底栖穴居动物对潮滩N迁移转化的影响

以软体动物河蚬(Corbiculafluminea)为例,运用实验模拟的方法,通过对上覆水、孔隙水和沉积物的对比分析,研究了底栖动物对潮滩N迁移转化的影响。实验结果发现,河蚬主要通过排泄和生物扰动影响N在沉积物-水界面间的迁移转化。在富氧的环境下,底栖动物的活动结果使NO3 N在上覆水中有明显的持续累积效应,NH4 N在较深层孔隙水中积累,而NO2 N易在沉积物中累积。     

潮滩沉积物-水界面NH3-N交换通量的底栖藻类效应

在考虑底栖藻类效应的基础上,运用实验模拟技术,研究了“有光—无光”和“淹水—暴露”这两个典型潮滩环境条件下沉积物—水界面NH3-N的扩散通量变化,发现光照和暴露时间的长短显著影响沉积物—水界面NH3-N的迁移交换。暴露后淹水初期NH3-N由沉积物向上覆水释放,但在光照条件下由于底栖藻类的光合作用或吸收作用使得释放通量减少甚至改变了扩散方向。随着暴露时间的增加,NH3-N从沉积物向上覆水体释放通量减小。     

霍甫水丝蚓对太湖梅梁湾沉积物影响——水界面无机氮、磷交换

根据太湖梅梁湾大型底柄动物的自然分布特征,运用沉积物-水微宇宙的实验方法评估了霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeristeri)对太湖沉积物无机氮和磷释放的影响,通过对比分析沉积物和上覆水无机氮浓度、沉积物和上覆水之间无机氮的循环规律及沉积物中无机氮的剖面特征在有/无水蚯蚓活动背景下的差异,探讨了寡毛类底...     

滏阳河表层沉积物氮分布特征和界面无机氮扩散通量估算

为了揭示非常规水源补给河流沉积物-水界面氮交换过程及其特点,为非常规水源补给河流富营养化机制提供基础数据.选择典型非常规水源补给河流(滏阳河)为研究对象,分析河流沉积物中氮素空间分布及上覆水-孔隙水氮营养盐垂直分布特征,并估算滏阳河不同区段沉积物-水界面无机氮扩散通量.结果表明,滏阳河整体表层沉积物总氮含量范围在770~10590 mg·kg~(-1)之间,其中有机态氮为氮素的主要存在形式,占总氮比例达84.9%~99.3%.NH3-N为无机氮的主要形态,含量范围为3.23~1135.00 mg·kg~(-1).溶氧量作为影响沉积物-水界面无机氮分布的主要因素.邯郸段硝氮浓度在孔隙水中随深度逐渐升高,孔隙水平均硝态氮浓度达3.54 mg·L~(-1),为上覆水8倍之多.邢台、衡水、沧州段硝氮浓度随深度而逐渐降低;滏阳河下游衡水段和沧州段进入沉积物-水界面后氨氮浓度呈下降趋势.滏阳河上游邯郸段与邢台段沉积物-水界面NH3-N由沉积物向上覆水扩散,扩散通量为48.9~1471.0μmol·m~(-2)·d-1.下游河段部分点位NH3-N表现为上覆水向沉积物中扩散,扩散通量在-932~-456μmol·m~(-2)·d-1之间.非常规水源补给河流在氮营养盐外源得到控制后,仍存在内源释放风险,将会加大河流治理与修复的难度.     

