Comparison of surface water chemistry and weathering effects of two lake basins in the Changtang Nature Reserve, China

The geochemistry of natural waters in the Changtang Nature Reserve,northern Tibet,can help us understand the geology of catchments,and provide additional insight in surface processes that influence water chemistry such as rock weathering on the Qinghai–Tibet Plateau.However,severe natural conditions are responsible for a lack of scientific data for this area.This study represents the first investigation of the chemical composition of surface waters and weathering effects in two lake basins in the reserve(Lake Dogaicoring Qiangco and Lake Longwei Co).The results indicate that total dissolved solids(TDS)in the two lakes are significantly higher than in other gauged lakes on the Qinghai–Tibet Plateau,reaching 20–40 g/L,and that TDS of the tectonic lake(Lake Dogaicoring Qiangco)is significantly higher than that of the barrier lake(Lake Longwei Co).Na+and Cl-are the dominant ions in the lake waters as well as in the glacier-fed lake inflows,with chemical compositions mainly affected by halite weathering.In contrast,ion contents of inflowing rivers fed by nearby runoff are lower and concentrations of dominant ions are not significant.Evaporite,silicate,and carbonate weathering has relatively equal effects on these rivers.Due to their limited scope,small streams near the lakes are less affected by carbonate than by silicate weathering.     

Effects of physical and chemical characteristics of surface sediments in the formation of shallow lake algae-induced black bloom

Surface sediments are closely related to lake black blooms. The dissolved oxygen （DO） distribution and its penetration depth in surface sediments as well as the migration and transformation of redox sensitive elements such as Fe and S at the sediment-water interface are important factors that could influence the formation of the black bloom. In this study, dredged and undredged sediment cores with different surface properties were used to simulate black blooms in the laboratory. The Micro Profiling System was employed to explore features of the DO and ∑H2S distribution at the sediment-water interface. Physical and chemical characteristics in sediments and pore waters were also analyzed. The results showed that sediment dredging effectively suppressed the black blooms. In the undredged treatment, DO penetration depth was only 50 μm. Fe^2＋ concentrations, ∑H2S concentrations, and ∑H2S production rates were remarkably higher in surface sediments and pore waters compared to control and dredged treatments. Furthermore, depletion of DO and accumulation of Fe^2＋ and ∑H2S in surface sediments and pore waters provided favorable redox environments and necessary material sources for the blooms. The study results proved that physical and chemical characteristics in surface sediments are important factors in the formation of the black bloom, and could provide scientific guidance for emergency treatment and long-term pre-control of black blooms.     

邻苯二甲酸二丁酯在天然水中的生物降解及其颗粒物界面效应

主要研究了邻苯二甲酸二丁酯在天然水体中的生物降解过程和颗粒界面作用对生物降解的加速作用。根据均相和非均相水环境中ＤＢＰ的生物降解模拟实验和理论推导，得出低浓度ＤＢＰ的降解速率与颗粒物浓度可以近似用线性关系表示，并用效应因子表示颗粒物对生物降解速率的影响。     

贵州省六冲关流域大气沉降和地表水化学特征

对比贵州六冲关森林小流域1992─1994年和2001─2005年2个时期穿透水沉降(TF)和地表水的化学组成,以分析大气沉降对森林小流域生物地球化学过程的影响. 结果表明:2001─2004年硫沉降量较1992─1994年有显著下降,但自2005年起硫沉降量又显著增加. 六冲关流域无机氮(尤其是NH₄+-N)沉降量较历史时期显著增加,说明贵阳市大气污染正在由硫酸型向硫酸-硝酸混合型过渡. 长期的大气沉降导致地表水中SO₄2-和NO₃-等阴离子质量浓度的增加,加剧了Ca,Mg和K等营养元素的流失,使地表水的酸中和能力在2002年为负值. 长期观测发现,地表水酸中和能力与穿透水中Ca和Mg的沉降通量密切相关,说明大气沉降已经对六冲关流域的相关生物地球化学过程造成了潜在的影响.      

