北方典型浅水湖泊沉积物有机碳沉积特征研究—以白洋淀为例

湖泊沉积物中有机碳是全球碳库的重要组成部分,为明确浅水湖泊沉积物中有机碳的沉积特征,采集了白洋淀的沉积柱样品,利用连续提取的方法,分析了沉积物自然沉积过程中水溶性有机碳（WSOC）、热解性有机碳（THOC）、酸解性有机碳（HHOC）、碱解性有机碳（AHOC）和不溶性有机碳（WISOC）的含量变化规律、光谱组分特征及影响因素.结果显示,各有机碳组分垂直方向上含量变化规律一致,均随深度增加呈下降趋势,表层20 cm左右的沉积物中有机碳组分含量普遍较高,含量特征呈WISOC>AHOC>HHOC>THOC>WSOC.用紫外光谱的特征参数SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀来分析溶解性有机碳的腐殖程度和分子量大小变化规律,发现腐殖程度与分子量大小变化趋势一致,WSOC和HHOC随深度增加呈增大趋势,THOC随深度增加呈减小趋势,AHOC在0~21 cm阶段随深度逐渐下降,在21~69 cm范围随深度逐渐上升.用A₃₀₀/A₄₀₀表征 有机碳分子构成,发现THOC、HHOC主要由富里酸构成,WSOC、AHOC主要成分为胡敏酸.用A₂₅₃/A₂₀₃表征芳环取代基的种类,发现WSOC、THOC、HHOC苯环上的脂肪链发生聚合反应转化为羰基、羧基等;AHOC的芳香分子上的取代基被微生物代谢分解或转化为脂肪链.相关性分析结果显示,沉积物有机碳及其各组分之间均呈显著正相关,沉积物中的有机碳组分在沉积过程中受到类似的矿化分解作用,且有机碳及其组分含量与C/N值、pH值呈显著负相关.研究成果揭示了白洋淀区域沉积环境中有机碳组分的分布及部分转化规律,可为进一步明确浅水 湖泊的碳源-汇的转换关系结构提供数据支持.     

浅水湖泊水动力过程对藻型湖区水体生物光学特性的影响

基于2010年7月底至8月初对太湖藻型湖区梅梁湾沿岸带水域不同风速条件下水下光场的原位连续高频观测,通过对水下辐照度、光束衰减系数、吸收系数、相关理化参数及气象水文参数的测定与分析,揭示了该区域水体的生物光学特性变化及其与水动力过程的关系.结果表明,总颗粒物吸收系数ap(440)、非色素颗粒物吸收系数ad(440)、浮游植物吸收系数aph(440)及有色可溶性有机物吸收系数aCDOM(440)在小风(30 min内平均风速<3 m.s-1)、中风(3 m.s-1<风速<5 m.s-1)和大风(风速>5 m.s-1)作用下分别为3.97、3.97、6.58 m-1;1.69、2.17、4.20 m-1;2.28、1.80、1.33 m-1;1.05、1.04、1.08 m-1,其中变幅最大的为非色素颗粒物,CDOM吸收系数在不同风速条件下差别不大.水体各组分在PAR波段积分值的贡献率的变化规律为:小风速下浮游植物吸收系数的贡献最大(达42.5%),随着风速的增大,CDOM、浮游植物、纯水吸收系数的贡献率均有降低的趋势,而非色素颗粒物的贡献率则显著增大,分别为33.0%、41.7%、52.0%.PAR漫射衰减系数与10min平均风速呈显著线性相关,风速引起的沉积物再悬浮对PAR漫射衰减系数的影响显著,从小风到大风,PAR漫射衰减系数增加了80.0%,对应真光层深度降低了42.2%.PAR漫射衰减系数、750 nm波长处的光束衰减系数、总悬浮物浓度与风速、波高、波切应力均存在显著正相关,其中又以PAR漫射衰减系数的相关性最为显著.高频观测结果揭示了浅水湖泊藻型湖区水动力过程通过引起沉积物再悬浮、浮游植物的混合及迁移显著改变水体生物光学特性短期变化.     

