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.     

丹江口水库表层沉积物有机/无机磷形态特征

采用连续分级提取法研究了丹江口水库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溶解性总磷(DTP)的空间分布特征,讨论了各形态磷的生物可利用性及其释放风险.结果表明,丹江口水库沉积物中各形态磷均在入库河流处高于库区.各采样点沉积物总磷在203.08~1625.61mg/kg之间,平均值为642.51mg/kg,其中以无机磷为主,占总磷的52.9%.无机磷形态中生物可利用性差的Ca-P_i占优势,平均值为196.46mg/kg,占无机磷的57.8%;沉积物有机磷形态中活性最差的NA-P_o占绝对的优势,NA-P_o平均值为180.83mg/kg,占有机磷(OP)的59.7%. WA-P_i、PA-P_i、Fe/Al-P_i、WA-P_o、PA-P_o均与间隙水体DTP呈显著正相关(P < 0.05), Ca-P_i、MA-P_o、NA-Po与间隙水DTP相关性较差.入库河流沉积物生物可利用性磷含量及释放通量均较库区高,具有较高的释磷风险.     

蠡湖沉积物重金属形态及稳定性研究

以蠡湖及其入湖河口为研究对象,采用连续分级提取法研究了表层沉积物中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb形态的空间赋存特征,同时结合各金属在间隙水体中的空间分布,探讨了各形态金属的稳定度及其生物有效性.结果表明,间隙水体及表层沉积物可提取态金属分布都具有明显的空间异质性,Cr、Cu、Zn、Pb的高值区沿宝界桥和蠡湖大桥呈"带状"分布,Ni、As、Cd、Hg的高值区沿河口向湖区扩展,呈"扇形"分布,并且含量都在退渔还湖区较低.沉积物中Cd、Cu、Ni的可提取态占总量的质量分数较高,分别达到71.02%、54.79%和50.62%,其余金属则主要以残渣态为主.8种金属稳定性顺序为Cr>Pb>Hg>As>Cu>Ni>Zn>Cd,Cd和Zn在大部分点位处于不稳定状态,快速解吸释放的风险较大.间隙水体毒性评估表明,各金属不会对水生生态系统产生急性毒性,但部分区域尤其是入湖河口的Hg和Pb可能会对底栖生物产生慢性毒性.     

洪泽湖不同入湖河流沉积物磷形态特征及生物有效性

为揭示洪泽湖入湖河流沉积物磷形态空间差异性及影响因素,分析了洪泽湖自西北向西南7条入湖河流65个表层沉积物中不同磷（P）形态,并探讨了磷形态空间赋存特征的影响因素及环境意义.研究表明：沉积物总磷（TP）含量为488.90mg/kg~960.22mg/kg,无机磷（Pi）为主要形态,相对含量为65.81%~76.16%.西部入湖流域沉积物有机磷（Po）以非活性有机磷（NLOP）为主,汴河最高,相对含量约占Po的50.41%,生物有效态无机磷（BAP）相对含量最高,占Pi的66.84%,污染程度最高;西南和西北入湖流域Po则以中活性有机磷（MLOP）为主,Pi以钙结合态无机磷（HCl-Pi）为主.西北入湖流域由于受当地地质背景的影响,HCl-Pi所占Pi相对含量最高（43.02%）,从而减缓了磷的移动能力,污染程度最低.随着沉积物污染程度的增加,生物有效态Po含量增加,但所占Po相对含量降低;HCl-Pi含量增加,所占Pi相对含量降低,这一现象和我国其它典型地区沉积物磷形态空间分布类似.西部和西南入湖流域主要受水土流失、有机面源污染及藻类生长的影响,有机质环境较高,水交换能力弱,可被有机质降解的Po组分高于可被矿化的Po组分,大部分难降解Po组分易沉积,导致西部和西南入湖流域较高的BAP和NLOP含量,富营养化程度较高.沉积物OM是各形态磷之间相互转化的关键因素,和沉积物内源磷地球生物化学循环密切相关.洪泽湖入湖流域沉积物磷形态空间差异性主要由农业面源污染物的输入而导致内源磷负荷加剧.洪泽湖西部和西南入湖流域应重点控制农田水土流失及养殖业面源污染,建设滨岸修复带,遵循少量多次增施有机肥原则,减少农用地水土流失.健全农村养殖业废水废渣处理;划定科学养殖区;提倡铜围网箱,增加水体交换率.而对于洪泽湖西北入湖流域则应重点防止过度城镇化带来的水土流失及对生态功能保护区过高的污染负荷.     

