CaO2不同投加方式对黑臭河道底泥内源磷释放抑制作用

以S市某黑臭河道底泥和上覆水为研究材料,研究了CaO_2在3种不同投加方式下对内源磷释放的抑制效果.结果表明CaO_2在3种投加方式下,均导致上覆水中pH和DO有所增加.注射条件下,上覆水DO浓度明显低于覆盖,说明注射确实延缓了CaO_2的氧化速度,有利于创造底泥微氧化环境.CaO_2覆盖和注射条件下,上覆水中TP和DIP浓度以及变化趋势基本一致,均明显低于混匀条件.但是,覆盖条件下,间隙水中DIP浓度最高,达到注射条件下的120.33~142.18倍.相反,注射条件下,间隙水中DIP浓度最低,并且上覆水中DIP浓度也较低,说明注射条件下CaO_2对内源磷的释放确有抑制作用,这与其创造的微氧化环境密切相关.底泥中不同形态磷数量分布也证实了这一点.投加CaO_2加快了有机磷的矿化速度,铁铝结合态磷和钙结合态磷也明显增加,使得内源磷持留能力增强.     

都柳江水系沉积物锑等重金属空间分布特征及生态风险

以都柳江沉积物为研究对象,通过系统采集表层沉积物样品,测定其重金属含量,查明了流域沉积物中重金属空间分布特征,结合主成分分析和相关性分析等统计学方法探讨了都柳江表层水系沉积物中重金属的来源,并利用地累积指数法、富集因子法和生态风险指数法评估了沉积物中重金属污染状况及其潜在生态风险.结果表明:(1)都柳江表层沉积物中Sb含量极高,可达7 080 mg·kg~(-1),且从上游到下游呈现逐渐降低的趋势,As、Cd、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Tl和Zn等含量变化不大;(2)主成分分析提取的两个因子的累积贡献率达到77.67%,表明沉积物中重金属来源主要包括:矿业活动和自然源等;(3)地累积指数和富集因子表明,都柳江水系沉积物中Sb污染最为严重,其次是As和Cd,Co、Cu、Mo、Ni、Pb、Tl和Zn的污染较轻,未受Cr污染;(4)各金属Hakanson潜在生态风险指数(Eir)依次为SbCdAsCoNiPbCuZnCr,而重金属综合潜在生态风险指数(RI)结果表明,中度生态风险及以上等级的样品约占58.1%,严重生态风险等级的样点主要集中在受锑矿采选冶活动影响和支流八洛河汇入后等周边采样点位;都柳江流域各重金属生态风险指数在综合指数中占主导地位的是Sb,表明Sb在都柳江流域水系沉积物中具有极强的生态风险性.     

洱海沉积物水提取态有机氮特征及与其他来源溶解性有机氮的差异

选取洱海不同季节全湖47个沉积物表层样品,探讨水提取态有机氮(WEON)与不同来源(上覆水、间隙水、入湖河流和湿沉降)溶解性有机氮(DON)组分特征差异,并分析其对沉积物影响.结果表明,(1)洱海沉积物WEON含量季节性变化为夏季春季秋季冬季;空间分布规律呈北部南部中部.(2)洱海沉积物WEON腐殖化程度较高,腐殖质主要以富里酸为主,主要含有紫外区类腐殖质荧光峰A和高激发类色氨酸荧光峰B,受陆源输入和湖内生物共同影响.(3)洱海沉积物及其他来源DON均含有2个荧光组分,其中组分C1为内源性可见紫外区腐殖质峰是生物降解形成的荧光峰;组分C2为类色氨酸峰;湿沉降样品类蛋白峰峰强最大,生物可利用性较高;入湖河流DON生物可利用性最低.(4)洱海上覆水DON荧光C1和C2组分和沉积物WEON含量为显著相关(r=-0.79,P0.01;r=-0.944,P0.01),上覆水DON的荧光组分特征能够很好指示沉积物WEON含量特征.研究洱海不同样品DON结构组分特征,揭示洱海富营养化的潜在风险,为防治规划提供依据.     

