流体自控振荡的机理及其对水环境维护的有益功能

从真实流体所具粘滞耗散特性出发,以数学解析法严谨地论证了淹没射流因沿程能量通量渐减,加以其动量通量沿程守恒,故其质量通量必然沿程递增,从而衍生出射流卷吸及附壁效应,于是,在专门设计的腔体中就会发生流控振荡现象.发生流控振荡的腔体的两个出口会交替地输出两股非共面动量通量射束并在其后形成顺流螺旋涡,在绕水平轴旋涡的流场中,重于水的沙粒将获得附加的悬浮功增量,而轻于水的气泡或藻菌团的上浮行动将受阻碍.前者会加大河流的挟沙能力,后者的影响将导致水藻所赖以滋长的光合能量锐减而枯萎,从而改善水质.     

基于菌藻对比培养方法的洱海沉积物溶解性有机氮生物有效性评价

为了深入探究DON（溶解性有机氮）在湖泊水生生态系统中的重要营养作用和生态效应,寻找科学的DON生物有效性评价方法,选择洱海不同湖区表层沉积物样品,通过室内接种细菌和铜绿微囊藻进行对比培养,运用三维荧光-平行医疗法（3D EEM-PARAFAC）研究菌藻对比培养条件下湖泊沉积物DON生物有效性及各DON荧光组分生物有效性差异.结果表明:① 藻类培养条件下洱海表层沉积物DON生物有效性（8.49%~42.5%）略低于细菌培养条件下的生物有效性（10.5%~45.3%）. ② 藻培养条件下,DON生物利用率与藻细胞密度增长量呈显著正相关,即藻细胞密度的增长量可作为反映沉积物DON生物有效性的指标. ③ 菌类培养过程中DON光谱学特征参数[如SUVA₂₅₄（254 nm处紫外吸收光谱系数）、S_R（275~295 nm处吸收光谱系数与350~400 nm处吸收光谱系数比值）等]与DON含量相关性总体较细菌培养好;培养液中SUVA₂₅₄有不同程度下降,S_R指数均有上升,大分子DON和高芳香性DON可被微生物降解.相比于陆源荧光组分,内源荧光组分的生物有效性较差. ④ 相比而言,藻类培养方法能更直观地反映沉积物DON对藻类生长的影响,可在一定程度上作为衡量湖泊沉积物DON生物有效性的指标,即藻类培养方法更适合评价洱海沉积物DON生物有效性.      

西江上游有色金属产业集聚区河流沉积物重金属空间分布特征与来源解析

为研究西江上游有色金属产业聚集区对河流沉积物环境的影响,在西江上游的刁江、龙江、融江和柳江四条河流选取12个采样点,分析测定了10种重金属元素（Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr、Ni、Tl、Sb和Hg）在沉积物中的含量,采用相关分析、主成分分析、聚类分析和Pb同位素示踪技术剖析沉积物中重金属的分布特征与污染来源.结果表明:① 污染物含量方面,沉积物中w（As）、w（Pb）、w（Cd）、w（Ni）、w（Zn）、w（Cu）、w（Tl）、w（Hg）、w（Sb）、w（Cr）平均值分别为95.42、113.09、4.92、28.03、416.51、27.07、0.75、0.31、34.02、57.58 mg/kg,w（As）、w（Sb）、w（Zn）、w（Pb）和w（Cd）的变化较大,分异显著,受外来源影响较大.② 空间上,内梅罗指数结果显示,刁江沉积物中重金属污染程度最高,龙江次之,融江和柳江较低.③ 污染物来源方面,As、Pb、Cd、Zn、Cu和Sb具有同源性,与西江上游有色金属聚集区矿产开发有关,Ni、Tl、Hg和Cr具有同源性,与地质背景自然源因子有关;沉积物样品206Pb/207Pb变化范围为1.08~1.19,4条河流沉积物Pb同位素比值与大厂、车河矿石同位素比值接近程度依次为刁江、龙江、融江、柳江.Pb同位素示踪分析结果进一步验证了刁江和龙江沉积物中重金属主要受有色金属采选冶矿业活动影响,融江、柳江沉积物中重金属主要由地质背景自然源因子所致.      

