滇池沉积物内源氮释放风险及控制分区

采用淹水培养法测定了滇池20cm沉积物可释放态氮(EN)、潜在可释放态氮(MN)及稳定态氮(FN)含量,并分析了其空间分布特征,结合沉积物定年数据计算了不同形态氮蓄积量.依据沉积物-水界面氮释放通量、EN蓄积量及MN蓄积量对滇池沉积物内源氮污染状况进行分区,评估了不同区域滇池沉积物内源氮释放风险,并对不同分区提出了污染控制措施.结果表明,滇池沉积物内源氮释放风险:外海南部外海北部外海中部草海,潜在释放风险:外海南部外海中部草海外海北部;滇池沉积物氮污染有由北向南转移趋势;滇池全湖20cm沉积物蓄积TN5757.90t,EN637.72t,MN1320.76t,FN3799.42t.根据沉积物氮污染滇池可划分为高污染区、中度污染区、低污染区及安全区,分别占全湖面积的13.51%、15.02%、46.06%、25.42%,其中高污染区主要分布在草海、外海北部盘龙江附近;中度污染区主要分布在高污染区以下从宝象河到观音山区域及滇池出水口海口等区域;低污染区主要分布在中度污染区以下从广谱大沟到整个外海南部区域.高污染区可采取底泥环保疏浚技术,中度污染区可采取安全生态性高的原位控制技术,低污染区可采取覆盖技术,配合水生植被修复技术.     

藻类生长对滇池不同区域沉积物磷释放的影响

选择滇池5个代表性研究位点,分别采集沉积物和水样,在藻类发生的重灾区采集藻类,通过野外取样和实验室模拟试验,研究分析了藻类生长对滇池不同区域沉积物磷释放的影响。结果表明,加入藻类明显提高了沉积物速效磷和总磷的释放量;去离子水处理的沉积物速效磷和总磷释放量明显高于滇池水处理;各区域沉积物中以海埂的速效磷释放量最高,昆阳的总磷释放量最高。     

滇池表层沉积物中氨氮的释放特征

为研究滇池内源污染特征,于2013年在滇池全湖布设36个采样点,采集表层沉积物样品,并对沉积物中w(NH4+-N)的分布及NH4+-N释放动力学特征进行研究.结果显示:滇池表层沉积物中w(NH4+-N)为155.8~667.8 mg/kg,平均值为333.7mg/kg,湖心区域最高.0~5 min内NH4+-N释放速率最大,可达到3.34~42.31 mg/(kg·min);5 min后NH4+-N释放速率逐渐降低,并在120 min左右基本达到释放平衡.沉积物中NH4+-N的释放潜能为17 147~34 163 mg/kg,NH4+-N释放量随着水土质量比的增加而增大;滇池大部分区域NH4+-N的释放潜能相对较高,特别是在草海北部以及外海盘龙江河口处.滇池沉积物中NH4+-N释放速率、释放潜能均高于长江中下游湖泊沉积物;与同为高原湖泊的洱海相比,其沉积物中NH4+-N释放速率基本相当,但是NH4+-N释放潜能却远高于洱海,表明滇池表层沉积物中NH4+-N具有非常高的释放风险.     

滇池草海沉积物磷形态、空间分布特征及影响因素

研究滇池草海沉积物中磷的分布特征、影响因素对研究草海水体富营养化具有重要的意义.研究表明:草海中各形态磷含量和空间分布特征呈现明显差异, O-P、Ca-P、Al-P、Fe-P平均含量分别为804.08、768.35、167.29、63.01mg/kg.沉积物磷形态平均含量O-P>Ca-P>Al-P>Fe-P.沉积物总磷及各形态磷在空间上存在差异, 滇池草海西南部、北部和东部区域中全P、O-P、Ca-P、Al-P、Fe-P各形态磷都属于高含量区域.沉积物理化性质与上覆水性质是影响沉积物中磷形态的重要因素.其中沉积物全磷与O-P(R2=0.741*)、Ca-P(R2=0.678*)呈现显著性正相关关系;pH值与Al-P(R2=0.714*)、Fe-P(R2=0.664*)呈现显著负相关关系;沉积物有机质与O-P呈显著正相关性(R2=0.758*).沉积物上覆水DO与Fe-P呈显著负相关(R2=0.750*),上覆水中叶绿素a和Al-P存在显著正相关关系(R2=0.601*).表明沉积物磷形态释放与沉积物中有机质、pH值有关;同时上覆水中溶解氧制约沉积物Fe-P释放,叶绿素a含量促进沉积物Al-P的释放.     

