洱海沉积物有机质及其组分空间分布特征

对有机质不同组分〔TOM(总有机质)、ASOM(土壤活性有机质)、LFOM(轻组有机质)和HFOM(重组有机质)〕在洱海沉积物表层和垂向的空间分布、来源特征进行了调查研究. 结果表明:洱海表层沉积物中w(TOM)在25.7～148.9g/kg之间,w(ASOM)在4.4～62.5g/kg之间,w(LFOM)在0.2～4.2g/kg之间;w(TOM)和w(ASOM)空间分布趋势为北部湖区＞南部湖区＞中部湖区,西部湖区高于东部湖区;w(LFOM)分布趋势为南部湖区＞中部湖区＞北部湖区;洱海沉积物各组分有机质均为表层富集,而在8~30cm基本稳定,有机质组分活性越强,其富集速率越大. 湖心平台沉积物中TOM富集速率最大,北部湖湾沉积物中ASOM富集速率最大,中部湖区LFOM富集速率最大. 与长江中下游湖泊相比,洱海沉积物中有机质含量高、活性强、矿化程度低;与滇池相比,其表层富集速率较低. 北部三江和西部十八溪是洱海有机质的主要外源,退化的沉水植被是其主要内源. 水生植物残体沉积和人类活动等是影响洱海沉积物有机质空间分布及其活性的主要因素.      

洱海表层沉积物中磷形态分布及pH、DO影响的分析

研究了洱海代表性区域表层沉积物中总磷分布及不同形态磷赋存特征,探讨了pH值及溶解氧对沉积物中总磷和各形态磷赋存状态的影响。结果表明洱海表层沉积物中总磷和不同形态磷分布不均,总磷含量湖心高于湖口,湖心区域闭蓄态磷(BD-P和Al-P)和生物有效态磷占总磷的比例较高,更容易受pH和DO的影响,碱性和厌氧条件会增加洱海湖心底泥中磷的潜在释放能力。     

洱海沉积物中不同形态氮的时空分布特征

为揭示沉积物中氮形态变化的影响因素及其生态效应,对洱海表层沉积物中不同形态氮的空间分布和季节性变化特征进行了研究. 结果表明:洱海表层沉积物中w(TN)在2354～6174mg/kg之间,空间分布呈湖区北部＞南部＞中部的趋势;w(TTN) (TTN为可交换态氮)在1158～2921mg/kg之间,占w(TN)的43%,其分布趋势与w(TN)相同;各形态TTN表现为SOEF-N(强氧化剂可提取态氮,w为974～2515mg/kg)＞WAEF-N(弱酸可提取态氮,w为91～210mg/kg)＞SAEF-N(强碱可提取态氮,w为38～198mg/kg)＞IEF-N(离子交换态氮,w为66～130mg/kg),w(WAEF-N)和w(IEF-N)的分布趋势与w(TTN)相同,w(SAEF-N)中部较高,w(SOEF-N)南部较高. 沉积物中w(TN)和w(NTN)(NTN为非转化态氮)7月较高,TTN及其各形态氮质量分数1月较高. 不同形态氮质量分数随沉积物深度的增加均呈下降趋势,NTN的富集速率高于TN. 洱海沉积物中w(TN)高于长江中下游湖泊,表层TN富集明显. 沉积物氮释放风险较大,但其w(TTN)和w(IEF-N)占w(TN)的比例低于长江中下游湖泊,即洱海沉积物氮释放量小于长江中下游湖泊;洱海沉积物中各形态氮质量分数与w(TOM)均呈显著正相关,与水深呈负相关,显示有机态氮与有机质同步沉积且受外源输入影响较大,w(IEF-N)分布同时受水生植物等影响.      

