海洋沉积物-水界面营养盐交换过程的研究1

对胶州湾和渤海沉积物分别进行室内培养实验.结果表明,在沉积物中加入营养盐后,铵氮、硅酸盐由沉积物向水体的迁移增大,铵氮的迁移在总溶解态氮的交换中起主要作用,其交换量约占总溶解态氮扩散量的76%,硝酸盐及磷酸盐由水体向沉积物的迁移减弱.在上覆水中加入营养盐后,硝酸盐、磷酸盐由水体向沉积物的迁移增大,硝酸氮的迁移占总溶解态氮交换的主要部分,约为62%.铵由沉积物向水体的迁移减弱,硅酸盐变成由水体向沉积物迁移.沉积物对于上覆水中营养盐的浓度具有一定的调节作用.无论在充空气或充氮气条件下,磷及硅的交换速率变化不明显,铵氮的迁移占总溶解态氮扩散量的98%以上.充氧条件下硝酸盐由沉积物向上覆水的迁移通量较充氮气条件增加.比较两种不同的通量计算方法(积分和拟合),结果表明由两种计算方法计算的交换速率的变化趋势基本是一致的.     

武汉市南湖湖水和沉积物中氮的时空分布

沉积物中大量的有机态氮在水环境中大部分通过分解矿化作用转化为溶解的NH_4~ -N,再通过硝化、反硝化和Anammox作用等与其它溶解的无机态氮(DIN)联系起来.间隙水是沉积物中DIN(包括NH_4~ -N和NO_3~--N)释放进入上覆水的介质,进人间隙水中的DIN可以通过浓度差扩散、生物(微生物和底栖动物等)的扰动和风浪再悬浮作用等向上覆水迁移或交换,成为水体的"内源",使得在外源氮输入得到控制后,其内源氮的释放仍能维持水体的富营养化.本文对武汉市南湖湖水和沉积物中氮的时空分布进行研究,旨在探明氮在湖水和沉积物间的迁移转化规律.     

鄱阳湖沉积物与水界面氮的迁移特征及污染评价

通过现场采样及室内分析测试,在沉积物间隙水氮含量分析的基础上,探讨了鄱阳湖沉积物与水界面氮的迁移特征与扩散通量,并对鄱阳湖表层沉积物氮的污染状况进行了评价.结果表明,鄱阳湖表层沉积物间隙水中溶解性总氮的平均含量为1.32 mg·L?1,无机氮中以硝态氮含量最高,占总氮的45.4％以上.表层沉积物间隙水中氮的含量在空间分...     

沉水植物对水-沉积物界面各形态氮含量的影响

在室内模拟条件下研究沉水植物对水-沉积物界面的上覆水、不同层次的间隙水和沉积物中不同形态氮含量的影响.结果表明:总体上,上覆水和间隙水中不同形态氮含量的顺序为有机氮＞氨氮＞硝态氮;沉积物中可交换态无机氮以氨氮为主,沉水植物的存在并没有改变这一格局.不同处理不同层次的间隙水中,各形态氮含量均为下层＞中层＞上层,但沉积物中氨氮和硝态氮含量变化规律不明显.水-沉积物界面氨氮和硝态氮含量呈现明显季节性变化.总之,水-沉积物界面氨氮是沉积物向上覆水扩散的主要氮组分,沉水植物降低了氨氮和硝态氮的扩散通量.     

