滇池沉积物间隙水中氮、磷形态及相关性的研究

对滇池40个样点沉积物间隙水中的氮、磷形态与浓度分析研究结果表明，滇池沉积物间隙水中磷的区域分布特征与其在水体中的分布特征相似，滇池南部间隙水中无机磷浓度较高，有机磷的浓度极低，而北部有机磷浓度较高；间隙水中氨氮（NH4^＋ -N），浓度高出硝酸盐氮（NO3^- -N）浓度约2个数量级，间隙水中氮向上覆水的扩散主要以氨氮为主．滇池沉积物间隙水中氮、磷浓度远高于水体中氮磷浓度，有较强的释放趋势．进一步研究间隙水中氮、磷的关系则表明，沉积物间隙水中总磷和总氮未见明显相关性，但间隙水中总磷、有机磷均与硝酸盐态氮呈负相关．     

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.      

沉积物-水系统中氮磷变化与上覆水对藻类生长的影响

研究了灭菌、抑制剂添加和磷添加对沉积物-水模拟系统中氮磷转化的影响,并利用试验后的上覆水培养四尾栅藻.结果表明,灭菌增大了系统平衡时上覆水的总磷(TP)浓度,对系统中氮的影响不大; 添加抑制剂组与对照组沉积物-水模拟系统的TP、溶解性总磷(DTP)和总氮(TN)的浓度接近,但抑制剂组的NO^-₃-N含量为19.2 mg·L^-1,明显高于对照组;沉积物对添加的磷有强烈的吸附作用,导致系统平衡时上覆水TP的浓度降低.灭菌组上覆水的藻类生物量高于对照组,主要是因为灭菌导致上覆水TP浓度高于对照组;抑制剂组的最高藻类生物量(224.5×10⁴个·L^-1)远远超过对照组(26×10⁴个·L^-1),且为其它2组试验(灭菌组22.5×10⁴个·L^-1和磷添加组38.5×10⁴个·L^-1)的5～10倍,抑制剂的添加抑制了沉积物-水模拟系统中微生物对某些元素的利用,而这些元素对藻类生长起重要作用;磷添加对试验初藻类生长无明显影响,随着试验进行,磷添加组的藻类适应生长环境,迅速增长,生物量远远超过对照组.灭菌和添加抑制剂组生物可利用磷的增加是由于藻类生物量的增加,而导致了不稳定态的有机磷的增加.     

植物分布对洱海沉积物间隙水DOM光谱特征及对氮磷释放影响研究

沉水植物分解导致大量溶解性有机质(DOM)进入水环境,进而对水质产生重要影响.然而,关于沉水植物分布对沉积物间隙水DOM的变化特征及其对氮磷释放的影响研究较少.本研究利用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和三维荧光光谱结合平行因子(EEMs-PARAFAC)技术对比研究了洱海沉水植物分布/非分布区沉积物间隙水DOM组分变化特征,并探讨DOM变化对氮磷释放的影响.结果表明,沉水植物分布区沉积物间隙水DOM主要以富里酸为主,而沉水植物非分布区DOM则以腐殖酸为主.通过UV-vis分析发现,沉水植物分布区沉积物间隙水DOM a₃₅₅、a₄₄₀、SUVA₂₅₄、A₂₅₃/A₂₀₃、S_R平均值高于植物非分布区,这表明沉水植物分解作用能够促进沉积物间隙水DOM含量、芳香性、分子量、以及取代基数量增加.沉水植物分布区上覆水和间隙水氮磷浓度均高于沉水植物非分布区,这主要是由于沉水植物衰亡期腐烂分解释放氮磷.此外,DOM中的羟基和羧基能够与磷酸盐竞争沉积物颗粒上的吸附位点,...     

