底栖动物扰动对河床渗透性的影响研究

河床渗透性是影响地表水与地下水相互交换的重要因素,为探究底栖动物扰动对河床渗透性的影响,以渭河干流上5个研究点为例,通过对河床沉积物垂向渗透系数和沉积物粒度进行分析,再结合底栖动物的种类和密度,研究垂向渗透系数与底栖动物之间的相关性,以及底栖动物扰动对河床渗透性的影响.结果表明,沉积物成分分布以沙和砾石为主的草滩,渗透系数达到18.479 m·d-1,底栖动物的生物密度为139 ind·m-2;沉积物成分中粉沙和黏土占很大比重的眉县,渗透系数为2.807 m·d-1,底栖动物的生物密度为2 742 ind·m-2;沉积物粒度分布基本相同的眉县、咸阳、临潼和华县等4个渗透性较差研究点中底栖动物的生物密度和垂向渗透系数均差别较大,但是生物密度和垂向渗透系数呈显著相关性,其两者之间皮尔森相关系数r=0.987.不同研究点影响沉积物渗透性的主要决定因素不同,渗透性较强研究点主要为沉积物颗粒大小,渗透性较差研究点主要为底栖动物扰动;不同研究点内生物密度差别较大,不同生物种类差别也较大;底栖动物的生物扰动能够缓解细小沉积物的阻塞,以使弱渗透性河床沉积物的渗透性增强.     

颤蚓生物扰动对沉积物氮释放的影响

通过实验室模拟沉积物中颤蚓生物扰动过程,研究了生物扰动对沉积物TN释放的影响,并探讨了温度、pH和DO对颤蚓生物扰动作用下TN释放过程的影响.结果表明,颤蚓生物扰动能促进沉积物TN释放,且促进效果随颤蚓密度的增加而提高.适当地提高温度有助于颤蚓快速生长,提高生物扰动对TN释放的促进效果,温度由15℃提高到25℃,上覆水...     

颤蚓扰动作用对铅镉在沉积物-水相中迁移的影响

采用实验室模拟的方法,研究颤蚓的扰动对松花江上游沉积物中Pb、Cd迁移过程的影响,并分析了Pb、Cd在生物体内的富集过程.结果表明,生物扰动带来的悬浮作用造成沉积物中Pb和Cd的释放,被释放的Pb和Cd主要吸附在悬浮颗粒中,在颤蚓体内的富集并不明显;而添加Pb后,颤蚓体内Pb浓度随时间延长明显增加,主要与颤蚓的新陈代谢方式有关.在没有生物扰动的处理中,显著增加的Pb主要集中在表层,而有生物扰动的处理中,在不同深度沉积物中均有增加.生物的扰动不仅显著增加了水中Pb和Cd浓度,而且促进水相中的Pb向沉积物深层的扩散.     

水中铜离子对颤蚓的毒性效应研究

测定了铜对颤蚓的半数致死浓度(LC5)0、生物富集系数(BCF)、超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响。实验结果表明随着铜浓度的增大,颤蚓的死亡率明显升高,铜对颤蚓毒性有明显的剂量—效应关系;铜对颤蚓的24h-LC50、48h-LC50、72h-LC50分别为237.8、212.2、174.3μg/L,表明染毒时间越长,铜对颤蚓的毒性越大;浓度为12.5μg/L、25μg/L的铜对颤蚓的BCF分别为25.3和36.8,表明暴露浓度越大,生物富集程度越高;暴露于浓度为0、5、10、15、20、25μg/L的铜溶液24h后,颤蚓体内SOD活性的变化呈现降低-升高-降低的趋势。实验表明颤蚓对铜的耐受能力较强且具有一定的生物富集作用。     

沉积物中六氯苯对颤蚓(淡水单孔蚓)的毒性效应研究

以淡水底栖动物颤蚓(淡水单孔蚓)为受试生物,研究了沉积物中六氯苯(HCB)对淡水单孔蚓14 d和28 d的毒性效应.结果表明,沉积物中HCB对颤蚓致死效应较低,当HCB浓度为190 mg· kg-,连续暴露28 d时,致死率低于8％.但HCB对颤蚓具有较强的慢性毒性效应,当HCB浓度为190 mg·kg-1,连续暴露28 d时,身体自断率高达90％,并且随着浓度升高和暴露时间延长,颤蚓自断率明显增高.HCB对颤蚓自断14 d和28 d的EC50分别为＞190 mg·kg-1和97.1 mg· kg-1.HCB对颤蚓行为(运动和挖掘)产生明显抑制作用.随着HCB浓度增加和暴露时间延长,颤蚓运动强度减弱,并伴随摄食量减少与体重减轻现象.     

