洪湖营养盐时空分布特征及成因分析

洪湖是江汉平原重要的淡水水体。为了揭示洪湖营养盐时空分布特征和原因,开展了对洪湖为期一年的采样调查,连续采集12个月水样和一次沉积物样品,测定样品中营养盐含量。结果表明:(1)洪湖水体营养盐污染水平较高,除氨氮(NH_4~+-N)外,总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)难以达到Ⅱ类。(2)空间上有机物污染浓度呈现南高北低的特征,氮磷呈现西高东低的特征;时间上冬季水体氮磷平均浓度最高,夏季氮磷平均浓度最低; COD_(Mn)和氮磷变化相反。(3)表层沉积物有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)含量范围分别是16.3～180 g/kg,0.704～7.64 g/kg,0.312～0.801 g/kg。总氮和有机质空间分布相似,南部东北部西北部;总磷空间分布特征,西北部东北部南部。洪湖水质时空变化受内源和外源共同影响。内源主要来自沉积物和水生植物,外源输入主要包括四湖总干渠汇入和人类活动产生的污染。     

太湖内源营养盐负荷状况及其对上覆水水质的影响

以太湖沉积物-上覆水界面为研究对象,于2013年夏季采集46个样点的沉积物柱状样,分析表层沉积物孔隙水中营养盐(正磷酸盐、氨氮、硝氮)的浓度空间分布,估算表层沉积物中磷、氮的扩散通量,明确营养盐在沉积物-水界面的分布规律,以探明内源营养盐负荷对太湖上覆水的污染贡献,并为沉积物-水界面氮磷的转移过程理论补充证据.结果表明:太湖西北部区域的表层沉积物孔隙水中正磷酸盐和硝氮浓度较高,分别达到1.11 mg·L~(-1)和1.25 mg·L~(-1)以上;大部分湖区的氨氮浓度超过2 mg·L~(-1).全湖区范围内,从表层沉积物的上覆水到孔隙水,氨氮含量呈现升高趋势而硝氮含量呈现降低趋势.北部3个湖湾区的沉积物营养盐扩散通量最高,正磷酸盐为2.69~4.60 mg·m~(-2)·d~~(-1),氨氮为17.8~45.7 mg·m-2·d~(-1),而湖岸河口区是沉积物硝氮内源释放显著的区域.沉积物向上覆水释放正磷酸盐和氨氮的年内源污染负荷分别为64.6 t·a~(-1)和1756 t·a~(-1);而上覆水向沉积物汇入硝氮的年负荷为1102 t·a~(-1).氨氮的内源污染负荷与外源污染负荷之比高达18.7%,氨氮、总磷和总氮内源污染为上覆水贡献的浓度分别为0.361、0.013和0.134 mg·L~(-1),表明自由扩散带来的内源负荷会使太湖水中营养盐污染恶化,需引起重视.     

橡胶坝对沂河蓄水段底泥氮磷释放风险的影响

为探讨小埠东橡胶坝建设对沂河临沂城区蓄水段(沂蒙湖)沉积物内源氮磷释放风险的影响,2013年7月利用柱状沉积物采样器分别在祊河主河道、祊河与沂河交汇处和小埠东橡胶坝前50 m获取原位柱状沉积物,通过原柱样静态释放实验及间隙水分子扩散模型对其内源氮磷释放规律进行了研究。结果表明:蓄水段不同采样点氮磷界面交换速率差异较大,静态释放实验沉积物3个点位NH4+-N和PO43--P的释放速率分别为(6.14±0.58)、(3.13±0.92)、(6.62±1.48)mg/(m2·d)和(1.51±1.45)、(1.27±1.02)、(4.04±0.54)mg/(m2·d),分子扩散模型计算出3个点位NH4+-N和PO43--P的释放速率分别为2.241、2.681、6.382 mg/(m2·d)和0.042、0.046、0.247 mg/(m2·d)。虽然静态释放实验获得的NH4+-N和PO43--P释放速率在数值上明显大于间隙水分子扩散模型计算出的结果,但2种方法均一致表明,小埠东橡胶坝前点位NH4+-N和PO43--P的释放速率最高,具有最大内源氮磷释放风险,这与小埠东橡胶坝的建成促进了坝前沉积物中氮磷营养盐的富集有关,建坝后水动力条件的改变是其富集的主要原因。     

