沉积物再悬浮对沉水植物生长的影响研究

通过室内模拟实验,研究了沉积物再悬浮对苦草(Vallisneria natans)和马来眼子菜(Potomogeton malaianus)2种沉水植物生长的影响.为期10周的实验发现,有沉积物再悬浮的处理组中,苦草的生物量显著低于对照组中(没有沉积物再悬浮)苦草的生物量;同样,沉积物再悬浮对苦草的分蘖和块茎数也产生了明显的影响;马来眼子菜的生物量和分蘖数同样受到了沉积物再悬浮的影响,但影响程度小于苦草.因此,沉积物再悬浮对沉水植物的生长、繁殖具有的抑制作用,但这种作用因种类不同而有所差异.     

城市排水系统沉积物特性研究

重点阐述了沉积物的来源和组成,沉积物的颗粒粒径、有机物含量(VSS/SS)、颗粒粘性和颗粒密度等物化性质,以及附着于沉积物上的金属污染物的相关特征。其粒度分布范围是D10为1.89～223.21μm,D50为12.38～437.30μm,D90为39.06～1 572.52μm;VSS/SS的范围是1%～38%;密度范围是1.80～2.47 g/cm3。金属污染物主要的附着对象是沉积物中的细小颗粒如生物膜上。以上沉积物性质对于解决排水系统的泥沙淤积问题以及水体污染的控制都具有重要意义。     

静水与流水条件下沉水植物生长对上覆水和沉积物磷迁移的影响

沉水植物生长可有效降低河湖内源磷污染. 为探究沉水植物在静水(v=0 m/s)和流水(v=0.10 m/s)条件下对上覆水和沉积物磷迁移影响,选取苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)为研究对象,测定其生长期间上覆水、沉积物中各形态磷含量和沉水植物生物量,并监测环境因子变化. 结果表明:①苦草和黑藻生长期间上覆水和沉积物中各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持在较低水平. 相同流速下黑藻对上覆水磷的吸收效果优于苦草,苦草能抑制沉积物表面磷释放. ②试验20 d后,苦草和黑藻组上覆水各形态磷浓度显著低于对照组,试验结束时静水苦草组、静水黑藻组、流水苦草组和流水黑藻组上覆水TP(总磷)浓度相比对照组分别下降了0.13、0.15、0.19和0.25 mg/L. 静水条件下沉水植物以降低上覆水中DTP(溶解性总磷)为主,流水条件下以减少DTP和PP(颗粒磷)为主. ③试验结束时,苦草组和黑藻组沉积物TP含量在静水条件下分别下降了91.78、93.25 mg/kg,流水条件下分别下降了83.51、81.03 mg/kg;NaOH-P(NaOH提取磷)含量在静水条件下分别下降了57.76、55.86 mg/kg,流水条件下分别下降了24.52、19.24 mg/kg,沉积物从轻度污染逐步转为未受污染. ④试验50 d,苦草生物量在静水和流水条件下分别增加了353.08和402.03 g,黑藻生物量分别增加了415.00和477.08 g,沉水植物生物增长量在流水条件下显著高于静水组. 研究显示,苦草、黑藻生长均能有效吸收磷,在流水条件下可促进沉水植物生长和磷的吸收,同时改变了上覆水溶解氧(DO)浓度和pH等环境因子,从而影响磷在上覆水和沉积物的迁移及磷形态的转变.      

再悬浮过程中河流底泥PAHs的迁移与释放

利用再悬浮模拟(particle entrainment simulator,PES)装置模拟了河流底泥在受到上层扰动力后的再悬浮过程.结果表明,沉积物性质如粒径组成及PAHs含量对沉积物再悬浮过程中PAHs的释放影响显著.再悬浮过程中上覆水体总悬浮颗粒物(total suspended solids,TSS)含量与颗粒态PAHs之间存在极显著相关关系.切应力对再悬浮过程中PAHs释放的影响体现在两方面.一方面,单位体积的颗粒态PAHs随切应力增大而增大;另一方面,悬浮颗粒上PAHs的富集效应随切应力增大而减弱,是由于切应力强烈导致吸附作用弱的大颗粒进入水体.上覆水体中的PAHs总量在一段时间上升后于120 min或240min趋于稳定,而颗粒态与溶解态之间具有良好响应.高低环PAHs释放行为差异显著,由于中高环PAHs的疏水性,上覆水体中检测到的多为3~4环个体.     

