静水与流水条件下沉水植物生长对上覆水和沉积物磷迁移的影响

沉水植物生长可有效降低河湖内源磷污染. 为探究沉水植物在静水(v=0 m/s)和流水(v=0.10 m/s)条件下对上覆水和沉积物磷迁移影响,选取苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)为研究对象,测定其生长期间上覆水、沉积物中各形态磷含量和沉水植物生物量,并监测环境因子变化. 结果表明:①苦草和黑藻生长期间上覆水和沉积物中各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持在较低水平. 相同流速下黑藻对上覆水磷的吸收效果优于苦草,苦草能抑制沉积物表面磷释放. ②试验20 d后,苦草和黑藻组上覆水各形态磷浓度显著低于对照组,试验结束时静水苦草组、静水黑藻组、流水苦草组和流水黑藻组上覆水TP(总磷)浓度相比对照组分别下降了0.13、0.15、0.19和0.25 mg/L. 静水条件下沉水植物以降低上覆水中DTP(溶解性总磷)为主,流水条件下以减少DTP和PP(颗粒磷)为主. ③试验结束时,苦草组和黑藻组沉积物TP含量在静水条件下分别下降了91.78、93.25 mg/kg,流水条件下分别下降了83.51、81.03 mg/kg;NaOH-P(NaOH提取磷)含量在静水条件下分别下降了57.76、55.86 mg/kg,流水条件下分别下降了24.52、19.24 mg/kg,沉积物从轻度污染逐步转为未受污染. ④试验50 d,苦草生物量在静水和流水条件下分别增加了353.08和402.03 g,黑藻生物量分别增加了415.00和477.08 g,沉水植物生物增长量在流水条件下显著高于静水组. 研究显示,苦草、黑藻生长均能有效吸收磷,在流水条件下可促进沉水植物生长和磷的吸收,同时改变了上覆水溶解氧(DO)浓度和pH等环境因子,从而影响磷在上覆水和沉积物的迁移及磷形态的转变.      

动态水流条件下河流底泥污染物(COD_(Cr))释放研究

为了研究不同水深、流速等水动力条件对底泥中污染物释放强度的影响,以苏州河底泥为例,通过水槽试验,分析了动态水流条件下河流底泥中污染物释放及其对上覆水体水质的影响.结果表明,CODCr释放率随时间的增大而增大,但CODCr释放强度随时间的增大而减小.底泥中污染物释放率与水深和流速有关,在相同水深的条件下,底泥的释放率随着流速的增加而增大;在相同流速的条件下,底泥的释放率随着水深的增大而减小.在水深10cm、流速0.10m.s-1的动态水流条件下,底泥向上覆水体释放CODCr的释放强度与时间的关系为:C=1.06C0e-0.06t.     

重庆园博园龙景湖新建初期内源氮磷分布特征及扩散通量估算

采集重庆园博园龙景湖不同区域沉积物样柱,分析沉积物上覆水和孔隙水中氮磷垂直分布特征,并利用一维孔隙水扩散模型(Fick定律)来估算氨氮和正磷酸盐的扩散通量和年负荷贡献量.结果表明,龙景湖沉积物-水界面氨氮从上覆水到孔隙水在垂直剖面上总体都呈现出增大趋势;表层(0~5 cm)沉积物孔隙水中氨氮平均浓度为6.13 mg·L-1±3.07 mg·L-1,是上覆水氨氮平均含量10倍.正磷酸盐垂直分布特征总体表现为先增大再减小,在表层孔隙水出现极大值;沉积物孔隙水中正磷酸盐平均浓度为2.01 mg·L-1±1.05 mg·L-1.所有区域氨氮均表现为由沉积物向上覆水释放,新增淹没区库湾区域氨氮扩散通量低于6.0 mg·(m2·d)-1,龙景沟水库、龙景湖主湖原有湖区氨氮扩散通量分别高达47.19 mg·(m2·d)-1、40.29mg·(m2·d)-1.原有湖区正磷酸盐表现为由沉积物向上覆水释放,扩散通量仍以龙景湖主湖及龙景沟水库最大,为7.89mg·(m2·d)-1、6.13 mg·(m2·d)-1.新增淹没区的河道、库湾及赵家溪部分区域正磷酸盐却表现为由上覆水向沉积物中扩散,扩散通量为-1.93~-2.78 mg·(m2·d)-1.整个湖区氨氮年负荷贡献量为3.95 t·a-1,新增淹没区贡献率为85%;正磷酸盐年负荷贡献量为0.357 t·a-1,新增淹没区贡献率为72%.     