太湖摇蚊幼虫对底质环境及内源释放的影响

该研究通过开展室内原位静态模拟试验,探讨了太湖梅梁湾常见优势种类羽摇蚊和长足摇蚊对底质环境以及内源释放的生物扰动效应,研究结果表明:2种幼虫均促进了沉积物的耗氧作用、显著降低了上覆水的溶氧量、促进沉积物中硝态氮向间隙水的溶出、促进沉积物氨氮向上覆水的释放;长足摇蚊促进了沉积物碱性磷酸酶活性和溶解反应性磷的溶出。2种摇蚊幼虫的物理扰动和生理代谢活动改变了泥水界面的氧化还原环境,促进沉积物的耗氧矿化作用,从而加速内源释放,对沉积物-间隙水营养盐的溶出和吸附平衡产生显著影响。     

盐度变化对崇明东部河口潮滩氮营养盐循环影响实验模拟研究

以长江口咸淡水交互作用最为典型岸段崇明东部潮滩作为研究区域,运用实验模拟方法,定量地研究了盐度变化对潮滩生态系中无机氮的迁移、转化过程的影响。结果发现,盐度升高有利于沉积物中的NH4-N向上覆水扩散,但NO2-N和NO3-N的界面扩散呈现相反的变化趋势;沉积物中可交换态无机氮含量变化特征显示,在盐度变化剧烈的潮滩生态系统内,硝化作用可能是控制沉积物(尤其是表层沉积物)中无机氮分布的重要因素。     

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.      

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.     

摇蚊幼虫与霍甫水丝蚓扰动对河流沉积物中氮、磷、氧释放的影响

定量研究河床沉积物中的生物扰动对污染物的影响效应,对于维护河流健康具有重要的理论指导作用.基于室内实验模拟摇蚊和霍甫水丝蚓对河床沉积物的扰动过程,研究两种生物扰动作用对沉积物中氮、磷释放以及生物扰动对上覆水中溶解氧的影响.在相同的沉积物环境中分别放入单一物种,实验结果显示,相对于空白组,摇蚊幼虫组的上覆水中氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为2.32、0.787、0.105 mg·L-1,霍甫水丝蚓组的氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为0.72、0.462、0.063 mg·L-1,表明摇蚊幼虫和霍甫水丝蚓的扰动作用均能促进沉积物中氨氮、总氮、总磷向上覆水中的释放,且摇蚊幼虫对污染物释放的作用效果比水丝蚓更明显;当摇蚊幼虫和水丝蚓混合放入后,摇蚊幼虫对沉积物中氨氮、总氮、总磷释放起主要促进作用;在混合实验组(摇蚊23条,霍甫水丝蚓47条)中,氨氮、总氮、总磷的平均净增量均低于单一物种的摇蚊组和水丝蚓组,表明在该组中,摇蚊幼虫和霍甫水丝蚓在沉积物中共同扰动作用对氮、磷释放的促进效果减弱;对上覆水中溶解氧浓度而言,摇蚊所占比例越高,溶解氧浓度就越低,且上覆水中的溶解氧浓度变化,会影响生物扰动对沉积物氮、磷释放的效果.     

海河流域典型重污染河流滏阳河沉积物氨化和硝化速率研究

为探究海河流域重污染河流高氨氮形成的原因,选择典型重污染河流滏阳河作为研究对象,分析了滏阳河上游邯郸与邢台段和下游石家庄与衡水段水-沉积物界面氨氮的分布特征和沉积物氨化及硝化反应速率.结果表明,滏阳河上覆水和孔隙水中氨氮呈现出下游高于上游的分布特征,其中上覆水氨氮平均浓度为15.72 mg·L~(-1),孔隙水氨氮平均浓度为21.10 mg·L~(-1),氨氮表现为从沉积物向水体扩散.滏阳河全河段表层沉积物氨化速率平均值为4.300μg·g~(-1)·h~(-1),其中上游氨化速率平均值为3.360μg·g~(-1)·h~(-1),下游氨化速率平均值为5.232μg·g~(-1)·h~(-1);滏阳河整体潜在硝化速率处于较低水平,范围在0.001~0.598μg·g~(-1)·h~(-1),平均值为0.152μg·g~(-1)·h~(-1),平均氨化速率约为平均潜在硝化速率的28倍.通过相关性分析可知,氨化速率与沉积物氨氮、总有机氮和全氮显著正相关,与硝氮显著负相关;潜在硝化速率与沉积物硝氮、总有机氮和全氮显著正相关,与总有机碳和碳氮比显著负相关.研究表明,滏阳河沉积物氨化速率远大于潜在硝化速率并形成氨氮累积是造成滏阳河高氨氮现象的重要原因之一,沉积物中累积的氨氮存在通过扩散作用向上覆水释放的风险.     