沉水植物对沉积物-水界面环境特征的影响

为明确沉水植物对沉积物-水界面环境特征的影响机制,在采自于太湖草、藻型湖区的沉积物柱状样中种植沉水植物后进行破坏性采样,测定沉积物-水界面以上5 cm上覆水的营养盐含量和沉积物的含水量、中值粒径、w(TOC)、w(TON)、w(TP)、金属元素含量等的垂直分布和氧气侵蚀深度. 结果表明,种植沉水植物对沉积物-水界面环境特征的影响主要为:①显著降低了上覆水中ρ(PO₄3--P)〔草型湖区上覆水由(7.98±1.85)μg/L降至(4.65±1.16)μg/L,藻型湖区上覆水由(7.86±0.84)μg/L降至(4.89±0.48)μg/L〕和草型湖区上覆水中的ρ(DOC)〔由(6.64±0.41)mg/L降至(4.73±0.69)mg/L〕,但没有引起上覆水中ρ(NO₃--N)、ρ(NO₂--N)和ρ(NH₄+-N)的显著差异;②明显提高表层沉积物的含水量,减小草型湖区沉积物表层的中值粒径;③降低草型湖区沉积物表层2 cm内w(TOC)和w(TON),增加草型湖区上层沉积物中w(TP);④明显降低草型湖区沉积物中w(Ca)和w(Mg),但对草、藻型湖区沉积物中的Al,K,Cu,Pb和Zn的含量影响都不明显;⑤藻型湖区沉积物中氧气侵蚀深度由1.6 mm增至3.0 mm,草型湖区沉积物则由3.7 mm增至24.0 mm.      

滇池典型湖区沉积物粒径与重金属分布特征

对滇池3个代表性湖区(草海、湖心区、外海南部)表层(0~10cm)沉积物的粒径组成进行了分析,测试了不同粒径沉积物的主要理化性质和Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Fe、Mn、Cd等8种重金属的质量分数,并对滇池沉积物中重金属质量分数的粒径效应作了校正. 结果表明:滇池表层沉积物粒径主要分布在<250μm的范围内;粉砂(4~<63μm)所占比例最大,平均达到60%;黏土(<4μm)次之,平均占19%. 随着粒径的减小,大部分重金属质量分数在不同粒径的沉积物中呈增加趋势. 重金属在细粒径(<63μm) 沉积物中所占比例平均达79%,显著高于其他粒径(63~<125、125~<250μm). Cr、Cd、Cu、Pb、Zn和Ni具有相似的富集特性,其质量分数高值均出现在粒径为4~<63μm的沉积物中,该粒径沉积物中6种重金属的质量分数分别为土壤背景值的2.04、9.77、4.35、5.11、3.47和4.60倍;而w(Fe)和w(Mn)在各粒径沉积物中无明显差异. 黏土校正结果与不同粒径沉积物黏土校正的理论计算值相差不大. 黏土校正与参比元素校正都适合校正滇池不同粒径沉积物的重金属质量分数.      

扰动对悬浮颗粒物粒径及上覆水中磷形态分布的影响

为了探讨底泥扰动下上覆水中悬浮物粒径分布规律及该分布规律对水体中溶解性形态磷的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物作为实验对象,开展室内模拟实验.结合乌氏粒级标准分析了扰动下的水体中粒径变化情况以及上覆水中不同磷形态的变化规律.结果表明,扰动后的水体中,悬浮物粒径分布发生明显变化,其中小粒径颗粒(0~10μm)、中粒径颗粒(10~20μm)、大粒径颗粒(≥20μm)的平均占比分别升高、降低、不变.说明中小粒径颗粒物质有向大粒径转化的趋势.另外,在磷形态方面,随着粒径分布的周期性变化,DTP/TP、DIP/TP存在同样的周期性上升规律,数据显示DTP、DIP的变化并不明显,这说明扰动导致悬浮颗粒物对于磷的持留能力提高.另一方面,扰动下DTP/TP和DIP/TP平均值分别为19%和13%,其远低于对照实验(80%和69%),说明扰动引起的小粒径聚集与絮凝成大粒径颗粒的现象有利于上覆水中溶解性形态磷的吸附与沉降,并转化成颗粒态磷,进而延缓水体富营养化的发展进程.     