水动力条件下苦草对沉积物氮释放的影响

在浅水湖泊中,沉积物易受到水流的扰动释放出原本沉降于其中的氮营养盐。沉水植物一方面能够减少水动力的作用,一方面又能够吸收沉积物中的和已经释放到上覆水中的氮营养盐供其生长同时改善水质。因此,研究沉水植物对沉积物中氮营养盐释放的影响具有很重要的实际意义。借助自主开发的生态水槽,研究苦草（Vallisneria spiraslis L.）在动、静水条件下对沉积物氮的释放的影响。实验装置包括四组水槽,两组动水槽中的一组只铺沉积物,另一组在沉积物上种植苦草,两组静水槽也如此设置。在40 d的实验周期内,我们在实验始末采集沉积物样品,在每一个采样时间点（0、1、3、6、12、20、30、40 d）采集水样,并测定沉积物中总氮含量,原水样中的总氮含量以及过滤水样中的总氮、氨氮、硝氮和亚硝氮的含量。研究结果表明：没有苦草的实验组0～1 cm沉积物层总氮下降幅度较大,有苦草的实验组表面0～1 cm沉积物层氮含量较高。苦草从根系周围沉积物中吸收氮,1～4 cm沉积物层的吸收量多于4～8 cm沉积物层。各水槽上覆水中总氮含量在第1天就有较大的增加,从0.09 mg·L^-1分别升到0.60、0.50、0.379、0.36 mg·L^-1在水动力影响下的增加更显著,后缓慢上升。动水槽中进入到上覆水的氮中80%以上是以溶解态氮形式存在,静水槽中这个比例高达90%以上。苦草对溶解态和颗粒态氮的去除率最高可达27.6%和84.3%。3种氮形态中硝态氮的含量比重较大,在动水条件下,苦草对氨氮,硝氮和亚硝氮的去除率最高可达30.0%、25.0%和60.0%。但苦草对水中氮形态的比例的影响并不明显。以上结果说明水动力条件明显促进沉积物中氮的释放,沉水植物苦草通过保护表层沉积物,吸收下层沉积物中氮,去除进入上覆水中的氮,特别是颗粒态氮和溶解态中的亚硝态     

疏浚对大连湾生物可利用磷的水体浓度和沉积物-水界面交换通量的影响

利用FeO/CAM复合膜对大连湾已疏浚区与疏浚影响区海水水体中生物可利用磷(Bio-available phosphorus,BAP)浓度和水质指标进行调查,并通过实验室培养法、间隙水浓度梯度估算法和薄膜扩散梯度技术(Diffusivegradients in thin films technique,DGT)法分别测定沉积物-水界面间BAP交换通量.结果表明,由于受到调查海区附近正在进行的疏浚工程的影响,疏浚影响区水体中浊度和悬浮物含量平均值高于已疏浚区,且疏浚影响区水体中BAP的平均浓度(22.2μg L-1)高于已疏浚水体(19.5μg L-1);而疏浚影响区叶绿素a和溶解氧的浓度明显低于已疏浚区.沉积物-水界面间BAP交换通量研究结果显示,BAP主要由沉积物向上覆水中扩散,沉积物是BAP交换的源;间隙水浓度梯度估算法和DGT法测定的BAP交换通量相似,但远低于实验室培养法测定值;BAP在已疏浚区沉积物-水界面间的交换通量小于疏浚影响区,说明在一定时间内疏浚可以减弱沉积物内源磷的释放.     

浮叶植物重建对富营养化湖泊氮磷营养水平的影响

利用太湖五里湖污染底泥，在不破坏表层沉积物形态和结构的情况下，利用大口径的采样器采集沉积物柱状样，研究浮叶植物荇菜（Limnanthemun nymphoides）在此底泥上适应性生长情况及其对水体以及沉积物中氮磷的影响。结果表明，在培养实验过程中，荇菜生长使上覆水体中的氮、磷营养水平逐渐降低，藻类的生长明显受到克制，水体透明度增加，水质逐渐改善。通过植物根系对沉积物和问隙水中营养盐的直接吸收，使表层（0～5cm）沉积物与问隙水中氮磷营养盐的水平在实验结束后有明皿下降，对于控制沉积物内源营养盐释放有重要的作用。因此，恢复以水生植物为丰的水生生态系统足重建富营养湖泊生态系统和控制湖泊内源负荷的重要措施。     

淀山湖上覆水与沉积物孔隙水中重金属的分布特征

研究了淀山湖上覆水和沉积物孔隙水中Pb ,Cd,Cr,Cu ,Fe和Mn的浓度及Eh 分布 ,分析了孔隙水中重金属的扩散通量 .结果表明 ,淀山湖中重金属的浓度由高到低依次为 :Mn >Fe >Cr,Cu ,Pb >Cd ;Fe和Mn在孔隙水中的浓度远远大于它们在上覆水中的浓度 ,表层沉积物孔隙水中Pb ,Cd ,Cr,Cu的浓度稍大于它们在上覆水中的浓度 ;沉积物中的重金属可能按照浓度梯度经孔隙水从沉积物向上覆水中扩散而最终影响上覆水的水质     

