洞庭湖沉积物不同形态氮赋存特征及其释放风险

为了揭示湖泊沉积物中氮的空间分布特征及其释放风险,采用连续分级提取法研究了洞庭湖表层沉积物中EN(可交换态氮)、HN(酸解态氮)及NHN(非酸解态氮)的赋存特征;同时,结合BN(生物可利用态氮)的含量和释放通量的大小,探讨了各形态氮对BN的贡献及与释放通量的相关关系. 结果表明,受水动力和湖盆地形的影响,沉积物中各形态氮含量空间差异较大. 全湖w(TN)在735.91~2846.51mg/kg之间,平均值为1371.85mg/kg,东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口w(TN)的平均值分别为1513.43、1173.14、1262.76和1363.31mg/kg. 从各形态氮含量占w(TN)的比例来看,w(HN)最高,平均占66.74%;其次是w(NHN),平均占21.46%;w(EN)最小,仅占11.80%. 东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口w(BN)的平均值分别为189.31、170.16、152.87和139.51mg/kg,其值大小主要受w(EN)和w(HN)的影响. 东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口沉积物中NH₄+-N释放通量的平均值分别为6.32、7.03、7.78和146.96mg/(m2·d),沉积物中NH₄+-N释放通量主要受EN控制,其中尤其受可交换态NH₄+-N的控制,而沉积物中的HN和TN尚不是影响沉积物氮释放的主要因素.      

青年湖沉积物中氮赋存形态的季节性变化

通过对青年湖中心区和浅滩区近1 a的野外观测,分析其沉积物、间隙水和上覆水中TN、EN(可交换态氮)和Fixed-NH4+-N(固定态铵)的含量及表层沉积物Eh和温度的季节变化.结果表明:沉积物中w(TN)较高,且中心区大于浅滩区;NH4+-N是沉积物中EN的主要形式,约占w(EN)的95%,是氮自沉积物向表层水扩散的主要形态;沉积物中w(NO3--N)和w(NO2--N)较低;青年湖沉积物具有较强的吸持Fixed-NH4+-N的能力,浅滩区和中心区w(Fixed-NH4+-N)占w(TN)的比例分别为18.57%和20.84%,Fixed-NH4+-N是潜在氮源;沉积物中w(可交换态NH4+-N)和w(Fixed-NH4+-N)呈现春、夏季降低,秋、冬季升高的变化趋势,w(NO3--N)呈春、夏季升高而秋、冬季降低的变化趋势,且浅滩区变幅大于中心区;植物根系、温度的季节性变化可改变表层沉积物的还原环境,进而影响氮的硝化-反硝化作用和矿化作用.      

巢湖表层沉积物中磷赋存形态的时空变化

以巢湖表层沉积物为对象,采用欧洲标准测试委员会框架下发展的SMT分离方法分析总磷（total phosphorus,TP）、有机磷（organic phosphorus,OP）、无机磷（inorganic phosphorus,IP）、铁铝磷（NaOH-P）、钙磷（HCl-P）等磷形态的含量,利用ArcGIS 9.2和地统计学软件GS＋5.3进行空间数据和插值处理,探讨了巢湖表层沉积物中磷的形态分布特征及来源.结果表明：①沉积物中TN、TP和有机质含量的季节变化较小,在空间上均表现出西半湖含量高于东半湖的分布特点;C/N比率在21.35～28.19之间（平均值为24.94）,表明巢湖的入湖污染物主要以面源污染为主.②巢湖表层沉积物中TP含量的变化范围为528.90～1 385.71 mg.kg-1,IP为主要赋存形态（占TP的质量分数为55.78%～79.86%）.③巢湖表层沉积物中,OP含量为169.05～841.24 mg.kg-1,东、西半湖OP含量分别为376.02 mg.kg-1和406.53 mg.kg-1（占TP的质量分数为47.49%和36.28%）;NaOH-P含量为33.77～411.37 mg.kg-1,东、西半湖含量分别为108.37 mg.kg-1和276.30 mg.kg-1（占IP的质量分数为21.73%和33.12%）;HCl-P含量为194.95～477.45 mg.kg-1,东、西半湖HCl-P含量分别为321.71 mg.kg-1和338.08mg.kg-1（占IP的质量分数为64.50%和40.53%）,是IP的主要组成部分.④冬春季节OP含量高于夏秋季节,而夏秋季节HCl-P和NaOH-P含量高于冬春季节.     

