基于原位被动采样技术研究巢湖沉积物和水体中PAHs的垂直分布及其界面交换

沉积物-水体界面处分子扩散是污染物的一个重要地球化学过程,也是判断沉积物是否为上层水体中污染物汇或源的主要依据.本研究利用低密度聚乙烯膜(LDPE)为吸附相的原位被动采样器,同步确定了巢湖西半湖南淝河入湖口处不同深度的上层水体和沉积物孔隙水中13种多环芳烃(PAHs)浓度,并计算了它们在沉积物-水体界面的分子扩散通量.结果表明,3种性能参考化合物(PRCs)在上层水体中的解析速率较沉积物孔隙水中大,相应地,水体中LDPE膜对PAHs的吸附速率高于沉积物孔隙水.水体中13种PAHs总浓度(130～250 ng·L~(-1))低于沉积物孔隙水(180～253 ng·L~(-1)),且均以低环PAHs为主.2～3环PAHs浓度在上层水体中无明显的垂直变化,但4～6环PAHs浓度呈现随深度增加而降低的趋势.沉积物孔隙水中PAHs浓度的垂直变化规律反映了历史强排放过程.研究区域PAHs在沉积物-水体界面的交换通量变化范围为-384～1445 ng·m~(-2)·d~(-1),除Flu和Pyr外,其它PAHs均从沉积物向水体释放,反映了底部沉积物是上层水体中PAHs的重要二次污染源.     

滇池福保湾底泥内源氮磷营养盐释放通量估算

在滇池福保湾采集柱状芯样,室内静态模拟沉积物NH4 -N和P3-4-P的释放.结果表明,底泥NH4 -N和PO3-4-P的释放速率分别为22.941～163.117 mg·(m2·d)-1和0.90～2.06 mg·(m2·d)-1,不同区域释放速率差异极大.相对较低的释放速率与湖湾接纳高浓度污水使上覆水与沉积物孔隙水间浓度势减弱有关.通过Peeper(原位渗析膜采样器)法获取间隙水-上覆水剖面样品分析,并根据Fick扩散定律计算出福保湾底泥NH4 -N和pO3--P的释放速率分别为2.85～81.96 mg·(m2·d)-1和0.118～0.265 mg·(m2·d)-1.比较2种方法,利用Fick定律计算出的界面氮磷释放通量明显小于柱样模拟方法.经面积加权,按静态释放计算出福保湾底泥NH4 -N和PO3-4-P的年释放通量分别为(49.9±8.8)t和(0.79±0.53)t.     

湖泊沉积物-水界面系列采样装置的研制

介绍了系列采样装置,包括沉积物-水界面取样器,孔隙水隔气抽取装置和电渗析沉积物剖面切割工作台等。可对75m深水湖泊采集到30—90cm的沉积物术及10—30cm底层水样品,并可在野外现场分样和提取孔隙水。沉积物分样的厚度最小是0.1cm。整套装置重量轻、可拆卸、操作简便且便于野外运输。     

丹江口水库氮磷内源释放对比

利用柱状沉积物采样器在丹江口水库采集不同点位原位柱状沉积物,通过静态培养释放实验及间隙水分子扩散模型两种方法获取沉积物-水界面N和P释放速率,分析水体N和P释放特征.结果表明,不同采样点N和P界面交换速率差异显著.静态培养条件下,5个点位NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放速率分别为13. 07～24. 88 mg·(m~2·d)~(-1)和3. 06～6. 02 mg·(m~2·d)~(-1);分子扩散模型条件下,5个点位NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放速率分别为2. 67～7. 25 mg·(m~2·d)~(-1)和0. 04～0. 18 mg·(m~2·d)~(-1). N和P释放速率总体呈北高南低的趋势,支流N和P最低释放速率分别是主库区最高释放速率的1. 48和1. 57倍.两种方法均表明郭家山支流N和P的释放速率最高,具有较大内源N和P释放风险.比较两种方法发现,利用Fick定律计算出的界面N和P释放速率明显小于柱样模拟方法得出的结果,N和P的R/F值分别为3. 43～4. 98和29. 67～72. 88,这表明用分子扩散模型法进行内源释放速率估算时,偏离真实情况较大,而原柱样静态模拟实验则较贴近真实情况.     

