盐沼植物对沉积物间隙水营养盐分布的影响

通过2007年8月~2008年5月对长江口崇明东滩中部潮间带4个不同植被带沉积物间隙水营养盐进行季节观测来研究盐沼植物对沉积物间隙水营养盐分布的影响.结果表明,大型植物生长带间隙水的NH4+-N、PO43--P浓度低于光滩,尤其是夏、秋两季NH4+-N的浓度比光滩低1个数量级以上.在植物生长季节,间隙水各种营养盐含量要明显高于冬季,且植物生物量与间隙水氮、磷有明显的相关关系.氮盐受植物的影响最明显,NH4+-N在互花米草与芦苇带分别是44.21、74.38μmol.L-1,明显低于光滩与海三棱草带(分别是340.14、291.87μmol.L-1);NOx--N的浓度比NH4+-N低1~2个数量级,但以芦苇带最高(5.94μmol.L-1).沉积物-水界面分子扩散通量结果表明,潮滩沉积物是上覆水中SiO32--Si、NH4+-N、PO43--P的源,NOx--N(NO3--N、NO2--N的总和)的汇,其中NOx--N从上覆水向沉积物的扩散通量[16.23μmol.(m2.h)-1]大于NH4+-N从沉积物向上覆水的扩散通量[15.53μmol.(m2.h)-1].植物的生长还通过影响沉积物-水界面的物质交换与间隙水中营养盐比值及其与上覆水间营养盐比值,对毗邻富营养化河口生态系统营养盐结构起到调节作用.     

藻源性黑水团环境效应Ⅲ:对水-沉积物界面处Fe-S-P循环的影响

利用静态模拟实验装置研究了藻源性黑水团发生过程中沉积物表层上覆水和沉积物间隙水中Fe-S-P的变化过程.结果表明:加入藻细胞后很快形成厌氧、还原环境,使得沉积物中Fe-S-P发生强烈的生物地球化学变化;实验第1d,表层上覆水中的Fe2+、SO42-、S2-含量高达4.993,242.0,387.57mg/L,为对照样柱中的1.8倍、2.2倍和18.8倍;在沉积物4cm处其浓度分别为8.5,40.0,65.3mg/L.随后,沉积物表层上覆水中Fe2+、S2-含量表现出一个先快速增加、随后降低的趋势,其浓度分别在实验的第3,2d达到最大值为11.1,634.6mg/L. 沉积物中PO43--P浓度受Fe-P解析等具有滞后性,从实验的第2d后开始直至实验结束时表现为其含量持续增加,到实验结束时其浓度为39.450mg/L,为对照样柱中的242倍.上覆水和间隙水中Fe-S-P含量的变化,反映了藻华聚集形成的厌氧环境中发生了剧烈的生物地球化学反应,从而使得沉积物中形成的Fe2+、S2- 和 PO43--P不断向上覆水体中扩散,对形成黑水团的水体生态系统的恢复造成阻碍和不良影响.     

象山港河鲀养殖区沉积物—海水界面N、P营养盐的扩散通量

2008年1月、5月和7月3次对象山港河鲀网箱养殖区海底沉积物进行了底质表层间隙水和上覆水营养盐(NH4-N,NO2-N,NO3-N,PO4-P)的分析,并使用Fick第一定律对该港湾沉积物——海水界面N、P营养盐的扩散通量进行了估算。研究结果表明,养殖区沉积物间隙水中N、P营养盐含量显著高于非养殖区,上覆水和沉积物间隙水中的N从1月份NH4-N为主逐渐转变到7月份以NO3-N为主。养殖区上覆水中NH4-N最高浓度为234.66μmol/L,NO3-N最高浓度为79.25μmol/L。养殖区上覆水中N、P营养盐的含量均严重超标。N、P营养盐的扩散通量估算结果显示:随着养殖高峰期的到来,沉积物—海水界面N、P营养盐的扩散方向由从沉积物向上覆水扩散逐渐转向从上覆水向沉积物扩散;养殖区扩散通量值相对于非养殖区显著扩大化;NH4-N通量变化最大,从1月份最高700.41μmol/(m2.d)降低到7月份27.87μmol/(m2.d)。海水养殖对沉积物中N、P营养盐扩散通量影响显著。     

太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响

在太湖草型区、藻型区及河口区采集原状泥柱进行加藻培养实验,监测培养过程中溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、磷酸根(PO43--P)等相关指标的变化.结果表明,蔽光培养导致加藻体系中蓝藻大量死亡,形成水体极度缺氧环境(DO接近0),沉积物氮、磷释放量改变,上覆水NH4+-N、PO43--P...     