基于CFD-PBM耦合方法的栅条絮凝池内颗粒聚并行为模拟

为探究絮凝池内部颗粒聚并行为的影响因素,采用群体平衡模型(PBM)模拟颗粒聚并行为,通过CFD-PBM耦合方法,研究了絮凝颗粒初始平均粒径和絮凝颗粒体积分数对栅条絮凝池内部颗粒聚并行为的影响,提出了颗粒平均粒径增长率指标来表征CFD-PBM耦合方法下絮凝池内部絮凝效果。结果表明：1)当进口颗粒体积分数为0.1时,随着絮凝颗粒初始平均粒径由10μm增长到76μm,出口处粒径由117.54μm增长到154.82μm,但颗粒平均粒径增长率由1075.4%迅速降低至103.7%;2)在进口颗粒初始粒径为40μm时,随着颗粒体积分数由0.05增长至0.2,出口位置颗粒粒径由127.16μm增加至155.74μm,而平均粒径增长率也随之由208.7%增加至289.4%;3)从整体上来看,当颗粒体积分数从0.05增加到0.1时,平均粒径增长率的变化最快,絮凝效果的提升最为显著。研究结果对于栅条絮凝池的结构设计指导和絮凝效果评价具有重要意义。     

水体氮磷营养负荷对苦草净化能力和光合荧光特性的影响

以沉水植物苦草(Vallisneria natans)为对象,通过室内控制实验,研究营养盐负荷对苦草净化水体氮磷能力的影响;利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究营养盐负荷对苦草光合荧光特性的影响.结果表明,在本实验设置的氮磷浓度范围内(TN≤12 mg·L-1,TP≤1.0 mg·L-1),随营养盐浓度的升高,苦草对水体氮磷的净化能力逐渐增强:在高浓度营养盐组(TN=12 mg·L-1,TP=1.0 mg·L-1),水体氮磷去除率可达95%以上,当铵态氮含量较高时,苦草优先吸收铵态氮;中高浓度营养盐组(TN:8~12 mg·L-1,TP:0.6~1.0 mg·L-1)对苦草叶片Fv/Fm无显著影响;低浓度营养盐组(TN=3 mg·L-1,TP=0.3 mg·L-1)能够提高苦草叶片的Fv/Fm,有利于苦草生长.在本实验条件下,水体氮磷营养盐浓度越高,对苦草叶片的光合活性和光耐受能力抑制作用越明显;随着水体营养盐逐步下降,苦草叶片的光合活性逐渐恢复,捕光能力无明显变化.     

鄱阳湖典型沉水植物刺苦草对不同淹水胁迫的响应特征及对生态修复的启示

沉水植物的生长与繁殖受到湖泊水体水位过程的影响,然而不同的水文过程变化及淹水时长对沉水植物个体适应性特征的影响尚不清晰。选取鄱阳湖典型沉水植物刺苦草作为研究对象,通过设置水位控制中宇宙实验,揭示6种淹水模式下刺苦草个体适应性变化特征。结果表明：长时间高淹水水位胁迫能够显著影响刺苦草的叶片数量、叶长、根长、匍匐茎长度、克隆能力、总生物量等特征。快速涨水以及长时间(>21 d)高水位(>3.5 m)胁迫会导致刺苦草植株叶片的大量凋亡,短时间(<14 d)并降低高水位淹水胁迫,刺苦草可以恢复其正常生长。研究表明,夏季快速涨水及不利水位下较长淹水时长是影响沉水植物刺苦草个体适应性降低的主要因素,可为沉水植物退化的水文过程机制以及科学恢复提供理论参考。     

太湖竺山湾藻华黑水团区沉积物中Fe、S、P的含量及其形态变化

对因藻华大量聚集死亡而造成水体呈强还原环境(DO=0.14 mg.L-1,Eh=-89.3 mV)的黑水团区中Fe-S-P的生物地球化学变化特征进行研究.结果表明,藻细胞残体的沉降使得黑水区沉积物表层有机质含量显著增加;因藻细胞残体的贡献,沉积物表层中Org-P含量急剧增加(比非黑水区多72 mg.kg-1);受较低Eh的影响,沉积物中与Fe结合的磷出现解析,使得黑水区沉积物中活性铁和PO43--P含量增加,黑水区中沉积物间隙水PO43--P要远高于非黑水团区,表明其有向上覆水释放的趋势;造成沉积物中Fe-P含量比非黑水区中的要低.在强还原条件下沉积物中铁的氧化物呈现出由结晶态向无定形态转化的趋势(Dithio-Fe比非黑水区高达30μmol.g-1),从而使得可供生物利用的活性铁含量增加,这为藻华再次发生提供了有利条件.黑水区表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)在初始阶段大量增加,但后期由于形成了H2S气体逸散到水体中其含量反而减少;表层沉积物硫化物含量也呈增加现象(比非黑水区表层沉积物中要高50μmol.g-1).     