白塔堡河上覆水与沉积物间隙水N、P分布特征

为研究河流沉积物与间隙水间营养盐的迁移规律,采集白塔堡河干流平水期上覆水和沉积物间隙水样品,分析N、P分布特征,计算沉积物-水界面N、P扩散通量,并对上覆水与间隙水中营养盐含量进行回归分析. 结果表明:上覆水和间隙水中ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均为农村带河段最低,城镇带和城市带河段较高. N、P的主要来源,农村带河段为农村灰水和面源污染,城镇带河段为生活污水和工业园排水,城市带河段为城市生活污水和工业废水. 间隙水中各营养盐质量浓度基本上都高于上覆水,空间分布趋势相似. NH₃-N、NO₂--N、NO₃--N和PO₄3--P在沉积物-水界面的平均扩散通量分别为0.429、0.134、0.080和0.143μmol/(m2·d),表明沉积物是上覆水重要的N、P源. 表层沉积物间隙水与上覆水中的ρ(NH₃-N)(R2=0.874,P=0.0002)和ρ(PO₄3--P)(R2=0.704,P=0.0005)均呈极显著相关,ρ(NO₂--N)呈显著相关(R2=0.501,P=0.0020),ρ(NO₃--N)的相关性(R2=0.353,P=0.0150)不显著,说明白塔堡河沉积物间隙水中的N主要以NH₃-N形态向上覆水中扩散;而间隙水中的P主要以PO₄3--P形态向上覆水中扩散.      

滇池水体和沉积物中营养盐的分布特征

在滇池外海不同方位选取6个采样点,研究了水质现状,沉积物Eh,pH,总氮,总磷以及间隙水重金属的剖面分布特征。结果表明,滇池水体仍属富营养化状态。在氧化表层下,Eh随沉积深度的增加迅速降低,沉积物深层为还原状态。pH在沉积物剖面变化不大,为7 0～8 5。滇池沉积物含有丰富的营养物质,总氮和总磷最高质量分数分别为8 67和3 46g kg。剖面分布表明,沉积物表层总氮和总磷含量远高于底层,在表层0～10cm含量随深度增加而迅速降低。重金属元素在水-土界面的浓度梯度为沉积物向水体的扩散提供了条件。不同采样点相比,位于昆明市附近的S6点沉积物内负荷较大。在外源减少的情况下,沉积物内负荷可能在一定时间内成为控制滇池水质的主导因子。      

滇池藻胆蛋白时空分布特征及其影响因素分析

藻胆蛋白具有重要的经济价值,可以从藻体中提取、加工,从而实现藻泥废物的减量化与资源化。为厘清滇池水体藻胆蛋白的时空分布特征及其影响因素,于2022年不同季节进行了4次采样,在建立藻胆蛋白检测方法的基础上,分析了滇池草海、外海北部、外海中部和外海南部4个区域的藻胆蛋白时空变化特征,并基于ArcGIS建立了藻胆蛋白浓度时间和空间序列栅格数据图。结果表明：1）滇池藻胆蛋白浓度在时间上呈现夏季>秋季>春季>冬季的分布特征,在空间上呈现外海北部>外海中部>外海南部>草海的规律,且以藻蓝蛋白为主要成分,藻红蛋白的浓度较低。2）通过对各影响因子的统计分析发现,藻蓝蛋白浓度与TP浓度和BOD₅存在显著的线性相关性（P<0.01）,藻红蛋白浓度与营养盐的相关性较低,藻胆蛋白浓度与pH、DO浓度和透明度的线性关系显著（P<0.05）。3）对藻胆蛋白的影响因子进行分湖区讨论,结果表明氮、磷是藻胆蛋白分布的主要驱动因子,并可能受到水力条件和藻类种群类别的影响。4）草海虽然具有最高的TN、TP平均浓度,但其氮磷比（N/P）过高,蓝藻群落被绿藻取代,导致其藻胆蛋白浓度最低;外海北部具有较长的水力停留时间和较低的N/P,造成蓝藻种群占比高,藻胆蛋白的浓度最高;滇池水体春冬季的N/P显著高于夏秋季,这也是夏秋季藻胆蛋白浓度高于春冬季的主要原因之一。

     