中国三个不同富营养化湖泊沉积物中Cu、Zn赋存特征及其与营养盐的相关性分析

对太湖、南四湖、白洋淀三个不同富营养化湖泊沉积物进行采样,采用Tessier连续提取法,测定了3个湖泊表层沉积物中Cu、Zn两种重金属的赋存形态,并初步探讨了重金属各形态与沉积物及上覆水中营养盐的相关关系。结果表明,沉积物中重金属总量以白洋淀最高,太湖最低,但重金属污染程度为太湖＆gt;南四湖＆gt;白洋淀,太湖Cu污染指数为1.34~1.6,白洋淀Cu污染指数仅为0.79~1.17。沉积物中重金属赋存形态Cu主要以残渣态和有机质结合态为主（二者之和占73%以上）, Zn则以残渣态和Fe-Mn氧化态占优（二者之和比例达83%以上）,含量最少的均为可交换态。不同湖泊沉积物重金属赋存形态差异较大,太湖残渣态重金属占总量的比例最小（Cu为43%~56%,Zn为49%~63%）,南四湖残渣态占的比例最大（Cu为59%~82%、Zn为64%~77%）;可交换态比重在太湖中最高（Cu占3.2%~5.6%,Zn为1.3%~1.5%）,在南四湖中最低（Cu为1.1%~2.9%,Zn未检出）。从“非稳定态”重金属（除残渣态外的四种形态之和）所占比例看,相较其它两个湖泊,太湖沉积物中重金属污染人为输入的活性态占较大比重,具有较高的二次释放风险。相关性分析得出,重金属Cu的可交换态与上覆水中总氮及总磷之间存在着极显著的正相关关系,碳酸盐结合态Cu与沉积物中营养盐呈现出显著的负相关性,说明水体的富营养化程度加剧可能会增强沉积物中Cu向水体释放的风险。     

黄河上中游水体沉积物对磷酸盐的吸附/释放行为

研究了黄河上中游8个沉积物磷酸盐的吸附/释放动力学,比较了不同沉积物吸附磷的差别,分析了沉积物磷形态对磷吸附特征的影响.结果表明,沉积物对磷酸盐的吸附与释放均主要在前8 h内完成,在前0.5 h内对磷的吸附和释放速率均最快,在24 h内吸附基本达到平衡;沉积物对磷的等温吸附曲线既符合线性方程和Freundlich模型,同时也较好地符合Langmuir模型.据Langmuir模型计算得出沉积物对磷的最大吸附容量为0.095～0.272 mg·g-1,且最大吸附容量与沉积物总磷、可交换态磷和有机质含量呈显著正相关;沉积物在相应的上覆水中对磷酸盐的吸附过程存在一个吸附/解吸平衡点,对应的吸附/解吸平衡质量浓度为0.009～0.031 mg·L-1,均大于相应上覆水体中磷浓度,说明沉积物有向上覆水释磷的趋势.     

氧化还原环境变化对河口沉积物硅影响的模拟

氧化还原环境变化是水生态系统中普遍存在的环境现象,并可能对营养盐迁移转化产生显著影响.本文通过模拟分析好氧/缺氧状态下,典型河口沉积物硅释放及其赋存形态的差异,揭示了氧化还原环境变化对河口沉积物活性硅迁移转化的影响.研究结果表明,厌氧环境下,上覆水中溶解态硅的含量持续上升,在第30天可达4.23 mg·L-1;而好氧环境下上覆水中溶解态硅的含量维持在2.30 mg·L-1左右.其原因可能是厌氧环境下,表层沉积物中Fe/Mn氧化物发生生物还原,氧化层被逐渐破坏,促进溶解态硅的释放.另外,在短期培养过程当中,对于生物硅含量较低且其早期成岩改变程度较高的长江口沉积物而言,厌氧环境并不能有效促进沉积物生物硅的溶解.     