长江口低氧区沉积物中磷的形态及其环境意义

磷是长江口外邻近海域潜在的限制性营养元素,沉积物中磷的转化与保存对于指示区域环境变化和物质循环具有重要的作用.通过对长江口外低氧区和非低氧区柱状沉积物中磷和氧化还原敏感参数的分析,探讨了沉积物中磷的形态、分布及其环境意义.研究表明,Detr-P是沉积物中磷主要的赋存形态;其次是Org-P、Fe-P和Auth-P,Exch-P对总磷的贡献5%;磷的含量与分布受陆源输入和早期成岩作用的影响;活性磷组分在沉积-保存过程中发生了明显的形态转化,Auth-P主要来源于Fe-P和Org-P的转化.长江口低氧区沉积物中磷的保存与陆源输入和水体环境变化密切相关,磷的形态能够较好地反映区域环境变化.低氧区与非低氧区沉积物中活性磷的分布具有一定的差异性,突出表现在低氧区沉积物具有更高的C/P值.研究区域内DRP的释放通量为0.90~1.13μmol·(cm~2·a)~(-1);磷的埋藏效率高于70%,其中Detr-P的埋藏效率约为100%,Fe-P和Org-P分别为38%和26%.Auth-P是活性磷最主要的埋藏形态,大约51%的Auth-P来源于Fe-P和Org-P的转化.长江口低氧区磷的埋藏效率低于东海内陆架海域,低氧现象降低了磷的埋藏效率,并可能对富营养化等生态环境问题产生深远影响.陆源输入的变异显著影响长江口沉积物中磷的组成,流域磷的输入与河口初级生产和低氧等一起深刻影响着长江口磷的循环模式.     

太湖表层沉积物中PPCPs的时空分布特征及潜在风险

使用HPLC-MS/MS技术,对太湖周边15个河流入库口和6个水源地沉积物中9种药物及个人护理品(PPCPs)进行检测,其几何均值范围分别为1.60~129 ng·g-1和1.36~22.0 ng·g-1,其中咖啡因的含量占15个河流入库口沉积物中9种PPCPs总含量的52%,为河流入库口沉积物中PPCPs的优势污染物,林可霉素、甲氧苄啶、阿奇霉素、磺胺甲恶唑、泰乐菌素等5种抗生素的含量占6个水源地沉积物中9种PPCPs总含量的79%,为6个水源地沉积物中PPCPs的优势污染物.从空间分布来看,太湖西偏北部分的竺山湾和宜兴东部湖区附近沉积物中的PPCPs含量较高;从PPCPs的组成来看,各采样点PPCPs有不同的来源,总的来说有市政污水排放、畜牧养殖业污水排放和水产养殖业用药直接施用于太湖水体等3个来源.15个河流入库口沉积物中人类使用药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大,6个水源地沉积物中兽用及水产养殖业中使用的药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大.本研究检测出太湖周边河流入库口中有较高含量的PPCPs,说明周边区域有污染源持续向太湖输入;应用风险商值(RQ)模型评价太湖表层沉积物中PPCPs残留对沉积物生态环境的影响,河流入库口与水源地对乙酰氨基酚、阿奇霉素和磺胺甲恶唑的RQ大于1,对沉积物生态环境具有高风险;卡马西平的RQ值介于0.1~1之间,对沉积物生态环境具有中风险;其他几种PPCPs化合物RQ值介于0.01~0.1之间,对底栖生态环境具有低风险.     

网湖沉积物正构烷烃分布特征及其记录的环境变化

通过对网湖沉积岩芯中正构烷烃含量和组成特征的分析,探讨了网湖近百年来的湖泊环境变化.结果表明,网湖沉积岩芯中正构烷烃的碳数范围在n-C14~n-C33之间,其中以高碳数组分为主,并具有明显的奇偶优势,反映了沉积物有机质以大型水生植物和陆生植物贡献为主,较低的2n-C31/(n-C27+n-C29)比值指示陆源输入中以木本植物输入为主.根据正构烷烃参数指示的沉积物有机质来源变化特征,近百年来网湖水体环境变化具有如下3个阶段:20世纪50年代以前,网湖与长江水体交换频繁,湖泊水体处于低营养环境状态,沉积物正构烷烃高/低分子量正构烷烃比值(H/L)和陆/水生类脂物比值(TAR)较高,沉积物有机质主要来源于陆生植物和大型水生植物,湖泊浮游藻类贡献少;20世纪50~80年代,H/L和TAR值明显下降,中、短链正构烷烃的比例略有升高,表明陆源植被对沉积物有机质的贡献降低,水生植物和浮游藻类贡献的有机质增加,但较低的2n-C17/(n-C23+n-C25)值表明浮游藻类有机质较低,此时湖泊水体较为稳定,湖泊受长江水位影响减小,湖泊营养水平有所升高;1980s以来,总体上湖泊受流域人类活动影响明显,湖泊水体营养水平升高,沉积物正构烷烃表现为H/L和TAR值升高后下降,正构烷烃总量和2n-C17/(n-C23+n-C25)比值显著升高,2000年后尤其明显,表明湖泊沉积物有机质输入增加,其中湖泊浮游藻类贡献明显增加.     