巢湖水华暴发期水-沉积物界面溶解性氮形态的变化

2008年4~10月,连续对巢湖8个样点进行采样,分析了上覆水和表层沉积物间隙水中溶解性氮形态在水华暴发过程中的变化,估算了水-沉积物界面无机氮的扩散通量.结果表明,上覆水中NH4+-N含量随水华暴发强度的增加而减小,溶解性总氮(DTN)含量在水华暴发后明显升高,而NO3--N含量只在水华暴发严重时才明显减少.在大规模水华暴发前(4~5月)上覆水中DTN的主要组成部分是NO3--N和NH4+-N,在水华暴发后则是溶解性有机氮(DON).间隙水中PDTN以NH4+-N为主,其浓度随温度的增加而升高; DON在水华暴发过程中呈先下降后上升的趋势.通量计算结果表明,沉积物作为NH4+-N的“源”一直由间隙水向上覆水释放,西半湖扩散通量在13.06~32.94mg/(m2·d)之间,东半湖扩散通量在4.54~17.41mg/(m2·d)之间.沉积物-水界面交换是湖泊营养盐重要的补充途径,为水华持续暴发提供营养来源.     

昌黎黄金海岸自然保护区海域表层沉积物中氮赋存形态分布特征

本文以昌黎黄金海岸自然保护区海域沉积物为研究对象,分析保护区海域各位点沉积物中氮的赋存形态分布状况与中值粒径、有机质的相关性。结果表明:保护区海域沉积物的总氮（TN,total nitrogen）含量在180.13×10-6~966.00×10-6之间,平均值为638.15×10-6;其中非转化态氮（NTN,non-transformed nitrogen）含量在75.82×10-6~856.28×10-6之间,真正参与地球化学循环的可转化态氮（TTN,transferable total nitrogen）含量在104.31×10-6~165.12×10-6之间。各浸取态氮所占TN比例大小为弱酸可浸取态氮（WAEF-N,weak acid exchangeable form,61.69%）＞强氧化剂可浸取态氮（SOEF-N,strong oxidant exchangeable form,20.38%）＞离子交换态氮（IEF-N,ion exchangeable form,15.40%）＞强碱可浸取态氮（SAEF-N,strong alkali exchangeable form,2.53%）。沉积物氮的分布特征主要与陆源营养盐的输入、洋流流向及海洋水动力条件等因素有关;沉积物中有机质含量、粒径分布对各浸取态氮含量的分布影响不大。对比已有统计数据,该保护区海域范围内沉积物基本没有污染状况的发生。     

白洋淀夏秋季沉积物氮赋存形态及分布特征

为研究白洋淀夏秋季各典型淀区沉积物中氮赋存形态及分布特征,采用逐级提取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)、强碱可浸取态氮(SAEF-N)和强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N),并对沉积物各形态可转化态氮与间隙水氨氮、硝氮的相关性进行分析。结果表明:夏季沉积物TN含量为3195.95~6335.34 mg/kg,秋季沉积物TN含量为3553.89~5786.3 mg/kg,原始区和养殖区的TN含量夏秋两季差异最大;夏秋两季15个采样点及5个功能区各形态氮含量均表现为WAEF-N>SOEF-N>SAEF-N>IEF-N,各形态可转化态氮含量无明显的季节变化特征;相关分析表明,沉积物中的弱酸可浸取态氨氮、硝氮与间隙水中的氨氮、硝氮在夏秋两季均相关性显著(P<0.05)。     