滇池水生植物分布对沉积物间隙水磷浓度的影响

为揭示滇池水生植物分布对沉积物间隙水磷的质量浓度的影响,分别采集滇池有植物区域和无植物区域沉积物柱状样,测定间隙水和上覆水溶解性总磷(DTP)、溶解性活性磷(SRP)和溶解性有机磷(DOP)的质量浓度,分析其沉积物间隙水磷的垂向变化特征,探讨水生植物对沉积物间隙水磷形态特征的影响及控制效果,结果表明:1水生植物对滇池不同湖区沉积物间隙水各形态磷的质量浓度影响显著,但因分布站点不同、深度层次变化所呈现的规律也各不相同;2水生植物显著降低了沉积物间隙水DOP的贡献率,有植物区域DOP平均贡献为32.87%,无植物区域则平均贡献为57.68%;3水生植物抑制了沉积物无机磷的释放,促进了DOP的转化.有植物区域SRP沉积物-水界面扩散通量比无植物区域平均降低39.99%;4水生植物生长对沉积物间隙水各形态磷的浓度削减比较明显,尤其是DOP,削减率达到了38.02%~85.49%.因此分析水生植物对沉积物间隙水DOP贡献率及削减率,对深入理解水生植物与间隙水DOP之间的关系及沉积物有机磷的矿化降解具有重要意义.     

南四湖沉积物对上覆水氮磷负荷的时空响应

利用SWAT模型模拟结合水质监测对南四湖水体总氮、总磷负荷在2010年9月的空间分布和1960-2010年的时间分布特征进行了分析同时,测定了 2010年9月获取的表层底泥和柱状岩芯样品的TOC、总氮、总磷含量,结合相关测年结果,分析了南四湖沉积物中总氮、总磷含量在2010年9月的空间分布和近50年来的时间分布特征,并对沉积物和上覆水中总氮、总磷负荷在时空分布上的响应关系进行了分析.结果表明:在空间分布上,南四湖沉积物对上覆水中的总磷负荷有很好的响应关系,相关系数达0.895(p＜0.01),都以无机磷为主;而由于沉积物中的氮多为有机氮,水体中氮以无机氮为主,因此,两者之间的响应关系不明显.在时间分布上,近50年来,南四湖沉积物对上覆水的氮、磷负荷有很好的响应关系,其变化大致可分为低含量、急剧增长、有所下降3个阶段,但沉积物的响应在时间上有所滞后.该变化与占南四湖流域面积最大的济宁市近50年的GDP变化有很好的一致性,说明人类活动与湖泊污染密切相关.     

玄武湖上覆水间隙水和沉积物中的重金属分布研究

为了研究湖泊中重金属的分布情况及其潜在迁移趋势,以南京市玄武湖为对象,分析了该湖上覆水、间隙水和沉积物中的Fe,Mn,Ba,Zn,Ni和Cd等重金属的含量。结果表明,上覆水和间隙水中的金属浓度呈相同的分布顺序:Fe>Mn>Cd>Ba>Zn>Ni;而沉积物则具有不同的分布顺序:Fe>Mn>Ba>Zn>Ni>Cd。同种重金属在三者间的分布顺序为:沉积物>间隙水>上覆水,表明了该湖中的重金属有从沉积物向上覆水扩散的趋势。统计分析结果表明,上覆水、间隙水和沉积物中的金属浓度之间没有发现明显的相关性;但多数金属与Fe、Mn存在明显的浓度相关性,表明了Fe和Mn在湖泊系统的金属地球化学循环过程中起重要作用。     

滇池沉积物磷形态的水平分布特征

本文以滇池33个表层沉积物样品为试验材料,采用分级提取的方法逐步提取沉积物中铁磷、铝磷和钙磷,分析沉积物中各磷形态的水平分布特征,结果表明:滇池沉积物总磷浓度的水平分布呈现南北高、中间低的状况,总磷的平均浓度为2 728 mg/kg,局部浓度超过13 000 mg/kg;铁磷、铝磷含量相对较低,不足30%,钙磷和有机磷含量较高,占70%以上;H+浓度影响活性磷的状态,与沉积物铁铝磷显著相关;铁铝磷作为总磷的重要组成部分与总磷显著相关(R=0.701,p0.01)。     

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.      