洪泽湖不同入湖河流沉积物磷形态特征及生物有效性

为揭示洪泽湖入湖河流沉积物磷形态空间差异性及影响因素,分析了洪泽湖自西北向西南7条入湖河流65个表层沉积物中不同磷（P）形态,并探讨了磷形态空间赋存特征的影响因素及环境意义.研究表明：沉积物总磷（TP）含量为488.90mg/kg~960.22mg/kg,无机磷（Pi）为主要形态,相对含量为65.81%~76.16%.西部入湖流域沉积物有机磷（Po）以非活性有机磷（NLOP）为主,汴河最高,相对含量约占Po的50.41%,生物有效态无机磷（BAP）相对含量最高,占Pi的66.84%,污染程度最高;西南和西北入湖流域Po则以中活性有机磷（MLOP）为主,Pi以钙结合态无机磷（HCl-Pi）为主.西北入湖流域由于受当地地质背景的影响,HCl-Pi所占Pi相对含量最高（43.02%）,从而减缓了磷的移动能力,污染程度最低.随着沉积物污染程度的增加,生物有效态Po含量增加,但所占Po相对含量降低;HCl-Pi含量增加,所占Pi相对含量降低,这一现象和我国其它典型地区沉积物磷形态空间分布类似.西部和西南入湖流域主要受水土流失、有机面源污染及藻类生长的影响,有机质环境较高,水交换能力弱,可被有机质降解的Po组分高于可被矿化的Po组分,大部分难降解Po组分易沉积,导致西部和西南入湖流域较高的BAP和NLOP含量,富营养化程度较高.沉积物OM是各形态磷之间相互转化的关键因素,和沉积物内源磷地球生物化学循环密切相关.洪泽湖入湖流域沉积物磷形态空间差异性主要由农业面源污染物的输入而导致内源磷负荷加剧.洪泽湖西部和西南入湖流域应重点控制农田水土流失及养殖业面源污染,建设滨岸修复带,遵循少量多次增施有机肥原则,减少农用地水土流失.健全农村养殖业废水废渣处理;划定科学养殖区;提倡铜围网箱,增加水体交换率.而对于洪泽湖西北入湖流域则应重点防止过度城镇化带来的水土流失及对生态功能保护区过高的污染负荷.     

采用连续分级提取法研究沉积物中磷的化学形态

沉积物中磷的潜在释放很大程度上取决于有机磷和无机磷的组分和分布. 为研究沉积物中不同形态磷的释放能力及其生物可利用性大小,采用连续分级提取法,以NH₄Cl、NaHCO₃、NaOH和HCl作为提取剂,同时对沉积物中有机磷和无机磷的赋存形态进行分析,将无机磷分为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)和Ca-P_i(Ca结合态无机磷);将有机磷分为WA-P_o(弱吸附态有机磷)、PA-P_o(潜在活性有机磷)、MA-P_o(中活性有机磷)和NA-P_o(非活性有机磷),并以蠡湖表层沉积物样品为例,考察了该方法的回收率及蠡湖沉积物中的磷形态. 结果表明:①该方法具有较好的回收率,与SMT(标准测量和测试)法测定结果比较,连续分级提取法对TP、无机磷、有机磷的回收率分别为93.3%~112.1%、93.9%~111.5%、76.4%~119.9%,平均值分别为99.4%、101.8%、101.0%. ②蠡湖表层沉积物中的磷以无机磷为主,其质量分数在271.29~666.34 mg/kg之间,平均值为441.03 mg/kg,占w(TP)的62.91%;不同形态无机磷质量分数表现为w(Ca-P_i)>w(Fe/Al-P_i)>w(PA-P_i)>w(WA-P_i). 有机磷的质量分数在201.76~368.52 mg/kg之间,不同形态有机磷质量分数表现为w(R-P_o)(R-P_o为残渣态磷)>w(NA_NaOH-P_o)(NA_NaOH-P_o为NaDH提取非活性有机磷)>w(PA-P_o)>w(MA_HCl-P_o)(MA_HCl-P_o为HCl提取中活性有机磷)>w(WA-P_o)>w(MA_NaOH-P_o)(MA_NaOH-P_o为NaOH提取中活性有机磷). 改进后的连续分级提取法能够同时有效分离沉积物中无机磷和有机磷的化学形态,并且能兼顾沉积物生物可利用性磷分析测试的需要.      