亚热带水库水质特征及沉积物内源污染研究

为探究沉积物内源污染对亚热带分层型水源水库（茜坑水库）夏季水质的影响,采用现场监测和室内模拟相结合的研究手段,于2020年5~9月对茜坑水库深水区水温、溶解氧、氮磷等进行了监测,并采用静态实验模拟法分析了茜坑水库沉积物的耗氧速率及沉积物中氮磷的释放通量.原位监测结果表明,5~9月,茜坑水库水温和溶解氧均处于分层状态,该时期水库底层水体溶解氧含量较低,为沉积物内源污染物的厌氧释放提供了条件;分层期底层水体氨氮和总磷浓度显著高于表层和中层（P<0.01）,相应的表层水体氨氮和总磷平均浓度分别为0.062mg/L和0.033mg/L,中层为0.058mg/L和0.037mg/L,底层为0.242mg/L和0.052mg/L.静态模拟实验结果表明,水体及沉积物耗氧均符合零级反应动力学模型（R²分别为0.987,0.989）,其中沉积物的耗氧速率处于较高水平,为1.03g/（m²·d）,约为水体的1.45倍;沉积物耗氧诱发等温层溶解氧降低并伴随沉积物内源污染释放,其中氨氮的释放极值为0.261mg/L,平均释放通量为7.36mg/（m²·d）,总磷的释放极值为0.108mg/L,平均释放通量为2.20mg/（m²·d）.内源氨氮和总磷的释放对水体贡献率分别可达27.98%和38.92%,沉积物氮磷释放对水库水质影响显著.     

丘陵山区水库沉积物-水界面磷源汇转换机制

以东南丘陵山区典型深水水库对河口水库为研究对象,开展了1a的原位调研,在主要水域内采集原位柱状沉积物样品,分析了沉积物磷的含量、赋存形态、间隙水剖面特征以及沉积物-水界面交换通量的时空变化特征.结果表明:对河口水库表层沉积物总磷(TP)含量变化范围为(470.8～1012.3)mg/kg,平均值达到(688.4±186.48)mg/kg,呈现从上游至下游逐渐增加的趋势,下游坝前区域磷污染最为严重;沉积物中各形态磷含量大小顺序依次为:铝结合态磷(352.61mg/kg)>铁结合态磷(Fe-P)(98.10mg/kg)>闭蓄态磷(88.77mg/kg)>钙结合态磷(72.42mg/kg)>有机磷(33.38mg/kg)>可交换态磷(1.64mg/kg).全库沉积物总体表现为磷的释放源,其中,秋季释放风险最高,冬季大部分区域沉积物从磷释放的源转变为汇;全年平均静态释放通量和扩散通量分别为(0.81±2.34)mg/(m²·d)和(2.15±3.47)mg/(m²·d),2种方法所得全年磷释放量分别为1.92和3.67t...     

春季潘家口水库沉积物-水界面氮磷赋存特征及迁移通量

以春季潘家口水库沉积物为研究对象,分析了水库整体营养盐污染现状及内源释放特征.通过高分辨率间隙水采样器（HR-Peeper）获得沉积物间隙水,以此分析营养盐垂向分布特征及空间差异性;以原柱样沉积物静态释放试验获取沉积物-水界面营养盐迁移通量,并分析了潘家口水库内源负荷特征.结果表明：库区沉积物营养盐释放风险较高,TN、TP含量分别为3701.59~8221.28和756.28~1696.15mg/kg.通过C/N比确定2017年以前的网箱养殖残留的饲料和鱼粪是水体富营养化的主因.原柱样静态释放结果表明,NH₄⁺-N、NO₃^－-N、NO₂^－-N、SRP交换通量分别为23.71~156.80,-7.37~-161.78,1.64~33.4和0.56~2.86mg/（m²·d）,潘家口水库内源负荷相对较高.该结果与水库本身的高有机质及氮磷赋存量、生物分解耗氧及春季逐步提高的水温有关,导致营养盐加速释放进入上覆水柱.潘家口水库的内源负荷能够加速水库的富营养化进程,应采取措施控制潘家口水库内源负荷.     