长江口滨岸排污活动对潮滩营养盐环境地球化学过程的影响

华东师范大学地理系地理信息科学教育部重点实验室,上海200062     

北江流域水化学时空变化及化学风化特征

为了研究我国南方湿润地区河流水化学时空变化特征及控制因素,选择珠江流域第二大水系的北江为研究对象,通过分析2015年6月（汛期）和12月（非汛期）干流和支流河水基本水质参数及主量离子,利用化学计量法及质量守恒法定量评估了自然过程及人类活动共同影响下的流域化学风化特征及其通量.结果表明:①北江河水主量离子浓度非汛期高于汛期.岩石的区域分布和矿山活动构成了河水离子浓度和水化学类型的空间异质性,其中北江干流和支流连江为Ca-HCO₃型,而支流滃江则以Ca-SO₄型为主.②岩石对北江流域化学风化贡献率依次为碳酸岩（78.44%）>硅酸岩（14.43%）>降水源（5.42%）>蒸发岩（1.71%）.基于碳酸岩是北江径流水化学的主要控制因素,滃江流域的矿山开采活动加速了碳酸岩的风化,其对北江流域化学风化的贡献为7%.③汛期与非汛期的碳酸岩风化速率分别为7.49和5.29 t/（km2·月）,年化学风化速率为87.63 t/（km2·a）.研究显示,由于受水热条件、流域面积以及岩性的影响,北江流域年化学风化速率略大于西江流域,远高于东江以及全球流域化学风化平均值,北江对整个珠江流域的风化贡献较大.      

海南岛干季化学风化产物输出及其控制因素

根据2014年1月实测的海南岛昌化江径流化学组成,运用物质平衡法和相关分析法估算化学径流组成的来源和控制因素,探讨流域化学风化产物HCO_3~-和溶解性硅(DSi)的输出及生态环境意义。结果表明昌化江流域水体呈中偏弱碱性,化学径流组成阴离子以HCO_3~-为主,阳离子以Ca~(2+)、Na~+为主。其中,77.30%的离子源于流域内硅酸盐岩的化学风化,1.38%的离子来源于碳酸盐岩风化,大气沉降对化学径流的贡献为5.45%,人类活动对干、支流化学径流的贡献分别为15.90%与21.04%,差异显著(P0.01)。地貌条件、岩性及径流深度是影响流域化学径流组成的关键因素。昌化江流域干季输入南海的HCO_3~-和DSi量分别为2.12×10~8 mol、1.38×10~8 mol,是南海海洋生态系统初级生产力的主要物质来源之一,在南海生态系统物质循环预算中不可忽视。     

东江流域化学风化对大气CO2的吸收

对东江化学径流进行分析,使用质量平衡法和扣除法估算了流域化学风化对大气CO2的吸收通量.结果表明,东江水体的总溶解性固体(TDS)含量均值(59.88 mg·L-1)远低于世界河流均值(100 mg·L-1);离子组成以Ca2、Na+和HCO3-为主,可溶性Si次之,径流对总溶解固体的稀释效应由于受人类活动影响表现得并不明显.东江化学径流组成主要源自硅酸盐矿物的化学风化过程的贡献(72.46％～81.54％),其次为海盐贡献(17.65％～26.05％),碳酸盐矿物的贡献很少(0.81％ ～3.87％);大气CO2是流域内岩石化学风化的主要侵蚀介质,但H2SO4和HNO3的作用也不可忽视;东江流域岩石化学风化过程对大气CO2的消耗通量(3.02～3.08) x105 mol·km-2·a-1高于全球平均值,是全球岩石风化碳汇的一个重要组成部分.     