城市河流中WWMPs的迁移转化试验

为研究城市河流中WWMPs（污水印记药物）的迁移转化行为,以13种典型WWMPs[AZM（阿奇霉素）、CLM（克拉霉素）、STZ（磺胺噻唑）、TMP（甲氧苄啶）、ATL（阿替洛尔）、PNL（普萘洛尔）、DCF（双氯芬酸）、CLF（氯贝酸）、IBU（布洛芬）、CBM（卡马西平）、CAF（咖啡因）、PRC（扑热息痛）和TCS（三氯生）]为目标物,通过生物降解试验、吸附试验及光降解试验分析目标物主要的迁移转化机理.结果表明,AZM、CLM、PRC的降解主要是生物作用,不灭菌且有氧条件下的降解率分别可达90%、95%、100%.沉积物对CBM的吸附作用明显,但其难以被水解和生物降解,而且其吸附和解吸是一个相对平衡的过程,导致CBM能够稳定存在.ATL、STZ、PRC和TMP这4种亲水性化合物不易被沉积物吸附,其余9种属疏水性化合物的吸附能力取决于其K_OW（辛醇-水分配系数）.此外,光降解试验表明,在实际环境中,很多目标物受颗粒物和光敏剂的影响,不易发生直接光降解,TMP、DCF、PNL、CAF和TCS容易发生光降解作用,其在光照和避光的条件下降解率分别为20%和10%、58%和25%、22%和5%、20%和2%、30%和5%.研究显示,城市河流中的WWMPs在生物降解、吸附和光降解共同作用下有明显的降解效果.      

曹妃甸近岸表层沉积物粒度和粘土矿物分布特征研究

为探讨曹妃甸近岸海区表层沉积物粒度和粘土矿物组成和分布特征,利用激光粒度仪和X-射线衍射(XRD)分析的方法对曹妃甸近岸海区15个表层沉积物样品进行分析。结果表明:曹妃甸近岸海区沉积物以粉砂为主(45.2%),其次是砂(30.2%)和粘土(24.6%);研究区内四种粘土矿物含量依次为伊利石(55.8%)蒙皂石(24.9%)绿泥石(9.9%)高岭石(6.7%)。研究表明曹妃甸近岸表层沉积物含量和分布特征受物源、水动力等自然因素和围填海工程等人为因素共同影响;其中,围填海工程的长期实施对研究区表层沉积物中较细颗粒(粉砂和粘土)的分布影响较为明显;伊利石、高岭石和绿泥石分布特征与围填海导致的水动力改变密切相关。研究结果对曹妃甸近岸海区的沉积特征及沉积物物源、了解围填海工程对海洋沉积环境的影响有着一定的科学意义。     

开闭路条件下沉积物微生物燃料电池阳极细菌群落差异解析

采用Solixa高通量测序技术对比了沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)开闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构差异.SMFCs开路条件下启动阳极生物膜获得优化序列3 936条,经过97%相似度归并后得到1 581个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs);SMFCs连接5 kΩ电阻闭路启动阳极生物膜获得优化序列3 930条,聚类归并后产生1 551个OTUs,α多样性指数分析表明开路条件下启动阳极生物膜菌群多样性相对更丰富.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜优势菌均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,它们在开路下阳极生物膜中的含量分别为59.79%、12.54%和9.02%,而在闭路条件下分别为63.02%、10.01%和3.60%,SMFCs闭路条件下运行,地杆菌Geobacter在阳极生物膜中含量高达16.55%.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构的差异说明SMFCs启动过程电子的传递影响电极生物膜微生物群落结构.     

洱海入湖河口湿地干湿季沉积物氮、磷、有机质垂向分布特征及污染风险差异性

以云南洱海罗时江河口湿地为典型对象,利用柱状底泥分层采样器采集罗时江河口湿地表层(0~10 cm)、中层(10~30 cm)和底层(30~60 cm)沉积物样品,分析干、湿季沉积物总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)垂向分布特征,并对沉积物进行污染风险评价.结果表明:1干季罗时江河口湿地表层、中层和底层沉积物TN平均含量分别为1.734、1.453和1.255g·kg~(-1),TP平均值分别1.085、1.034和0.992 g·kg~(-1),OM平均值分别为59.051、47.730和42.133 g·kg~(-1);湿季罗时江河口湿地表层、中层和底层沉积物TN平均含量分别为1.147、0.948和0.895 g·kg~(-1),TP平均值分别0.599、0.523和0.519g·kg~(-1),OM平均值分别为53.098、46.897和43.395 g·kg~(-1);干、湿季各指标含量垂向分布随沉积深度的增加呈下降趋势,表层富集明显;三层沉积物各指标含量均为干季高于湿季,且除OM外,TN和TP均达到显著差异(P0.01).2单因子指数(PI)、有机氮指数(ON)和有机指数(OI)评价结果表明,整体上干季沉积物氮磷属于重度污染,有机质属于中度污染;湿季沉积物氮和有机质均为中度污染,磷为轻度污染;总体上沉积物氮、磷、有机质污染水平为干季高于湿季,且干、湿季各污染指数均为表层最高,中层次之,底层最低,表层污染最为严重.3干、湿季罗时江河口湿地污染来源存在差异,干季以外源为主,湿季以内源为主;干季沉积物营养盐潜在释放风险较湿季大,且以表层释放风险最大.     