苏南某农业区浅层地下水DDTs污染特征分析

针对苏南某农业区浅层地下水中DDTs的污染特征进行了初步分析,结果表明,浅层地下水中DDTs最大检出质量浓度为1.04 μg·L-1,最大检出率为36.67％.浅层地下水DDTs污染呈散状分布,浓度高值点集中在研究区东北部,污染范围大,且表现出丰水期、平水期和枯水期含量依次递减的季节性变化特征.该地区包气带防污性能良好,黏土矿物和有机碳对DDTs吸附作用较强,可阻滞其向浅层地下水环境中迁移,是造成部分地段浅层地下水未检出DDTs污染的重要原因.受污染地表水体的垂向入渗是导致浅层地下水DDTs污染的直接原因,其侧向补给可能是浅层地下水DDTs污染的重要来源之一,且污染范围往往局限于地表水体附近地带.     

基于氚和CFCs的三江平原浅层地下水更新能力估算

论文通过对三江平原浅层地下水年龄的测定,研究了地下水的来源与更新能力。在井深小于60 m的钻孔中,采集了11 组浅层地下水样,分别测定水中放射性同位素氚(T)和氟利昂(CFCs),根据活塞模型,分别计算出浅层地下水的年龄。分析结果表明,三江平原浅层地下水中氚同位素含量为1.7~61.2 TU;CFC-12 和CFC-113 浓度分别是0.04~1.25 pmol·kg^-1 和0.1~0.71 pmol·kg^-1。根据氚同位素含量估算的浅层地下水年龄范围是39~51 a;CFC-12 浓度估算的浅层地下水年龄范围为38.2~61.7 a。两种测年数据都表明,浅层地下水缺失了0~39 a 的年轻水,这暗示三江平原的地下水主要接受外源水的补给,深循环地下水越流补给地表水并形成湿地,最终补给到河流之中,地下水有稳定的补给源,可以适当地进行开发和利用。     

湖泊水动力模型外部输入条件不确定性和敏感性分析

以我国典型的大型浅水湖泊太湖为研究区域,采用国内外常用的环境流体动力学模型(EFDC),结合拉丁超立方取样(LHS)方法,研究湖泊水动力模型中4个重要的外部输入条件,即3个边界输入条件(出入湖流量、风速、风向)和1个初始输入条件(初始水位),对模型水动力模拟结果(水位、水龄以及流场)的影响与贡献.结果表明,初始水位的设定对模拟全湖水位和水龄产生决定性影响,不确定性的贡献率分别达到85.73%和66.125%,对垂向平均流速影响的贡献率只有3%;风速对表面流速模拟结果影响较大,贡献率达到58.70%,而对水位和水龄的贡献率分别为5.25%和3.00%.在垂向上,各层流速受外部输入条件不确定性的影响规律相似,贡献率排序为风速(55%~60%)>风向(10%~15%)>初始水位≈出入湖流量(1%~5%).因此在模拟大型浅水湖泊水动力过程时,可以根据不同的输出目标能够有针对性地提高外部输入条件的准确度,为提高模型精确度提供有效信息.     

白洋淀底栖藻类与多环芳烃生态风险相关性研究——基于综合生物反应指数法

湖泊富营养化与有机污染物的交互作用是当前国内外研究热点,为了建立富营养化湖泊中多环芳烃(PAHs)生态效应与底栖藻类群落之间的相关关系。本研究以白洋淀为研究区,选取8个国控样点作为采样点,依据人为干扰程度不同将8个采样点划分为3种生境:生境1(S1和S2)主要遭受上游府河废水排放影响;生境2(S3、S6和S8)主要遭受水产养殖和生活污水的影响;生境3(S4、S5和S7)遭受人为干扰较小。分别在2009年4月、8月和11月收集了底栖藻类样品,并测定了白洋淀中15种PAHs。运用RQ_((NC))和RQ_((MPC))等改进风险熵值(RQ)方法计算PAHs生态风险。研究结果表明:(1)底栖藻类群落指标AD、Chl a、Chl b/a、CHL、CYA、APA、GLU、LEU、PSC和AFDW的值在11月最高,其次是8月和4月;就空间分布而言,这些指标值在生境1中最高,其次是生境2和生境3;而Chl c/a和BAC值在8月最高,其次是11月和4月,从空间分布特征而言,这些指标值在生境3最高;(2)相关分析结果表明,Chl a、Chl b/a、CHL、CYA、APA、GLU、LEU、PSC和AFDW的指标与PAHs污染物浓度呈显著正相关,而Chl c/a和BAC指标与污染物PAHs浓度呈显著负相关;(3)就空间分异特征而言,生境1中的ΣPAHs浓度最高,就季节变化而言,PAHs的浓度从4月到8月逐渐增加,而从8月到11月逐渐下降。各类PAHs表现出与ΣPAHs相同的时空变化特征;(4)IBR与RQ_(ΣPAHs(NCs))呈正相关关系(r=0.827,P0.01);除RQAcy(NCs)外,其他种类PAHs生态风险均与IBR呈相正相关关系(r=0.699~0.899),其中RQ_(BaP(NCs))与IBR显著正相关(r=0.899,P0.01)。此外,除沉积物TP外,IBR与TSI、水中TN、水中TP和沉积物TN也呈显著正相关(r=0.722~0.862)。因此,在富营养化湖泊中应考虑运用底栖藻类IBR生态监测PAHs污染水平。     