洱海沉积物中不同形态磷的时空分布特征

为揭示洱海沉积物磷形态变化的影响因素及其内源磷负荷状况,研究了洱海沉积物中不同形态磷的空间分布和季节性变化特征. 结果表明,洱海表层沉积物中w(TP)为418.71～1108.34mg/kg,空间分布总体呈中部湖区＞南部湖区＞北部湖区;w(IP)为302.35～871.00mg/kg,分布趋势与w(TP)相同;w(Fe/Al-P)为36.22～406.40mg/kg,与w(IP)分布趋势相同;w(Ca-P)为172.34～420.38mg/kg,北部最高;Fe/Al-P和Ca-P是IP的主要形态. 夏季(7月)w(TP)、w(IP)和w(Fe/Al-P)升高,w(labile-P)(labile-P为弱吸附态磷)和w(Fe/Al-P)季节性差异显著. 沉积物柱状样w(TP)、w(OP)、w(labile-P)和w(RSP)(RSP为可还原态磷)随着沉积物深度的增加呈下降趋势,表层富集明显;w(IP)、w(Fe/Al-P)和w(Ca-P)随深度的增加呈上升趋势. 洱海沉积物磷时空分布主要受外源磷输入影响,随水深增加沉积物中w(TP)呈升高趋势,不同形态磷分布受水生生物活动影响较大. 与长江中下游湖泊相比,洱海沉积物中w(TP)高,其中w(IP)及其所占w(TP)的比例较小,磷内源可释放量较低,Fe/Al-P和RSP等生物可利用磷的质量分数及其占w(TP)的比例较大,释放风险较高.      

洱海表层沉积物吸附磷特征

试验研究了洱海表层沉积物吸附磷动力学与等温吸附过程,探讨了总有机质与总钙对沉积物吸附磷参数的影响. 结果表明:①洱海表层沉积物对磷的吸附动力学过程均可分为2个阶段,即快速吸附阶段和慢速吸附阶段. 快速吸附阶段主要发生在0～0.5 h内,而慢速吸附阶段主要发生在0.5～5 h,所有沉积物均在5 h内基本达到吸附平衡. ②不同采样点沉积物对磷的Q_max(最大吸附容量,为904.60～1 420.34 mg/kg)及MBC(最大缓冲容量,为477.33～2 300.95 L/kg)均以西岸沉积物明显高于东岸,但其EPC₀(吸附-解吸平衡浓度,为0.015～0.068 mg/L)则相反. ③沉积物总有机质和总钙含量与其Q_max和V_max(最大吸附速率)呈显著正相关,但与EPC₀呈显著负相关. ④洱海表层沉积物吸附磷参数V_max和Q_max明显高于长江中下游浅水湖泊沉积物,而参数EPC₀较低. 因此,洱海沉积物释放风险较大但现今释放量较小,与洱海沉积物总有机质和总钙含量较高有关.      

洱海表层沉积物营养盐的含量分布和环境意义

研究发现，洱海沉积物的总氮含量高值主要分布在靠近苍山的河流入湖口和东岸凤尾箐近岸处，而湖心区的总氮含量较低，有机氮占总氮的95％以上；总磷高含量主要分布在洱海北部的湖心和弥苴河三角洲；总氮与有机氮、氨氮和可抽提有机质A％有明显的正相关性，但是与总磷相关性较小。     

太湖湖泛易发区沉积物中有机磷形态分布特征

湖泊沉积物中磷的潜在释放很大程度上取决于有机磷的形态和分布.以太湖西岸湖泛易发区毛渎港(MDG)为研究区域,采用Ivannoff有机磷分级提取方法对沉积物中有机磷进行分析.结果表明,不同采样点沉积物中有机磷形态以胡敏酸结合态OP为主,占有机磷总量的35%.总有机磷含量由岸边往湖心先降低后增加;垂直方向2~6 cm含量最低,4~8 cm含量最高.沉积物中各形态磷含量大小:胡敏酸结合态OP残渣态OPHCl-OP富里酸结合态OP;由岸边向湖心区延伸,Na HCO3-OP占总有机磷的相对含量呈先升高后降低再升高的趋势,蓝藻残体的沉积增加了沉积物中Na HCO3-OP含量.Na HCO3-OP和胡敏酸结合态OP垂直分布大致先降低后升高再降低,Na HCO3-OP在4~6 cm含量最低,胡敏酸结合态OP在4~8 cm含量最高.HCl-OP和富里酸结合态OP垂直分布大致随深度增加含量降低.残渣态OP含量垂直方向无明显变化,均稳定在45μg·g-1左右.活性有机磷与pH、DO、水深呈显著负相关;OM、Na OH-Pi均与总有机磷、活性有机磷、中等活性有机磷及非活性有机磷表现出了显著相关关系.有机磷3种组分均具有生物活性,对湖泊富营养化有着重要作用,蓝藻堆积区活性有机磷的增加可能促进湖泛的发生.     