溶解氧对水质变化和沉积物吸磷过程的影响

通过室内模拟实验,研究有光和黑暗条件下,富氧和缺氧环境对东太湖沉积物吸收磷酸盐过程的影响.研究结果表明沉积物能够吸收上覆水中高质量浓度的磷酸盐,但吸收量和吸收速度随环境条件的不同而不同;缺氧环境上覆水中的pH高于或略高于相同光照条件下的富氧环境;实验开始的前20d,富氧环境有利于沉积物吸附上覆水中的磷酸盐,并快速达到吸附平衡,缺氧环境则相反;实验开始20d后,有光缺氧组上覆水中磷酸盐质量浓度开始迅速下降,且明显低于其他实验条件;富氧环境沉积物中总磷的增加量高于缺氧环境,其含量顺序为无光富氧＞有光富氧＞有光缺氧＞无光缺氧;溶解氧对沉积物中铁结合态磷和钙结合态磷含量的影响较大,对有机磷含量的影响不大.     

再悬浮作用对长江口潮滩Hg释放影响的实验室模拟研究

利用再悬浮装置研究不同扰动强度、不同盐度下,再悬浮作用对长江口中、低潮滩沉积物中Hg释放的影响.结果表明,在扰动期间,上覆水环境（pH、Eh、DO、TSS等）剧变.在再悬浮实验中,上覆水中HgD（溶解态汞）和HgP（颗粒态汞）含量分别主要集中在0.152～2.657μg.L-1、0.080～2.722μg.L-1范围内.再悬浮作用使得盐度为4.1‰、8.0‰、10.0‰、13.0‰条件下的中潮滩及盐度为13.0‰条件下的低潮滩都发生了汞释放,释放的汞含量为0.053～0.673μg.g-1,但对盐度为4.1‰、8.0‰、10.0‰条件下的低潮滩汞释放影响并不明显,这反映了上覆水盐度对再悬浮中汞释放具有重要影响.同时,也表明再悬浮作用对长江口中、低潮滩的Hg释放影响也有差异,中潮滩表现出了比低潮滩要明显的汞释放.扰动动力为（210±5）r.min-1时能明显增加汞的解吸,从而对汞释放产生影响.     

水分控制下的湿地沉积物氧化还原电位及其对有机碳矿化的影响

为探讨水分与氧化还原电位之间的内在关系及其对沼泽湿地有机碳分解矿化的影响,采用室内培养(25℃,155 d)实验研究了不同水分条件(24%~232%WHC)下三江平原3类湿地(泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸)沉积物氧化还原电位(Eh)变化以及有机碳的矿化特征.结果表明,不同水分条件对湿地沉积物氧化还原电位的影响有较大差异,在低于100%WHC(最大持水量)水分范围时,氧化还原电位随着水分的增加而降低,>100%WHC(至积水2 cm)时,水分含量变化对泥炭沼泽和腐殖质沼泽沉积物氧化还原电位影响作用降低.泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸沉积物有机碳矿化最适宜水分含量存在较大差异,分别为32%、48%和76%~100%WHC.湿地沉积物有机碳矿化速率与氧化还原电位之间存在二次函数关系(p<0.05),在还原态下(Eh值<300 mV),有机碳矿化速率和矿化量随氧化还原电位的升高而升高,在氧化态(Eh值>300 mV)下则逐渐降低.较低的氧化还原电位是三江平原湿地有机碳得以积累的重要原因.     

溶解氧变化对底泥酶活性及微生物多样性的影响

采用室内静态实验考察了溶解氧变化对底泥酶活性影响,同时采用BIOLOG ECO微平板构造了不同溶解氧水平下底泥微生物多样性指数。结果表明:高溶解氧条件下,底泥多酚氧化酶及过氧化物酶活性显著高于缺氧条件及厌氧条件(P<0.01),脱氢酶活性高于背景值;厌氧条件下脱氢酶、脲酶及碱性磷酸酶活性显著高于高溶解氧组、缺氧组及背景值(P<0.05);缺氧条件下硝酸盐还原酶活性显著高于高溶解氧组及厌氧组(P<0.05);蛋白酶活性受溶解氧水平变化的影响较小。BIOLOG ECO微平板法分析表明,溶解氧变化对底泥微生物多样性有不同程度的负面影响,微生物多样性的降低程度从大到小依次为高溶解氧组>厌氧组>缺氧组。主成分分析结果表明:缺氧条件及厌氧条件下,底泥微生物对大分子有机物的利用出现不同程度的降低,相对地,高溶解氧条件下微生物对大分子有机物的利用程度呈现先下降后上升的趋势;高溶解氧组及缺氧组底泥微生物对碳水化合物利用程度升高,厌氧组对碳水化合物利用程度降低。总之,高溶解氧条件更有利于形成底泥有机物完整的代谢循环,提高大分子有机物的利用程度。     