长江口沙洲表层沉积物磷的赋存形态及生物有效性

利用磷的连续分级提取方法,研究了长江口沙洲沉积物中磷的赋存形态分布特征,并探讨了沉积物中磷的生物有效性.结果表明,沙洲沉积物中总磷的含量为437.6～1103.7μg·g-1,其中79.5%以无机磷的形式存在,而无机磷中以碎屑态磷灰石磷为主;有机磷约占总磷的20.5%.磷的生物有效性分析结果显示,潜在的生物有效性磷主要包括弱吸附态磷、铁结合态磷和有机磷等3种赋存形态,而长江口沙洲沉积物中潜在的生物有效性磷含量较少,约为60.5～510.9μg·g-1,平均仅占沉积物总磷的28.86%.     

海岸带表层沉积物中磷的地球化学特征

通过连续提取法对莱州湾主要入海河流及近岸海域表层沉积物中5种形态磷进行了定量分析.结果表明,近海沉积物自生钙结合磷含量(45.6%)高于河流(37.3%),而铁结合磷(Fe-P)含量(18.2%)却低于河流(31.3%).在近海,可交换或弱结合磷含量和粉砂比例呈正相关,表明该形态磷主要吸附于细粒粉砂.河流沉积物Fe-P与Fe浓度呈显著正相关(P0.01),表明河流沉积物Fe-P分布受沉积物活性铁含量的控制.河口处Fe-P普遍低于相应河流,这可能与海相泥沙输入及河口厌氧区硫酸盐还原或硫化物累积有关.近海沉积物总可提取态磷平均浓度总体呈现出由海洋向河口方向递减的趋势.     

海岸带表层沉积物中磷的地球化学特征

通过连续提取法对莱州湾主要入海河流及近岸海域表层沉积物中5种形态磷进行了定量分析.结果表明,近海沉积物自生钙结合磷含量(45.6%)高于河流(37.3%),而铁结合磷(Fe-P)含量(18.2%)却低于河流(31.3%).在近海,可交换或弱结合磷含量和粉砂比例呈正相关,表明该形态磷主要吸附于细粒粉砂．河流沉积物Fe-P与Fe浓度呈显著正相关(P<0.01),表明河流沉积物Fe-P分布受沉积物活性铁含量的控制．河口处Fe-P普遍低于相应河流,这可能与海相泥沙输入及河口厌氧区硫酸盐还原或硫化物累积有关.近海沉积物总可提取态磷平均浓度总体呈现出由海洋向河口方向递减的趋势.     

一种改进的磷形态连续提取方法

为提高铁磷、铝磷的萃取率,在提取沉积物中无机磷的同时对有机磷进行形态分析,参照改进的Tessier连续提取法对磷形态连续提取方法进行改进。最优化的改进方法对磷形态的提取顺序为:可交换态磷、自生钙磷(p H=5.0)、铁磷、铝磷、闭蓄磷、残渣磷。最优化的改进磷形态连续提取方法更有利于沉积物中铁磷、铝磷的萃取,而其对自生钙磷的萃取率和未改进的磷连续提取方法相近。最优化的改进磷形态连续提取方法对占有机磷比例最大的中活性有机磷的提取效果和改进的Bowman-Cole法相近,对活性有机磷和稳态有机磷的提取率和改进的Bowman-Cole法有一定差异。最优化的改进磷形态连续提取方法和改进前的方法测得的洞庭湖表层沉积物中生物可利用磷,在总磷中所占比例没有显著差异。     