滇池表层沉积物对磷的吸附特征

在室内模拟条件下,从滇池表层沉积物对磷的吸附动力学与热力学两个角度出发,研究了滇池沉积物对磷的吸附特征,同时探讨了不同磷形态对磷吸附特性的影响,结果表明:1滇池不同形态磷含量顺序为:有机磷钙(O-P)钙结合态磷(Ca-P)金属氧化物结合态磷(Al-P)残渣态磷(Res-P)可还原态磷(Fe-P)弱吸附态磷(NH4Cl-P);2沉积物对磷的吸附动力学过程分为2个阶段,即快吸附和慢吸附阶段.快吸附阶段主要发生在0~0.5 h内,而慢吸附阶段主要发生在0.5~4 h.滇池沉积物对磷的吸附过程主要在4 h内完成.3外海北部上覆水磷酸盐(SRP)浓度低于沉积物中磷的吸附/解吸平衡浓度(EPC0),可初步判断该区域沉积物有向上覆水体释放磷的风险.4不同区域沉积物磷的最大吸附量(Qmax)和总最大吸附量(TQmax)均以外海南部最大.5沉积物本底吸附态磷含量(NAP)与钙结合态磷(Ca-P)呈显著正相关关系(R2=0.5139,p0.05),而其他吸附特征参数与磷形态之间相关性均不显著.6与洱海、太湖等湖泊相比,滇池沉积物磷的本底吸附态磷(NAP)和最大吸附量(Qmax)均处于较高水平,磷污染较为严重.     

滇池沉积物磷浓度对内源磷释放过程及蓝藻生长的影响

通过不同沉积物磷浓度对内源磷释放过程及蓝藻生长影响的试验开展滇池内源沉积物释放过程的研究。试验表明:1沉积物磷浓度的高低与蓝藻的生长状况有明显关联,高浓度的磷能使蓝藻暴发时间更长且强度更大,且各形态磷变化的波动性越大。2沉积物全磷含量和各形态的无机磷在试验结束后均有释放,有机磷在处理四出现负释放:4个处理全磷释放量分别为4.88%、6.67%、7.69%、9.27%;有机磷在处理四增加0.83%。     

滇池水体BOD5和CODMn空间变化研究

通过对滇池进行全湖集中采样和分析,揭示了滇池水体五日生化需氧量(BOD5)和高锰酸盐指数(CODMn)的空间变化规律.BOD5和CODMn变化范围分别是2.3～7.9mg/L,5.1～15.4mg/L,BOD5平均值草海(5.9mg/L)高于外海(5.1mg/L)CODMn平均值外海(10.17mg/L)高于草海(8.67mg/L),2个指标在入河口水域都相对较高.水平方向上,BOD5变化特点是南北高,中间低,西部高,东部低.垂直方向向上BOD5随水深增加递减.而CODMn的高值区域主要出现在草海和外海海埂、盘龙江、大青河入湖口水域、西部观音水域以及东北部宝象河、东部梁王河和捞鱼河入湖口水域、东南柴河入湖口水域.垂直方向上,从表层到水-沉积物界面水体,其CODMn都呈增加趋势.随着工业点源污染的控制,城市生活污水的排入和面源有机污染物的输入以及内源释放是决定滇池BOD5和CODMn空间变化的主要原因.     