太湖沉积物及孔隙水中氮的时空分布特征

通过2009年4月和9月2次大规模采样监测,研究了太湖沉积物和孔隙水中不同形态氮的时空分布规律. 结果表明:太湖沉积物和孔隙水中不同形态的氮在垂向变化上没有明显的季节性差异. 沉积物中氮在水平分布上表现为w(TN),w(NH₄+-N)和w(NO₃－-N)在北部湖区和东部湖区较高,而在湖心区较低;在深度变化上,w(TN)从下往上逐渐增大,而w(NH₄＋-N)却呈相反的趋势,w(NO₃－-N)没有明显变化. 沉积物中w(有机氮)占w(TN)的80%,二者之间有很好的相关性(R=0.894,P<0.01),w(TN)主要受w(有机氮)影响. 孔隙水中的氮在水平分布上表现为ρ(TN),ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)与沉积物中的氮分布基本一致;垂直变化上,孔隙水ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)从下向上逐渐减小,而ρ(NO₃--N)无明显变化规律;孔隙水中ρ(NH₄+-N)占ρ(TN)的50%,二者之间也有很好的相关性(R=0.886,P<0.01),ρ(TN)主要受ρ(NH₄+-N)的影响. 分析显示,2种介质中3种形态的氮有很好的相关性. 对沉积物中不同类型的有机质和各形态氮的相关分析发现,沉积物中有机质的类型和含量是影响氮素迁移转化的重要因素.      

岱海水体氮、磷时空分布特征及其差异性分析

通过2018～2019年调查数据及历史相关监测资料,分析了岱海上覆水中氮、磷时空分布特征及主要影响因素,并探讨了氮形态、磷形态的时空分布差异性.结果表明,岱海上覆水总氮和总磷常年处于较高水平,尤其是总氮浓度明显高于全国其他湖泊.岱海上覆水总氮浓度在3.29～4.99 mg·L^-1之间,平均值为(3.93±0.33)mg·L^-1;总磷浓度在0.063～0.163 mg·L^-1之间,平均值为(0.111±0.023)mg·L^-1.上覆水中总氮和总磷浓度在春季、夏季呈现湖心深水区明显高于周边,秋季呈自东向西递减的趋势,而在冬季则呈现南部浅水区高于北部区域的趋势.上覆水中氮和磷营养盐均以溶解态为主,溶解态总氮和溶解态总磷占总氮和总磷的比例高达86.62%和77.84%,且溶解态氮以硝态氮为主导、溶解态磷则以有机磷为主要形态.研究中发现,湖水浓缩和内源营养盐释放是造成水体高总氮和总磷的主要原因,建议结合工程措施进行内源治理和生态修复,以防止水质进一步恶化.     

滇池表层沉积物氮污染特征及其潜在矿化能力

利用滇池53个表层沉积物样品,研究了其不同形态氮含量及空间分布特征,探讨了滇池沉积物氮潜在矿化能力及其污染特征,以期揭示滇池沉积物氮污染影响因素及沉积物氮释放风险.结果表明:1滇池全湖表层沉积物总氮(TN)平均含量为3 515.60 mg·kg-1,其中草海北部疏挖区、盘龙江入湖口及海口入湖区域含量较高,宝象河河口疏挖区域TN含量相对较低;总有机氮(TON)含量较高,占TN的85.86%;溶解态无机氮(DIN)含量较低,占TN的14.10%,TON与TN空间分布趋势一致,而DIN则不同;与我国其他湖泊相比,滇池沉积物氮含量已经处于较高水平,其污染程度仅低于污染严重的城市湖泊;2滇池全湖表层沉积物潜在可矿化氮(PMN)平均含量1 154.76 mg·kg-1,占TN的32.90%,潜在释放风险较大;其中草海湖区、外海北部盘龙江入湖口湖区、中部洛龙河和梁王河入湖口湖区及白鱼口湖区显著高于其它湖区;目前滇池p H值有利于其沉积物氮矿化,有机质通过释放NH+4-N影响其沉积物氮矿化;污染较重的水域,滇池上覆水氮浓度受其沉积物氮矿化影响较大,而污染较轻水域,则受影响较小.     