黄河内蒙古段表层沉积物氮形态及其影响因素研究

采用连续分级浸取法对黄河内蒙古段6个表层沉积物样品中离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、铁锰氧化态氮(IMOF-N)和有机态与硫化物结合态氮(OSF-N)等4种形态氮含量进行测定。同时结合表层沉积物中总氮(TN)含量及沉积物理化性质,探讨了不同形态氮分布特征及影响因素。结果表明:1)黄河表层沉积物6个采样点的秋季TN含量为127.28~654.77 mg/kg,平均含量为291.46 mg/kg。夏季TN含量为196.00~1 034.6 mg/kg,平均含量为421.75 mg/kg。2)黄河表层沉积物各形态氮之间存在显著相关关系,各形态氮含量大小依次为:OSF-N>IMOF-N>IEF-N>CF-N,与各形态氮含量占总可转化态氮(TTN)百分含量大小趋势一致。3)沉积物各形态氮含量都存在明显的季节性变化,呈秋高夏低的趋势。4)各形态氮含量与沉积物TOC和ECE间相关性较好,在P<0.01和P<0.05水平上显著正相关。上覆水体TP、TN、COD和NH+4-N不同程度上都对各形态氮含量产生影响。     

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.      

近百年来滇南双龙水库沉积物中氮的赋存特征变化

为研究沉积物中氮形态及其质量分数对湖库水体富营养化的影响,在滇南双龙水库采集沉积柱样,分析TN、TIN(可转化态氮)、IEF-N(离子交换态氮)、WAEF-N(弱酸浸取态氮)、SAEF-N(强碱可浸取态氮)、SOEF-N(强氧化剂可浸取态氮)质量分数的剖面特征.通过Pearson相关、RDA (冗余分析)和回归分析探讨沉积物理化性质对氮迁移转化的影响,并结合TLI (综合营养状态指数)和ON (有机氮)指标评估水库氮引起的富营养化程度.结果表明:①柱芯(70 cm)的沉积年代为1871—2011年.②沉积物中w(TN)范围为0.832～5.744 mg/g,其中w(IEF-N)和w(SAEF-N)范围分别为0.027～0.142和0.033～0.131 mg/g,且随深度的增加均呈下降趋势; w(WAEF-N)和w(SOEF-N)范围分别为0.044～0.108和0.114～0.586 mg/g,且随深度的增加均波动变化.③单因子分析表明,各形态氮质量分数与粒度呈负相关,与w(TOC)呈极显著正相关(P<0.01),pH与各形态氮(WAEF-N除外)质量分数存在极显著负相关;综合...     

环巢湖流域表层沉积物重金属赋存特征及潜在生态风险评价

以环巢湖流域表层沉积物为对象,对8种重金属(Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As和Hg)总量及形态进行分析并运用潜在风险指数法对重金属的生态风险进行了评价.结果表明,环巢湖流域表层沉积物中重金属元素Cd、Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、As和Hg的总量总体呈现为南淝河-十五里河水系含量高,其次是裕溪河及支流,其他5条水系的重金属含量相对较低. BCR形态分析表明,重金属元素Hg、Cr、Ni和Cu主要以残渣态存在(分别占总量的77.56%、64.83%、56.52%和48.93%),Cd的可提取态含量比例最高(89.22%),其次为Zn、Pb和As(70.35%,69.50%和63.70%). 潜在生态风险危害指数(RI)表明,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni和As均为低污染等级,Cd为较重污染等级,Hg为重污染等级,7个水系的重金属潜在生态风险指数排序为:南淝河-十五里河>裕溪河>柘皋河>杭埠河-丰乐河>派河>白石山河>兆河,重潜在风险和严重潜在风险的区域主要分布在南淝河-十五里河水系以及裕溪河水系,因此,今后对巢湖流域进行重金属整治时可着重考虑针对这两条水系的Cd和Hg元素的重点治理.     

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.      