淀山湖沉积物-水界面氮磷通量及其生态环境效应研究

底泥营养盐释放对淀山湖湖区造成的内源污染不容忽视.采用室外采样和室内模拟实验方法,对春夏两季淀山湖沉积物-水界面氮磷释放速率进行了研究.结果表明春季氨氮、硝态氮、可溶磷的的通量变化范围分别为-692.79~315.82 mg/(m2?h)、-19.04~5.29 mg/(m2?h)和-1.35~2.31 mg/(m2?h),平均值分别为76.65 mg/(m2?h)、-3.29 mg/(m2?h)和0.64 mg/(m2?h).夏季三者变化范围分别为-74.15~91.91 mg/(m2?h)、-70.71 mg/(m2?h)~8.65 mg/(m2?h)和-10.02~18.86 mg/(m2?h),平均值为4.85 mg/(m2?h)、-42.16 mg/(m2?h)和9.47 mg/(m2?h).淀山湖区春夏两季总氮(TN)、总磷(TP)的交换总量分别为-1769.22 t,1539.40 t,淀山湖底泥可以有效去除上覆水体氮负荷,但却是水体磷的释放源.     

周村水库沉积物污染物释放潜力模拟

通过实验室静态模拟山东省枣庄市周村水库沉积物污染物在冬季(t=4℃)与夏季(t=10℃)的释放情况,分析周村水库沉积物中氮、磷、铁、锰等污染物释放的潜力。由于周村水库內源污染严重,上覆水体DO在t=4℃与t=10℃的消耗速率分别为1.6、1.9mg(/m2·d);当DO<2 mg/L时,上覆水体中NH3-N浓度便开始上升,在t=4℃与t=10℃,沉积物中NH3-N的释放速率分别为18.9、19.9mg(/m2·d),其浓度在相应条件下达到6.09、6.89 mg/L;DO<1 mg/L时,沉积物中磷开始释放,t=4℃与t=10℃时,TP的释放速率分别为18.9、19.2 mg(/m2·d),其浓度在相应条件下达到0.25、0.51 mg/L;当DO<1 mg/L时,沉积物中Fe2+与Mn2+均开始释放,t=4℃时,Fe2+、Mn2+释放速率分别为0.35、0.49 mg(/m2·d),相应指标浓度达到0.82、1.39 mg/L,t=10℃时,Fe2+、Mn2+释放速率分别为0.38、1.03 mg(/m2·d),相应指标浓度达到0.82、1.52 mg/L。     

华阳河湖群沉积物内源磷释放风险及控制策略

为研究沉积物内源磷释放对浅水湖泊水体总磷的影响,以华阳河湖群为对象,根据不同季节全湖水质监测数据,分析总磷的空间和季节性分布特征;结合沉积物间隙水磷浓度数据,采用浓度梯度扩散模型估算湖泊沉积物内源磷静态释放量;基于2019年在线水质监测站连续数据,分析典型沉积物再悬浮过程内源磷释放对水体总磷贡献及估算其年累积释放量.结果表明:①华阳河湖群现场监测总磷浓度变化范围为0.014~0.297 mg/L,龙感湖与黄大湖总磷浓度空间变幅大于泊湖;②典型再悬浮过程中内源磷动态释放对水体总磷的贡献可达75%,华阳河湖群内源磷的年释放量在1.129×104~1.684×104 t之间;③静态的内源磷年释放量为12.92 t,仅占动态释放量0.1%.研究显示:华阳河湖群总磷浓度时空差异较大,内源磷释放对总磷短期波动具有重要作用,静态释放量对全年内源磷释放量的贡献几乎可以忽略;严格控制入湖营养盐通量的同时,恢复草型湖泊生态系统以控制内源释放已成为解决华阳河湖群水环境问题的重要管理决策方向.      