滇池水质1999-2008年时空变化特征

以滇池常规的水质监测数据为基础,运用因子分析法对滇池1999-2008年的水质进行综合评价,并以水质综合评价得分作为监测点位的空间属性值,采用空间插值法定量分析10年间滇池水质的时空变化特征。研究期间内,滇池水质总体呈现不断恶化的趋势,氮磷污染一直是滇池的主要污染类型。滇池南部区域水质一直优于北部和中部区域,尤其是草海和外海交界区域的水质在全湖是最差的。南部片区水质在整个滇池最好,但也呈现出不断恶化的趋势。     

滇池沉积物生物有效性氮和磷的分布及相互关系

利用化学连续提取法,对滇池8个采样点表层沉积物中的生物有效性氮和磷的分布进行了研究,并探讨了二者间的关系. 结果表明:滇池沉积物中w(TN)和w(TP)的分布特征具有显著差异,北部和南部因磷矿开采、外源污染输入导致其值较高,中部受水动力影响较大则其值相对较低;沉积物中生物有效性氮和磷包括离子交换态氮和磷(IEF-N,IEF-P)、弱酸可提取态氮和磷(WAEF-N,WAEF-P)、强碱可提取态氮和磷(SAEF-N,SAEF-P)以及强氧化剂可提取态氮和磷(SOEF-N,SOEF-P)等4种形态;各生物有效性氮对总的生物有效性氮的贡献顺序依次为w(SOEF-N)(68.1%～78.8%)>w(IEF-N)(10.1%～14.9%)> w(WAEF-N)(5.8%～8.9%)≈w(SAEF-N)(5.3%～8.7%),生物有效性磷的相对含量顺序依次为w(SAEF-P)(68.6%～75.2%)>w(SOEF-P)(23.4%～30.0%)>w(WAEF-P)(0.6%～1.8%)>w(IEF-P)(0～0.1%);生物有效性氮和磷具有正相关性,二者迁移转化的趋势可能具有一致性. 生物有效性氮和磷的比值分析表明,沉积物中生物有效性氮和磷的形态差异影响氮、磷的矿化和释放速率.      

滇池河流氮入湖负荷时空变化及形态组成贡献

为给进一步实施滇池入湖污染控制及小流域污染治理提供依据,以滇池环湖28条河流入湖水量及水体中不同形态氮的质量浓度逐月调查数据为基础,研究了滇池河流不同形态氮的入湖浓度(ρ)和入湖负荷的时空变化,并探讨了不同形态氮的入湖负荷贡献. 结果表明:①滇池河流入湖ρ(TN)在2.91～94.01 mg/L之间,以ρ(DIN)(DIN为溶解性无机氮)最高,而ρ(DON)(DON为溶解性有机氮)和ρ(PN)(PN为颗粒态氮)均较低. ②滇池河流氮入湖负荷总量为6 908.47 t/a,绝大多数河流以DIN负荷为主,平均贡献为67.15%;DON和PN入湖负荷贡献相近,平均分别为17.86%和14.99%. ③不同形态氮入湖负荷贡献的季节性差异明显,DIN入湖负荷较高值出现在春夏季(3—9月),平均贡献达74.01%;DON入湖负荷较高值则出现在秋冬季(9月—翌年1月),平均贡献达33.42%;PN入湖负荷贡献月份变化差异较小,最高值出现在2月,贡献为40.19%. ④滇池河流氮入湖负荷不仅要考虑DIN的贡献,也应重视DON和PN负荷,控制滇池河流氮入湖负荷需要考虑不同河流不同形态氮负荷组成及其季节性差异,有针对性地采取相应措施.