洱海沉积物中磷的赋存形态

利用磷连续提取方法浸提洱海沉积物弱吸附态磷、Fe P、Al P、Ca P和残渣磷,采用石灰性土壤无机磷形态分级法对Ca P进行了分级〔Ca2 P、Ca8 P和惰性钙磷(主要为Ca10 P)〕. 结果表明,洱海沉积物中w(TP)(710.30~1 961.23 mg/kg)较高,以无机磷(占64.44%~82.04%)为主,其中较易释放到上覆水中的弱吸附态磷含量〔占w(TP) 1%以下〕、w(Ca2 P)(14.63~29.66 mg/kg)和w(Ca8 P)(14.62~31.24 mg/kg)均较低,并且洱海目前环境条件不利于其沉积物中Al P和Fe P的释放. 沉积物中w(Ca P)及w(残渣磷)均较高,Ca P中惰性钙磷所占比例(＞85%)也较高,导致洱海沉积物磷不易被释放到上覆水中. 沉积物无机磷赋存形态是洱海目前水质较好的原因之一. 如果污染进一步加剧引起洱海水体pH增加和ρ(DO)降低等变化,其沉积物中Al P、Fe P的释放风险将可能增加. 近30年来,洱海沉积物w(Ca2 P)和w(Ca8 P)变化较小,但w(惰性钙磷)变化较大,Ca P各组分之间存在相互转化机制,这与洱海沉水植物的生长以及其对Ca P的吸收、转化有关.      

北运河下游典型灌渠沉积物有机磷形态分布特征

采用Bowman-Cole有机磷分级修正体系,分析了北运河下游典型灌渠泗村店干渠上游至下游7个采样区柱状沉积物中有机磷的赋存形态、分布及其垂向变化特征.结果表明,干渠沉积物总磷(TP)平均含量介于654.9～1 285.4 mg.kg-1,有机磷(TOP)平均含量则为241.6～501.1 mg.kg-1,占TP的34.08%～41.86%,TOP/TP较其他区域明显偏高.垂直分布上看,不同形态有机磷变化趋势迥异,活性有机磷(LOP)随着深度的变化呈先递增后递减的趋势,中活性有机磷(MLOP)则呈逐渐减少趋势,而稳性有机磷(NOP)却变化不大.MLOP是TOP的主要存在形态(39.03%～85.72%),高于LOP(7.73%～24.13%)和NOP(10.14%～35.64%).MLOP是该区域沉积物P的重要储备,其向LOP的转化过程及其对上覆水体富营养化效应值得关注.     

洪泽湖表层沉积物氮形态分布及影响因素

为探究洪泽湖不同区域沉积物中各形态氮的分布特征及影响因素,文章采用分级浸取的方法将沉积物中氮分为离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)、强碱浸取态氮(SAEF-N)、强氧化剂浸取态氮(SOEF-N)和非转化态氮(NTN),并运用多元统计分析研究沉积物的理化性质与各形态氮的关系。结果表明:沉积物可转化态氮(TTN)的含量为377.84～1 085.08 mg/kg,均值为765.93 mg/kg,占总氮(TN)的69.76%,是总氮的主要组成部分,洪泽湖沉积物中氮具有较高的潜在释放风险。各类可转化态氮的含量大小顺序为WAEF-N>SOEF-N>SAEF-N>IEF-N。IEF-N与TN的相关性较低,说明沉积物中TN高低并不一定能代表湖泊内源氮污染释放程度的高低。除了IEF-N和SAEF-N,其余形态氮的空间分布特征均与TN一致,即西湖区>成子湖等中部湖区>东部敞水区。TTN、SOEF-N、NTN分别与TOC、TN均具有极显著相关性(p<0.01),IEF-N与TOC、pH均具有显著相关性(p<0.05),粒度与各形态氮之间的相...     