沉积物-水界面氮的源解析和硝化反硝化

掌握沉积物-水界面氮的循环过程,对有效控制地表水氮污染具有关键的作用.通过采集西湖不同季节的柱状芯样,利用氮、氧同位素技术及稳定同位素源解析模型(stable isotope analysis in R,SIAR)并结合乙炔抑制法研究沉积物-水界面氮的来源及迁移转化.结果表明,硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)在沉积物-水界面均存在浓度梯度,NO_3~-自底层水向间隙水扩散,是为沉积物累积;NH_4~+自间隙水向底层水扩散,是为沉积物释放.西湖底层水硝化作用明显,硝酸盐来源包括生活污水(粪肥)、土壤氮、化肥和降雨,生活污水(粪肥)是主要来源,其在夏季贡献率高达60.8%.间隙水中特别高的δ15N值反映西湖沉积物-水界面存在强烈的反硝化作用.西湖沉积物-水界面硝化速率和反硝化速率的平均值分别为2.85 mmol·(m~2·d)~(-1)和23.51μmol·(m~2·d)~(-1),沉积物-水界面在水体氮素去除过程中作用显著.硝化速率和反硝化速率时空变化显著.温度和溶解氧是影响西湖沉积物-水界面氮迁移转化的主要因素.     

巢湖十五里河不同水力特性区沉积物及间隙水营养盐的分布特征

为揭示水力特性对小河流沉积物及间隙水中氮磷营养盐分布特征的影响,在巢湖十五里河河道上,选择支流交汇处、弯道淤积处、弯道冲刷处、河岸坍落处、水生植物生长区、平直河段、河内浅滩等7种水力特性类型,采集深度约40cm的沉积物柱状样,并按2cm厚度现场分层,得到136个样品.在实验室分析测试的基础上,解析沉积物与间隙水氮磷垂直剖面特征及沉积物-上覆水界面氮磷营养盐的源/汇关系,拟合间隙水剖面NH＋4-N、NO-3-N和PO3-4-P浓度,并对采样点位进行聚类分析.研究结果表明：不同水力特性区沉积物氮磷含量差异明显;弯道冲刷处和河岸坍塌处间隙水剖面NH＋4-N、NO-3-N和PO3-4-P浓度相对较低,且垂直变化不大,但在水生植物生长区则变化明显;不同水力特性区的水-土界面NH＋4-N、NO-3-N源/汇关系,具有很好的一致性,而PO3-4-P则差异明显;在沉积深度0～16cm范围内,除水生植物生长区外,其它各水力特性区间隙水NH＋4-N、NO-3-N和PO3-4-P浓度在垂直剖面基本上都可以借助指数函数y=exp（a＋bx＋cx2）拟合,这与湖泊、水库等宽阔水域存在一定差异.     

氮在富营养化湖泊沉积物-水界面的释放

湖泊沉积物-水界面中的氮在特定条件下通过形态变化、界面特性和释放等途径影响湖泊水体质量。文章阐述了氮在湖泊沉积物-水界面的释放特征,并对影响氮在沉积物-水界面释放的因素进行了简要概述,并提出了几点控制水体释氮的建议。     

增养殖区沉积界面营养物质平衡体系研究

通过1999年在大亚湾海水增养殖区现场的调查资料,分析了上覆水、表层沉积物、柱状样品中的TN、TP含量。结果表明:(1)沉积物中营养物质对水体的贡献或交换,主要来自于表层沉积物。(2)TN的溶出率比TP高,沉积界面N的平衡体系易受破坏,沉积物中N对水体作出的贡献比P大。(3)沉积物对水体中的P有吸附现象,经一系列的地球化学过程后,沉积物中的P释放较难。(4)增养殖区上覆水TP的含量较高,超标现象较多。基于以上研究结果,建议以沉积物中TN的含量作为赤潮监测的因子。     

南四湖沉积物磷形态及其与间隙水磷的相关性分析

利用柱状沉积物采样器和Peeper间隙水采集器分别获取南四湖不同湖区原位柱状沉积物和间隙水,在分析沉积物磷形态和间隙水PO3-4-P空间分布特征的基础上,比较离心法和Peeper法获取间隙水的差异性,并探讨其沉积物各磷形态组分与间隙水PO3-4-P的相关性研究表明,南四湖4个湖区沉积物各磷形态含量由大到小的顺序是IP＞ Ca-P＞ Fe/Al-P＞ OP＞ L-P,其中,IP平均含量最高,约占TP的71％ ～90％.在空间分布上,不同湖区各磷形态组分含量差异显著,尤其以Fe/Al-P含量差异最大,总体呈现由北向南依此递减的趋势,这与南四湖北部距离济宁市区较近,受污染较重有关各磷形态组分在垂向分布上比较复杂,既有随深度增加的,也有随深度减小的,规律性不明显,这可能与南四湖本身是一个航运型和季节性湖泊,常年受大理航运船只的扰动、季节性降水、洪涝灾害以及突发性污染事件等各因素的影响有关Peeper法及离心法获取间隙水的研究结果表明,南阳湖区(NSH1)间隙水PO3-4-P含量最高,平均值约0.4 mg·L-1,4个不同湖区,pO3-4-P含量在垂直方向均具有先增加后降低的趋势,且浓度均高于上覆水浓度,具有向上覆水释放的趋势.Peeper法获取间隙水中PO3-4-P的平均含量比传统离心法高出约20％,且相关性很好,两种方法获取间隙水的研究结果一致表明,南四湖沉积物Fe/Al-P和Ca-P与间隙水pO3-4-P的含量具有显著正相关.     

