长江中下游湖泊沉积物理化性质研究

对长江中下游洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、太湖、月湖和玄武湖6个湖泊中的20个沉积物样品进行了理化性质分析,在此基础上探讨了沉积物各理化性质间的相关关系.研究结果表明长江中下游沉积物的总磷含量为307.43～1 454.39 mg/kg,阳离子交换量为0.086 1～0.252 8 mmol/g,有机质总量为0.25%～7.38%,有机质组分以胡敏素为主;沉积物的颗粒组成以粉砂粒级和粘粒级为主,占64%～98%,粉砂粒级占50%～70%;粘土矿物以伊利石/蒙脱石混层为主,其次是伊利石、绿泥石和高岭石;沉积物中主要的氧化物为SiO2,Al2O3和Fe2O3,变化较大的成分为SiO2,Al2O3和Fe2O3,MnO和CaO变化不大,TiO2基本没有变化.在长江中下游地区不同湖泊中沉积物的理化性质存在较大差异,且与湖泊污染程度密切相关.沉积物中细颗粒越多,有机质含量越高,阳离子交换量越大,铁铝氧化物含量越高的湖泊,其总磷含量也就越高.     

长江中下游平原三个湖泊表层沉积物对磷的吸附特征

以长江中下游太湖、巢湖和龙感湖等3个湖泊表层沉积物(0～1cm)为对象,研究了不同沉积物对湖水中磷的吸附特性,并探讨了沉积物表面特性和化学组分等因素对磷的吸附行为的影响.结果表明:表层沉积物对磷的吸附作用主要发生在快吸附过程的前1～2h之内;湖泊表层沉积物对磷的吸附基本符合修正后的Langmuir型等温方程,不同采样点的表层沉积物中本底磷吸附量(QNAP)以及磷饱和吸附量(Qmax)差别显著,与采样点所处环境条件有很大关系.同时,沉积物的饱和吸附量与比表面积、活性铁、铝含量和有机质含量有较好的正相关性,相关系数分别为0 92,0 98,0 78和0 96;活性铁、铝含量与有机质含量之间也有较好的正相关性;颗粒物Zeta电位在一定程度上影响沉积物对磷的吸附能力.     

长江中下游浅水湖沉积物对磷的吸附特征--吸附等温线和吸附/解吸平衡质量浓度

研究了长江中下游几个浅水湖泊表层沉积物磷吸附等温线和沉积物对磷的吸附/解吸平衡质量浓度.结果表明沉积物对磷的吸附等温线同时符合Langmuir模型和Freundlich模型.据Langmuir模型计算,沉积物对磷的吸附容量为0.122～0.893 mg/g,且吸附容量与Al2O3,TFe2O3和有机磷(O-P)的含量均有较好的正相关关系.沉积物对磷的吸附存在吸附/解吸平衡点,不同沉积物在该点质量浓度为0.02～0.45 mg/L,有较大差异.该值与沉积物中总磷及无机磷有很好的正相关关系,与铁/铝磷及有机磷和有机质含量也有较好的正相关关系,而与钙磷及氧化钙只有较弱的正相关关系.结果还表明富营养化严重的湖泊,沉积物有向上覆水释放磷的趋势.     

长江中下游浅水湖泊水下辐照度漫射衰减特征研究

基于2007年9月底和10月初在湖北武汉东湖、梁子湖、洪湖以及2010年4月在昆山市傀儡湖进行的水下光场测定数据,分析了4个湖泊漫射衰减系数变化特征及其主导因素.在东湖和傀儡湖各站点水体主要光学因子变化不大,梁子湖和洪湖由于具有草型和藻型湖区,所以各因子在不同点位变化较大.通过对透明度和各光衰减因子的回归分析可知,无机颗粒物是影响东湖和傀儡湖透明度的主要因子,而梁子湖和洪湖透明度则受无机和有机颗粒物的共同制约.4个湖泊的光谱漫射衰减系数最低值均出现在580 nm处,在675 nm处各点均具有相应的叶绿素a的特征吸收峰,在叶绿素a浓度较低站点衰减峰相对不明显.东湖平均真光层深度小于湖体平均深度,在目前的光场条件下沉水植物很难生长,而在梁子湖、洪湖和傀儡湖其真光层深度均超过了水深,为沉水植物的生长提供了良好的水下光环境.对PAR衰减与各衰减因子进行回归分析发现,在东湖、傀儡湖主导PAR衰减的是无机颗粒物,梁子湖和洪湖PAR衰减受到无机颗粒物、有机颗粒物和叶绿素a的共同作用.颗粒物特征波长750 nm处的光束衰减系数与PAR漫射衰减系数存在显著正相关,说明颗粒物散射显著贡献水下光辐射漫射衰减.研究结果有助于指导浅水湖泊水下光场条件改善和沉水植物恢复.     