滇池近代富营养化加剧过程的沉积记录

为认识滇池内源污染特性在湖泊环境演变过程中的变化,采集滇池北部和中心2根柱状沉积物样品,分析了TOC(总有机碳)、TN(总氮)、BSi(生物硅)及磷形态含量剖面变化规律,并探讨了其与滇池富营养化历史的关系.结果表明,滇池沉积物中w(TOC)与w(TN)自20世纪50年代后增加显著.n(TOC) /n(TN)介于7.0～13.5之间,表明滇池内源藻类和细菌等对沉积物中有机质贡献大.滇池沉积物中w(TP)剖面变化规律反映了滇池由中营养化向富营养化过渡的过程.沉积物中w(TP)与w(TOC)呈显著相关(R=0.91,P＜0.01),表明滇池外源磷的输入与生物量的增长以及蓝藻水华暴发的一致性和外源磷污染控制的必要性.滇池不同区域w(BSi)剖面变化及其与w(TOC)、w(TP)的关系表明,滇池在长期演变中,生态系统结构发生了变化.滇池北部近年来富营养化加剧,蓝藻大量繁殖成为优势种群而导致生物群落结构单一化;而中部等地区硅藻仍保持大量增长趋势,表明藻类在该区域处于大量增长的过程中.     

复合硫酸铝控制滇池内源磷释放的有效性

在滇池福保湾重污染区域修建两个6m×6m围隔,向其中投加适量硫酸铝,利用原位钝化技术控制内源磷释放。通过采集柱状芯样,采用室内静态模拟沉积物PO43--P的释放,测定表层沉积物松散结合态磷含量。对照围隔表层沉积物中松散结合态磷含量(27.68~38.55mg/kg)约为硫酸铝处理围隔(11.09~13.85mg/kg)的3倍。结果表明,投加硫酸铝可有效抑制底泥中PO43--P的释放,显著降低表层底泥不稳态磷含量。     

基于绝对主成分-多元线性回归的滇池污染源解析

定量解析污染源是湖泊流域水环境管理的重要基础.基于滇池草海和外海多年水质监测数据,采用主成分分析（PCA）方法识别了主要水质指标的污染源类型,利用绝对主成分-多元线性回归模型（APCS-MLR）得到不同污染源对水质的贡献程度.结果表明,草海主要的污染源有农业面源、城市面源和内源3类,外海的主要污染源是农业面源、城镇生活污染源、城市面源和内源4类.与河流水污染源解析结果不同,底泥内源与气象因子对滇池主要水质指标的影响较大.     

世博会期间滇池草海蓝藻清除应急措施

为确保世博会期间滇池草海水体及旅游景观得到明显改善，对滇池敏感水域实施蓝藻清除应急措施。该项目在水资源调探措施、其他污染综合治理工程及行政管理措施的协同作用下，针对各应急区不同的污染特征，采用多种药剂净化、机械除藻、水域围隔、凤眼莲景观化等各种应急措施，以确保达到世博会期间滇池草海及外海北部敏感水域水体及旅游景观明显改善的目标。     

滇池水中细菌和古菌氮代谢功能基因的空间分布

氮代谢在滇池水生态系统氮素循环和转化过程中起到重要的作用,不仅真核生物参与氮素转化,原核生物作为氮素循环的主要驱动者,在氮素生物化学循环中的作用更不容忽视.基于16S rDNA高通量测序技术,监测滇池草海和外海区域13个点位,分析滇池水中原核生物氮循环功能关键基因的分布特征.结果发现,滇池水中细菌35门, 427属,主要以变形菌门和拟杆菌门为优势门类;古菌14门, 61属,主要以广古菌门为优势门类;β多样性指数显示滇池整体细菌丰富度指数高于古菌,草海细菌多样性指数高于外海.PICRUSt功能解析表明细菌和古菌具有功能上的丰富性,细菌中有35个参与氮代谢的KO通路,涉及氮异化硝酸盐还原基因nirB、一氧化氮还原酶基因norB和硝酸还原酶基因nasK等关键基因;古菌中有23个参与氮代谢的KO通路,涉及固氮酶基因nifH、nifK和nifD,古菌固氮酶基因拷贝数显著高于其它氮代谢基因,草海中古菌氮代谢能力整体高于外海,滇池水中古菌比细菌固氮潜能更大.本研究从原核生物氮循环中功能基因的角度,探讨滇池不同区域水中细菌和古菌氮循环差异,为进一步揭示氮循环机制,解决氮素污染引起的富营养化提供理论参考.     