象山港河纯养殖区沉积物-海水界面N、P营养盐的扩散通量

2008年1月、5月和7月3次对象山港河纯网箱养殖区海底沉积物进行了底质表层间隙水和上覆水营养盐(NH4-N,NO2-N,NO3-N,P04-P)的分析,并使用Fick第一定律对该港湾沉积物--海水界面N、P营养盐的扩散通量进行了估算.研究结果表明,养殖区沉积物间隙水中N、P营养盐含量显著高于非养殖区,上覆水和沉积物间隙水中的N从1月份NH4-N为主逐渐转变到7月份以NO3-N为主.养殖区上覆水中NH4-N最高浓度为234.66μmoL/L,NO3-N最高浓度为79.25μmol/L.养殖区上覆水中N、P营养盐的含量均严重超标.N、P营养盐的扩散通量估算结果显示:随着养殖高峰期的到来,沉积物-海水界面N、P营养盐的扩散方向由从沉积物向上覆水扩散逐渐转向从上覆水向沉积物扩散;养殖区扩散通量值相对于非养殖区显著扩大化;NH4-N通量变化最大,从1月份最高700.41μmoL/(m2·d)降低到7月份27.87 μmoL/(m2·d).海水养殖对沉积物中N、P营养盐扩散通量影响显著.     

巢湖十五里河水花生生长区沉积物及间隙水中营养盐的基本特性

为揭示十五里河水生植物(水花生)生长区沉积物及间隙水营养盐的基本特征,在河道上选择3个具有代表性的采样点位(SP1、SP2和SP3)和1个对照点位(SP4),采集15根沉积物柱状样,并按2 cm厚度现场分层,得到样品80个.在对沉积物TN、TP、NH4+-N、NO3--N、Fe/Al-P、Ca-P、有机质含量及间隙水TN、TP、NH4+-N、NO3--N、PO34--P浓度分析测试基础上,解析沉积物及间隙水的氮磷垂直剖面分布特征,并进行氮磷相关性分析.由间隙水氮磷剖面分布发现,水花生生长区孔隙水氮磷浓度具有大致相似的垂直变化特性;除PO34--P浓度存在差异外,不同采样点位表层沉积物-上覆水界面的营养盐源汇关系,也具有很好的一致性.研究表明,在沉积深度0～18 cm内,水花生生长区的间隙水NH4+-N和NO3--N垂直浓度剖面,基本上都可以由Origin软件提供的Exp2PMod2或Exp3P2指数函数拟合,而PO34--P则不具备这一特点,暗示着间隙水PO34--P扩散的规律性弱于NH4+-N和NO3--N.     

藻源性黑水团环境效应:对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环影响

通过室内静态实验培养装置模拟了蓝藻细胞大量聚集、沉降死亡后对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环的驱动作用.结果表明,藻细胞沉降到沉积物表面50min内,溶解氧就消耗殆尽,形成厌氧、强还原环境,使得界面处大量的铁锰氧化物和硫化物发生厌氧还原.实验进行到第4d沉积物-水界面处Fe2+、Mn2+含量达到峰值,含量分别为4.40mg/L、2.35mg/L;实验结束时Fe2+含量表现下降,浓度仅为3.37mg/L;Mn2+急剧降低,浓度为0.97mg/L.而S2-含量变化则表现为第2d达到最高,含量为0.63mg/L;此后浓度一直降低,实验结束后浓度为0.12mg/L.在实验结束后测定的0～1cm处沉积物的ORP值为-150mV,表明沉积物处于强还原状态.藻体死亡引起的黑水团现象,在驱动沉积物中Fe、Mn、S发生强烈的生物地球化学过程的同时,也将对水体生态环境产生极大的影响.     