长江中下游浅水湖泊紫外辐射的衰减

基于对长江中下游22个浅水湖泊有色可溶性有机物吸收的测量,运用经验模式估算了紫外辐射(UV-B、UV-A)在长江中下游湖泊的衰减及对应的穿透深度,并利用在武汉东湖实测的紫外辐射衰减进行了检验.结果表明,UV-B波段的320nm和UV-A波段的380nm衰减系数变化范围分别为2.05～21.00m^-1,1.07～12.85m^-1,对应的1%穿透深度分别为0.22～2.25m,0.36～4.29m.估算得到的紫外辐射衰减系数与DOC浓度均存在显著性正相关,但UV-B波段要高于UV-A波段.武汉东湖实测的紫外辐射衰减检验发现,基于CDOM吸收系数估算UV-B辐射衰减较为精确,而由于浮游植物吸收和悬浮物散射等影响对UV-A波段估算精度则明显下降.     

长江中下游浅水湖泊沉积物中磷的形态及其与水相磷的关系

研究了长江中下游22个不同生态类型的浅水湖泊表层沉积物中磷的地球化学形态及水相磷含量等水质特征.对沉积物中磷形态的连续提取分析发现,自然粒度下,绝大部分湖泊的沉积物中90%以上的磷是以生物较难利用的形态存在的,活性磷所占比例很小.而在严重污染的城市湖泊中,活性磷含量则可以占到总磷的35%以上.沉积物中活性磷含量的高低与总磷含量并不一致.水草的存在对水相磷含量及沉积物中磷的活性都有显著的影响.水相磷的含量与沉积物中交换态磷的含量、沉积物铁磷比有显著的相关关系.研究表明,沉积物地球化学性质、水体营养盐含量及浅水湖泊生态类型之间存在复杂而密切的联系.     

环境因子对浅水湖泊沉积物中磷释放的影响

介绍了湖泊沉积物中磷的存在形态和释放机理,并对影响沉积物中磷的释放的各种因素进行了分析.主要分析了温度,pH值,溶解氧,沉积物的组成,光照和水动力的影响,认为影响释放的主导因素因地而异;认为沉积物-间隙水-上覆水三界面的磷的释放应作为一个整体来研究.     

长江中下游浅水湖泊沉积物固定态铵特征及影响因素

研究了长江中下游浅水湖泊10个沉积物对氨氮固定的动力学和热力学特征,沉积物固定态铵含量与其理化参数的相关关系.结果表明:①湖泊沉积物对氨氮的固定具有相似的变化趋势,总体上均具有快反应和慢反应2个过程.在0～10 min内,各沉积物对氨氮的固定量均较大,快反应主要发生在前10 min内.而在10 min之后,沉积物对氨氮的固定量逐渐减小,12 h后基本达到平衡.②湖泊沉积物对氨氮固定的热力学等温线符合Langmuir方程.10个沉积物的本底固定态铵含量(w(NFN))、最大固铵量(Q_max)和固铵容量(w(NFN)+Q_max)分别为157.73～462.74,35.58～348.45和201.17～748.94 mg/kg.③湖泊沉积物的本底固定态铵含量、最大固铵量均与固铵容量有极显著正相关关系.本底固定态铵含量与TN,TP,TOC,粘粒,Fe₂O₃含量及CEC有显著或极显著正相关关系;固铵容量与TN,TP,TOC含量和CEC有显著正相关关系;最大固铵速率与Fe₂O₃含量有显著正相关关系;最大固铵量与沉积物理化性质相关性较差.      