夏、秋季长江口外海域沉积物-水界面溶解无机碳的交换通量

沉积物-海水界面是海洋中溶解无机碳(DIC)转移和储存的重要场所，长江口外海域拥有特定的沉积物-水界面交换的空间格局，研究其沉积物-水界面DIC的交换过程对于碳的循环和转化具有重要意义.本研究于2021年8月和2021年10月在长江口外海域采集沉积物样品及原位底层海水，通过实验室模拟培养法计算了该海域沉积物-水界面DIC的交换通量，并研究了沉积物间隙水-上覆水的DIC浓度差、温度、盐度和pH对DIC交换通量的影响.结果表明，夏季和秋季研究海域沉积物-水界面DIC交换通量平均值分别为(432.45±190.78)μmol·m^-2·h^-1和(223.05±110.39)μmol·m^-2·h^-1.夏季交换通量高于秋季，DIC扩散方向均由沉积物向上覆水释放，表明沉积物表现为DIC的“源”.此外，交换通量会随着DIC浓度差或温度升高而升高，随着盐度或pH升高而降低.     

南四湖表层沉积物重金属的赋存形态及底部界面扩散通量的估算

采用"SOFIE"模拟装置,研究了南四湖污染程度不同的两个湖区(南阳湖及独山湖区)表层沉积物中重金属元素的形态组成,间隙水及界面上覆水中重金属浓度的变化特征.结果表明,南阳湖区沉积物间隙水及界面上覆水中Cr,Cu,Ni,Zn和Pb的浓度均高于独山湖区,这与沉积物中重金属元素的有效结合态含量变化一致,主要与人为污染有关.南阳湖及独山湖区沉积物-水界面±0.5 cm范围内重金属元素具有较高的浓度梯度,间隙水中Fe与Mn浓度明显高于界面上覆水;Cu,Ni,Zn,Pb的浓度均低于界面上覆水;独山湖区沉积物间隙水中Cr浓度与界面上覆水相似,而南阳湖区沉积物间隙水中Cr浓度略高于界面上覆水.采用Fick第一定律,计算得到南阳湖及独山湖区沉积物-水界面附近Cu,Ni,Zn,Pb的扩散通量,分别为-0.23,-1.47,-2.57,-0.04 mmol.m-.2d-1和-0.34,-0.67,-0.48,-0.01 mmol.m-.2d-1,沉积物表现为重金属元素的"汇";而Cr的扩散通量分别为0.03 mmol.m-.2d-1和-0.02 mmol.m-.2d-1,说明污染较重的南阳湖区沉积物中Cr已表现出向上覆水体扩散的特征.     

滇池福保湾沉积物-水界面微量重金属扩散通量估算

对滇池福保湾沉积物间隙水及近界面上覆水中溶解性重金属含量进行分析,并根据Fick定律计算出沉积物-水界面微量重金属扩散通量.结果表明,福保湾水体中重金属含量的平均值(以μg·1-1计)分别为:Fe 25.53,Cu 30.58,Zn 221.67,Ni 15.93,Co 1.91,Cd 1.12,Cr 19.26,Pb 31.08,As 9.41,符合国家Ⅱ类地表水质标准.沉积物-上覆水界面附近水体微量重金属浓度一般都明显高于孔隙水的相应浓度(As除外),根据Fick扩散定律计算出沉积物对上覆水中重金属的年吸附量(以kg计)分别为:Fe 3.48,Cu 8.70,Zn 70.66,Ni 4.52,Co 0.16,Cd 0.31,Cr 1.55,Pb 12.03,As 0.38.     