梁子湖沉积物营养盐的空间分布特征及其污染评价

采集梁子湖柱状沉积物,分析其硝氮、亚硝氮、氨氮、总氮和总磷的空间分布特征,并评价其污染程度.结果表明:梁子湖表层沉积物(0~5 cm)总氮、总磷、氨氮、硝氮、亚硝氮的含量范围依次为598~1372 mg·kg~(-1)、323~804 mg·kg~(-1)、60.7~142 mg·kg~(-1)、4.16~31.6 mg·kg~(-1)和0.001~2.29 mg·kg~(-1).湖心区营养盐含量较低,湖区西部营养盐含量高于湖区东南部.人类活动和污染物输入强度对梁子湖表层沉积物营养盐的空间分布特征有较大影响.沉积物硝氮、亚硝氮含量从深层到浅层递增,在2~3 cm处达到峰值,这表明梁子湖流域在该沉积时期的营养物污染较为严重.沉积物5~10 cm深度的氨氮含量为各深度中的最高值,但因水生生物对氨氮的优先吸收作用,其含量均在150 mg·kg~(-1)以下.同一区域的沉积物总氮、总磷含量的垂向变化特征相似,来自地壳释放的磷使得总磷含量的垂向波动幅度远大于总氮,这揭示了梁子湖沉积物中氮、磷的富集很可能来自同源污染物.该流域发达的水产养殖业是导致沉积物中氮、磷富集的原因之一.表层沉积物总氮和总磷的标准指数变化范围分别为1.09~2.49和0.54~1.34,梁子湖环境质量受到氮素的影响更为严重.湖区表层沉积物总氮、总磷的含量范围分别为598~1372 mg·kg~(-1)和323~804 mg·kg~(-1),均已超出我国东部浅水湖泊沉积物的营养物阈值参考范围,对湖泊生态系统构成了一定的威胁,需要格外关注.     

巢湖重污染汇流湾区沉积物营养盐分布与释放风险

南淝河、十五里河等多条入湖河道的向心型分布使巢湖西北部湖区形成汇流湖湾,了解该水域沉积物中营养盐累积分布及其释放风险,对评估污染状况具有重要意义. 于该研究湾区设置17个采样点,对沉积物营养盐含量及形态分布进行了调查分析,并使用静态释放方法对沉积物营养盐释放风险进行了研究. 结果表明:研究湾区表层沉积物中w(TN)和w(TP)分别为1 399.3~3 739.4和607.9~1 602.3 mg/kg,均远高于巢湖沉积物中w(TN)、w(TP)的平均值;w(NH₄+-N)占w(TN)的5.62%~17.60%,16个采样点的w(Al-P)占w(TP)的50%以上,由此导致沉积物中NH₄+-N和PO₄3--P释放通量较大,分别达到14.27~128.24和0.07~13.00 mg/(m2·d),并且在各河口区域释放风险相对高于湾区其他区域;氮、磷含量垂向分析显示,营养盐污染累积始于20世纪50年代(沉积物深度为24 cm),自80年代到90年代后期营养盐积累速率急速加剧. 沉积物中高含量的氮、磷营养盐及NH₄+-N和PO₄3--P释放通量导致该研究湾区沉积物成为巢湖水体的潜在污染源,因此亟需进行以各河口区域为重点的营养盐污染整治.      