洱海表层沉积物有机磷形态分布特征及其影响因素

利用IVANOFF法,研究了洱海表层沉积物有机磷形态及其空间分布特征,探讨了有机质对各形态有机磷含量分布的影响. 结果表明:洱海北部和南部的浅水湖区沉积物w(OM)较高(2.50%～11.72%),而中部的深水湖区沉积物w(TP)较高(710.29～1 961.22 mg/kg);沉积物w(OP)为212.71～526.23 mg/kg,与w(TP)分布趋势一致;沉积物不同形态有机磷的含量为Residual-Po(残渣态有机磷)> Fulvic-P(富里酸结合态有机磷)> HCl-Po(酸提取态有机磷)>NaHCO₃-Po(活性有机磷)>Humic-P(腐殖酸结合态有机磷). 沉积物w(OM)与w(OP)/w(TP),w(Fulvic-P)和w(Humic-P)之间均呈显著正相关(P<0.01),与w(Residual-Po)呈显著负相关(P<0.01),与w(NaHCO₃-Po)和w(HCl-Po)之间相关性不显著(P>0.05). 洱海沉积物有机磷主要以非活性有机磷(Residual-Po和Humic-P)为主(平均占58.74%),且w(Fulvic-P)占w(OP)的百分比均高于营养水平较高的湖泊,而w(HCl-Po)占w(OP)的百分比相对较低(除E7采样点外). 即洱海沉积物有机磷形态特征决定了其生物有效性较低. 沉积物有机磷赋存形态特征很可能是上覆水磷浓度相对较低的重要原因,而沉积物w(TOC)/w(OP)<200则意味着其有机磷的潜在释放风险较大.      

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.     

蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)荧光光谱特征

应用三维荧光光谱技术(EEMS),研究了蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)光谱特征,并探讨了沉积物中FDOM来源及与有机氮(SON)、无机氮(SIN)之间的相关性.结果表明,蠡湖表层沉积物FDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1(240,310/420 nm)、C2(260,360/460 nm)和类色氨酸荧光组分C3(225,275/340 nm).总荧光强度变化范围为:49.97~159.19 R.U.·g-1,在空间上呈自东向西依次递减,且沿岸区高于湖心区的趋势,C1、C2和C3相对比例分别为33.63%、26.87%、39.49%.荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的变化范围分别为:1.96~2.22、0.69~0.94、2.62~4.39,显示蠡湖表层沉积物FDOM的来源具有自生源特性,主要为自生微生物、藻类等新近自生源.相关性分析表明,表层沉积物FDOM各组分与SON和SIN均呈显著正相关(P0.01),且与SIN的相关性较高.     

长寿湖表层沉积物氮磷和有机质污染特征及评价

测定了重庆市长寿湖62个采样点表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)及有机质(OM)的含量,并与国内其他城市(郊)湖库进行比较,以揭示其空间分布特征,分析了TN、TP、OM间相关性及C/N变化.结果表明,TN平均含量2 255.89 mg.kg-1,TP平均含量622.03 mg.kg-1,湖区氮磷污染严重且空间分布差异明显.OM含量平均2.80%,与其他湖库相比,TN、TP及OM含量均处于中间水平.C/N的87.10%介于5～14间(其中72.58%同样介于6～13间),3.23%介于2.8～3.4间,表明长寿湖表层沉积物中OM多源于湖中藻类及浮游动植物,还有少部分源于水生生物.OM与TN间极显著相关(Pearson系数为0.849),含量均为西部与中部水体高于东部水体,分布特征相似,但OM与TP相关性较小.通过有机指数与有机氮评价湖区污染情况,表明有机指数平均值为0.386,处于Ⅲ级,属尚清洁范畴;有机氮平均值为0.214%,达Ⅳ级,属有机氮污染程度,说明长寿湖受氮污染情况相对严重.     

