红枫湖流域枯水期土壤理化特征与磷素分异研究

对贵州省红枫湖枯水期流域土壤的理化性质、磷素含量与形态分布进行了初步研究。结果表明,土壤偏酸性,以粉砂粒为主,消落带土样含水率略高于林地和荒地。表土全磷和速效磷含量为99.6~679.5mg/kg和1.1~18.6mg/kg,低于我国土壤平均水平,属喀斯特地质性缺磷;最高值分布在受人类活动污染严重的管理处和后午,且随土层深度的增加而降低。土壤中不同磷形态的含量顺序为Residual-PNaOH-PHCl-PNaHCO3-PH2O-P。其中,耕作土壤中有机碳、全氮、全磷和速效磷含量,以及H2O-P、NaHCO3-P和总可提取态磷的比例均显著高于荒地和林地,表明耕作与施肥过程不仅提高了土壤全磷和生物活性磷含量,也加剧了水土流失的环境风险。     

改性沸石的磷钝化影响因素研究

通过实验室模拟,对比研究了在不同环境条件下(温度、pH值、溶解氧和上覆水磷浓度)改性沸石的沉积物磷钝化效率。结果表明:改性沸石能有效减少不同环境条件下沉积物磷的释放量,具有较好的钝化效果,同时可吸附减少水体重金属离子含量,对水环境基本上没有负面影响。改性沸石对沉积物磷的钝化效率主要受水体pH值控制,上覆水体溶解氧含量、水体温度和上覆水磷含量对钝化效果影响较小。     

阿哈水库沉积物-水界面磷、铁、硫高分辨率空间分布特征

选取贵州典型高原亚深水型湖库阿哈水库为研究对象,利用薄膜扩散梯度技术获取夏季分层期不同湖区沉积物-水界面磷、铁、硫的原位、二维高分辨分布信息,并结合水化学及沉积物磷形态分析,探讨了沉积物P-Fe-S分布规律及控制因素.结果表明:沉积物-水界面DGT-P的浓度变化范围0.00~0.43 mg·L~(-1),DGT-Fe的浓度变化范围0.00~2.83 mg·L~(-1),DGT-S的浓度变化范围0.00~0.10 mg·L~(-1).阿哈水库沉积物孔隙水磷、铁、硫浓度在垂向分布上没有显著的相关性,DGT-P、DGT-Fe甚至还呈反向变化,这与很多湖泊的研究结果存在明显差异,其原因可能是阿哈水库沉积物具有很高的Fe/P和Fe/S比值,过剩的Fe导致还原态S以FeS/FeS_2形式沉淀后,P仍然被Fe(Ⅲ)固定在沉积物中.阿哈水库沉积物磷形态以Na OH-SRP和BD-P为主,Na OH-SRP含量变化范围为192~604 mg·kg~(-1),平均值约为392 mg·kg~(-1),BD-P含量变化范围为143~524mg·kg~(-1),平均值约为225 mg·kg~(-1).阿哈水库底层水体长期处于厌氧环境,Fe、S地球化学循环对沉积物内源磷释放起着重要控制作用.     

2009~2018年贵阳市阿哈水库水质时空变化特征分析

为更好了解贵阳市饮用水源地阿哈水库的水质动态变化规律,对近10年来（2009～2018）库区及主要支流的水质、水文气象数据进行系统分析研究。结果表明：受水文气象及藻类生长的周期性影响,阿哈水库库区及支流水体的营养盐、透明度（SD）、叶绿素a （Chl.a）均呈季节性变化。阿哈水库水质以III类为主,库中水质（超标率为19.82%）优于库东（超标率为45.05%）。综合营养状态指数（TLI）分析表明,阿哈水库水体处于中营养至轻度富营养状态,近年来水质有所改善。入库支流水质优劣顺序为：游鱼河>白岩河>蔡冲河>金钟河,主要表现为总磷（TP）和氨氮（NH₃-N）超标。Pearson相关性分析表明,库区Chl.a和NH₃-N、高锰酸盐指数（COD_Mn）、气温、降雨量、日照时数等呈显著正相关,和SD、水位、气压呈显著负相关。主成分分析表明,藻类生长主要受控于水文气象因子。当前,加大金钟河等入库支流外源污染整治力度,是提升库区水质的关键。未来应加强水文、气象因子作用于藻类水华的过程机制研究,提升藻华应急处理能力。     

贵州红枫湖底泥磷释放的模拟实验研究

在实验室条件下,模拟了温度、溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)、pH、扰动、微生物等环境因子对红枫湖底泥磷释放的影响。实验结果表明:(1)底泥磷的释放量随温度的升高而增大,5℃时底泥磷的释放通量为0.59mg·m-2·d-1;25℃和35℃时底泥磷的释放通量分别为1.25和3.68mg·m-2·d-1。(2)厌氧(DO2.0mg/L)条件下,底泥磷释放显著,释放通量在1.15~4.57mg·m-2·d-1之间;好氧(DO6.0mg/L)条件下,底泥磷的释放通量仅为0.82mg·m-2·d-1。(3)底泥磷的释放与上覆水pH值密切相关,且释放量随上覆水pH值的升高而增大,当pH=5.5和pH=7.5时,底泥磷的释放通量分别为1.15和1.25mg·m-2·d-1;当pH=9.5时,底泥磷的释放通量为4.57mg·m-2·d-1。(4)扰动条件下的底泥磷释放通量(2.62mg·m-2·d-1)明显大于静置条件下的底泥磷释放通量(1.25mg·m-2·d-1)。(5)微生物对底泥磷释放有明显影响,灭菌条件下的底泥磷释放量明显大于有微生物条件下的底泥磷释放量。综上所述,高温、厌氧、高pH值、强烈扰动均可促进红枫湖底泥磷的释放,微生物对底泥磷释放有明显抑制作用。基于红枫湖底泥磷释放模拟实验结果,计算了不同环境条件下红枫湖底泥磷的释放通量,在此基础上估算出红枫湖夏季热分层期间(6~9月)底泥磷释放量约为8.58t,占红枫湖水体总磷负荷(约28t)的30.6%,表明红枫湖底泥内源磷释放对水体磷负荷和富营养化有重要贡献,亟待开展底泥内源污染治理。     