东湖沉积物中氮磷形态分布的研究

武汉东湖是具有代表性的城市浅水型湖泊.在2004年采用现场调查、布点检测和实验室化学性质分析等方法,对东湖西南部的子湖--庙湖的沉积物柱芯的氮和磷进行了形态分析,对其垂直剖面分布和季节性变化进行了调查.研究表明,沉积物中氮的赋存特征和变化规律为:总氮平均含量1.62～3.17g/kg,在垂直剖面上表现为随沉积深度的增加而降低的趋势;其含量随季节变化有周期性的规律,春季沉积物中总氮的含量是1 a中最少的,夏季开始增加,秋冬季总氮量达到最大.因受沉积物总氮和埋藏环境的双重影响,沉积物中铵态氮平均含量的季节性变化规律与总氮相似,春季铵态氮的含量最少为117.66mg/kg,夏秋季含量达到最大为216.20mg/kg,冬季稍有减少.沉积物中各形态磷的垂直赋存特征为:在0～10em沉积深度内,总磷(TP)含量0.255～3.36g/kg、不稳态磷(LP)含量0.192～11.00mg/kg、铁结合磷(Fe-P)含量13.47～1379.91mg/kg和铝结合磷(Al-P)含量7.77～317.64mg/kg,均有明显的"表层富积"现象,其含量随深度的增加而迅速减少,通常>10 cm后这些磷形态的含量保持稳定.结果表明,造成湖泊水体富营养化的污染源有外源和内源,当外源截污后,内源沉积物中的营养盐仍可能使湖泊处于富营养化状态;磷仍然是东湖最主要的限制性营养元素,春季湖区沉积物中铁结合磷比例最大,占沉积物TP的44.30%,说明庙湖水域污染程度严重.     

太湖湖滨带底泥氮、磷、有机质分布与污染评价

采集了环太湖湖滨带表层(0~10cm)底泥,研究分析了湖滨带底泥中有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)的空间分布特征,并对太湖湖滨带底泥进行营养评价.结果表明,湖滨带底泥中OM含量在1.42%~9.96%之间,空间分布趋势为:东太湖>竺山湾>贡湖>梅梁湾>南部沿岸>东部沿岸>西部沿岸; TN含量在458~5211mg/kg之间,空间变化趋势为东太湖>竺山湾>东部沿岸>贡湖>南部沿岸>梅梁湾>西部沿岸; TP含量在128.56~1392.16mg/kg之间,空间变化趋势为竺山湾>梅梁湾>东太湖>南部沿岸>贡湖>东部沿岸>西部沿岸,OM与TN分布趋势相似,TN与OM之间极显著正相关(r = 0.903, P<0.01),TP与OM之间弱相关(r = 0.073, P<0.332).结合综合污染指数和有机指数评价法可知,太湖湖滨带底泥环境质量整体较好,氮、磷污染除东太湖和竺山湾属重度污染外其他各区属轻中度污染;有机污染除东太湖外大部分区域属较清洁区.     

草海沉积物营养元素分布特征与控制因素

选取贵州草海这一典型高原湖泊湿地作为研究对象,在代表性湖区共布设17个采样点,采集了表层沉积物和沉积物柱芯,对沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)分布特征及控制因素开展了对比研究。研究结果表明,草海表层沉积物营养盐分布主要受外源输入和湖泊初级生产控制:表层沉积物TOC、TN含量平均值分别为232.98mg/g和25.21mg/g,远高于国内其他湖泊,且呈现湖心高、近岸区低的分布特征,由于氮较高的迁移性和生物可利用性,草海沉积物TN明显受湖泊水生植物生长控制,主要以有机质形式赋存于沉积物中;表层沉积物TP含量平均值为1.03mg/g,其空间分布特征显著不同于TOC、TN,在湖心、东南湖区和出水口其含量较低,主要受外源输入控制,且主要以沉淀、吸附等无机形态赋存于沉积物中。草海沉积物柱芯中TOC、TN、TP含量总体上呈现随深度增加先迅速降低而后趋于稳定的变化趋势,但不同湖区其含量差异较大,反映了人为干扰强度和沉积环境的差异。草海流域外源污染物输入和沉积物较高的营养盐内负荷是其水体富营养化面临的主要威胁,一方面应采取有效手段消减外源污染物输入,另一方面应通过合理的生态修复措施控制内源营养盐释放。草海繁茂的沉水植物增强了水体自净功能,优化草海水生植物种群结构、恢复草型健康湖泊生态系统对保护草海生态环境具有重要意义。     