白洋淀沉积物氨氮释放通量研究

白洋淀沼泽化趋势不断加重,本文分析了沉积物氨氮释放风险与水质效应,评估沉积物中氨氮交换通量对上覆水体水质产生的重要影响.结果表明:白洋淀淀区表层水氨氮(NH_4~+-N)平均浓度在0.0~0.49 mg·L~(-1)之间,硝氮(NO_3~--N)平均浓度维持在0.09~0.20 mg·L~(-1),总氮(TN)浓度范围为1.40~4.52 mg·L~(-1),淀区水质在V类水平和劣V类水平.沉积物NH_4~+-N的平均含量在61.1~160.6 mg·kg~(-1),NO_3~--N含量整体平均值较低,范围在4.3~9.0 mg·kg~(-1),TN含量平均值在1555~4400 mg·kg~(-1)之间.整个白洋淀淀区表层沉积物孔隙水中NH_4~+-N浓度明显高于上覆水浓度,NH_4~+-N存在从沉积物向上覆水释放的风险.淀区沉积物-水界面潜在NH_4~+-N扩散通量范围为-9.3~38.3 mg·m~(-2)·d~(-1),NH_4~+-N潜在内源释放风险非常高.烧车淀区、南刘庄区、圈头区的潜在NH_4~+-N平均释放通量达到10.0 mg·m~(-2)·d~(-1)以上.为了避免白洋淀沼泽化过程加快,水质氮污染需要采取相应措施进行有效控制,而控制沉积物NH_4~+-N的内源释放是其中的关键环节.     

低温期浅水湖泊氮的分布及无机氮扩散通量:以白洋淀为例

本文以我国华北地区最大的浅水湖泊白洋淀为研究对象,探究其低温期沉积物-水界面无机氮的分布特征,分析沉积物孔隙水中无机氮扩散通量对上覆水水质的影响.结果表明,低温期白洋淀表层水总氮（TN）平均浓度范围为4.83~8.23 mg·L^-1,氨氮（NH₄⁺-N）平均浓度维持在0.21~0.34 mg·L^-1之间,硝氮（NO₃^--N）平均浓度在0.01~2.75 mg·L^-1之间.TN污染较严重,超过地表水Ⅴ类水质标准.表层沉积物TN平均含量在681~4365 mg·kg^-1之间,其中有机氮（TON）为氮素的主要存在形式,占总氮比例61.6%~93.1%.NH₄⁺-N为无机氮（TIN）的主要存在形式,平均含量范围为28.9~116.3 mg·kg^-1,NO₃^--N含量整体较低,平均值范围为5.2~23.7mg·kg^-1.低温期白洋淀0~30 cm沉积物孔隙水中NH₄⁺-N浓度是上覆水中的3~16倍,呈现逐渐累积趋势.沉积物-水界面NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N扩散通量范围分别为-0.55~4.09、-1.44~3.67和-0.88~0.04 mg·（m²·d）^-1,冬季低温期仍具有潜在释放风险.低温期沉积物中积累大量的NH₄⁺-N,可能会在温度升高后影响白洋淀上覆水体水质.因此研究低温期白洋淀沉积物-水界面氮的分布特征和沉积物中无机氮的内源释放风险对于改善白洋淀水质和认识浅水湖泊内源氮污染具有重要意义.     

长江口滨岸排污活动对潮滩营养盐环境地球化学过程的影响

华东师范大学地理系地理信息科学教育部重点实验室,上海200062     

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.     