红枫湖沉积物内源磷释放通量估算方法的对比研究

湖泊沉积物内源磷是湖泊水体磷的重要来源,但目前对内源磷释放通量的科学估算缺乏定量研究。本文以贵州红枫湖为研究对象,对比研究了野外调查分析法、模拟实验法和扩散模型法等3种估算方法下的红枫湖沉积物内源磷释放通量。结果表明,野外调查分析法可宏观获取水体污染物来源的概况,但对采样点布设、采样频次和周期等要求较高,估算结果往往存在较大偏差和不确定性;模拟实验法可粗略获得沉积物磷释放通量,但由于取样和实验培养过程破坏了沉积物的物理化学结构,估算结果难以精确;扩散模型法可定量估算沉积物磷释放通量,但须与沉积物-水界面高分辨率观测数据相结合才能使结果可靠。红枫湖沉积物内源磷输入对水体磷污染的贡献较高(25.7%~46%),因此在富营养化治理过程中,一方面应继续强化外源污染治理,另一方面亟待加强对沉积物内源磷释放的有效控制。     

贵州百花湖分层期水体有机碳及其稳定碳同位素组成分布特征与控制因素

研究湖水溶解有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)和颗粒有机碳(Particle organic carbon,POC)的空间变化特征有助于揭示湖泊有机碳的来源、迁移转化过程与控制因素。本文通过对贵州百花湖分层期水体DOC和POC浓度及其碳稳定同位素组成的对比研究,揭示了百花湖分层期水体有机碳浓度及稳定碳同位素的空间分布特征。研究结果表明,百花湖夏季分层期水体DOC和POC的浓度范围分别为1.97~3.26mg/L(平均值2.58mg/L)和0.60~2.43mg/L(平均值1.14mg/L),且呈现出"上层高、下层低"的特征。水体DOC和POC浓度主要受藻类活动控制。水体δ13 CDOC值随深度增加呈偏正趋势,这可能是由深层水体溶解有机质发生矿化作用和分解作用所致。水体δ13 CPOC值随水体深度增加呈偏负趋势,上下层水体藻类生产力差异和沉积物再悬浮作用可能是导致该现象的主要原因。受光降解作用影响,百花湖水体δ13 CDOC较δ13 CPOC偏正。     

改性沸石的沉积物磷钝化效果研究

通过室内模拟实验,对天然沸石及不同方法改性沸石的磷吸附性能及沉积物磷钝化效果进行了对比研究。磷吸附实验结果表明,磷吸附量大小为改性沸石Z3>改性沸石Z2>改性沸石Z1>天然沸石,35d的平均吸附量分别为832、466、168和70mg/kg。改性沸石的磷吸附量与沸石含量正相关,并随时间呈增长趋势,其中改性沸石Z3第35d的磷吸附量可达1690mg/kg。离子交换量测定结果显示,沸石经改性后促进了Ca2+的释放,同时减少了K+、Na+的释放量。沉积物磷钝化实验表明,改性沸石可有效减少沉积物TP、DRP的释放,减少释放量达80%以上。天然沸石主要通过表面吸附减少水体磷含量,其次,物理阻隔作用拓展了钝化作用的时间和空间。Al(OH)3絮凝物通过表面吸附、电中和及架桥作用可显著提高改性沸石的磷吸附量,增强沉积物磷钝化效果。     

贵州高原红枫湖水体理化特征与碳氮硅的时空分布研究

通过分析贵州红枫湖不同水文期水体理化特征与碳氮硅含量的时空分布,以期揭示西南山区深水性湖库水环境质量的周期性变化规律。结果表明,在平水期和枯水期,红枫湖水温、pH值、溶解氧、叶绿素a含量等水体上下层变幅较小,丰水期水深6 m左右有明显的分层现象,以溶解氧最为典型,分层期底层水中溶解氧降至1.0 mg/L以下。受外源有机物大量输入和湖内藻类生长的双重影响,丰水期湖泊中DOC含量较平水期和枯水期高。NO_3~--N和DON分别占TDN的23.3%~89.4%、7.4%~26.7%。夏季湖水底层滞水带缺氧条件有利于NH_4~+-N和NO_2~--N的生成,并导致溶解态硅的含量增高。相关性分析表明,贵州高原深水性湖库的季节性水质恶化事件与夏秋季节水体分层结构失稳密切相关。     

湖泊沉积物硅藻提纯方法

硅藻是湖泊沉积物的重要组成部分,沉积物硅藻硅氧同位素在重建古气候、古环境方面具有重要价值。从湖泊沉积物中分离出高纯度硅藻样品十分困难,目前已有的硅藻提纯方法大多要求沉积物硅藻含量高于20%,其适用范围受到很大限制。本文通过对各种分离提纯过程的反复实验和镜下观察对比分析,建立了一套有效的五阶段硅藻提纯方法(盐酸和双氧水除碳酸盐与有机质-过筛除粗颗粒碎屑-沉降除粘土-重液浮选纯化硅藻-过筛除杂),成功地从初始硅藻含量大于7%的沉积物中提取出纯度达90%以上的硅藻样品,为广泛开展沉积物硅藻硅氧同位素研究奠定了基础。在硅藻提纯过程中,通过显微镜下观察对比分析来选择合适的分离方法和流程是建立有效硅藻提纯方法的必要手段。