大型浅水湖泊内源营养盐释放的概念性模式探讨

通过在太湖开展的风浪与底泥悬浮的野外观测,结合分层采取水样并分析水体中溶解性营养盐的浓度随深度的变化结果,发现在水土界面的上覆水中营养盐浓度有突然增加的现象,指示着沉积物对上覆水营养盐浓度有影响.对沉积物中孔隙水营养盐浓度随深度的变化分析,表明了沉积物孔隙水中营养盐浓度变化与氧化还原环境的关系.结合水动力作用,提出了大型浅水湖泊水动力作用导致底泥悬浮,从而使得底泥中的可溶性营养物质释放这一内源释放的概念性模式.     

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ（TP）的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ（TN）的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO₄3--P和NH₄+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO₃--N的"源",而中上游区域表现为NO₃--N的"汇";PO₄3--P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/（m2·d）,NH₄+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/（m2·d）,NO₃--N的释放通量范围为-1.109~3.446 mg/（m2·d）.研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.      

春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性

为研究春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性,于2016年4月采集香溪河库湾上覆水和沉积物样品,分析香溪河库湾沉积物-水系统不同氮形态营养盐浓度的分布特征,计算沉积物-水界面不同氮形态的扩散通量并与环境因子进行相关性分析.结果表明,香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ(TN)的变化范围分别为1.10~6.90 mg·L-1和6.19~32.57 mg·L-1;上覆水和沉积物间隙水中氮质量浓度在沿程和垂向上有一定的变化规律:各采样点上覆水中氮质量浓度在沿程和垂向上没有明显的变化趋势,上游区域的沉积物间隙水中氮质量浓度明显大于下游区域,沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)明显大于上覆水,沉积物间隙水ρ(NO-3-N)略小于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为NH_4~+-N的"源",NO-3-N的"汇";NH_4~+-N的扩散通量范围为2.70~4.72 mg·(m2·d)-1;NO-3-N的释放通量范围为-1.61~-0.62 mg·(m2·d)-1;香溪河库湾沉积物氮主要以铵态氮的形态存在:沉积物中ρ(NH_4~+-N)范围为69.97~1 185.97 mg·kg-1,ρ(NO-3-N)范围为2.78~38.17mg·kg-1,沉积物ρ(NH_4~+-N)与沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)在表层0~8 cm的变化趋势一致.     

外源硫酸盐对武汉南湖表层沉积物磷形态的作用

采用室内模拟实验,选取武汉市南湖表层沉积物及相应上覆水,研究了硫酸盐的输入对沉积物磷形态的影响.结果表明,硫酸盐输入水体后提高了沉积物磷的迁移活性,导致上覆水中总磷(TP)、溶解性正磷酸盐(SRP)含量升高,上升幅度随硫酸盐输入量的增加而增加.硫酸盐扩散到沉积物后,先是生成酸可挥发性硫(AVS),进而转变成铬还原硫.硫酸盐输入提高了沉积物pH值,而使Eh降低.沉积物不同磷形态对外源硫酸盐的响应有所差异,二钙磷(Ca2-P)含量随输入硫酸盐浓度的增加而增加,含量最高的铁磷(Fe-P)为800mg/kg左右,占总磷的51.4%~56.6%,受硫酸盐的影响极显著(P<0.01),在沉积物中含量降低而向上覆水中释放.上覆水中溶解性铁和TP、SRP均呈显著正相关.硫酸盐对沉积物中闭蓄态铁磷(O-Fe-P)也产生显著影响(P < 0.05),总体而言是促进其释放.     