本底吸附物对长江沉积物磷吸附容量的影响

分别选取三峡大坝上游寸滩河段和下游武汉河段沉积物,用不同浓度（0~3 mol/L）的HCl对沉积物进行清洗,降低本底吸附w（P）、w（Fe）、w（Al）、w（Ca）及w（OM）（OM为有机质）,通过测定沉积物的P平衡吸附量,研究长江沉积物上本底吸附物对P吸附容量的影响.结果表明:① 经稀HCl清洗后,两种沉积物的w（Ca）、w（OM）、w（P）均显著减少,沉积物的P平衡吸附量随之减少,而w（Fe）、w（Al）则没有明显变化,同时,沉积物对P的平衡吸附量、沉积物中w（TP）均与本底w（Ca）、w（OM）呈显著正相关（P < 0.05）,因此长江沉积物对P的吸附容量的主要影响因素为本底吸附OM和Ca;② 三峡库区内沉积物中w（OM）及w（Ca）较高,二者分别为72.64、63.52 mg/g,三峡大坝下游武汉段沉积物中则相对偏低,二者分别为52.20、45.03 mg/g,说明库区沉积物的P吸附容量明显大于大坝下游沉积物,在三峡水库运行前期,沉积物的P吸附量将逐渐增加,成为三峡水库运行后期富营养化的潜在內源.      

水体中Ca2+湖泊沉积物磷吸附特征的影响

对于高钙质湖泊来说,水体中钙离子对沉积物磷吸附特征影响非常重要.文章选取北方典型湖泊沉积物进行了吸附实验并通过Langmuir等温吸附模型线性拟合,研究了沉积物的等温吸附特性及水溶液中钙离子浓度对沉积物吸附的影响.沉积物最大吸附量(Qmax)在208.77～450.45 g/kg之间.Qmax与沉积物中Fe和Al的含量...     

黄河中下游沉积物对磷酸盐的吸附特征

研究了黄河中下游12个沉积物的临界磷平衡浓度(EPCo),以此判断沉积物是磷"源"还是磷"汇".用修改后的Langmuir 等温吸附模型对吸附实验数据进行了拟合.结果得到最大吸附容量(PAC).Langrnuir吸附平衡常数(k).利用所得拟合参数通过公式计算方法得到EPC0、原有交换态磷(NAP)以及固·液分配系数Kp值并考察了环境因子(pH、离子强度)对吸附作用的影响·沉积物的EPCo均大于上覆水体中的磷浓度,沉积物有向上覆水体释放磷的能力.吸附容量与总有机碳(TOC)含量有较好的正相关关系.pH<6.0,沉积物释放磷并且随着pH增大吸附量增加很快;69.7.吸附量略有增高.随着Ca2 离子强度的增加,沉积物对磷的吸附量减小.     

长江中下游湖泊水体氮磷比时空变化特征及其影响因素

为弄清长江中下游浅水湖泊水体氮磷比(TN/TP)对湖泊富营养化状况及水系连通性的指示意义,对该区域26个湖泊开展了春、夏两季的水质调查,比较了不同水文、水质状况湖泊之间TN/TP差异,探讨了影响湖泊TN/TP的主要因素.结果发现,长江中下游湖泊TN/TP存在较大的时空差异性,春季TN/TP平均值为21.52±14.28,过水性湖泊、深水湖泊以及富营养化湖泊3种类型水体中,富营养化湖泊的TN/TP较低,为14.38±7.40,深水湖泊的TN/TP最高,为40.97±33.37;夏季调查湖库的TN/TP平均值为21.73±23.78,其中深水湖泊的TN/TP仍为最高,达96.38±45.91,富营养化湖泊的TN/TP仍为最低,达10.91±4.44.春、夏相比,过水性湖泊和深水湖泊夏季的TN/TP显著上升,而富营养化湖泊却明显下降,且降幅随富营养化程度升高而加大.相关性分析发现,无论是春季还是夏季,湖泊TN/TP都与水体深度显著正相关.此外,湖泊富营养化程度越高,TN/TP与浮游植物生物量的关系就越弱,富营养化程度越低,TN/TP越高,磷对浮游植物生长的限制越明显.研究表明,长江中下游湖泊...     