疏勒河上游地表水水化学主离子特征及其控制因素

在系统收集了疏勒河流域上游河水、地下水、降水和冰雪融水水样的基础上,综合运用描述性统计、Gibbs图和Piper阴阳离子三角图等方法,对疏勒河上游地表水中主离子组成特征及其控制因素进行了分析.结果表明,流域内不同水体(大气降水、河水和地下水)之间的主离子组成以及水化学类型差异显著.河水TDS的变化范围为51.7~432.3 mg·L-1,平均值为177.7 mg·L-1;河水中阳离子Ca2+、Mg2+的百分比为45%和31%,优势阴离子为HCO-3,占阴离子总量的75%,河水的水化学类型主要为HCO-3-Ca2+-Mg2+型;河水中主离子浓度值介于大气降水和地下水之间,并且十分接近地下水浓度,说明地表水同时受大气降水和地下水补给并主要依靠地下水补给;地表水样品的水化学组成落在Gibbs分布模型的中翼偏左端,表明研究区的水化学离子组成受到岩石风化作用和蒸发结晶作用的共同影响,且岩石风化作用对水化学离子组成的影响更加显著.     

杭州湾及邻近海域表层沉积物重金属的分布、来源及评价

根据1996—2012年期间杭州湾及其邻近海域春季调查资料,研究了表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As 6种重金属含量的时空分布特征,探讨了其影响机理,并对其来源及潜在生态风险进行了分析.结果表明:杭州湾及其邻近海域表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、As 5种重金属主体上呈现出以南汇嘴附近海域为高值区,向东北部和西南部海域逐渐递减的趋势;Hg在长江口南支入海口和杭州湾口北岸未呈现出明显的高值区,在舟山东南海域出现了明显的高值区.历史变化趋势表明,自1996年以来,杭州湾及其邻近海域表层沉积物中Pb含量总体呈上升趋势;Cu、Zn、As含量在2001—2009年期间均表现出了上升趋势,2009年以来总体呈下降趋势;Cd、Hg含量有一定波动但总体保持稳定.基于历史数据统计法确定的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的环境背景值分别为20.6、21.0、80.5、0.102、0.039、9.99 mg·kg~(-1).各金属元素两两之间基本呈显著正相关(p0.05或p0.01),来源具有相似性.主成分分析表明,陆源碎屑颗粒的输送对研究区域表层沉积物中重金属的组成和分布具有决定性的意义,同时,重金属在不同介质间转换机制及海水养殖污染对沉积物重金属来源也有一定贡献.表层沉积物总体潜在风险为中等,Hg和Cd是主要生态风险贡献因子,其中,Hg的潜在生态风险程度为强.RI相对高值区分布在舟山东南海域、长江南支入海口及杭州湾口北岸.     

特大城市河流表层沉积物磷形态分布及有效性:以成都市为例

为研究河流沉积物内源污染与人类活动的响应关系,采集成都市内33个点位的河流表层沉积物,采用SMT和DGT方法监测沉积物中各形态磷及生物有效性磷含量,结合多元统计方法分析其空间分布特征,计算沉积物及其孔隙水中有效态磷的释放通量.结果表明,成都市河流表层沉积物各形态磷存在空间差异性;成都市河流表层沉积物TP的平均含量为1 132.41 mg·kg~(-1),高于成都市土壤背景值365.00 mg·kg~(-1),Ca-P为最主要磷形态,平均占TP的70.58%;研究区域可划分为3类,第1、3类的磷形态结构差异大,而第2类小,且第1、3类各形态磷含量普遍高于第2类;ω(DGT-P)分别与水体ω(DTP)、具有生物有效性的ω(Fe/Al-P)和ω(OP)均有良好的相关性,DGT技术可作为快速原位检测沉积物生物有效磷含量的可靠方法;有效态磷释放量较高的为N8 W11 N2,分别为20.05、17.13、14.79 mg·(m2·d)-1,其释放能力与人类活动密切相关.     