洱海沉积物有机质、铁、锰对磷的赋存特征和释放影响

利用SMT磷连续提取分级方法研究了洱海表层沉积物中磷的赋存特征,探讨有机质(OM),Fe和Mn对磷赋存形态及释放的影响,同时评估了洱海沉积物磷的释放风险. 结果表明:洱海表层沉积物w(TP)为710.3～1 961.2 mg/kg,其中w(Ca-P)最高(占36.9%～59.2%),w(OP)次之(占24.6%～36.9%),w(Fe/Al-P)最低(占9.8%～20.7%);w(OM)为25.0～119.6 mg/g,与w(TP)和w(Ca-P)呈显著负相关;w(总锰)为0.8～3.8 mg/g,w(总铁)为34.3～127.2 mg/g,均与w(TP)及其各形态磷含量呈显著正相关. 沉积物中w(Fe/Al-P)/w(Ca-P)比低于0.5,且w(总铁)/w(TP)远大于20,表明磷释放强度小,但w(TOC)/w(OP)<200,说明有机磷的潜在释放风险较大. w(TP)及其各形态磷含量均与无定形铁氧化物(Feo-Fep)含量呈显著正相关,而与结晶态铁氧化物(Fed-Feo)含量的相关性不显著,且全湖沉积物中的铁氧化物以Feo-Fep为主,表明洱海沉积物磷释放主要受Feo-Fep控制.      

太湖北部沉积物不同形态磷提取液中有机质的特征

综合应用高效体积排阻色谱、三维荧光光谱、红外光谱及元素分析等方法,研究了太湖北部3个湖区表层(0～10 cm)沉积物不同形态磷提取液中有机质的特征,并探讨了有机质与磷之间的关系.结果发现,沉积物中总磷的含量与其上覆水体的营养水平相一致;有机C/N、C/P比值在8.5～11.9和188.5～256.6之间,表明沉积物中有机质以湖泊内源自生为主,受陆源输入的影响很小.不同磷形态提取液中有机质的相对分子质量分布和三维荧光光谱存在很大差异,但不同沉积物之间的差别并不显著.3种提取液中有机质的相对分子质量顺序依次为：HCl＞NaOH＞NaHCO₃,其重均相对分子质量(M_w)和数均相对分子质量(M_n)分别在4 983～5 873和3 642～5 065、 3 628～4 198和2 334～2 616、 3 282～3 512和2 249～2 380之间,可能反映了不同提取液中有机磷的组成及其生物活性的不同.沉积物提取液中有机质的三维荧光光谱均以类富里酸荧光峰A(E_x/E_m=230～260　nm/360～470　nm)或C(E_x/E_m=290～320　nm/390～460　nm)为主,NaHCO₃和HCl提取液中还分别发现了类蛋白荧光峰B(E_x/E_m=275～280　nm/340～360　nm)和D(E_x/E_m=225　nm/330～350　nm)及类腐殖酸荧光峰E(E_x/E_m=360～375　nm/460～470　nm).这些荧光光谱特征不仅揭示了不同提取液中有机质组成的差异,而且可能表明了太湖沉积物中有机质的降解受到再悬浮作用的强烈影响.此外,沉积物胡敏酸红外光谱中1 059～1 082　cm^-1的吸收谱带也可能反映了磷酸盐的存在.     

五里湖与贡湖不同粒径沉积物中有机质、总氮和磷形态分布研究

研究了五里湖与贡湖不同粒径沉积物的化学组成,总氮、总磷、有机质、各形态磷含量及其在粒径组成中所占比例.结果表明五里湖与贡湖沉积物不同粒径磷含量的差异主要在无机磷,而有机磷含量相差不大;各形态磷含量均为五里湖大于贡湖;五里湖沉积物总氮和总磷、有机质以及各形态磷的85%以上分布在细颗粒中,贡湖沉积物仅有50%～60%左右分布在细颗粒中,而分布在粗砂粒中的比例均最低.     

洱海表层沉积物溶解性有机氮生物有效性

选取9个洱海表层沉积物样品,提取了DON(溶解性有机氮)进行生物矿化培养,测定了培养过程中各形态氮含量,并运用三维荧光技术研究了DON结构变化. 结果表明:①洱海沉积物中w(DON)范围为43.52~214.71mg/kg,平均值为115.19mg/kg,DON主要由类蛋白和类腐殖质类物质构成,并且以类蛋白为主;②洱海沉积物中DON生物有效性为1.21%~72.77%,平均值为33.23%,生物可利用量平均值为50.22mg/kg;DON生物有效性空间差异明显,北部和南部较高,而中部较低;③洱海生物自身产生及形成的DON主要由类酪氨酸组成,其中有小部分类腐殖质可被生物利用,这是由于类色氨酸和类酪氨酸共存可提高DON类腐殖质生物有效性. 此外,w(DON)占w(TDN)(TDN为可溶性总氮)的比例是影响DON生物有效性的重要因素,w(DON)/w(TDN)越高,类腐殖质及类酪氨酸含量越低,沉积物中DON生物有效性越高. 可见,DON对湖泊富营养化有重要影响,控制洱海富营养化,不仅需要关注沉积物中的w(TN),也应关注w(DON)及DON组成特征.      

