染成因。研究表明，不同河段由于受人为活动和沉积环境的影响营养程度差异较大。河流表层沉积物的TOC、TN和TP范围分别为307～3497 g/kg、830～2 370 mg/kg和447～3 517 mg/kg，磷的形态显示Fe P或Ca P>Org P>>Al P>DP，其中Fe P和Ca P二者之和占TP的70%以上，两者均可指示营养化程度的轻重。通过西善桥段和入江口段柱状沉积物分析表明，营养元素和磷形态垂向上均呈现明显的“沉降 降解 堆积”三段式变化，西善桥段以Fe P为优势形态，占TP的431%～505%，入江口段以Ca P为优势形态，占TP的463%～603%。通过不同河流磷含量的对比，表明秦淮新河作为近城市河流，营养水平介于一般的乡村河流与城市河流之间，并且优势形态磷空间分布带有区域性，表明长三角的城市化对近郊河流的影响是局部的     

通吕运河河滩沉积物重金属及营养元素的季节性特征

城市河道污染物的季节性变化能够反映出人类活动的强度和方式，研究其规律能够有效地进行污染控制。通过对南通通吕运河河滩4个采样区域沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)和重金属含量的分析，研究城市河流的不同污染源段河滩沉积物营养元素和重金属的季节性含量一般特征。结果表明：在位于入江口的1号区域，营养元素和重金属含量的季节变化比较大, TN、TP、OM和重金属在冬季含量较高；在2号区域居民生活污染较多，Cu、Zn含量较高；3号区域受工业污染较为严重，Pb、Cr、Cd含量较高。由于外来污染源较多，2号和3号区域的污染物季节变化无明显规律。在人类污染物较少的4号区域，污染物含量较低，一般表现出冬高夏低的季节变化。TN、TP、OM与金属之间的相关性研究表明：TN和OM的相关性较好，有机质与重金属之间的相关性也较好。总体来看，城市河道的污染状况与人类活动密切相关。     

淀山湖底栖动物群落结构及其与沉积物碳氮磷的关系

2009~2010年对淀山湖底栖动物和沉积物碳氮磷含量进行了季度调查,探讨了它们之间的关系,并对水环境质量进行了评价。共鉴定底栖动物3门5纲17种,优势种为背蚓虫、寡鳃齿吻沙蚕和河蚬,群落密度以前两者为主(占81.2%),生物量以后两者贡献较大(75.0%)。沉积物有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)分别为7.91、1.02和0.79 mg/g,两两间均无相关性。多变量分析显示,淀山湖底栖动物群落物种组成无显著空间差异;多配对非参数检验表明,现存量(密度和生物量)、多样性指数(香浓指数H’、辛普森指数D、丰富度指数d、均匀度指数J)和沉积物碳氮磷中,仅总氮含量存在显著空间差异。相关分析显示,现存量与TN显著正相关,多样性与TP显著负相关,且均不与TOC相关。使用底栖动物Carlander、H’和d指数、ABC曲线及沉积物氮磷相关的指标,评价了淀山湖表层底质的环境质量,总体表明该湖处于中度—严重污染程度或中营养—富营养状态。淀山湖底栖动物总密度及寡毛类密度低、多毛类和河蚬占优的结构特征与该湖为近距离经江通海湖泊及其底泥为有机质含量低的粉砂质粘土有关。     

西苕溪干流水体、悬浮物和表层沉积物中营养盐分布特征与水质评价

了解不同介质的营养盐分布可以全面掌握河流的环境现状。为了调查西苕溪干流的营养盐分布特征和水质现状,沿着干流采集了11个点位的水体、悬浮物和表层沉积物样品,并对水体、悬浮物和表层沉积物中的营养盐特征进行了分析,拟为苕溪流域的水污染防治提供基础数据。研究表明:整个西苕溪干流,水体和沉积物中总氮(TN)和总磷(TP)浓度均存在丰水期明显高于枯水期的季节变化特征,水体中总氮的浓度均超出地表水环境质量Ⅴ类的标准,显示氮污染是西苕溪流域的特点。相关性分析结果表明,悬浮物中的TN和有机质(OM)呈极显著性正相关(r=0.974,p0.01);水体中的TN和悬浮物的各营养盐指标之间的相关性均达到了极显著水平,但沉积物营养盐指标与水体的TN和TP相关性不明显,显示沉积物并不能很好反映流域水质的现状。     