洪泽湖不同湖区表层沉积物中磷的形态和分布特征

采用七步连续提取法对洪泽湖9个不同湖区的表层沉积物中总磷(TP)、有机磷(OP)及各种无机磷(IP)形态进行了分析,结果表明,所测洪泽湖表层沉积物中TP含量范围为630.6～1403.4mg.kg-1,以IP为主,占TP含量的67.7%～83.6%;OP含量占TP含量的16.4%～32.3%。受淮河、濉河河水注入的影响,所研究沉积物中TP、IP和OP含量的最大值均出现在靠近入湖口的临淮乡区。IP分为6种形态磷,即交换态磷(Ex-P)、铝结合磷(Al-P)、铁结合磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、自生钙磷(ACa-P)和碎屑钙磷(De-P),其中以De-P为主,其次是Fe-P,分别占TP的25.1%～37.3%和18%～35.5%,Ex-P、ACa-P和Al-P含量相对较低,Oc-P含量最低。Ex-P、Al-P和Fe-P作为洪泽湖表层沉积物中潜在的生物可利用磷,其总量占TP的22.5%～41.7%。相关分析表明,TP与IP之间存在着极显著的相关性,与OP的相关性较差,表明沉积物中TP的含量主要是由IP控制。     

滇池沉积物有机磷垂直分布特征及其生物有效性

选取了滇池4个代表性柱状沉积物样品,研究了其不同形态有机磷含量及垂直分布,并利用酶水解技术表征了其不同形态有机磷生物有效性.结果表明:1除水提取磷(H2O-Po)外,滇池沉积物可提取磷以无机磷为主,其各形态有机磷含量大小为NaOH提取有机磷(NaOH-Po)>NaHCO3提取有机磷(NaHCO3-Po)>H2O-Po>HCl提取有机磷(HCl-Po),其中H2O-Po、NaHCO3-Po与NaOH-Po迁移性较高,其含量垂直分布呈现表层>中层>底层趋势.2滇池沉积物酶可水解磷(EHP)以活性单酯磷为主,其H2O-Po、NaHCO3-Po与NaOH-Po酶可水解磷含量分别在0.11~5.93、0~45.32与0~107.11 mg·kg-1;各形态有机磷EHP含量大小为NaOH-Po>NaHCO3-Po>H2O-Po,且呈现表层>中层>底层趋势;不同深度沉积物有机磷生物有效性大小为表层>中层>底层.3EHP是滇池沉积物生物有效性磷的重要来源,滇池水质保护应考虑沉积物EHP对其水质的影响.当外部磷负荷逐步得到控制后,沉积物EHP生物地球化学循环对维持滇池富营养化具有重要作用.     

我国不同营养状态湖泊沉积物有机磷形态分级特征研究

研究了我国不同区域的7个不同流域特征、生态结构、污染程度的湖泊表层沉积物中有机磷（P_o）形态的分布特征,分析了P_o各组分与沉积物其他组分的关系和生物有效性. 不同湖泊沉积物中P_o相对含量的差异表明其来源和生物地球化学循环的不同,不同湖泊沉积物中有机质（OM）与P_o表现出显著相关关系（R>²=0.80,p>＜0.01）,除杞麓湖外,其它湖泊的OM与活性P_o、中活性P_o和非活性P_o也表现出显著相关关系（R>²分别为0.85、0.52、0.80,p>＜0.01）. 沉积物中有机磷中以中活性有机磷和非活性有机磷为主,其含量分别占总P_o的15.12%～66.73%和27.99%～77.72 %,活性P_o的平均相对含量为6.1%. 不同P_o组分的相对含量顺序为：residual P_o> HCl-P_o >fulvic acid-P_o>humic acid-P_o> NaHCO₃-P_o,平均的相对比例为8.3∶3.1∶2.2∶1.8∶1.0. 活性P_o和TP、P_i、P_o、NaHCO₃-P_i、NaOH-P_i呈显著正相关,非活性P_o与TP、P_o、NaOH-P_i呈显著相关,说明活性P_o很容易转化为生物可利用磷,同时非活性P_o也可能成为生物可利用磷的潜在源,非活性P_o只是化学溶解上的相对“惰性”,它仍具有潜在的生物活性.