蠡湖表层沉积物中磷的形态与赋存特征及其生物有效性

采用连续分级提取法研究了蠡湖表层沉积物中有机磷和无机磷的形态及其赋存特征,同时结合间隙水体中DTP(溶解性总磷)的空间分布特征,讨论了各形态磷的生物有效性及其释放风险. 结果表明,蠡湖沉积物中的磷以IP(无机磷)为主,w(IP)占w(TP)的58.09%. IP中以生物可利用性差的Ca-P_i(Ca结合态无机磷)占优势,w(Ca-P_i)为(207.75±48.56)mg/kg,占w(IP)的48.97%;沉积物OP(有机磷)中以活性最差的NA-P_o(非活性有机磷)占绝对优势,w(NA-P_o)为(195.33±50.73)mg/kg,占w(OP)的67.09%. 间隙水中的磷以DIP(溶解性无机磷)为主,ρ(DIP)占ρ(DTP)的11.86%~86.13%,平均值为59.65%. WA-P_i(弱吸附态无机磷)、PA-P_i(潜在活性无机磷)、Fe/Al-P_i(Fe/Al结合态无机磷)、WA-P_o(弱吸附态有机磷)、PA-P_o(潜在活性有机磷)的质量分数均与间隙水中ρ(DTP)呈极显著正相关(P<0.01),w(Ca-P_i)与间隙水中ρ(DTP)呈正相关(P<0.05),w(NA-P_o)与间隙水中ρ(DTP)无显著的相关性. 因此,即使在外源磷得到有效控制的情况下,沉积物中的IP及高活性有机磷的释放仍有可能导致湖泊富营养化状态维持不变.      

洱海沉积物中溶解性有机氮季节性变化

选取洱海10个表层沉积物样品,研究不同季节DON（溶解性有机氮）和易分解组分DFAA（游离氨基酸）的含量变化. 结果表明:①洱海沉积物中w(DON)在10.41~59.58 mg/kg之间,平均值为27.43 mg/kg,约占w(TDN)(溶解性总氮质量分数)的40%,w(TN)的6%,其季节性变化呈春季>冬季>夏季>秋季的趋势,各季节洱海不同湖区均呈南部>北部>中部的特点;②洱海沉积物中w(DFAA)在4.11~9.89 mg/kg之间,平均值为5.96 mg/kg,约占w(DON)的22%,占w(TDN)的9%,季节性变化呈秋季相对较高、冬春次之、夏季相对较少的趋势,区域性变化呈南北高、中间低的特点,污染较严重的区域沉积物中w(DFAA)较高;③作为沉积物活性氮重要成分,w(DON)和w(DFAA)的季节性变化明显,对湖泊氮代谢有重要影响,在水生植物旺盛区域尤为明显. 在洱海富营养化治理中,除了TN,更应关注DON在湖泊氮循环及其富营养化中的作用.      

2010年洱海全湖磷负荷时空分布特征

为探讨不同来源磷负荷对洱海水体富营养化的贡献,研究了洱海入湖河流、干湿沉降和沉积物内源释放等来源磷负荷的时空变化特征. 结果表明:2010年洱海磷负荷的主要来源是入湖河流,其所带来的磷负荷占总入湖负荷的33%. 入湖河流磷负荷与洱海水体富营养化指数呈显著正相关,并且季节性变化明显,10月是高峰期入湖河流磷负荷区域差异较大,北部3条河流是主要来源,其中以弥苴河入湖磷负荷最大,占入湖河流磷负荷总量的52%. 沉积物磷扩散通量由北向南呈下降趋势,最高值在湖心区,11月最大. 干湿沉降入湖磷负荷季节性变化明显,干沉降占干湿沉降入湖磷负荷总量的47%. 外源入湖磷负荷控制,应以雨季之初为关键时期,以弥苴河及其流域为重点区域,以坝区农业污染控制为重点,同时应加强湖泊水体生态修复控制沉积物内源磷释放.