鄱阳湖沉积物中磷吸附释放特性及影响因素研究

沉积物是氮磷营养盐的主要蓄积库,它不仅是外来污染物的归宿地,同时其自身营养盐的释放也可对水环境产生重大影响。针对鄱阳湖存在的沉积物磷释放问题,关键环境因子对基质磷吸附的影响规律进行了探讨。通过控制在不同环境因素条件下,上覆水中磷的变化规律探讨,阐明磷在上覆水-底泥界面迁移转化的规律和环境因素对迁移转化过程的影响。研究结果表明,吸附初始阶段,两者含量相差较大,起始吸附速率很高;随着反应时间的推进,两者含量差随之减小;当吸附时间达到30 min时,此时上覆水的平衡质量浓度为8.648 mg·L^-1,两者含量达成平衡。由磷的吸附等温试验同样可看出,随着平衡质量浓度逐渐增加,土壤吸磷量刚开始增加较快,随后增加趋势逐渐减缓直至磷饱和。pH越小,上覆水质量浓度越低,沉积物对磷的吸附作用越强;pH越大,上覆水中TP质量浓度越大,强碱条件下,TP吸收量剧减。在好氧条件下,沉积物对磷的吸附远远高于厌氧条件下沉积物的吸附。好氧条件下,反应在4 h内,沉积物对磷的吸附速率最高,随后吸附量很小直至逐渐饱和。厌氧条件下,吸附作用不明显;当反应时间达到24 h后,上覆水磷质量浓度保持不变,此时沉积物磷吸附达到饱和。高溶解氧水平对于控制底泥向上覆水体释放磷,维持水体较低总磷是必要的。温度为30℃,20℃和5℃3种条件下,当反应24 h后,三者均达到吸附平衡。因此,当上覆水的磷质量浓度较低时,高温条件下基质的磷释放速度会高于低温条件下的磷释放速度。研究结果旨在为正确认识、合理评估环境因素对湖泊水体磷的影响提供更为充分恰当的试验依据和理论解释。     

广东韶关地区大气氮干湿沉降特征研究

2012 年4 月-2013 年9 月利用自动分离干湿沉降的采样器对广东省韶关市降雨和干沉降进行采集,分析样品降雨量、降尘量及氮营养盐干湿沉降浓度,计算各指标干湿沉降通量,利用沉降通量分析其影响因素及季节性变化趋势,为该地区大气氮沉降的通量预测及其环境管理提供支持,并为其生态环境中污染物的控制与减排提供科学依据.结果表明,观测期间总氮干沉降通量、湿沉降通量和总沉降通量平均值分别为47.73、295.7 和310.5 kg·km^-2·month^-1.氨态氮、硝酸盐氮与有机氮干沉降通量平均值分别为17.39、12.98 和17.37 kg·km^-2·month^-1,其湿沉降通量平均值分别为132.4、117.0 和46.23kg·km^-2·month^-1.总氮湿沉降通量占总氮总沉降通量平均比例为83.19%,说明总氮沉降通量以湿沉降为主.影响因素方面,总氮干沉降通量与降尘量无相关性;湿沉降受降雨量影响较大,所以受雨季影响,韶关地区4-6 月总氮湿沉降负荷较大.成分组成上,干沉降中氨态氮平均占总氮比例35.48%,硝酸盐氮平均占27.96%,有机氮平均占36.55%,因此该地区氮营养盐干沉降中以氨态氮和有机氮为主;氮营养盐湿沉降以氨态氮和硝酸盐氮为主,氨态氮平均占总氮比例46.87%,硝酸盐氮平均占40.64%,有机氮平均比例为12.49%,说明该地区湿沉降同时受到农业活动和工业活动的影响.季节变化上,氮营养盐干沉降通量由大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季,湿沉降通量春季较高,夏秋两季较低.     

水体沉积物结合态镉对大型溞（Daphnia magna）的生物毒性研究

选择大型溞(Daphnia magna)作为受试生物,以大型溞体内金属积累量、金属硫蛋白含量和死亡率作为测试指标,考察了上覆水体系与水柱-沉积物共存体系中金属镉(Cd)的毒性状况,探讨了水体沉积物中重金属的生物毒性作用机制.结果表明:暴露于水柱-沉积物共存体系和上覆水体系中的大型溞体内的生物积累量均随沉积物Cd含量的升高而升高,且前者显著高于后者,说明沉积物中的Cd可通过食物吸收等途径对生物体致毒、致害;暴露于两种体系中的大型溞体内的MT含量在低浓度条件下随沉积物中Cd含量的升高而升高,当Cd含量高于800μg·g-1时MT含量大幅度下降,并且两体系之间无显著差别;暴露于两种体系中的大型溞幼溞死亡率无显著差别.上覆水中溶解态Cd和沉积物中可交换态Cd是对水生生物重要的毒性影响形态.     