巢湖藻类生物量季节性变化特征

在2008年对巢湖浮游藻类的生态分布进行了为期1 a的调查研究,并采用自制"藻类上浮/下沉捕集器"定量研究了水柱中藻类上浮和下沉速率的季节性变化.结果表明,蓝藻为巢湖主要的水华优势群落,但各个季节优势水华种群有所差别,春季鱼腥藻占优势,微囊藻次之;夏、秋两季微囊藻占绝对优势.5月开始,水柱中藻类生物量明显增加;8月份达到最大值,叶绿素含量全湖平均为146.37 mg.m-3.表层沉积物中藻类生物量在9.75～16.24 mg.kg-1之间,最小值出现在夏季,然后逐渐升高,最大值出现在冬季的11月.研究期间(5～10月),水柱中浮游藻类一直存在上浮和下沉现象,上浮速率在总体上呈先上升后下降的趋势,最大值出现在8月初,为0.036 8 mg.(m2.d)-1;下沉速率则呈现先缓慢上升后急剧下降的趋势,最大值出现在9月初,为0.032 1 mg.(m2.d)-1.多元逐步回归统计表明,温度是巢湖藻类生物量变化最为显著的影响因子,其次为总氮(TN)和总磷(TP).     

巢湖沉积物氮磷分布及污染评价

以巢湖为研究对象,分析了沉积物中氮磷等营养盐的分布特征及储量信息,并对巢湖沉积物氮磷污染指数进行评价.结果表明,巢湖表层沉积物总氮(TN)和总磷(TP)平均含量为1 088 mg-kg-1和585 mg·kg-1,底层为666 mg·kg-1和509 mg·kg-1,表层总氮含量显著高于底层(P＜0.01);总氮、总磷...     

东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征

以选自东部平原3种不同类型8个浅水湖泊的18个表层沉积物样品为研究对象,运用分级提取法,研究了沉积物中有机磷（OP）质量分数、形态及其分布状况,并探讨了OP组分与湖泊富营养化的关系. 结果表明:东部平原湖泊沉积物中w（OP）为65.2～539.2 mg/kg,占w（TP）的19.9%～40.6%,污染程度高的沉积物w（OP）高于污染程度较轻的沉积物. 沉积物中各形态有机磷主要以中活性有机磷（MLOP）与非活性有机磷（NLOP）为主,不同类型湖泊沉积物中各形态w（OP）顺序均为城市湖泊>大型养殖型湖泊>大型自然湖泊. 城市湖泊与养殖型湖泊以NLOP为主,其相对含量达到50%以上;而大型自然湖泊以生物有效性有机磷（LOP+MLOP）为主,其相对含量为54.6%～61.6%,表明沉积物中有机磷分布状况与湖泊污染程度和人类活动紧密相关. 酸提取有机磷质量分数〔w（HCl-P_o）〕为10.5～200.9 mg/kg,在不同污染程度湖泊沉积物中差异明显,其和总有机磷（P_o）的比值〔w（HCl-P_o）/w（P_o）〕与湖泊水质指标呈显著正相关（P<0.01）,与沉积物w（TP）,w（OP）,w（LOP）及w（MLOP）也均呈显著正相关（P<0.01）,即沉积物中的HCl-P_o可能是湖泊水体磷的重要来源,沉积物中w（HCl-P_o）/w（P_o）可以反映湖泊的富营养化程度.      

蠡湖表层沉积物氮矿化过程及其赋存形态变化

蠡湖控源截污10年后,水体中总氮仍处于一个较高水平.为探讨沉积物氮的释放对上覆水体的影响,利用淹水培养法研究沉积物矿化过程中不同形态氮的变化特征,并探讨了矿化过程中有机氮和无机氮的转化过程.结果表明,矿化作用前后沉积物中游离态氮(FN)均值由94.26 mg·kg~(-1)增加到230.71 mg·kg~(-1),以氨氮(NH+4-N)和溶解性有机氮(SON)为主;可交换态氮(EN)均值由82.50 mg·kg~(-1)增加到165.32 mg·kg~(-1),以氨氮(NH+4-N)占绝对优势;而酸解态氮(HN)均值由1 044.70mg·kg~(-1)减少到815.93 mg·kg~(-1),以氨基酸态氮(AAN)为主,残渣态氮(RN)基本保持不变.淹水培养过程中酸解态总氮的比例由67.18%下降到52.50%,减少量主要由AAN和铵态氮(AN)的矿化分解引起,且AAN是沉积物矿化后无机氮最有效来源之一.对比河口和湖区表明,沉积物氮总量越大,可矿化无机氮越大.     

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.