柘林湾表层沉积物中有机氯农药的分布特征及生态风险评价

考察了柘林湾11个位点表层沉积物中20种有机氯农药含量分布及污染状况,采用风险商RQ和NOAA的SQG沉积物质量标准评价了沉积物中OCPs的生态风险和各位点的综合生态风险,初步分析了沉积物中HCHs、DDTs的来源以及沉积物中OCPs与沉积物性质参数的相关性.结果表明,柘林湾沉积物中DDTs的含量较高,尤其是p,p'-DDD,沉积物中DDTs含量超出中国海洋沉积物质量标准;沉积物中ΣOCPs的浓度在14.14~306.88 ng·g-1之间,平均值为78.37 ng·g~(-1),其中S8位点的ΣOCPs含量最高.p,p'-DDD、p,p'-DDT在多数研究位点具有必然的不利生物效应和高度生态风险,S8、S10位点处于强影响生态风险状态.柘林湾沉积物中HCHs主要来源于林丹类农药的使用;S1、S2、S10、S11位点均有近期的DDTs输入,其它位点DDTs主要来自早期残留或施用农药长期风化后的沉积物.沉积物中HCHs、硫丹、氯丹、狄氏剂之间存在极显著正相关性,它们与沉积物TOC间存在负相关,TOC的存在促进了生物降解;p,p'-DDD与Ca的明显正相关揭示了早期施用DDT随生物碳酸盐沉积;沉积物中颗粒物逐渐增大不利于OCPs在沉积物中的积累和富集.     

连云港海州湾海域表层水体和沉积物中微塑料的分布特征

近年来,微塑料成为国内外广泛关注的新型海洋污染物,海湾作为人类在海岸环境中的主要活动地区,一直是海洋污染物聚集地,但我国对近岸大部分中小型海湾环境中微塑料的分布状况仍鲜见报道.为了解我国近岸中小型海湾的微塑料污染特征,本研究以江苏省海州湾海域表层海水和沉积物中采集的微塑料为样本,通过定性和定量方法研究了表层水和沉积物中微塑料主要类型和丰度及空间分布特征.结果表明,海州湾表层水体和沉积物中的微塑料丰度分别为(2.60±1.40)个·m~(-3)和(0.33±0.26)个·g~(-1),在国内近岸环境(表层水0.33～545.00个·m~(-3),沉积物0.07～2.58个·g~(-1))中,海州湾表层水中的微塑料丰度处于较低水平,但沉积物中的微塑料处于较高水平.塑料污染物的粒径大小在水体中分布范围为0.08～13.48 mm,其中,微塑料(粒径5 mm)占91.8%,塑料污染物在沉积物中粒径的分布范围为0.04～14.74 mm,微塑料占91.4%,水体和沉积物中60%以上的微塑料粒径小于2.00 mm.海州湾海域微塑料的形态以纤维状为主,占92%;颜色以蓝色和黑色为主,占70%;材质以人造纤维和PET为主,占79.4%.表层水中微塑料的分布与悬浮物浓度分布具有显著的相关性(P0.05),沉积物中微塑料的分布受多方面因素影响,其分布规律与表层水中微塑料的分布以及沉积物中粒径的分布都具有较大差异性.通过对微塑料的形态特征以及成分组成的分析表明,海州湾的微塑料主要来源于海水养殖和沿岸陆源输入.     

清水江流域岩石风化特征及其碳汇效应

岩石风化产生的碳汇是全球碳循环的重要组成部分,文中对清水江流域主要离子组成进行分析测定,通过主成分分析、化学物质平衡法和扣除法估算流域岩石风化速率及对大气CO_2的消耗量.结果表明,流域河水溶质主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,并以碳酸盐岩风化为主.碳酸盐、硅酸盐、大气CO_2对河水溶质的贡献率分别为58.28%、17.38%、17.74%.流域岩石化学风化速率为109.97 t·(km~2·a)~(-1),与乌江接近,高于全球流域均值.流域岩石风化对大气CO_2的消耗通量为7.25×10~5mol·(km~2·a)~(-1),岩石风化对大气CO_2的消耗量为12.45×10~9mol·a~(-1),其中,碳酸盐岩风化消耗量占63.13%,为7.86×10~9mol·a~(-1),硅酸盐岩风化消耗量占36.87%,为4.59×10~9mol·a~(-1).SO_4~(2-)、F~-、NO_3~-的相关分析及空间分布特征表明,人为活动对清水江流域河水溶质的影响不容忽视,其贡献率为4.87%.     

