基于总量和形态的表层沉积物重金属污染及来源——以马鞍列岛海域为例

为了解马鞍列岛海域沉积物特征及重金属污染状况,于2017年6月采集了该海域表层沉积物样品,并对表层沉积物pH值、氧化还原电位（Eh）、粒度（D_[3,2]）等地球化学指标进行了同步原位调查,采用改进后的沉积物重金属形态分析的连续提取法（European Community Bureau of Reference （BCR））分析了7种重金属（Cr、As、Ni、Zn、Pb、Cu、Cd）各形态含量,并结合富集因子系数（EF）、地累积指数法（I_geo）等方法初步探索了马鞍列岛海域沉积物中重金属的污染特征及其来源.结果显示,马鞍列岛海域沉积物呈中性-弱碱性,属还原环境;近岛礁区以粉砾和粘粒为主,而远岛礁区以砂砾和粉砾为主;7种重金属总量均满足我国海洋沉积物质量I类标准;Cr、As、Ni以原生相为主,而Zn、Pb、Cu、Cd均以次生相为主;Cd以可交换态及碳酸盐结合态（F1）以及有机物及硫化物结合态（F3）为主要赋存形态,Zn、Pb、Cu以铁锰氧化物结合态（F2）为主要赋存形态,而Cr、As、Ni以残渣态为主要赋存形态;以Fe作为参比,7种重金属的富集程度顺序为Cd > Cu > Ni > Zn > Pb > Cr > As;通过空间污染状况分析发现,Cu、Cd在受人为活动影响较大的近岛礁区存在富集污染现象,其他重金属则主要表现为天然来源,除Ni外,Cu、Pb、Cd、As、Cr、Zn含量均呈近岛礁区>远岛礁区的空间分布特征.总体上,马鞍列岛国家级特别海洋保护区沉积物重金属污染程度较低,生态环境保护与底质修复效果较好.     

中国生物入侵的现状与趋势

采用文献调研、实地考察与专家咨询相结合的方式,对中国境内森林、湿地、草原、荒漠、内陆水域和海洋等生态系统的外来入侵物种进行调查,共查明488种外来入侵物种并收集其详细信息,包括名称、分类地位、分布、起源、首次发现或引入的地点和时间、入侵途径、危害、营养和环境条件等.在这488种外来入侵物种中,植物265种,动物171种,菌物26种,病毒12种,原核生物11种,原生生物3种.对有较明确入侵时间记载的392种外来入侵物种入侵年代的分析结果表明,1850年以前,仅出现31种外来人侵物种,自1850年起,新的外来入侵物种种数总体呈逐步上升趋势,特别是1950年后的60a间,新出现209种.外来入侵物种首次发现的地点集中在沿海地区及云南和新疆等边疆地区,但首次发现地点有逐步北移的趋势.有意引进与无意引进的外来入侵物种种数所占比例十分接近,近年来无意引进成为首要途径.美洲、欧洲和亚洲其他地区是中国外来入侵物种的主要来源地.外来入侵物种的分布呈现由沿海向内陆逐步减少的趋势.     

营养盐硅在全球海域中限制浮游植物的生长

对全球海域浮游植物的结构进行分析,发现浮游植物种群结构以硅藻和甲藻两大类为主,而硅藻是浮游植物的主体.以中国近海的海湾生态中浮游植物的组成为例子,发现硅藻在浮游植物中大约占80%～99%,甲藻在浮游植物中大约占20%～1%,其它藻类仅仅占5%～1%.通过硅藻和甲藻的生理和生态行为机制以适应不同的水环境的综合研究,发现硅藻的生理特征很大的优越于甲藻等其它非硅藻,这样,在营养盐供给充足的条件下,硅藻理所应当成为浮游植物的优势种.根据光照、水温、营养盐对浮游植物生长影响的研究结果和营养盐N、P、Si的生物地球过程,发现营养盐Si决定浮游植物生长的生理特征和其集群结构的改变过程,揭示了硅藻与甲藻相互交替的变化过程.目前,在人类活动的影响下,大海中营养盐N、P在迅速增长,营养盐Si受到限制,水域呈现富营养化.那么,采取何种措施使海洋生态能够持续发展,这是人类面临重要问题.     