大亚湾典型养殖区沉积物-海水界面营养盐扩散通量及其环境意义

通过2005年6月对大亚湾两部的大鹏澳养殖海域进行沉积物柱状样采集分析,探讨了间隙水中NH4-N、NO3-N、NO2-N和PO4-P含量及空间分布特征,估算了沉积物-海水界面营养盐的扩散通量.结果表明,网箱养殖区柱状样间隙水中NH4-N、PO4-P平均含量分别为325.3μmol/L、20.4 μmol/L,远高于贝类养殖区及对照区.网箱养殖区NH4-N、PO4-P、NO2-N 平均扩散通量在三个区域中均居首位,分别为692.9、36.5和6.1 μmol/(m2·d),贝类区次之.网箱养殖大大提高了营养盐由沉积物向海水界面的扩散通量,使养殖海域成为一个极具潜力的污染内源.     

大亚湾表层沉积物间隙水与上覆水中营养盐分布特征

通过2007年4月和8月2次对大亚湾内13个站位的采样分析,探讨了表层沉积物间隙水和上覆水中营养盐含量的时空分布特征,估算了沉积物一海水界面营养盐的扩散通量,并对间隙水和上覆水中的营养盐含量进行了相关性分析.结果表明,大部分表层沉积物间隙水中营养盐含量远高于上覆水,但两者不具有相同的含量分布趋势.PO34-P、SiO23-Si、NH4 4 -N、NO-2-N和NO-3-N在沉积物-海水界面的平均扩散通量分别为9.22、444.99、13.49、20.71、8.99p,mol·m-2·d-1.相关性分析表明,营养盐在间隙水和上覆水中的含量均无明显相关性,说明间隙水中赋存营养盐的浓度并不是其上覆水中营养盐含量的决定因素.     

胶州湾潮滩沉积物-水界面交换对海湾营养盐的影响

2004年9月在胶州湾红石崖(HSY)和河套(HT)潮滩进行了沉积物-海水界面的营养盐交换通量培养实验,结果表明:DIN 在胶州湾沉积物-海水界面的交换以NH4-N的扩散为主,交换方向是由上覆水向沉积物迁移,NO3-N 的扩散方向与NH4-N的相反;SiO3-Si的交换和PO4-P的相似在潮滩各站位均是由上覆水向沉积物的方向迁移,表明潮滩沉积物是水体中营养盐的汇.NO2-N、NH4-N、PO4-P、SiO3-Si在沉积物-海水界面的交换通量为净吸收,分别为河流输入通量的25、7、9、2倍.但NO3-N的交换是由沉积物向海水方向,通量仅为河流输入通量的20%.潮滩沉积物-海水界面受到大量底栖动物的生理活动及其它作用的影响,因此营养盐培养实验得到的通量与利用间隙水浓度梯度法估算的结果存在明显差异.     

汉江襄阳段主要入江支流沉积物营养盐和重金属风险特征研究

采集汉江襄阳段主要入江支流沉积物柱状样,分析沉积物常规理化指标、上覆水和孔隙水中营养盐含量、以及表层沉积物重金属含量,采用一维孔隙水扩散模型(Fick定律)计算营养盐扩散通量,评估沉积物营养盐释放风险,并评价表层沉积物重金属生态风险.结果表明:所有采样点氨氮及磷酸盐均从沉积物向上覆水释放,表明水质存在内源营养盐(氨氮和磷酸盐)释放风险.氨氮、磷酸盐扩散通量范围分别为42.431~81.369 mg·m-2·d-1、0.745~1.437 mg·m-2·d-1,均以航空路样点最大.表层沉积物重金属污染指数SPI值为6.1,总体表现为中度风险;其中小清河样点SPI值为11.8,达到高风险.小清河Cu、Pb和Zn平均含量分别为131.17 mg·kg-1、57.97 mg·kg-1和398.59 mg·kg-1,均超过相应的SEL值(最高效应阈值).富集系数研究表明汉江支流表层沉积物中Cd富集现象严重,平均富集系数高达4.57.汉江襄阳段入江支流沉积物存在内源营养盐释放风险,中度重金属生态风险,且Cd累积风险突出.因水文调控减少汉江干流流量进而导致河流稀释自净能力减弱,从而对汉江水质安全构成较大威胁.     