长江中游沉积物中多溴联苯醚的污染特征及风险评价

多溴联苯醚(PBDEs)具有高毒性和生物累积性,进入水体后易与有机质相结合,成为PBDEs污染物的重要归宿,对人类健康和水生生态系统造成潜在的危险.为揭示多溴联苯醚(PBDEs)在长江中游流域的污染现状,通过采集该地区流域内13个表层沉积物样品,采用高分辨气相色谱/高分辨质谱法(HRGC/HRMS)对沉积物中9种PBDEs同类物进行分析.结果表明该地区沉积物中9种PBDEs的含量范围(干重)约为46.1~326 pg·g~(-1),而BDE-99是其中最主要的贡献单体,平均贡献率约为51.6%;其次是BDE-47,约为19.6%.与国内外其他海域的研究相比,长江中游沉积物中PBDEs残留量处于较低水平.通过测定沉积物中总有机碳(TOC),研究结果发现PBDEs含量与TOC无明显的正相关关系.结合商值法对PBDEs的健康风险进行初步评估,结果表明,本研究中PBDEs对人体产生的健康风险较小.     

长江中下游环境DNA宏条形码生物多样性检测技术初步研究

长江生物多样性在人为影响下面临严重威胁,物种监测是生物多样性保护的基础,为完善长江水生态监测体系,实现高效无损伤的物种监测,在长江中下游干流3个江段（新滩、安庆和芜湖）采集水样,建立长江水样环境DNA宏条形码物种检测体系并评估其有效性.结果表明:①长江中下游环境DNA宏条形码检测到32个物种,包括20种鱼类、1种水生哺乳动物（长江江豚）和11种陆生动物,其中鱼类物种包括鲤形目、鲇形目、鲈形目和鲱形目,其种数占鱼类总种数的比例分别为60%、25%、10%和5%.②长江中下游渔获物中资源量居首位的鲤形目在环境DNA调查中序列数最多,占鱼类总序列的96.2%,其次为鲱形目（占比为3.5%）,鲇形目和鲈形目占比较低,分别为0.2%和0.1%,4个类目序列相对丰度与渔获物种资源量组成差异较大.③环境DNA调查次数约占传统渔获物调查次数的几十至几百分之一,采样时间不足努力量最少的渔获物调查的1%,检测到的鱼类种数为传统调查总数的31%~49%.④安庆采样点位于长江中下游长江江豚密度最高的江段,其环境DNA检出率和序列相对丰度在3个采样点中均最高.研究显示:长江水样环境DNA包含水陆复合生态系统的生物多样性信息,利用水样环境DNA宏条形码可检测不同类群的水生和陆生物种;对于鱼类物种检测,环境DNA宏条形码比传统调查方法效率更高,可对传统调查结果进行补充;环境DNA宏条形码生物多样性检测主要受分子标记体系和核酸序列数据库限制,获取全面的物种多样性和资源量信息需要对检测分析方法进行进一步完善.      

长江下游不同源沉积物中重金属特征及生态风险

不同来源沉积物中重金属的污染特性差异明显,影响了它们的危害程度.采集长江下游市政、矿山、工业及港口来源的沉积物,并用ICP-AES测定常量元素.原子吸收光谱测定Cu、Zn、Pb,Cd、Cr 5种重金属.结果表明,重金属在市政来源中含量中等且分布相对均匀,矿山来源的以Cu、Pb为主.工业来源的金属含量均较高,港口来源Cd的含量最高.重金属均有一定的富集,尤其是Cd的富集系数,最高达到7.3.通过重金属与常量元素的主成分分析研究了沉积物中重金属的来源,发现市政来源的重金属主要来自雨水冲刷城市下垫面及管道内壁,矿山来源重金属的特点由矿山开采及尾矿淋滤决定,工业来源重金属大多由机械碎屑和金属溶解产生,港口来源重金属主要是密集的运输船与车辆气体排放引起.采用Hakanson的生态风险指数法对不同来源沉积物中重金属进行风险评价,其单因子生态危害程度为Cd>Cu>Pb>Cr>Zn,综合潜在生态风险指数表明,不同来源重金属的危害程度依次为港口源>工业源>矿山源>市政源.     