巢湖西部河口区沉积物氮磷分布特征与原位扩散通量估算

选取巢湖西部重污染入湖河口区,研究表层沉积物氮磷污染特征,并运用Fick定律估算沉积物-水界面氮磷原位扩散通量.结果表明:南淝河、派河、十五里河河口表层沉积物总氮平均含量达到2208.17 mg·kg~(-1),氮形态以有机氮为主,占比达到90%以上.表层沉积物总磷平均含量为704.59 mg·kg~(-1),其中铁铝结合磷、活性有机磷和钙镁结合磷分别占比27%、28%和18%.河口区水体氨氮浓度从上覆水到孔隙水中总体呈上升趋势,沉积物表层(0~5 cm)孔隙水中氨氮平均浓度为25.42 mg·L~(-1),是上覆水中的7倍.沉积物孔隙水中硝氮与正磷酸盐浓度在垂向上随深度的增加呈先上升后降低的趋势,在沉积物-水界面附近达到浓度最高值.3个河口沉积物孔隙水中氮磷营养盐均向上覆水扩散,其中氨氮扩散通量分别为25.87、74.85与18.08 mg·m~(-2)·d~(-1).硝氮与正磷酸盐扩散通量较低,范围分别在1.38~2.78和0.011~0.024 mg·m~(-2)·d~(-1)之间.总体上看,巢湖西部河流入湖河口区表层沉积物氮污染严重,且存在较高的氮磷营养盐释放风险,应是巢湖富营养化控制过程中重点关注的区域.     

富营养湖泊沉积物中磷组分对硫酸盐的响应

采用室内模拟实验于厌氧条件下持续6周,研究不同外源硫酸盐浓度下南湖沉积物和上覆水之间的硫酸盐转化及还原情况,采用31P核磁共振(31P-NMR)研究沉积物磷组分所受影响.结果表明,硫酸盐输入促进了上覆水中pH值的升高,而氧化还原电位则呈相反的变化趋势.上覆水中SO24-浓度随时间推移而降低,但间隙水中SO24-浓度的增加幅度并不与上覆水中降低幅度一致,表明沉积物中SO24-发生了转化.沉积物的硫酸盐还原指数随SO24-输入浓度的增大而增加,沉积物中硫酸盐还原菌(SRB)的数量在第2周达到峰值,输入硫酸盐的S500和S1000处理中SRB数量远远高于未加硫酸盐的对照(CK).利用31P-NMR测定了南湖沉积物NaOH-EDTA萃取物中各种磷化合物的相对含量,南湖沉积物中的磷组分主要有正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸盐,且正磷酸盐含量占绝对优势(占总磷的84.10%～95.54%),沉积物中其它磷组分含量顺序为磷酸单酯>磷酸二酯>焦磷酸盐.从总趋势来看,硫酸盐促进了沉积物中正磷酸盐的释放,且在硫酸盐还原菌数量较高时使沉积物中磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸盐含量增加.     

巢湖水华暴发期水-沉积物界面溶解性氮形态的变化

2008年4~10月,连续对巢湖8个样点进行采样,分析了上覆水和表层沉积物间隙水中溶解性氮形态在水华暴发过程中的变化,估算了水-沉积物界面无机氮的扩散通量.结果表明,上覆水中NH4+-N含量随水华暴发强度的增加而减小,溶解性总氮(DTN)含量在水华暴发后明显升高,而NO3--N含量只在水华暴发严重时才明显减少.在大规模水华暴发前(4~5月)上覆水中DTN的主要组成部分是NO3--N和NH4+-N,在水华暴发后则是溶解性有机氮(DON).间隙水中PDTN以NH4+-N为主,其浓度随温度的增加而升高; DON在水华暴发过程中呈先下降后上升的趋势.通量计算结果表明,沉积物作为NH4+-N的“源”一直由间隙水向上覆水释放,西半湖扩散通量在13.06~32.94mg/(m2·d)之间,东半湖扩散通量在4.54~17.41mg/(m2·d)之间.沉积物-水界面交换是湖泊营养盐重要的补充途径,为水华持续暴发提供营养来源.     

重庆南山老龙洞地下河系统重金属分布、迁移及自净能力

2013年12月(冬季)和2014年6月(夏季)分别采集重庆南山老龙洞地下河上覆水,孔隙水和表层沉积物样品.分析重金属Mn、Pb、Cu、As在上覆水-孔隙水-表层沉积物中的分布及迁移特征,研究地下河对重金属的自净能力,以期为岩溶区城镇的发展和地下水的合理开发与保护提供科学依据.地下河上覆水和孔隙水中Mn、Pb、Cu、As检出率为100%,其质量浓度大小为MnPbCuAs,夏季冬季,孔隙水上覆水;地下河上覆水因Mn、Pb含量超标已不可作为饮用水源,夏季重金属在孔隙水和上覆水之间的浓度差大于冬季,更容易扩散到上覆水中影响上覆水水质;地下河表层沉积物存在重金属富集现象,4种重金属总量自采样点UGR6到采样点UGR5呈减少趋势,由采样点UGR5至采样点UGR0段逐渐增加;表层沉积物中Mn具有极强的不稳定性和迁移性,容易污染上覆水,扩大污染区域;地下河对Mn具有很强的自净能力,其中表层沉积物对Mn的自净能力要大于岩溶管道壁.     