分层型水源水库沉积物需氧量特性

为探明分层型水源水库沉积物需氧量(SOD)特性及其影响因素,选取西安金盆水库主库区上覆水体流速较低的库心区及流速较高的入库口两处沉积物进行对比实验,估算水体不同扰动条件下沉积物需氧量,利用Biolog-Eco平板和三维荧光光谱(EMMs)技术从底栖微生物群落代谢活性和沉积物有机质两方面对取样点沉积物需氧量的差异性进行分析.结果表明,静止条件下,入库与库心沉积物在较高溶解氧时(约5 mg·L-1)的沉积物面积需氧量SOD5area分别为0.13 g·(m2·d)-1和0.36g·(m2·d)-1,库心约为入库的2.69倍.动态条件下,沉积物-水界面上覆水扰动增加使沉积物需氧量增加,沉积物耗氧动力学由一阶动力学方程逐渐向零阶动力学方程转变.入库与库心沉积物有机质含量分别为44.43 mg·g-1和45.12 mg·g-1,库心沉积物的可溶解性有机质(DOM)的总荧光强度约为入库的1.5倍.有机质含量更高的库心沉积物细菌群落代谢活性(以AWCD表征)更强,表明高含量有机质和较强细菌代谢活性是引起库心沉积物需氧量大的主要因素.将深层水库水体耗氧过程的研究结果与现有充氧曝气技术进行结合,可为提高曝气器充氧效率提供科学依据.     

长江口沉积物甲烷产生潜力与产甲烷菌群落特征

采用室内培养与高通量测序技术,研究了长江口沉积物产甲烷潜力及其产甲烷菌群落组成特征.结果表明,研究区沉积物甲烷排放速率为4.15～7.12 nmol·g~(-1)·d~(-1),且表现出厌氧区高、丰氧区低的特点.甲烷产生潜力为丰氧区大于厌氧区,说明甲烷在水体中氧化是减少甲烷排放的重要环境过程.研究区沉积物中产甲烷菌群落组成具有明显的差异.厌氧区沉积物产甲烷菌的优势群落为Methanococcoides(拟甲烷球菌属)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanosaeta(甲烷鬃菌属),丰氧区沉积物为Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Methanosaeta(甲烷鬃菌属)和Methanocella(甲烷胞菌属),因而缺氧过程会对产甲烷菌群落产生重要的影响.通过估算发现,研究区甲烷的排放量为2487～6819 t·a~(-1),表明长江口是甲烷排放的净产生源.因此,由缺氧过程导致的河口环境因子变化会影响甲烷的代谢循环过程及其微生物群落组成,进而对河口生态系统甲烷排放产生重要的影响.     

基于液相31P核磁共振技术的不同地理区域湖泊沉积物生物质磷(Biogenic-P)形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法,研究了我国不同地理区域湖泊表层沉积物中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明,不同地理区域湖泊表层沉积物磷含量差异较大,湖泊沉积物中的总磷在184.37～1089.41 mg·kg~(-1)之间,青藏高原的青海湖总磷含量最高,达到1089.41 mg·kg~(-1).使用~(31)P-NMR技术在湖泊沉积物中共检测到4类磷化合物,其中生物质磷检测到3类磷化合物,分别为:磷酸单酯(Mono-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P),其中以磷酸单酯为主,含量在5.57～399.18 mg·kg~(-1)之间.随着我国外源性磷的有效控制,内源性磷成为了磷主要的来源,在磷的内源负荷中,生物质磷矿化释放的磷将会影响水体整体生产力,本研究基于液相~(31)P核磁共振技术,对我国不同区域湖泊沉积物中磷形态的分布有了一些新的认识,可为深入认识磷在不同区域湖泊中转化提供支持,有助于深入研究不同区域湖泊磷生物地球化学循环过程,同时为认识我国不同区域湖泊沉积物中磷形态特征提供数据支持.     

若尔盖花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因丰度垂向分布特征及其环境响应

若尔盖湿地作为中国最大的泥炭沼泽区,是生物地球化学循环的重要场所.本文以若尔盖湿地的花湖为研究对象,采集0～47 cm的沉积物样品,通过实时荧光定量PCR(qPCR)技术,探究沉积物中氨氧化(amoA)和反硝化(nirS、nirK、nosZ clade I)功能基因丰度的垂向分布特征,及其对环境因子的响应.结果表明:花湖沉积物中古菌amoA基因丰度在垂向分布上呈下降趋势,而nirS基因丰度呈上升趋势;古菌和细菌的amoA基因丰度相近,nirS基因丰度则远高于nirK基因,且氨氧化功能基因丰度整体上比反硝化功能基因低1～2个数量级.总氮(TN)、总磷(TP)、氨态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)和亚硝态氮(NO~-_2-N)与古菌amoA基因丰度均呈显著正相关关系(p0.05),而与nirS基因丰度呈显著负相关关系(p0.05).这两种功能基因明显受到花湖沉积物中不同形式氮素浓度的影响与限制.通过研究花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因的垂向分布特征及其对环境的响应,可为深入了解高原湖泊沉积物中的氮循环机理提供参考.