底泥性质和分布密度对颤蚓迁移运动的影响

通过实验室模拟颤蚓的迁移,研究了颤蚓分布密度、底泥性质对颤蚓迁移运动的影响.结果表明,分布密度增大引起食物短缺,颤蚓迁移率首先增大,之后由于迁移运动的能量消耗导致迁移率减小,当分布密度大于8×104条.m-2后,颤蚓对食物极度竞争使其开始大规模迁移,最大迁移率为36.75%.底泥有机质在丰富颤蚓食物源,增大其迁移率的同时,也降低了溶解氧浓度,导致迁移率减小,有机质含量由3.93%增加至5.90%时以迁移率增大为主,大于5.90%时则以迁移率减小为主.TN、TP可改变底泥中微生物群落结构,引起颤蚓食物组分变化,从而影响颤蚓迁移,TN和TP含量分别在3.36～5.65mg.g-1和0.95～1.87mg.g-1范围时,TN含量的增加减小了颤蚓迁移率,TP含量的增加则增大颤蚓迁移率;继续增大含量,颤蚓对TN具有一定耐受性,迁移率稳定在20%左右,对TP则表现出排斥性,含量超过1.87mg.g-1后,迁移率从42%降为0.5%.颗粒粒径对颤蚓迁移的影响主要是由颗粒中有机质含量而非粒径本身决定,粒径小于0.15mm和大于0.55mm的颗粒适宜颤蚓生存,前者有机质含量高,后者则颗粒间空隙大,颤蚓可快速通过并获取更多的食物.     

颤蚓污泥减容效果及其影响因素分析

通过批沉降实验考察了颤蚓对一系列来源不同、性质不同的活性污泥沉降性能的影响.结果表明,颤蚓污泥减容效果显著.对活性污泥的主要性质指标进行Pearson偏相关分析后.发现污泥本身的污泥沉降比(SV,亦称30min沉降率)和半沉降时间t50是影响颤蚓污泥减容作用的重要因素,而并非污泥浓度TSS和SVI.其中,SV分别与颤蚓作用60min后的污泥减容率η(SV60)及污泥半沉降时间的减少率η(t50)之间显著相关.另外,在污泥性质相同的情况下,颤蚓污泥容积比也是影响颤蚓污泥减容效果的重要因素,单位容积下颤蚓投加量越大,污泥减容率会越高.     

生物扰动对沉积物中污染物迁移转化影响的研究进展

生物扰动可以改变沉积物的理化性质和生物地球化学作用,从而促进或减弱污染物从沉积物向水中的释放,而沉积物中污染物的迁移转化规律对于指导环境修复以及评价污染物的潜在风险均大有裨益。本文介绍了生物扰动的定义,并综述了近年来关于生物扰动对沉积物中污染物迁移转化影响方面的研究。     

摇蚊幼虫与霍甫水丝蚓扰动对河流沉积物中氮、磷、氧释放的影响

定量研究河床沉积物中的生物扰动对污染物的影响效应,对于维护河流健康具有重要的理论指导作用.基于室内实验模拟摇蚊和霍甫水丝蚓对河床沉积物的扰动过程,研究两种生物扰动作用对沉积物中氮、磷释放以及生物扰动对上覆水中溶解氧的影响.在相同的沉积物环境中分别放入单一物种,实验结果显示,相对于空白组,摇蚊幼虫组的上覆水中氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为2.32、0.787、0.105 mg·L-1,霍甫水丝蚓组的氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为0.72、0.462、0.063 mg·L-1,表明摇蚊幼虫和霍甫水丝蚓的扰动作用均能促进沉积物中氨氮、总氮、总磷向上覆水中的释放,且摇蚊幼虫对污染物释放的作用效果比水丝蚓更明显;当摇蚊幼虫和水丝蚓混合放入后,摇蚊幼虫对沉积物中氨氮、总氮、总磷释放起主要促进作用;在混合实验组(摇蚊23条,霍甫水丝蚓47条)中,氨氮、总氮、总磷的平均净增量均低于单一物种的摇蚊组和水丝蚓组,表明在该组中,摇蚊幼虫和霍甫水丝蚓在沉积物中共同扰动作用对氮、磷释放的促进效果减弱;对上覆水中溶解氧浓度而言,摇蚊所占比例越高,溶解氧浓度就越低,且上覆水中的溶解氧浓度变化,会影响生物扰动对沉积物氮、磷释放的效果.     