淀山湖沉积物碳、氮、磷分布特征与评价

淀山湖为黄浦江上游水源保护区，为了控制其富营养化趋势，在淀山湖影响区内实施了一系列外源污染控制措施。近年来，淀山湖水质持续改善，但每年仍有不同程度蓝藻水华暴发。为进一步探讨淀山湖水华暴发的机理，本研究对淀山湖沉积物进行了调查研究，分析了沉积物TOC、TN、TP时空分布特征。结果表明：在空间分布上，受来水与北部围网养殖影响及水体自净作用影响，淀山湖沉积物中营养物西北部高，东部低，进水口附近沉积物营养物浓度显著高于湖心及出水口。在垂直分布上，受航道回淤影响，D1与D4样点营养盐垂直分布规律不显著，其它样点均表现出随水深度增加营养盐显著降低的趋势。与20多a前相比，淀山湖沉积物营养盐存在明显的富集作用，沉积物氮、磷含量大幅上升。以有机指数与TP含量进行评价，淀山湖表层沉积物均属于重污染状态，且北部湖区污染程度较高。预测淀山湖外源污染得到控制以后，沉积物中营养物将对水体水质构成威胁     

太湖西北部湖区入湖河流氮磷水质标准修正方案研究

氮磷污染一直是太湖流域的首要污染问题,有效遏制氮磷入湖量的增加是治理太湖的重要任务。然而由于我国现行的地表水环境质量标准(GB3838-2002)中河流和湖泊氮、磷水质标准存在差异,即河流无总氮控制指标、河湖总磷标准不一致的问题,往往造成通过控制入湖河流污染来改善太湖湖泊水质时,湖泊污染物浓度往往达不到治理目标。以太湖西北部湖区及其入湖河流为例,利用BATHTUB模型模拟入湖河流与湖泊TN、TP的关系,推算太湖在满足现行湖泊水质标准中TN和TP各类别目标值的情形下的环境容量并以此环境容量决定入湖河流的水质,进而提出相应的方案进行比选,从而提出太湖入湖河流氮磷水质标准修正方案。结果表明:(1)当太湖入湖河流执行现行河流水质TP标准时,对应湖泊的水质TP超标,并不能达到保护湖泊的目标;(2)当太湖西北部湖区入湖河流TN、TP执行现行湖泊水质标准,对应湖区水质均能达标并且优于目标限值,然而该方案对于污染较为严重的太湖区域的实际参考意义不足;(3)以现行湖泊水质标准TN、TP各类别为目标值反推计算入湖河流水质指标,既能保证湖泊水质达标,又不会使河流水质标准过于严格,因此其结果可作为入湖河流水质标准修正的参考,从而提出太湖入湖河流TN、TP水质标准建议方案。     

鄂北水资源配置工程受水区熊河水库碳氮磷沉积历史重构及源解析

鄂北岗地是国家重要的粮食主产区之一，但该区域也是湖北降水量最少的地区，水质污染严重。为缓解鄂北水资源短缺和污染问题，2015年湖北投资180亿实施了鄂北水资源配置工程，但目前对受水区相关水库的污染现状缺乏了解，对其碳、氮、磷污染历史缺乏认识。选择鄂北典型受水水库——熊河水库，利用沉积物²¹⁰Pb和¹³⁷Cs定年方法建立熊河水库建库以来坝前沉积物样品的年代序列，并结合沉积物理化分析和流域人口、国内生产总值(GDP)和粮食产量的数据，重建了人类活动与经济发展对熊河水库水环境的影响，结果表明在熊河水库采集的34 cm沉积物柱芯(命名为XHS)的沉积历史约66年(1953～2019年),平均沉积速率为0.66 cm/a;沉积物柱芯XHS的总有机碳含量为0.57%～1.56%,总氮含量为0.32～1.84 g/kg,总磷含量为0.97～1.91 g/kg。沉积物柱芯XHS的总有机碳含量与熊河水库流域人口数量、GDP和粮食产量的变化呈显著正相关，总氮与熊河水库流域粮食产量的变化呈显著正相关。沉积柱XHS中TP与Fe/Al-P、Ca-P、IP和OP呈正相关...     

鄱阳湖丰水期不同底质类型下氮、磷含量分析

以2011年7月份(丰水期)鄱阳湖实测数据为基础,通过不同底质在遥感影像上的光谱特征,将鄱阳湖底质分为沙滩、泥滩和草洲3种类型,并就不同底质类型鄱阳湖水体和底泥总氮(TN)、总磷(TP)含量进行分析。结果表明:(1)底质类型不同时,鄱阳湖表层水体TN、TP含量以及底泥磷含量平均值:沙滩泥滩草洲。底泥TN含量平均值:草洲泥滩沙滩。(2)底质为沙滩的站点主要分布在饶河入湖口至都昌段、赣江北支入湖口至星子段和入江水道前段,饶河、赣江高含量氮、磷的输入,以及沿途陆源污染物的排放,可能是沙滩底质表层水体TN、TP含量较高的一个因素;泥滩底质的站点,有一部分分布在星子至湖口段,该区间陆源污染的影响是泥滩底质表层水体TN、TP含量居次原因之一;而底质为草洲时,草洲对水体中氮、磷的吸收使得草洲底质的站点表层水体TN、TP含量最低。     