连环湖区域小东湖表层沉积物营养盐变化特征与污染评价研究

于2010年8月赴连环湖小东湖采集表层沉积物样品.在对小东湖表层沉积物总氮(TN)、总磷(TP)及磷形态、有机质(OM)、粒度指标测试分析的基础上,探讨小东湖表层沉积物营养元素变化特征及影响因素,并采用有机指数与有机氮指标对小东湖表层沉积物的污染状况进行评价.研究结果表明,TP平均含量为535.75 mg/kg,接近于富营养化严重的太湖和巢湖,小东湖表层沉积物Ca-P、IP、TP受<4 μm、4~16 μm、>64 μm粒级含量影响较大,Fe/Al-P和OP受粒度影响较弱.小东湖有机指数为Ⅱ等级,属于较清洁范畴,有机氮指标达到Ⅳ等级,为有机氮污染.     

太湖流域典型河网水体氮磷负荷及迁移特征

对西太湖流域典型河道水体及沉积物氮磷含量进行分析,利用原柱样培养实验测定了沉积物-水界面氮磷交换通量及需氧量(SOD),并探讨他们之间的关系,结果表明:研究区域河道水体和沉积物氮磷总体含量水平较高,水体TN和TP平均含量分别为4.12mg/L和0.16mg/L,沉积物TN和TP平均含量分别为1658.76mg/kg和712.25mg/kg, NO₃^--N为水体无机氮的主要存在形态,NH₄⁺-N为沉积物无机氮的主要存在形态.沉积物需氧量(SOD)区域间差异较大,大体呈现西、南部区域较高,北部区域较低的特征;沉积物-水界面各无机氮磷交换通量分别为:NH₄⁺-N为-188.08~329.45mg/(m²·h),均值为13.05mg/(m²·h);NO₃^--N为-118.68~42.86mg/(m²·h),均值-28.09mg/(m²·h);NO₂^--N为-18.37~-4.81mg/(m²·h);均值-8.22mg/(m²·h);溶解性活性磷(SRP)为-10.94~10.58mg/(m²·h),均值1.34mg/(m²·h). NH₄⁺-N整体表现为由沉积物向上覆水释放,且与沉积物有机质(LOI)呈极显著正相关,SRP交换通量与沉积物中TP和TDP均显著正相关,表明NH₄⁺-N的释放与沉积物有机质的分解有关,SRP释放主要受沉积物TP和TDP影响.总体看,西部区域点位沉积物及水体氮磷污染最为严重,氮磷交换通量也较大,在区域内又表现为下游入湖口 > 上游的特征,表明人类活动对太湖流域典型河网氮磷水平及迁移转化特征影响较大.     

Sediment pollution characteristics and in situ control in a deep drinking water reservoir

Sediment pollution characteristics, in situ sediment release potential, and in situ inhibition of sediment release were investigated in a drinking water reservoir. Results showed that organic carbon (OC), total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) in sediments increased from the reservoir mouth to the main reservoir. Fraction analysis indicated that nitrogen in ion exchangeable form and NaOH-extractable P (Fe/Al-P) accounted for 43% and 26% of TN and TP in sediments of the main reservoir. The Risk Assessment Code for metal elements showed that Fe and Mn posed high to very high risk. The results of the in situ reactor experiment in the main reservoir showed the same trends as those observed in the natural state of the reservoir in 2011 and 2012; the maximum concentrations of total OC, TN, TP, Fe, and Mn reached 4.42 mg/L, 3.33 mg/L, 0.22 mg/L, 2.56 mg/L, and 0.61 mg/L, respectively. An in situ sediment release inhibition technology, the water-lifting aerator, was utilized in the reservoir. The results of operating the water-lifting aerator indicated that sediment release was successfully inhibited and that OC, TN, TP, Fe, and Mn in surface sediment could be reduced by 13.25%, 15.23%, 14.10%, 5.32%, and 3.94%, respectively.