磁性锆铁改性膨润土添加对河道底泥磷迁移与形态转化的影响

首先采用Fe~(3+)、Fe~(2+)、溶解性锆盐、膨润土和碱液作为原料制备得到了一种磁性锆铁改性膨润土,再通过底泥培养实验考察了磁性锆铁改性膨润土添加对底泥中磷迁移与形态转化的影响.结果表明,在缺氧条件下,河道底泥中磷会被释放进入间隙水中,继而会被释放进入上覆水中,而磁性锆铁改性膨润土添加可以极大地降低底泥中磷向间隙水的迁移通量,最终导致了上覆水中磷数量的显著下降.此外,添加磁性锆铁改性膨润土不仅促使底泥中弱吸附态磷(Liable-P)和氧化还原敏感态磷(BD-P)这2种容易释放态磷向较为稳定的金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)和非常稳定的残渣态磷(Res-P)转变,而且降低了底泥中水溶性磷(WSP)、易解吸磷(RDP)、NaHCO_3可提取磷(Olsen-P)、藻类可利用磷(AAP)和铁氧化物-滤纸提取磷(FeO-P)这5种不同类型生物有效态磷(BAP)含量,从而降低了底泥中磷的释放风险.从底泥中分离出来的磁性锆铁改性膨润土中潜在活性磷(NH4Cl-P+BD-P)占总磷的26%左右,且含一定数量的FeO-P和Olsen-P(含量分别为161 mg·kg~(-1)和127mg·kg~(-1)).因此,及时采用磁分离的方式从底泥中将吸附磷后的磁性锆铁改性膨润土回收是非常必要的.磁性锆铁改性膨润土添加控制河道底泥中磷释放的机制是:改良剂通过对底泥中潜在活性磷和生物有效态磷的钝化作用,以及通过对间隙水中磷的吸附作用,降低了底泥中磷向间隙水的释放风险,导致间隙水中磷浓度的下降,进而降低了底泥-上覆水界面磷的扩散通量,最终导致上覆水中磷浓度的下降.以上结果说明,磁性锆铁改性膨润土是一种非常有希望的用于控制河道底泥中磷释放的改良剂.     

长江口门附近水体溶解性有机质的荧光组分特征

本研究利用三维荧光光谱（3DEEMs）结合平行因子分析（PARAFAC）模型,解析了2020年8月－2021年4月4个季节长江口门附近海域水体溶解性有机质（dissolved organic matter,DOM）的时空变化特征以及组成结构特征。结果表明:研究区域溶解性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）的浓度秋季（2.76 mg/L）最大,夏季（2.56 mg/L）次之,春季（1.96 mg/L）和冬季（2.11 mg/L）的浓度较低且二者差异不显著;DOC浓度的区域分布表征为南支北港（3.20 mg/L）>北支（2.21 mg/L）>北港北沙（1.82 mg/L）。水体中的DOM可分为4个组分,分别为芳香氨基酸组分C1、陆源及海洋源类腐殖质组分C2、类色氨酸组分C3以及海洋源类腐殖质组分C4,组分C1、C2和C3间具有同源性,其中C1和C2占主体地位,C3次之,C4占比最小;组分C1和C4的占比随离岸距离的增大呈增大的趋势,而组分C3呈递减趋势;组分C1冬季占比最大,夏季最小,组分C3与C1占比情况相反。荧光特征参数的分析结果表明,水体DOM大部分为陆源输入和水生生物活动的内源共同作用,且自生源特征较显著,腐殖化特征较弱,一定程度上能表明研究区域水体活性较强,水质状况较好。     

方解石/氯磷灰石混合物添加对水体内源磷迁移转化的调控效应和机制

阐明方解石/氯磷灰石混合物添加对内源磷迁移转化的调控效应与机制,对于其实际应用至关重要.为此,本文采用氯化钙和磷酸钠制备得到氯磷灰石,再与天然方解石进行混合,形成氯磷灰石和方解石的混合物,然后通过批量吸附实验考察了该混合物对水中磷酸盐的去除作用,再通过底泥培养实验考察了该混合物添加对底泥中磷迁移转化的影响.结果表明,该混合物对水中磷酸盐的去除能力明显强于单纯的方解石和氯磷灰石;该混合物对水中磷酸盐的去除动力学过程较好地符合准二级和Elovich动力学模型;增加方解石和氯磷灰石的投加量均有利于该混合物对水中磷酸盐的去除;溶液共存钙离子促进了该混合物对水中磷酸盐的去除.该混合物的添加可以有效控制底泥中磷向上覆水体的释放,导致上覆水中的溶解性活性磷(SRP)浓度处于相对较低的水平.此外,该混合物添加还可以降低间隙水中SRP的浓度,其对间隙水中SRP的削减作用对其调控底泥中磷向上覆水体的迁移转化起到重要的作用.该混合物添加虽然会增加底泥中磷的含量,但所增加的磷主要是以稳定的钙磷形式存在,发生二次污染的风险低.结果显示,方解石/氯磷灰石混合物可以作为底泥改良材料用于水体内源磷释放的控制.     