水库沉积物贫营养型好氧反硝化菌(Pseudomonas sp.)分离及其对微污染水体脱氮效率分析

为探究深水水库沉积物微生物功能特征及利用价值,于2019年在实验室对小湾水库表层沉积物微生物进行了驯化分离,并分析了其中一株细菌的脱氮效率.结果表明,分离出的细菌XW731经鉴定属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）,是一种贫营养型好氧反硝化菌;在分别以NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N为唯一氮源时,该菌对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N去除率分别为33.6%、68.5%和9.1%;以NH₄⁺-N和NO₃^--N为氮源时,对NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为66.4%、89.6%,同步硝化反硝化能力更强.将该菌投加到两种城市微污染水体后测试表明,该菌对城市河道水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为38.3%和42.4%,对城市降雨水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为22.2%和7.7%.     

污水氮浓度和NH4+/NO3-比对粉绿狐尾藻去氮能力和植物体氮组分的影响

采用溶液培养法,设置3个氮浓度20、100、200 mg·L-1和3个NH_4~+/NO_3~-比1∶0、0.5∶0.5、0∶1,研究污水氮浓度和NH_4~+/NO_3~-比对粉绿狐尾藻去氮能力和植物体氮组分的影响.结果表明,粉绿狐尾藻的生物量在第1周增长最快,其中氮浓度20 mg·L-1、100 mg·L-1时,生物量以NH_4~+/NO_3~-=1∶0处理最大;氮浓度200 mg·L-1时,以NH_4~+/NO_3~-=0.5∶0.5处理最大.粉绿狐尾藻在第1周对总氮、铵态氮和硝态氮去除速率最高,且随氮浓度升高而增加;氮浓度20 mg·L-1时,铵态氮和硝态氮的去除率无显著差异,氮浓度100 mg·L-1、200 mg·L-1时硝态氮的去除率高于铵态氮.粉绿狐尾藻氮积累量及对水体和底泥氮去除的贡献率均随氮浓度升高而增加,其氮含量和积累量均以第1周增长最快,氮浓度20 mg·L-1时氮积累贡献率以NH_4~+/NO_3~-=0∶1最大,氮浓度100 mg·L-1、200 mg·L-1时以NH_4~+/NO_3~-=0.5∶0.5最大.粉绿狐尾藻体内蛋白质、氨基态氮和硝态氮的含量均随氮浓度的升高而增加,且蛋白质氨基态氮硝态氮;NH_4~+/NO_3~-为1∶0和0.5∶0.5时蛋白质含量较高,NH_4~+/NO_3~-=1∶0时氨基态氮含量最高,NH_4~+/NO_3~-=0∶1时硝态氮含量最高.由此说明,在试验范围内,粉绿狐尾藻的去氮能力随污水氮浓度升高而提高,可以用于高氮浓度污水修复;粉绿狐尾藻喜铵态氮,但在100 mg·L-1以上的高氮浓度下以硝铵等比时生长和去除氮能力最强;粉绿狐尾藻体内氮组分受硝铵比调节,蛋白氮比例最高,铵态氮和硝态氮则分别随污水NH+4和NO-3比升高而提高.     