长江下游表层沉积物中有机氯农药的残留状况及风险评价

2005年3—4月在长江下游安庆段—南通段共采集表层沉积物样品28个,使用加速溶剂萃取、气相色谱/质谱法测定了样品中的有机氯农药(OCPs),包括六氯苯(HCB)、氯丹、滴滴涕(DDTs)、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、七氯和灭蚁灵等14种目标化合物. 结果表明:长江下游表层沉积物中的HCB和DDTs的检出率都为100%,DDTs是样品中OCPs的主要组分,其残留以降解代谢产物DDD和DDE为主. w(HCB)平均值为3.240 μg/kg (0.048～30.300 μg/kg),w(DDTs)平均值为8.100 μg/kg(0.336～32.830 μg/kg). 在长江下游不同采样点的OCPs含量差异很大,部分支流入江口和城市排污口附近样品中的w(DDTs)或w(HCB)出现高值. 沉积物中DDTs的来源主要与农用土壤风化流失和上游沉积物迁移、输送有关. 与沉积物风险评估值对比,长江下游表层沉积物中的DDTs存在一定的生态风险.      

长江中下游4个湖泊非色素颗粒物吸收系数光谱模型

利用指数模型和幂函数模型对2007年和2010年长江中下游4个湖泊58个样本 a_d(λ)(非色素颗粒物吸收系数) 光谱进行拟合,以 R2(决定系数)、RE(相对误差)和RMSE(均方根误差)等统计参数判定模型效果. 指数模型和幂函数模型 R2平均值、RE、RMSE分别为0.998、7.01%、0.015 m-1和0.994、15.90%、0.027 m-1. 统计检验显示,指数模型的 R2显著大于幂函数模型(ANOVA,P<0.001),而RE和RMSE则显著小于幂函数模型(ANOVA,P<0.001). 指数模型能更准确地拟合 a_d(λ),得到的 S_d(光谱斜率)平均值为(12.21±1.08)μm-1,400~700 nm波段内变异系数为8.85%,空间上4个湖泊之间变化不是很明显,仅傀儡湖的 S_d略低于其他3个湖泊. a_d(λ)与ρ(ISM)(无机悬浮颗粒物浓度)呈极显著正相关,通过ρ(ISM)可以得到长江中下游典型浅水湖泊 a_d(λ)光谱模型.      

长江中游典型湖泊沉积物重金属分布特征、生态风险评估及溯源

集中采集洞庭湖、洪湖和赤湖表层沉积物样品并检测其中10种重金属含量,使用地理信息系统表征空间分布,利用地累积污染指数法（I_geo）、富集因子法（EF）和潜在生态风险指数法（RI）协同评估重金属积累的潜在风险,并利用相关性分析（Pearson）和主成分分析（PCA）溯源.结果表明,Cd元素的污染状况和潜在生态风险最为严重,东洞庭湖、洪湖和赤湖中ω（Cd）的平均值分别为2.85、1.59和3.57 mg·kg^-1,分别是对应省份土壤背景值的25.87、11.36和37.58倍,均超出风险筛选值（0.6 mg·kg^-1）,其中赤湖超出风险管制值（3.0 mg·kg^-1）.除Cd外,洪湖中的As值得关注,赤湖中的Cu、As、Zn和Pb都不容忽视.三湖的潜在生态风险排序为：赤湖（RI=1 127）>东洞庭湖（RI=831）>洪湖（RI=421）.重金属来源主要是工矿业冶采、农业生产和水产养殖等,部分重金属（Mn和Cu）为自然源.研究对长江中游典型湖泊沉积物重金属防控具有重要意义.