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.     

邻苯二甲酸酯对浅层含水层沉积物微生物多样性的影响

在模拟浅层地下水低温、缺氧的环境条件下,利用BIOLOG ECO微平板法研究了经不同浓度邻苯二甲酸正丁酯(DBP)处理的江汉平原浅层含水层沉积物中微生物的数量、整体活性、多样性指数以及代谢功能多样性.结果表明,微生物的数量、整体活性随DBP浓度不同有差异;丰富度指数、Shannon指数与对照相比差异均不显著,而Simpson指数和McIntosh指数差异显著.低浓度DBP(<400mg/kg)可以抑制部分微生物的生长,而促进与DBP代谢有关的微生物活性;高浓度DBP(796mg/kg)则抑制了微生物数量,破坏物种的均一度,最终导致沉积物中微生物功能多样性发生改变而产生代谢变异性.     

沈阳地区地表水、浅层地下水及沿岸土壤中苯

对沈阳地区主要地表水(浑河、细河、蒲河、沈抚灌渠)及其沿岸地下水和土壤中苯系物(BTEX)的污染特点和分布特征进行了研究.结果表明:细河和沈抚灌渠地表水中BTEX检出率较高(33%～67%),苯和甲苯是该区域的主要污染物,ρ(苯)和ρ(甲苯)分别为<0.30～24.90和<0.30～354.00 μg/L;地表水检出的BTEX均未超过《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的限值(1 510 μg/L). 细河两岸的浅层地下水在一定程度上受到BTEX的污染,苯和甲苯的检出率分别为25%～33%和13%～25%,二甲苯和乙苯检出率较低(0～20%). 彰驿镇19个监测井中有2个浅层地下水监测井中的ρ(苯)超过GB5749—2006限值(10 μg/L),夏季ρ(苯)最大值为236.00 μg/L. 沿岸附近土壤中5种BTEX全部被检出,检出率均高于相应的河水. 研究区包气带土壤层虽具有良好的防污性能,但也具有储存和阻碍BTEX挥发和降解的负面效应,对当地的生态系统和人类健康构成了潜在的威胁.      

AUTOMATED METHODS FOR ESTIMATING BASEFLOW AND GROUND WATER RECHARGE FROM STREAMFLOW RECORDS1

ABSTRACT: To quantify and model the natural ground water recharge process, six sites located in the midwest and eastern United States where previous water balance observations had been made were compared to computerized techniques to estimate: (1) base flow and (2) ground water recharge. Results from an existing automated digital filter technique for separating baseflow from daily streamflow records were compared to baseflow estimates made in the six water balance studies. Previous validation of automated baseflow separation techniques consisted only of comparisons with manual techniques. In this study, the automated digital filter technique was found to compare well with measured field estimates yielding a monthly coefficient of determination of 0.86. The recharge algorithm developed in this study is an automated derivation of the Rorabaugh hydrograph recession curve displacement method that utilizes daily streamflow. Comparison of annual recharge from field water balance measurements to those computed with the automated recession curve displacement method had coefficients of determination of 0.76 and predictive efficiencies of 71 percent. Monthly estimates showed more variation and are not advocated for use with this method. These techniques appear to be fast, reproducible methods for estimating baseflow and annual recharge and should be useful in regional modeling efforts and as a quick check on mass balance techniques for shallow water table aquifers.