三江平原典型灌区井灌地下水中铁的随水迁移特征

以三江平原典型水稻灌区———黑龙江省农垦总局建三江分局为例,系统调查了该区地下水的铁含量特征,并具体分析了铁通过井灌从地下水进入晒水池、稻田,再通过排水进入多等级沟渠系统的季节迁移过程及铁在相应沉积物或土壤中的分布特征.结果表明,研究区地下水总铁质量浓度为(1.73±0.41)mg.L-1,最大值为11.4 mg.L-1,最小值0.01 mg.L-1,变异系数1.29%.根据2010年水稻种植面积和当地实行的每亩额定灌水量推算,从地下进入稻田和其它地表水体中的铁可达4 976.40 t.溶解性Fe2+、溶解性Fe3+、溶解性铁和总铁都具有明显的季节变化(6、7月较高),且沿水流方向以稻田积水中的含量较高.晒水池和稻田对地下水铁的富集效应明显,二者的总铁质量浓度分别达到地下水的6.17和21.65倍.晒水池沉积物的总铁含量显著高于稻田、农渠和干渠(浓江河).不同氧化铁形态中,仍以晒水池沉积物中各形态铁氧化物的含量较高,而稻田土壤、农渠和干渠沉积物之间没有显著性差异.三江平原典型灌区地下水中的铁通过井灌进入地表水体中,大部分被蓄积在晒水池和稻田中,仅有少部分随稻田退水进入沟渠网,并逐级沉淀在稻田和沟渠沉积物中.铁在随水迁移过程中除了总量变化外,还伴随着种类和形态的转化,这些变化直接受水稻灌溉管理方式的影响,具有明显的季节特征.长期井灌或将导致铁在稻田土壤和沟渠沉积物中的富集,具有潜在的污染风险.     

成都市地表水天然水化学变化特征及影响因素

为揭示大型城市对地表水天然水化学的影响,于2019年春开始对长江上游岷、沱江流域成都段河流进行了每月采样监测,同时采集成都市57个污水处理厂进出口水样,测试所有样品的主要离子等水化学参数,并与搜集的历史岷、沱江数据对比.结果表明,成都地表水天然水化学目前仍是中-低矿化度水,水化学类型为重碳酸盐钙组水,是流域碳酸盐岩风化作用决定的天然水化学特征,同时受硅酸盐和蒸发岩风化的影响.成都地表水天然水化学表现出明显的月变化特征,即枯水期主要离子和矿化度质量浓度高而丰水期质量浓度低,反映出点源影响特征;空间上城市下游主要离子和矿化度高于城市上游,而且支流流域高于干流流域,反映出明显的城市影响.模拟计算等进一步分析显示,城市活动是成都地表水天然水化学变化的主要驱动因素,表现在污水排放对水体Cl^-和Na⁺升高的显著贡献,和人为酸性气体排放导致的水体总硬度/碱度>1.对比岷、沱江20世纪60年代天然水化学数据说明,目前水体Cl^-/Na⁺比已显著升高,尽管水体尚未出现天然水化学性质的根本变化,但已表现出一定的盐渍化趋势.作为距长江源头最近的特大型城市,成都市对长江水系天然水化学的影响及其环境效应值得进一步关注.     