大亚湾表层沉积物和间隙水及上覆水中N、P分布特征

通过2007年8月对大亚湾内13个站位的采样分析,探讨了表层沉积物、表层沉积物间隙水和上覆水中N、P含量的空间分布特征,估算了沉积物-海水界面N、P的扩散通量,并对表层沉积物与间隙水、间隙水与上覆水中N、P含量进行了相关性分析。结果表明,表层沉积物中TN含量的分布总体上是西北高东南低,而TP的分布则表现出东高西低的分布趋势。大部分表层沉积物间隙水中N、P含量远高于上覆水,但两者不具有相同的含量分布趋势。PO4-P、NH4-N、NO2-N和NO3-N在沉积物-海水界面的平均扩散通量分别为6.20、4.83、15.33、4.13μmol/(m2.d)。统计分析表明,表层沉积物TN、TP含量分别与间隙水中N、P的含量大约呈负的线性相关,但相关程度并不高,这与沉积物中有机质分解速率缓慢有关;而N、P在间隙水和上覆水中的含量却无明显相关性,说明间隙水中赋存N、P的浓度并不是其上覆水中N、P含量的决定因素。     

再悬浮作用下大环江和刁江沉积物中Pb、Cd和As的释放

该文采用再悬浮模拟装置模拟再悬浮过程中大环江和刁江回水区沉积物中溶解态和颗粒态Pb、Cd和As的含量变化,计算不同扰动强度下的释放通量,以评价再悬浮过程对大环江和刁江水体重金属含量的影响。结果表明,大环江和刁江柱样中上覆水中的DO、p H和SS随扰动均呈增加趋势,3种重金属在颗粒物-水相间的分配系数高于孔隙水-沉积物;再悬浮作用能使沉积物中溶解态重金属迁移进入上覆水中,Pb和Cd迁移能力强于As;再悬浮过程中大环江上覆水中溶解态Pb、Cd及As的总平均通量分别为-0.04、-0.06、0μg/(m~2·min),刁江上覆水中溶解态Pb、Cd及As总平均通量分别为-1.3、-0.01、0.55μg/(m~2·min)。     

太湖河道水深对底泥营养物质再释放过程的影响

河道中的底泥作为二次污染源,是影响河道水环境重要因素.太湖河口及调水区河流底泥氮磷的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.本文用直水槽模拟河道的水动力条件改变,通过实验研究总磷、总氮在不同水深条件下水体中的浓度变化情况,探究底泥中营养物质在不同水深条件下的释放规律.本文从水流底部切应力和底部压强的角度,分析研究上覆水中总磷、总氮的平均释放速率.结果显示上覆水中的总磷随着底部切应力的增大,平均释放速率增大,随着底部压强的增大,平均释放速率减小,即与水深的变化成负相关;总氮则随着底部压强的增大,平均释放速率增大,即与水深的变化成正相关.     

低溶解氧状态下河网区不同类型沉积物的氮释放规律

采集浙江温州温瑞塘河河网中4个受不同人类行为干扰的沉积物样品,分别代表受河道上游来水、制革厂排水、建筑垃圾和生活污水排放的影响,研究了低溶解氧(DO)状态下不同类型沉积物各形态氮(N)的释放规律.结果表明,低DO状态下,不同上覆水条件能明显影响沉积物-水系统中N迁移转化.上覆水污染越重越不利于沉积物中N释放,水质改善后易促进沉积物中N的释放.屿田河高营养盐水平的上覆水中的N仍能在扩散作用下进入沉积物,并导致已严重污染的沉积物中总氮(TN)和硝酸盐氮(NO3--N)含量增加,控制河流外源N持续输入利于沉积物污染负荷的降低.低DO状态下各类沉积物中氨氮(NH4+-N)均会释放进入上覆水,而NO3--N则迁至沉积物中,并在反硝化作用下脱离系统.NH4+-N的释放量取决于其在沉积物中的含量.低DO状态下NO3--N释放的风险小于NH4+-N.     