海河沉积物对菲的吸附解吸行为研究

采用北运河坝河断面、海河干流邓善沽断面及葛沽镇断面表层沉积物及南开花园土为吸附剂,以菲为吸附质进行一系列吸附动力学和吸附-解吸平衡实验研究。结果表明,菲在各颗粒物上的吸附动力学过程,在0-4h内基本可达吸附平衡,刚开始吸附速率很快,然后迅速降低,并逐渐稳定;菲在各颗粒物上的等温平衡吸附可用线性等温线方程及Freundlich方程较好的拟合;不同来源颗粒物对菲的吸附能力随颗粒物中有机质含量增加而增强;葛沽镇颗粒物经高温灼烧处理后,其吸附能力明显降低;各天然颗粒物及不同温度灼烧处理的颗粒物对菲的解吸行为存在不同程度的滞后,灼烧颗粒物的滞后性远远大于原颗粒物,颗粒物中的有机质组分及性质对菲的解吸滞后有重要影响     

光照与通气方式对蓝、绿藻竞争生长和磷的水-沉积物界面过程的影响

室内模拟研究了太湖普遍存在的浮游藻类蓝藻(铜绿微囊藻)和绿藻(四尾栅藻)在不同光照和通气条件下的生长过程,以及该过程对水体理化性质以及水-沉积物界面磷交换过程的影响.研究结果表明,实验条件下(光照:2500lx;温度:27℃),蓝藻(铜绿微囊藻)具有绝对的竞争优势,成为水体中优势藻类.铜绿微囊藻在通空气和通氮气条件下均可以生长繁殖,在通氮气条件下需要较长时间的适应期,但达到的最大生物量远高于通空气条件.实验过程中,上覆水可溶性无机磷(DIP)浓度的变化为:无光环境＞有光环境,通氮气环境＞通空气环境,这种变化与有无藻类生长过程密切有关.有光条件下,藻类生长对磷的需求刺激了沉积物中生物可利用磷(AAP)的释放,同时也刺激了沉积物各种不同形态磷之间的相互转化.通氮气条件下,沉积物中磷的释放以Fe-P为主,Ca-P含量有所提高;通空气条件,Fe-P含量变化不大,Ca-P在有光组略有下降,但无光组变化不大;各试验组中有机磷和残渣磷的变化量基本相同;各试验组TP含量的变化不大.     

Responses of chlorophyll fluorescence and nitrogen level of Leymus chinensis seedling to changes of soil moisture and temperature

Controlled experiment of Leymus chinensis seedlings grown in the environmental growth chambers at 3 soil moisture levels and 3 temperature levels was conducted in order to improve the understanding how leaf photosynthetic parameters will respond to climatic change. The results indicated that soil drought and high temperature decreased the photochemical efficiency of photosystem ( Fw/Fm ), the overall photochemical quantum yield of PSIl(yield), the coefficient of photochemical fluorescence quenching(qp), but increased the coefficient of non-photochemical fluorescence quenching( q, ). Severe soil drought would decrease Fv/Fm and yield by 3.12% and 37.04% under 26% condition, respectively, and 6.60% and 73.33% under 32% condition, respectively,suggesting that higher temperature may enhance the negative effects of soil drought. All the soil drought treatments resulted in the decline in leaf nitrogen content. There was no significant effect of temperature on leaf nitrogen level,but higher temperature significantly reduced the root nitrogen content and the ratio of root nitrogen to leaf nitrogen,indicating the different strategies of adaptation to soil drought and temperature. It was also implied that higher temperature would enhance the effect of soil drought on leaf photosynthetic capacity, decrease the adaptability of Leymus chinensis to drought.     

流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.     

低溶解氧状态下河网区不同类型沉积物的氮释放规律

采集浙江温州温瑞塘河河网中4个受不同人类行为干扰的沉积物样品,分别代表受河道上游来水、制革厂排水、建筑垃圾和生活污水排放的影响,研究了低溶解氧(DO)状态下不同类型沉积物各形态氮(N)的释放规律.结果表明,低DO状态下,不同上覆水条件能明显影响沉积物-水系统中N迁移转化.上覆水污染越重越不利于沉积物中N释放,水质改善后易促进沉积物中N的释放.屿田河高营养盐水平的上覆水中的N仍能在扩散作用下进入沉积物,并导致已严重污染的沉积物中总氮(TN)和硝酸盐氮(NO3--N)含量增加,控制河流外源N持续输入利于沉积物污染负荷的降低.低DO状态下各类沉积物中氨氮(NH4+-N)均会释放进入上覆水,而NO3--N则迁至沉积物中,并在反硝化作用下脱离系统.NH4+-N的释放量取决于其在沉积物中的含量.低DO状态下NO3--N释放的风险小于NH4+-N.