典型滨海湿地干湿交替过程氮素动态的模拟研究

滨海湿地是海陆相互作用的交错过渡地带,具有敏感而复杂的环境过程与功能价值.以典型滨海湿地崇明东滩为原型,采集湿地沉积物及海水样品,通过土柱模拟方法,研究了半月潮(15 d左右为周期的"大潮")与日潮(一个太阴日内出现的涨潮和落潮)水分生态过程沉积物NO3--N、NO2--N、NH4+-N与溶解性有机氮(DON)含量以及硝酸还原酶(Nar),亚硝酸还原酶(Nir),羟胺还原酶(Hyr)活性等的变化,旨为揭示滨海湿地潮汐驱动下沉积物周期性干湿交替过程氮素动态变化规律及还原机制.半月潮过程中,沉积物变干期间(含水量从35%降至5%～7%),硝化作用占主导地位.随着干燥程度的加剧(含水量从5%～7%降至0%～3%),沉积物中数量可观的NO3--N和NO2--N转化为DON.然而,随着干湿交替频次的增加,NO3--N和NO2--N向DON的转化率显著降低.干燥沉积物淹水变湿后(含水量从0%～3%升至37%～45%),NO3--N、NO2--N、NH4+-N与DON含量平均增加1～3倍.淹水后Nar、Nir活性的迅速升高表明,NO3--N和NO2--N的还原明显改善.3个培养周期沉积物Nar与Nir活性、Hyr活性与NH4+-N含量之间呈现极显著的正相关性,NO3--N、NO2--N含量的减少与NH4+-N含量的增加也显著相关.结合湿地沉积物干湿交替过程"低氮高碳"特征,可以认为,氨化途径主导了半月潮过程NO3--N的还原.相比较而言,日潮过程中,NO3--N、NO2--N、NH4+-N以及DON的含量均较为稳定,分别为(3.0±0.3)、(1.2±0.1)、(133.3±4.3)和(41.1±10.6)mg·kg-1.因此,日潮过程对沉积物氮素动态变化的影响较小.     

两种沉水植物对上覆水和间隙水中可溶性无机氮的影响

在实验室模拟研究沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、苦草(Vallisneria spiralis L.)对上覆水、间隙水中可溶性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)的浓度、赋存形态及DIN扩散通量的影响.结果表明,金鱼藻和苦草对上覆水中DIN的去除效果均强于间隙水,对各形态DIN的去除差异:NO-2-N>NH+4-N>NO-3-N;金鱼藻对上覆水中DIN的去除效果明显强于苦草,但对间隙水中DIN的去除效果弱于苦草;金鱼藻和苦草减少了NH+4-N和NO-2-N的扩散通量,显著增加了NO-3-N的扩散通量,使NO-3-N取代NH+4-N成为间隙水向上覆水中扩散DIN的主要形态,但对NO-3-N和NH+4-N扩散通量的影响,金鱼藻和苦草之间差异不显著;金鱼藻和苦草增加了上覆水和间隙水中3种形态DIN含量比例的变化幅度,金鱼藻对上覆水中DIN含量比例影响强于苦草,对间隙水中DIN含量比例的影响弱于苦草.总体来讲,金鱼藻对上覆水中DIN形态影响较大,苦草对间隙水中DIN形态影响较大,两者对DIN扩散通量的影响差别不显著.     

基于DGT技术的黄河上游典型水库沉积物氮磷释放与污染源解析

针对黄河上游河库连通背景下水库的污染源解析不足的问题,基于薄膜梯度扩散和高分辨率孔隙水采样,分析了黄河上游典型水库——沈家河水库的污染特征和扩散通量.结果表明,清水河入库口水质为劣Ⅴ类,沉积物为重度污染状态.各点位上覆水可溶性磷酸盐（SRP）平均值低于孔隙水,表明沉积物SRP因浓度梯度向上扩散.各点位DGT-P与DGT-Fe的相关性及沉积物-水界面浓度差存在空间异质性,1号的沉积物DGT-P释放受Fe-P还原释放主导,2号的表层沉积物DGT-P释放能力较差,3号的表层沉积物DGT-P的释放能力较强,可根据释放机制采取不同治理措施.沉积物-水界面附近1号（4～8 mm）、 2号（8～20 mm）和3号（-8～8 mm）发生NH⁺₄-N浓度减小和NO^-₃-N浓度增加的现象.沉积物释放导致的TP、 TN和NH⁺₄-N负荷增加量分别占总量的100%、 78.3%和56.5%,表明沉积物释放是负荷的主要来源,但是清水河输入对氮的影响不可忽略.结果为黄河上游水库污染源...     

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.