滇池富营养化发展趋势分析及其控制对策

1988～1999年滇池监测数据的统计分析表明,滇池水质在继续恶化,全湖水质超V类,富营养化程度呈上升趋势.近10年来,滇池主体外海TP浓度增加了一倍多,叶绿素a增长了十几倍,营养水平由富营养发展到严重富营养,增加了两个级别,发展趋势近年来尤为明显.P是近10年来滇池水体中增长最快的营养盐,水体中P浓度的持续增     

滇池水质1999-2008年时空变化特征

以滇池常规的水质监测数据为基础,运用因子分析法对滇池1999-2008年的水质进行综合评价,并以水质综合评价得分作为监测点位的空间属性值,采用空间插值法定量分析10年间滇池水质的时空变化特征。研究期间内,滇池水质总体呈现不断恶化的趋势,氮磷污染一直是滇池的主要污染类型。滇池南部区域水质一直优于北部和中部区域,尤其是草海和外海交界区域的水质在全湖是最差的。南部片区水质在整个滇池最好,但也呈现出不断恶化的趋势。     

滇池湖体及其主要入湖河流沉积物中重金属生态风险的时空分布特征评价

为了表征滇池流域20多年来的底泥重金属生态风险,用Hakanson潜在生态危害指数评价法和Muller地积累指数法对滇池湖体及其5条主要入湖河流的重金属污染进行时空特征评价。就空间分析,得出以下结论:(1)对于滇池湖体,两种评价方法结果一致,即草海污染程度大于外海,并且滇池湖体中污染程度最高的重金属为Cd;(2)对于滇池主要入湖河流,两种方法得到一致的污染程度排序:运粮河>新河>船房河>盘龙江>大清河;(3)关于入湖河流中污染程度最高的重金属,潜在生态危害指数法评价为:船房河、大清河、盘龙江是重金属Hg风险最高,而运粮河和新河是重金属Cd的风险最高。而通过地累积指数评价法得到,5条河流均是重金属Cd的污染程度最高。评价结果的差异,主要是由于潜在生态危害指数法较之地累积指数法还另外考虑了污染因子的毒性特征而产生的。就时间变化分析,以1989年和2005年为例,除了重金属Cr有上升趋势,其余金属总体上呈现随时间下降的趋势,说明滇池流域20多年来的污染治理工作取得了一定的成效。     

截污调水后滇池表层沉积物中16种PAHs的分布特征

截污调水等工程实施后,滇池的外源污染已得到有效控制,表层沉积物等内源污染物应加以重视.为研究滇池表层沉积物中16种多环芳烃(PAHs)的分布特征,采用气相色谱-质谱联用法(GC-MS)分析了2016年12月采集的19个滇池表层沉积物样品的PAHs含量,解析其时空分布规律、来源及生态风险.滇池表层沉积物中总多环芳烃(TPAHs)的含量范围为92. 31～1 546. 78 ng·g~(-1),平均值为496. 30 ng·g~(-1),草海TPAHs含量(平均932. 37 ng·g~(-1))远高于外海(平均380. 02ng·g~(-1)),随着截污调水工程的开展,TPAHs含量较2012年大幅下降,已处于我国重点水域中较低水平.滇池表层沉积物中含量最高的物质为荧蒽(80. 65 ng·g~(-1)),毒性当量(TEQ)含量最高的物质为二苯并[a,h]蒽(42. 97 ng·g~(-1)). PAHs组成以4环及5～6环为主(分别占总含量的40. 38%和40. 22%),PAHs构成较以往大体一致.分子比值法分析结果表明,滇池表层沉积物中PAHs主要由生物质或煤的燃烧贡献.基于潜在生态风险标志对比法评估,全湖总体处于低风险水平,但草海的生态风险相对较高,值得进一步关注.本研究结果可为滇池水质的保持与提升提供基础数据和重要参考.