频率分布法在淀山湖富营养化控制氮、磷基准制定中的应用

水质基准是制定水质标准的重要依据，以淀山湖为例，基于淀山湖25 a来的监测数据，通过数据分析的方法，探讨了在难于找到参照水体情况下水质基准的制定方法。根据淀山湖氮、磷变化趋势，并结合湖泊生态系统特征，初步可将1985～1996年淀山湖水质状态作为淀山湖富营养化控制的氮、磷基准制定参照状态。在参照状态的基础上，结合频率分布法，提出了淀山湖氮、磷的推荐基准值。建议TP的基准值为0080 mg/L。由于TN季节变化明显，TN基准值分为冬春季节与夏秋季节两个时期，建议TN冬春季节基准值为213 mg/L，夏秋季节基准值为077 mg/L。与太湖TP、TN推荐基准值相比，淀山湖推荐基准值高于太湖，综合考虑两个湖泊特征与营养物响应特征，该基准值仍然具有对淀山湖富营养化控制标准的制定具有科学性与指导性     

不同养殖模式池塘沉降颗粒营养物质组成特征

2012年4~10月采用自制沉降颗粒收集装置收集主养草鱼和黄颡鱼池塘生态系统中沉降颗粒物,开展了颗粒物质的垂直沉降量以及沉降颗粒中碳氮磷等营养物质的组成及沉降通量的季节变化特征的研究。结果表明:养殖可以显著提高池塘颗粒物质的垂直沉降量,主养草鱼池塘中颗粒物质垂直沉降量显著高于主养黄颡鱼池塘(p0.01),且两种养殖模式池塘颗粒物质沉降量随着养殖时间推进有显著增加的趋势。主养草鱼的池塘中颗粒物质垂直沉降量在100.39~414.66g/(m2·d)之间变化,平均为224.46g/(m2·d),主养黄颡鱼池塘中沉降颗粒物质垂直沉降量在34.14~272.91g/(m2·d)之间变化,平均为155.18g/(m2·d)。两种养殖模式沉降颗粒的碳氮磷成分在养殖周期内的变化规律不明显但具有相似的变化趋势,主养黄颡鱼池塘沉降颗粒中TN、TC、TOC和TON的含量均比同时期主养草鱼高,且均随着养殖时间的推进,沉降颗粒中碳氮磷的总量呈增加趋势。两种养殖模式池塘沉降颗粒中的C/N比值与沉积物中的C/N比值较为接近,表明沉降颗粒与沉积物营养物质来源具有一定的相似性,同时养殖系统内养殖对象与其所处环境的相互依存和相互影响对颗粒物质的产生以及沉降具有重要作用。     

模拟酸雨对巢湖底泥营养盐和重金属释放及其影响

通过降低巢湖上覆水pH值以模拟限定条件的酸雨,旨在探究模拟酸雨对巢湖底泥营养盐和重金属释放的影响,以期预测酸雨或者酸性废水对湖泊生态系统稳定性的影响。结果表明:模拟酸雨过后上覆水的pH值均有回升,但强酸性模拟酸雨(pH 4.0)的恢复力较差;试验期间水体中的DO大小顺序始终为对照组试验组(pH 5.5)试验组(pH 4.0);模拟酸雨促进了底泥中氮和磷的的释放,且试验组(pH 4.0)上覆水中TN和TP含量显著高于试验组(pH 5.5)(p0.05);弱酸性模拟酸雨条件下以Fe/Al-P释放为主,强酸性模拟酸雨作用下以Ca-P释放为主;对照组的微囊藻生物量显著高于模拟酸雨组,说明模拟酸雨抑制微囊藻生长;pH值、TN、TP和Fe/Al-P均与底泥中四种主要重金属Pb、Zn、Cd和Cu含量显著相关(P0.05),说明酸雨和营养盐均是影响底泥中重金属赋存形态和释放性的重要因子。     

Reference conditions for rivers of the German Baltic Sea catchment: reconstructing nutrient regimes using the model MONERIS

We introduce an approach for establishing reference conditions (RC) for rivers of the German Baltic Sea catchment, based on predictive modelling. An extensive data set of statistics from the year 1880 was coupled with literature data, providing a comprehensive basis for the calculation of regional historical nutrient emissions into rivers, river nutrient concentrations, and nutrient loading into the sea. Four different scenarios were calculated: scenario 1 assumed RC following previously established criteria for lakes (Poikane et al. in Environ Manag 45(6):1286–1298, 2010), scenario 4 applied the nutrient emission conditions of 1880 (considering non-intensive land usage, the presence of tile drainage systems, sewer systems, and the human population from 1880), and scenarios 2 and 3 considered intermediate conditions. Our results showed that nutrient emissions from scenario 1 accounted for approximately one-tenth of the currently observed total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) emissions. The nutrient emissions calculated for 1880 (scenario 4) were found to be 47 % (TN) and 55 % (TP) higher than those calculated considering reference lake conditions (scenario 1). Our results suggest that RC nutrient concentrations in rivers in the German Baltic Sea catchment were clearly below 0.05 mg/l for TP and 1 mg/l for TN. This range is in accordance with historical and calculated pristine nutrient concentrations from other rivers in similar catchments.