SWB-1型便携式湖泊沉积物─界面水取样器的研制

在湖泊环境的研究中，采到保持原状的沉积物─水界面样品是一项基本工作。根据国外有关资料，在前期研制的沉积物─水界面采样装置的基础上，研制成功了一种新型湖泊沉积物─水界面取样器。本取样器由四部分组成，即连接构件、配重、悬挂密封机构和取样管。取样器是靠自重插入湖泊沉积层，悬挂密封机构将样品封闭于取样管内。本取样器能在深水湖泊中取到30～50cm的湖底沉积物柱及10～30cm的界面水柱。整个取样器重量轻（只有7.5kg），易于携带和野外操作，并配有野外分样装置。本取样器是一种经济有效的湖泊沉积物─水界面取样器，适合于各种环境研究监测部门使用。     

春季珠江口内营养盐剖面分布和沉积物-水界面交换通量的研究

2005年春季(4月)对珠江口内6个站位的营养盐剖面分布及沉积物-水界面的交换通量进行了全面研究。在获取该海域沉积物间隙水营养盐剖面资料的基础上,估算了沉积物-水界面营养盐的交换通量,并且与实验测定的沉积物-水界面交换通量进行了对比。研究结果表明,珠江口内间隙水营养盐在不同站位间含量差异明显,呈现出由河口向外海逐渐降低的分布趋势。对于大多数站位营养盐,交换实验得到的通量大于利用间隙水浓度梯度法估算的结果,交换实验具有更高的分辨率。应用交换实验测定的沉积物-水界面交换通量,体现了营养盐扩散和界面反应的综合作用结果。研究区域的NH4+,NO3-,NO2-,SiO44-和PO43-的交换通量分别为-1.318 4~0.985 4,-0.558 3~0.469 2,-1.518 8~0.143 8,-1.967 3~3.883 1和-0.246 4~0.093 9 mmol.d-1.m-2。     

基于逸度方法的辽东湾海水-沉积物中多环芳烃扩散行为

为研究辽东湾PAHs（多环芳烃）在海水-沉积物之间的扩散行为,于2014年5月对辽东湾14个采样点海水和沉积物中的16种PAHs进行了调查研究,并采用逸度方法、变异系数、响应系数等统计和计算方法对研究结果进行分析.结果表明:辽东湾海水中ρ（∑PAHs）和沉积物中w（PAHs）的平均变异系数分别为0.25和0.39,属于中等变异,高分子量PAHs的变异系数高于低分子量PAHs;利用ff（逸度分数）评估PAHs在海水-沉积物间的扩散行为,Nap（萘）、Acp（苊）和Fl（芴）表现出从沉积物向海水释放,沉积物是二次释放源;Ace（二氢苊）、Phe（菲）、An（蒽）、Flu（荧蒽）、Pyr（芘）、BaA（苯并[a]蒽）、Chr（?）在海水-沉积物之间接近平衡状态,5环和6环PAHs则表现出从海水向沉积物沉降富集,沉积物是汇;有机碳和碳黑是影响PAHs在沉积物和海水之间扩散的重要参数.研究显示,7种潜在致癌PAHs[BaA、Chr、BbF（苯并[b]荧蒽）、BkF（苯并[k]荧蒽）、BaP（苯并[a]芘）、InP（茚并[1,2,3-cd]芘）和DbA（二苯并[a,h]蒽）]海水-沉积物之间的扩散行为可能受到陆源排污和海上石油开发活动的影响.      