我国北方小流域硫酸参与碳酸盐矿物化学风化过程研究

硫酸参与碳酸盐岩的风化机制及与区域碳循环的关系是全球气候变化研究的重要课题.选择我国北方小流域(沁河)为研究对象,结合水化学及溶解性无机碳碳同位素组成,通过化学计算法,分析了河水溶解性组分的来源及混入比例,验证了硫酸参与区域碳酸盐的风化过程.结果表明:河水阳离子以Ca2+和Mg2+为主,阴离子以HCO-3和SO2-4为主;沁河流域碳酸盐岩风化、大气输入及蒸发盐溶解对河水阳离子贡献较大,平均比例分别为48.5%、35.3%和14.1%,硅酸盐风化和人为输入贡献比例较小,平均比例分别为1.7%和0.6%;沁河流域碳酸盐类、硅酸盐类及蒸发盐类风化速率分别为8.41、0.07和2.43 t·km-2·a-1,碳酸盐和硅酸盐矿物风化CO2消耗量分别为1.43×105mol·km-2·a-1和0.03×105mol·km-2·a-1;沁河流域硫酸参与碳酸盐风化产生的CO2净释放量为0.63×105mol·km-2·a-1,小于我国南方喀斯特地区CO2净释放量,可能与不同的气候条件及硫化物赋存条件和含量等有关.     

秦淮河干流沉积物磷形态沿程分布特征

应用化学连续提取法,分析了秦淮河干流14个表层沉积物样品的磷形态沿程变化特征及其影响因素.结果发现,秦淮河干流由上游至南京市区段,随城市化程度的提高,河流沉积物总磷和各种形态磷沿程增加的趋势十分明显.Ca-P和Fe-P平均含量分别占TP的26.8%和25.7%,是主要的磷形态.易吸附态磷(L-P)在TP中的比例最低,但在城区由于TP的高度富集,其含量均超过15 mg·kg-1.沉积物中的总磷含量在城区河段显著增加,但只有很少部分转化为稳定形态的磷,人口密集区生活污水等各种来源排放的磷仍然深刻影响着城市河流的水环境质量.随城市化程度的提高,秦淮河中下游沉积物样品中钙富集的趋势明显,与之相对应的是沉积物Ca-P含量均超过200 mg·kg-1,相关分析和通径分析结果表明,二者之间存在成因上的联系.钙的富集提高了沉积物的固磷能力,将上覆水体中的磷转化为钙结合态磷.城区河流沉积物中钙含量的升高,对于河流生态系统磷的迁移转化有重要影响.     

蓝藻越冬期湖湾沉积物磷吸附特征和释放风险

越冬过程是蓝藻暴发的前置阶段,该时期沉积物内源磷是蓝藻水华发生的主要磷源之一.在调查藻型湖湾蓝藻越冬两个时期(休眠期和复苏期)水质和沉积物污染物指标的基础上,进一步分析了水平和垂直方向上沉积物磷吸附特征,阐明沉积物磷释放风险及微生物群落结构变化.结果表明,研究区域两个时期湖湾基本为中度富营养水平,并且水质和沉积物氮磷污...     

湿热流域化学风化与水化学组成季节变化——以西枝江流域为例

为研究湿热中小流域岩石化学风化与化学径流组成的关系，选取硅酸盐岩为主的东江一级支流西枝江流域，分别于2011年1月和7月采集干流和支流水样品并测量其化学组成，运用图解法和正演模型对西枝江流域水化学组成进行分析和定量计算。结果表明，Na⁺和HCO₃^-为西枝江流域水体的主要阳离子和阴离子，两者分别占总阳离子和总阴离子的55%以上。硅酸盐矿物的化学风化对水体阳离子的贡献最大（45.8%），其次是人类活动和碳酸盐矿物风化的贡献（分别是24.7%和22.0%），大气输入对阳离子的贡献相对较少（7.5%）。受碳酸盐矿物风化和人类活动影响较大的支流水化学组成季节变化较大，受硅酸盐矿物化学风化影响的河流水化学组成季节变化不明显。西枝江流域硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化速率分别是8.27和56.95 t/（km²·a），二者化学风化对大气CO₂的消耗速率分别为0.80×10⁵和8.52×10⁵ mol/（km²·a）。