生物炭覆盖对底泥污染物释放的影响

为研究生物炭对底泥污染物释放的影响,将芦竹茎、芦苇茎、花生壳及玉米芯利用限氧升温炭化法烧制成生物炭(Biochar),在模拟反应器中覆盖在受污染底泥上,研究生物炭对上覆水NH4+-N、NO3--N、NO2--N、COD及PO34--P浓度的影响,并计算各指标累积释放量及释放速率;同时测定了生物炭可溶性NH4+-N和PO34--P的释放量.结果表明,未覆盖生物炭的对照组上覆水氨氮浓度在第25 d达到最大值4.27 mg·L-1,之后稳定在4.02 mg·L-1左右,而4种生物炭处理组在第25 d以后,氨氮浓度稳定在0.3 mg·L-1以下,其中芦苇处理组抑制效果最明显,氨氮累积释放量减少了85.61%;4种生物炭组COD累积释放量较未添加生物炭处理组减少了28.83%～30%;玉米芯生物炭处理组磷酸盐浓度高于对照组,芦竹及花生壳处理组对底泥磷的释放抑制效果较好.生物炭NH4+-N和PO34--P的释放量在前3 d最大,花生壳生物炭组氨氮释放量最大,为36.79mg·kg-1,玉米芯生物炭处理组磷酸盐释放量最大,为70.64 mg·kg-1.结果表明生物炭对底泥NH4+-N、COD及PO34--P的释放有削减作用,具有应用到污染水体底泥修复的潜力.     

How do inundation provoke the release of phosphorus in soil-originated sediment due to nitrogen reduction after reclaiming lake from polder

Different N and P fractions in microcosm incubation experiment was measured using high-resolution in-situ Peeper and DGT techniques combining with sequential extraction procedure. The results showed the synchronous desorption and release of PO₄^3-, S^2- and Fe²⁺ from the solid soil-originated sediment. This trend indicated that the significant reduction of Fe-P and SO₄^2- occurred in the pore water during the inundation. The concentrations of PO₄^3- in the overlying water and pore water increased to more than 0.1 and 0.2 mg/L at the beginning of the incubation experiment. Decreased NO₃^-concentrations from more than 1.5 mg/L to less than 0.5 mg/L combining with increasing NH₄⁺ concentrations from less than 1 mg/L to more than 5 mg/L suggested the remarkable NO₃^- reduction via dissimilatory nitrate reduction to ammonia (DNRA) pathway over time. High NH₄⁺ concentrations in the pore water aggravated the release of Fe²⁺ through reduction of Fe(III)-P as electric acceptors under anaerobic conditions. This process further stimulated the remarkable releasing of labile PO₄^3- from the solid phase to the solution and potential diffusion into overlying water. Additionally, high S^2- concentration at deeper layer indicated the reduction and releasing of S^2- from oxidation states, which can stimulated the NO₃^- reduction and the accumulation of NH₄⁺ in the pore water. This process can also provoke the reduction of Fe-P as electric acceptors following the release of labile PO₄^3- into pore water. Generally, inundation potentially facilitate the desorption of labile P and attention should be paid during the reclaiming lake from polder.     

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.     

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.     

海州湾海洋牧场人工鱼礁投放对营养盐的影响

为了解海州湾海洋牧场人工鱼礁投放对营养盐的影响,基于2008—2015年间共24个航次水质调查资料,分析了海州湾海洋牧场鱼礁区和对照区活性磷酸盐(PO_4~(3-)-P)、活性硅酸盐(SiO_3~(2-)-Si)和溶解无机氮(DIN)的浓度、组成及营养盐结构的变化.同时,比较了鱼礁区和对照区营养盐的变化,初步分析了人工鱼礁投放量与营养盐的相关性,尝试探索人工鱼礁投放对营养盐浓度与结构的影响.结果表明,鱼礁区和对照区PO_4~(3-)-P、SiO_3~(2-)-Si浓度均呈现出秋季夏季春季的特点,且鱼礁区高于对照区.DIN在鱼礁区和对照区也呈现出同样的季节变化特点,但鱼礁区的变化幅度显著大于对照区.海洋牧场人工鱼礁的投放使鱼礁区PO_4~(3-)-P和DIN浓度增加.受热力学平衡的影响,对照区DIN浓度也出现了增加,而PO_4~(3-)-P受人工鱼礁投放的影响小.鱼礁区和对照区SiO_3~(2-)-Si受人工鱼礁投放影响均不明显.另外,海洋牧场DIN组成也发生了改变,2012年前NO_3~--N为DIN主要组成,之后为NH_4~+-N.营养盐结构分析显示,海州湾海洋牧场营养盐对浮游植物主要表现为磷限制.     