静止和水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响

通过底泥培养实验,并采用磷形态分级提取方法对底泥进行分析,研究了静止和水动力扰动这2种状态下锆改性沸石添加对不同深度处底泥中磷迁移和形态转化的影响.结果表明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均不仅降低了上覆水中溶解态活性磷(SRP)质量浓度,而且降低了不同深度处间隙水中SRP的质量浓度,并且还降低了底泥-上覆水界面SRP扩散通量.此外,当不存在和存在水动力扰动作用时,向表层底泥(0～10 mm)中添加锆改性沸石,不仅促使添加层中氧化还原敏感态磷(BD-P)和盐酸提取态磷(HCl~-P)向金属氧化物结合态磷(Na OH-rP)和残渣态磷(Res-P)极大转变,降低了添加层中潜在可移动态磷(Mobile-P)含量,而且还降低了添加层下方底泥(10～20 mm)中Mobile-P含量.与静止状态相比,水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响规律存在一定的差异.水动力扰动虽然可以增强锆改性沸石添加对表层底泥间隙水中SRP的钝化效果,以及对底泥-上覆水界面SRP扩散通量的削减效应,但是却会略微降低锆改性沸石添加控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率.表层底泥中潜在可移动态磷含量、不同深度处间隙水中SRP的质量浓度以及底泥-水界面SRP扩散通量的下降,对于锆改性沸石改良技术控制底泥磷向上覆水体释放至关重要.以上结果说明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均可以有效地控制河道底泥中磷向上覆水体的释放.     

Assessing high resolution oxidation-reduction potential and soluble reactive phosphorus variation across vertical sediments and water layers in Xinghu Lake: A novel laboratory approach

To understand the transfer process of soluble reactive phosphorus (SRP) on the lake sediment-water interface in a mesotrophic shallow lake in South China, the SRP concentrations and the oxidation-reduction potential (ORP) across the sediment-water interfaces were continually monitored. Sediment samples were collected from Xinghu Lake in Guangdong Province. The ORP dynamics at di erent layers of overlying water was similar for six experimental systems, whereas those in porewater were significantly di erent. The ORP in overlying water was 200–300 mV higher than those in sediments. The oxygen penetration depth ranged from 2 to 10 mm in Xiannu Lake sediments. The variation amplitudes of ORP increased with sediment depth, but the mean ORP values were all about 218 mV. The SRP concentrations in porewater maintained at a low level of about 0.049 mg/L because of high atom ratio of total iron and total manganese to total phosphorus. The SRP concentrations and variation amplitudes in porewater increased with sediment depth. The SRP in overlying water mainly originated from SRP transference of the porewater of middle and bottom sediments (3–15 cm). The ORP variation and SRP transfer in porewater played important roles in changing SRP concentrations. A distinct SRP concentration gradient appeared in overlying water when intense exchange occurred at the sediment-water interface; therefore, it was necessary to monitor the SRP concentration profiles to accurately estimate the internal loading.     

河蚬(Corbicula fluminea)扰动对湖泊沉积物性质及磷迁移的影响

为探讨河蚬(Corbicula fluminea)扰动对湖泊沉积物性质及磷在沉积物-水界面迁移转化过程,以太湖西岸富营养化湖区大浦口为对象,开展室内培养实验,利用Rhizon间隙水采集器获取实时间隙水,测定溶解活性磷(soluble reactive phosphorus,SRP)在沉积物-水界面通量、分析沉积物基本性...     

温州近海海域海水及滩涂沉积物中PFOS和PFOA污染特征分析

为了解温州近海海域全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的污染状况和特征,采用固相萃取/高效液相串联质谱检测法分析了采自乐清湾、瓯江口、西湾、飞云江口及洞头半屏岛的近海海水和滩涂沉积物中PFOS和PFOA污染水平。结果显示,温州近海海水普遍存在PFOS和PFOA污染,其中,PFOS的浓度范围为<1.0～31.36 ng/L,中位浓度为2.29 ng/L;PFOA的浓度范围为<1.0～23.66 ng/L,中位浓度为5.29 ng/L。滩涂沉积物样品中PFOS和PFOA的浓度范围(干重)分别为(<1.0～11.91)×10-9(中位浓度为3.60×10-9)和(1.84～34.01)×10-9(中位浓度为6.83×10-9)。温州近海海水中PFOS和PFOA的污染水平明显高于香港沿岸、中国南海海水、韩国沿岸海水和近海珠江三角洲,与大连湾的海水相当,海岸滩涂沉积物中的PFOS和PFOA浓度远高于珠江和黄浦江沉积物中的浓度。     

一种可实现不同水深条件下采样的湖泊沉积物柱芯采样装置

沉积物柱芯采样器是一种广泛应用于生态环境研究的科研装备.在前人研究的基础上,我们研制了一套携带方便、操作简单、适用范围广、取样效果好的湖泊沉积物茬芯采样装置.通过组件的不同组合,该采样装置可实现不同水深条件下的沉积物柱芯采样,采集的沉积物厚度可达80～150 cm.该采样装置具有体积小、重量轻、结构简单、性能可靠的特点...