二氧化氯对颤蚓的灭活效果及机理初步探讨

供水系统中蠕虫类水生生物的出现严重危及供水水质安全.为实现供水系统中蠕虫风险的高效控制,以颤蚓为研究对象,探讨了二氧化氯对颤蚓的灭活动力学及水质对灭活效果的影响,并对灭活机理进行了初步探讨.结果表明:CT值(氧化剂浓度和接触时间的乘积)可以较好地用于评价ClO_2对颤蚓的灭活效果;灭活过程符合伪一级延迟Chick-Watson模型.温度的升高缩短了颤蚓灭活时的"延滞期",并提高了灭活效率;实验条件下,体系pH的增加有助于提高ClO_2灭活效率;浊度和有机物浓度的增加会导致灭活效率显著降低.当CT值超过80 mg·min·L~(-1)后,ClO_2将导致体系蛋白质浓度显著降低.颤蚓灭活过程中"延滞期"的出现和蛋白试验结果综合表明:颤蚓表皮层的存在有助于提高其对ClO_2的耐受性.SOD(超氧化物歧化酶)活性变化表明,ClO_2灭活颤蚓的主要作用机理之一是含氧自由基的诱导效应.     

Observation of bioturbation and hyporheic flux in streambeds

In the Elkhorn River, burrows, tubes, and sediment mounds created by invertebrate bioturbation were observed in the exposed streambed and commonly concentrated on the fine-sediment patches, which consist of silt, clay, and organic matter. These invertebrate activities could loosen the thin layer of clogging sediments and result in an increase of pore size in the sediments, leading to greater vertical hydraulic conductivity of the streambed (K _v ). The measurements of the vertical hydraulic gradient across the submerged streambed show that vertical flux in the hyporheic zone can alter directions (upward versus downward) for two locations only a few meters apart. In situ permeameter tests show that streambed K _v in the upper sediment layer is much higher than that in the lower sediment layer, and the calculated K _v in the submerged streambed is consistently greater than that in the clogged sediments around the shorelines of the sand bars. Moreover, a phenomenon of gas bubble release at the water-sediment interface from the subsurface sediments was observed in the groundwater seepage zone where flow velocity is extremely small. The bursting of gas bubbles can potentially break the thin clogging layer of sediments and enhance the vertical hydraulic conductivity of the streambed.     

摇蚊幼虫与霍普水丝蚓扰动对河流沉积物中氮、磷、氧释放的影响

定量研究河床沉积物中的生物扰动对污染物的影响效应,对于维护河流健康具有重要的理论指导作用.基于室内实验模拟摇蚊和霍普水丝蚓对河床沉积物的扰动过程,研究两种生物扰动作用对沉积物中氮、磷释放以及生物扰动对上覆水中溶解氧的影响.在相同的沉积物环境中分别放入单一物种,实验结果显示,相对于空白组,摇蚊幼虫组的上覆水中氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为2.32、0.787、0.105 mg · L^-1,霍普水丝蚓组的氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为0.72、0.462、0.063 mg · L^-1,表明摇蚊幼虫和霍普水丝蚓的扰动作用均能促进沉积物中氨氮、总氮、总磷向上覆水中的释放,且摇蚊幼虫对污染物释放的作用效果比水丝蚓更明显;当摇蚊幼虫和水丝蚓混合放入后,摇蚊幼虫对沉积物中氨氮、总氮、总磷释放起主要促进作用;在混合实验组(摇蚊23条,霍普水丝蚓47条)中,氨氮、总氮、总磷的平均净增量均低于单一物种的摇蚊组和水丝蚓组,表明在该组中,摇蚊幼虫和霍普水丝蚓在沉积物中共同扰动作用对氮、磷释放的促进效果减弱;对上覆水中溶解氧浓度而言,摇蚊所占比例越高,溶解氧浓度就越低,且上覆水中的溶解氧浓度变化,会影响生物扰动对沉积物氮、磷释放的效果.     