周村水库主库区热分层初期氮素降低的驱动因子分析

为了探究周村水库热分层前期氮素的变化趋势及其驱动因子,于2016年2~4月定期对周村水库主库区进行水质指标监测,并在采样点采集新鲜水样和表层沉积物,实验室模拟水库氮素变化过程中,水体和沉积物的反硝化作用量.结果表明周村水库在热分层初期,库区总氮浓度由(2.28±0.09)mg·L~(-1)降至(1.08±0.09)mg·L~(-1),硝氮浓度由(1.66±0.09)mg·L~(-1)降至(0.25±0.06)mg·L~(-1),氨氮浓度总体变化不大,亚硝氮的浓度几乎不变.与此同时,叶绿素没有明显增加,藻类的影响不大;氮素降低主要由于好氧反硝化菌的反硝化作用造成.热分层初期水库的温度逐渐增加、DO、pH的变化以及以小分子量为主的有机物组成均利用好氧反硝化菌的生长繁殖,菌数从1.06×105cfu·L~(-1)增加到8.33×106cfu·L~(-1),使得水库的反硝化作用增强,水库氮素下降;与此同时的模拟实验中,仅有水体好氧反硝化菌作用时,培养瓶的总氮去除量为0.7 mg,水体和表层沉积物共同作用时,总氮去除量为3.3 mg,水体与表层沉积物的反硝化去除氮量之比大体为1∶4,表层沉积物的反硝化作用是水库氮素去除的重要因素.     

长江口沉积物重金属赋存形态及风险特征

基于长江口沉积物8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)总量与形态在丰、平、枯水期以及14个典型点位的分布特征,通过平衡分配法建立了长江口沉积物质量基准(SQGs),并以此评价长江口沉积物重金属生态风险,揭示重金属生态风险与其形态特征间的相关关系.结果表明,除Cd之外,长江口沉积物重金属以残渣态为主导形态,尤其是As、Cr、Hg,其残渣态含量均为90%以上.长江口As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的沉积物质量基准分别为43.29、0.672、79.65、19.08、0.569、339.09、30.87、411.36μg·g~(-1).Cu的生态风险程度最高,对水生生物具有较大的毒性影响,应当引起重视.河口上游受到长江径流影响大,在丰水期风险较高,在平水期和枯水期则风险偏低;而下游受上海等城市排污影响较大,风险较高(尤其在平水期和枯水期).8种重金属的生态风险与赋存形态之间表现出3种不同的相关关系.     

滆湖表层沉积物营养盐和重金属分布及污染评价

为了揭示滆湖表层沉积物营养盐及重金属分布和污染特征,2014年1月采集了滆湖湖北区、湖中区和湖南区共20个沉积物样品.分析了沉积物营养盐和重金属的水平分布特征,并对营养盐及重金属的污染特征和来源进行了研究.结果表明,滆湖沉积物总氮(TN)和总磷(TP)的平均含量分别为2 207.94 mg·kg~(-1)和708.62 mg·kg~(-1),其中湖中区(N=20,P=0.027)和湖南区(N=20,P=0.005)TN及湖中区(N=20,P=0.005)TP含量显著大于湖北区;重金属(Zn、As、Cr、Cu、Ni、Pb、Cd、Hg)的平均含量分别为766.59、350.66、307.98、59.54、122.67、168.97、2.34和0.41 mg·kg~(-1),其中湖中区的Cu含量显著(N=20,P=0.013)大于湖北区,湖中区的Zn含量显著(N=20,P=0.024)大于湖南区,其它重金属元素含量在3个湖区的差异性不显著(P0.05).除TP、Cu和Hg与粒径之间有一定的相关性,其它元素与粒径的相关性不明显.营养盐污染评价中,综合污染指数(PI)表明滆湖处于严重污染,且湖中区和湖南区比湖北区污染更为严重.潜在生态风险评价中,重金属Cd、As和Hg均已达到很强到极强污染程度,其余重金属则处于轻微到中等污染水平,重金属潜在生态风险指数(RI)表明滆湖沉积物存在很强到极强的潜在生态风险,其中Cd、As和Hg对RI的贡献最大.