有机氯农药在太湖水体-沉积物中的交换特征

有机氯农药(OCPs)是一类重要的持久性有机污染物(POPs),具有半挥发性、持久性和高毒性,并能通过食物链富集,危害生态系统和人体健康。有机氯农药可以在不同的环境介质间迁移,并能在大气环境中进行远程输送,导致大范围乃至全球性的环境污染。最近的研究发现太湖地区的有机氯农药含量仍然非常高,为了了解太湖有机氯农药的来源以及环境行为,采用气相色谱质谱法对太湖竺山湾水体和沉积物样品中有机氯农药(OCPs)含量进行了测定,探讨了太湖水体和沉积物中有机氯农药的可能来源以及水体-沉积物之间的交换通量。研究结果表明:沉积物样品中的六氯苯的含量最高,为2.33ng·g-1(干质量,下同),其次为p,p’-DDT、p,p’-DDE和β-HCH,含量分别为0.67、0.64和0.37 ng·g-1。从水体中OCPs的组成来看,p,p’-DDT的含量最高为426.26 pg·L-1,其次是α-HCH和硫丹Ⅰ,含量分别为289.99和215.20 pg·L-1。采用α-HCH/γ-HCH比值对HCHs的来源进行分析,发现太湖水体中的γ-HCH污染来源于工业品六六六和林丹的使用,由交换模型得出HCHs的净交换通量为释放通量,表明HCHs的迁移方向是由沉积物到水中,沉积物的释放已成为太湖水体中HCHs的主要来源之一。水体中的p,p’-DDT/p,p’-DDE比值远大于1,而且由交换模型得出p,p’-DDT的净交换通量为沉降通量,说明了近期可能有新的污染源的输入。值得注意的是,硫丹Ⅰ的净交换通量同样为沉降通量,反映出太湖水体中硫丹Ⅰ可能存在新源的输入。     

南黄海不同粒度表层沉积物中可转化氮与环境因子的关系

南黄海不同粒度表层沉积物中可转化氮的形成与释放受环境因子的驱动作用各不相同,上覆水体的温度、盐度、pH值、DO的含量以及NH4^ 和NO3^-的含量都对其有一定的影响．其中DO是不同形态的氮形成与释放最显著的影响因素,这是因为上覆水体中DO的含量愈高,扩散进入表层沉积物中的O2就愈多,沉积物处于相对氧化的环境中,有机质的矿化作用较易进行,致使无机形态氮的含量相对较高,而有机形态氮的含量相对较低,所以其与可转化有机形态氮呈负相关,而与可转化无机形态氮呈正相关．温度与中、细粒度沉积物中的SOEF-N的含量呈显著正相关,可能是因为温度的升高加快了海洋底栖生物的生长发育,使生物排泄物和死亡残体增多,尽管温度的升高加快了沉积物中有机质的矿化分解,但由于中、细粒度沉积物堆积紧密,对温度的响应不明显,致使SOEF-N的含量随温度的升高而升高．上覆水体中的NH;和NO3^-分别与中、细粒度沉积物中的SAEF-N和SOEF-N的含量呈正相关,说明上覆水体中的NH4^ 和NO3^-主要来自于沉积物中SAEF-N和SOEF-N的形成与释放．另外,粗粒度沉积物中不同形态的氮对环境的响应较中、细粒度沉积物中的强．     

红枫湖生物地球化学过程中Zn的赋存形态及季节性变化特征

通过对贵阳市红枫湖中溶解态锌、颗粒态锌及颗粒态锌中不同结合形态的研究,探讨了红枫湖生物地球化学过程中锌的主要赋存形态与季节性变化规律.结果发现,红枫湖总锌的质量浓度为0.72μg·L-1～13.04 μg·L-1,污染较轻.红枫湖南湖总锌全年均高于北湖,主要是位于南部的羊吕河输入所致.红枫湖水体中锌的主要赋存形式是溶解态锌(占总锌的70%);颗粒态中AEC(吸附态-可交换态-碳酸盐结合态)结合态锌是最主要的赋存形式(占颗粒态锌的72%).溶解态锌含量夏季低而冬季高,_主要是因为复季生物吸收与吸附、以及冬季沉积物孔隙水向上覆水体的释放.颗粒物中有机结合态锌的变化主要受湖泊藻类繁殖的影响.