百年来滇池沉积物中不同形态氮分布及埋藏特征

为探讨百年来滇池沉积物氮的组成、分布以及埋藏特征,2014年7月在滇池采集6根沉积柱进行氮形态及年代测定.结果表明滇池沉积物总氮含量高,为1 263.68~7 155.17 mg·kg~(-1),硝氮及氨氮含量低,分别为10.00~144.00 mg·kg~(-1)和9.20~146.50 mg·kg~(-1).沉积物中有机氮为主要存在形态,含量为255.80~5 644.25 mg·kg~(-1),平均占总氮含量的91.26%;滇池沉积物总氮污染严重,于70年代开始形成且90年代后期加剧,并呈现滇池南部北部中部的分布特征;近100年来滇池沉积物平均沉积速率为0.092~0.187 g·(cm~2·a)~(-1),随时间先增加后降低再升高,空间上由北向南逐渐降低.沉积物中总氮埋藏速率则随时间逐渐增加,在1990年后几乎呈直线增长,且由南向北逐渐降低;据估算,1900~2014年滇池沉积物总氮埋藏量达92 139.15 t,其中有机氮埋藏量为86 745.62 t,硝氮埋藏量为2 464.16 t,氨氮埋藏量为2 929.37 t.     

渭河陕西段沉积物中总磷、总氮时空分布特征及其影响因素研究

为探究沉积物中总磷、总氮的时空分布特征及其影响因素,以渭河陕西段5个研究点为例,分别于2013年夏季(6月)和冬季(12月)进行两次采样,通过野外实验对水温、p H、电导率、溶解氧、流速等环境因子的测定,结合室内实验对沉积物中总磷、总氮含量的测定和粒度分析,研究沉积物中总磷、总氮的时空分布特征,以及各环境因子与其相关性.结果表明,大多数研究点沉积物中总磷、总氮含量在垂向上呈现先减小后增大再减小的趋势;在季节上呈现夏季含量高于冬季含量的趋势,其中各研究点夏季沉积物中总磷含量平均值为15.79 g·kg-1,总氮含量平均值为5.50 g·kg-1,而冬季沉积物中总磷含量平均值为5.91 g·kg-1,总氮含量平均值为2.46 g·kg-1;通过沉积物氮、磷元素含量与各环境因子的相关性分析,发现影响沉积物中总磷、总氮含量的环境因子主要有温度、p H、电导率和溶解氧.     

官厅水库沉积物中大量元素的历史分布特征

以官厅水库沉积物为研究对象,建立年代序列,解析有机质及TOC、TN、TS的含量和沉积通量的年变化,探明官厅水库大量元素的历史沉积特征.结果表明:采用210Pb和137Cs测定官厅水库线性沉积速率分别为0.33 cm·a-1和0.32 cm·a-1,累积质量沉积速率从1954年水库建成后缓慢递增到1980年左右的0.156 g·cm-2·a-1,之后递减至当前的0.090 g·cm-2·a-1.沉积物中有机质含量为36.8~100.7 g·kg-1,在水库南部库区略高;有机质沉积通量在时间尺度上随年代呈先增加后减少,与沉积物沉积速率年变化趋势相似.沉积物中TOC含量为1.18%~7.83%,TN含量为0.04%~0.73%,TS含量为0.07%~0.50%.TOC和TN的沉积通量在20世纪90年代左右出现峰值,而TS沉积通量呈逐渐下降趋势.总体而言,官厅水库沉积物中C、N、S等大量元素呈连续分布,其沉积通量主要受沉积速率影响,颗粒物沉积过程可能在污染物迁移转化中扮演重要角色.     