江苏如东附近海域夏季海洋环境噪声特性分析

近岸海域风电场等海洋工程产生的水下噪声可以影响海洋环境。本文以如东海域为研究区域,划分为港口区、风电场区和鱼类洄游区,分别监测其海洋环境噪声,获得水下噪声和水文气象要素数据,计算海洋环境噪声功率谱值,对噪声的频谱和区域分布特性进行了分析。结果表明,在海洋工程的影响下如东海域不同频率段的噪声功率谱显著增加,同时噪声功率谱峰值也有所增多。港口区低于140 Hz的水下噪声出现浅层大于深层的现象,异于其他区域;风电场区域噪声功率谱的极值增加最大;鱼类洄游区海域的噪声功率谱在1000 Hz以下出现多个峰值。港口区和风电场区海域水下噪声呈现近岸海域大于远岸。如东海域的水下噪声在海洋工程的影响下发生了剧烈的变化,噪声主要频率与该海域部分海洋生物的敏感频段相似,噪声功率谱临界甚至超过其听觉阈值,这会干扰海洋生物的听力和生存,严重者可直接致死,因此亟须对如东海域水下环境噪声进行长期的监测和治理。     

混合污染物联合毒性评价模型曲线和实际浓度效应曲线之间交叉现象的研究进展

许多研究在使用评价模型进行混合物联合作用模式判别时发现,混合污染物的评价模型曲线和浓度效应曲线之间存在交叉的现象,表现为联合作用模式随混合物浓度发生变化。虽然交叉现象不断被报道出来,但是该现象形成机制的研究却非常欠缺。本文系统分析了文献中出现的交叉现象,探讨了交叉现象可能的形成原因和机制,提出了化合物的hormesis效应是导致交叉现象的关键因素:混合组分中某些化合物在低浓度时会对受试生物的某些蛋白、基因等的表达量产生刺激作用,影响其他化合物对机体产生的效应,从而改变混合组分的联合作用模式。该研究不仅为交叉现象形成机制的进一步探索提供了理论依据,还为混合物的生态毒理评估和环境风险评价提供理论指导。     

物理扰动对锆改性沸石改良底泥磷吸附和移动的影响

本文研究了物理扰动对锆改性沸石改良底泥吸附水中磷酸盐的影响,并考察了其对锆改性沸石改良底泥中磷赋存形态和生物可利用性的影响.结果表明,与未改良底泥相比,锆改性沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显更强.但是,物理扰动却降低了锆改性沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附容量和吸附速率.在物理扰动状态下培养的锆改性沸石改良底泥的最大磷酸盐吸附容量(743 mg·kg~(-1)),比在静止状态下培养的锆改性沸石改良底泥的最大吸附容量(902 mg·kg~(-1))低18%左右.物理扰动对锆改性沸石改良底泥的磷形态和生物可利用性产生一定的影响.物理扰动略微降低了改良底泥中氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)含量,但是却会略微增加改良底泥中残渣态磷(Res-P)含量.另外,物理扰动还会略微降低改良底泥中藻类可利用磷(AAP)和NaHCO_3可提取磷(Olsen-P)的生物可利用性磷含量.物理扰动虽然略微降低了改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力,但是却略微促进了锆改性沸石对底泥中潜在可移动态磷和生物可利用性磷的钝化.     

夏季北戴河海域COD环境容量研究

应用Mike 21软件建立了北戴河海域水动力与污染物输运数学模型,模型范围包括人造河、洋河和戴河3条入海河流。然后采用实测潮流和化学需氧量（COD）浓度对数学模型进行了验证。最后通过对河流不同的源强削减方案进行模拟和比较分析。研究结果表明:2013年8月戴河口、洋河口和人造河口海域的COD环境容量分别为375.076 t、346.803 t和309.833 t,其中洋河源强削减最大,人造河次之,戴河最小;各河口单独削减相同比例的COD源强在近岸海域产生的超标面积不等,水体交换能力较弱的戴河削减效果较洋河和人造河更显著;随着源强削减比例增加,超标面积减小,但减幅变低。