菹草种群对湖泊水质空间分布的影响

对南京玄武湖菹草种群内外水体进行了26 h连续理化指标监测及分析,研究菹草种群对湖泊水体的环境效应.结果表明,表层水体DO最高值(11.85 mg/L)、最低值(9.90 mg//L)均出现在种群内,种群外水域DO含量随与种群距离增加而递减;种群内及开阔水域表层与底层DO差异较小,而种群与开阔水域交界处表层与底层DO差...     

南四湖内源氮磷释放的对比研究

采用柱状沉积物采样器和Peeper间隙水采集器分别于2011年8月获取南四湖不同湖区原位柱状沉积物和间隙水,通过原柱样静态释放实验及间隙水分子扩散模型对其氮磷释放规律进行了研究.结果表明,南四湖不同湖区夏季氮磷界面交换速率差异显著,静态释放实验沉积物NH4+-N和PO43--P的释放速率分别为3.1～10.3 mg·m-2· d-1和0.3～2.7mg·m-2· d-1,总体呈北高南低的趋势,南阳湖明显大于其他各湖区,这与其距离济宁市区较近,沉积物受污染较重有关.Peeper法与离心法分别获取不同湖区间隙水,利用分子扩散模型计算出NH4+-N和PO43--P的释放速率分别为3.69～4.51 mg·m--2·d-1、0.24 ～0.66 mg·m-2·d-1和2.54～4.16 mg·m-2·d-1、0.04～0.51 mg·m-2·d-1,同一采样点,Peeper法计算出释放速率比传统离心法高出约20％.通过静态释放实验获得的NH4+-N和PO43--P释放速率(R)在空间分布上与间隙水分子扩散模型计算出的结果相一致,但前者明显大于后者,将其进行比较,氮和磷的R/F值分别为0.84 ～2.64和2.03 ～13.79,表明原柱样静态模拟实验进行内源释放速率估算时,可能比分子扩散模型法计算的结果更接近于实际情况.     

Remediation of nutrient-rich waters using the terrestrial plant, Pandanus amaryllifolius Roxb.

Effective control of eutrophication is generally established through the reduction of nutrient loading into waterways and water bodies. An economically viable and ecologically sustainable approach to nutrient pollution control could involve the integration of retention ponds, wetlands and greenways into water management systems. Plants not only play an invaluable role in the assimilation and removal of nutrients, but they also support fauna richness and can be aesthetically pleasing. Pandanus amaryllifolius, a tropical terrestrial plant, was found to establish well in hydrophytic conditions and was highly effective in remediating high nutrient levels in an aquatic environment showing 100% removal of NO~-N up to 200 mg/L in 14 days. Phosphate uptake by the plant was less efficient with 64% of the PO4-P removed at the maximum concentration of 100 mg/L at the end of 6 weeks. With its high NO~-N and PO43--P removal efficiency, P. amaryllifolius depleted the nutrient-rich media and markedly contained the natural colonization of algae. The impediment of algal growth led to improvements in the water quality with significant decreases in turbidity, pH and electrical conductivity. In addition, the plants did not show stress symptoms when grown in high nutrient levels as shown by the changes in their biomass, total soluble proteins and chlorophyll accumulation as well as photochemical efficiency. Thus, P. amaryUifolius is a potential candidate for the mitigation of nutrient pollution in phytoremediation systems in the tropics as the plant requires low maintenance, is tolerant to the natural variability of weather conditions and fluctuating hydro-periods, and exhibit good nutrient removal capabilities.