宜昌市天福庙水库沉积物磷形态分布特征及其释放通量估算

为揭示天福庙水库沉积物中磷的形态及空间分布特征,探讨沉积物-水界面磷的释放通量及其主要影响因素,在天福庙水库库区内设立了6个采样点,采用SMT（磷形态标准测试程序）法测量其沉积物中磷的形态组成,对沉积物磷空间分布、间隙水及上覆水PO₄3-质量浓度变化特征进行了分析,估算了磷释放通量.结果表明:①库区沉积物中TP主要由Ca-P（钙磷）构成,TP在水库库尾和支流入库处具有较高的质量分数,分别为4 904.6、5 015.2 mg/kg.TP、IP（无机磷）、Ca-P时空动态具有一致性,磷矿石灰污染是重要原因.②孔隙水中PO₄3-质量浓度在沉积物表层1~3 cm内存在很高的峰值,达11.3 mg/L,各采样点均高于上覆水中PO₄3-质量浓度,存在向上覆水释放PO₄3-的风险,孔隙水中PO₄3-质量浓度与TP质量分数及磷形态相关.③采用孔隙水扩散模型法估算PO₄3-在沉积物-上覆水界面上的释放通量,库区沉积物磷释放通量范围为0.13~3.08 mg/（m2·d）,平均值为1.03 mg/（m2·d）,处于较高水平.研究显示,磷矿开采是干流沉积物磷来源和形态组成的重要原因,库区磷释放通量与水流扰动密切相关,坝前、支流交汇处、库尾是库区内源磷污染的主要区域.      

燃煤电厂周围渔业养殖行为对水生生态环境中汞形态变化的影响

为研究燃煤电厂周围渔业养殖行为对水生生态环境中汞形态变化的影响,以浙江省象山港渔业养殖区为研究对象,对养殖区和对照区海水样品中不同形态汞浓度进行了测定.结果表明,燃煤电厂周围海域上覆水总汞浓度达到83.0 pmol·L-1±97.1 pmol·L-1.沉积物表层孔隙水中总溶解态汞随深度的下降而下降,并且10cm以上孔隙水中溶解态汞浓度显著高于10cm以下溶解态汞含量(P0.001),以上结果表明象山港海域水体中较高的汞浓度很有可能源于燃煤电厂的烟气释放.养殖区水体总汞浓度(96.5 pmol·L-1±133 pmol·L-1)高于对照区(69.5 pmol·L-1±39.4 pmol·L-1),主要源于养殖行为过程中从业人员生活污水的排放以及鱼饲料等物质在沉积物中的积累,进而向上覆水中释放.渔业养殖区孔隙水表层甲基汞(24.0pmol·L-1±16.7 pmol·L-1)浓度高于对照区(6.60 pmol·L-1±5.11 pmol·L-1),说明渔业养殖行为造成了沉积物中有机质积累,促进了汞的甲基化.     

长江武汉段沉积物再悬浮过程中PAHs释放的预测模型

为研究长江武汉段沉积物再悬浮过程中多环芳烃的释放,采用回归方法建立了剪应力与再悬浮颗粒物浓度、有机碳含量及PAHs浓度之间的定量关系模型,并结合PAHs在悬浮颗粒物-水体分配系数,建立了不同剪应力条件下再悬浮过程中上覆水体PAHs浓度预测模型,通过模型预测结果与实验结果的比较,表明模型具有良好的预测效果,可用来进行不同剪应力条件下沉积物再悬浮过程PAHs释放的预测.     

太湖藻对水-沉积物界面磷交换过程的影响

采用太湖梅梁湾沉积物和上覆水,以及从太湖水体中分离出的水华优势蓝藻(铜绿微囊藻)和常见绿藻(月芽藻), 室内模拟研究了这2种藻对太湖梅梁湾沉积物磷交换过程的影响. 结果表明:藻种的不同显著影响磷在水-沉积物界面的交换过程. 在沉积物和上覆水灭活条件下,铜绿微囊藻能够显著增加沉积物磷的释放量,引起上覆水中可溶性磷酸盐的增加;而月芽藻的存在没有引起沉积物中磷的明显释放,上覆水中可溶性磷酸盐一直保持在很低水平. 在低磷浓度的水体中,藻类会被诱导产生碱性磷酸酶,分解大分子可溶性有机磷,以满足自身生长的需要. 沉积物中各形态磷存在明显的转化作用,其中铁磷和碱提有机磷含量明显下降,而钙磷和酸提有机磷含量则大幅增加.      

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.