修复方式对滩涂贝类养殖底质TN、TP及TOC影响的室内模拟实验

通过室内模拟实验方法,探讨了物理修复方式(翻耕、压沙加翻耕)和投放双齿围沙蚕(Perinereis aibuhitensis)的生物修复方式下滩涂文蛤(Meretrix meretrix)养殖区底质中TN、TP及TOC含量的变化特征.结果表明,物理修复组中,翻耕20 cm组底质TN、TOC的去除效果及翻耕30cm和翻耕加压沙组底质TN、TP及TOC的去除效果较对照组均达到了显著水平(p0.05),且不同修复组对3种指标的去除率大小顺序一致,均表现为翻耕加压沙组最佳,翻耕30 cm组次之,翻耕20 cm组最差;生物修复组中,双齿围沙蚕对底质修复效果明显,0.28 kg·m-2密度组对TN、TP的去除效果及0.14 kg·m-2、0.21 kg·m-2密度组对TN、TP及TOC的去除效果均较对照组达到了显著水平(p0.05),其中,0.21 kg·m-2密度组对TN、TP及TOC的修复效果均最佳,而较高密度的0.28 kg·m-2组的修复效果反而降低,说明沙蚕总体修复效果并不完全随投放密度的增加而增强.     

闽江河口短叶茳芏沼泽湿地沉积物磷的赋存形态和空间分布

对闽江河口区不同盐度短叶茳芏沼泽湿地沉积物中磷的赋存形态和分布特征进行了研究,探讨了河口沉积物中磷的来源及其影响因子.结果表明:1闽江河口湿地沉积物全磷(TP)含量介于607.91~807.60 mg·kg-1,平均值为726.29 mg·kg-1;有机磷(OP)含量介于120.44~166.63 mg·kg-1,平均值为139.43 mg·kg-1,约占TP的18.93%;无机磷(IP)含量介于479.65~647.56 mg·kg-1,平均值为586.86 mg·kg-1,约占TP的81.07%,IP是磷的主要赋存形态.2IP中,赋存形态以闭蓄态磷(O-P)和铁结合态磷(Fe-P)为主,分别占IP的39.97%和32.92%;其次是钙结合态磷(Ca-P)和铝结合态磷(Al-P),分别占IP的17.89%、9.22%.3在空间分布上,TP、OP、IP含量在由海向陆方向整体呈先降低后递增趋势;IP不同赋存形态在空间上也整体上呈现出以上趋势;垂直方向上,总体都表现为随土层深度波动降低,这在一定程度上反映了近年来河口湿地环境污染的加剧.4磷的赋存形态和空间分布特征是电导率、pH、容重、含水率和粒度等多因子综合作用的结果.     

摇蚊幼虫扰动下沉积物微环境和微界面对物理扰动强度的响应

以太湖梅梁湾沉积物为研究对象,借助Rhizon间隙水采样技术、Unisense微电极技术,解析了物理扰动和摇蚊幼虫组合扰动下,沉积物微环境及微界面特征对物理扰动强度的响应规律.结果表明,高强度物理扰动下(240 r·min-1),溶解氧渗透深度(OPD)达到12.1 mm,远高于低强度(60 r·min-1)的3.8 mm.沉积物总氧气交换速率(TOE)、TOE与DOE差值、ORP、溶解氧渗透深度(OPD)、DO空间分布的差异性等均显示了与物理扰动强度正相关趋势.沉积物中p H增加的区域和幅度及Fe2+减小的区域和幅度也显示了相同响应规律;在沉积物表层0~6 cm范围内,相同深度沉积物的含水率、孔隙度、总微生物活性均随物理扰动强度增加呈递增趋势,并对物理扰动强度的响应程度随沉积物深度递增逐渐减弱.这暗示了物理扰动胁迫摇蚊幼虫构造更深和更多的廊道,进而从垂向的角度改造了沉积物微界面和微环境.     

表层附着累枝虫的好氧颗粒污泥特性

在序批式反应器(SBR)中处理实际生活污水,并接种城市污水处理厂活性污泥,培养出表层附着大量累枝虫的好氧颗粒污泥.运行120 d时,颗粒污泥浓度可达4482 mg·L-1,污泥容积指数(SVI)为55 m L·g-1左右,颗粒的粒径主要在1.6~2.5 mm之间,平均沉速为55.4 m·h-1,累枝虫密度可达30450 ind·m L-1.CODCr和NH+4-N的平均去除率分别为87.9%和91.8%.采用直接免疫荧光法证实累枝虫可吞食游离细菌,能有效减少出水SS,且出水SS与累枝虫的密度变化整体呈相反趋势.表层附着生长的累枝虫略微降低了颗粒污泥的沉速.结构分析可看出累枝虫根植于颗粒表层,柄的部分成为颗粒污泥的"骨架",有利于颗粒污泥结构强度和稳定性.