春季珠江口内营养盐剖面分布和沉积物-水界面交换通量的研究

2005年春季(4月)对珠江口内6个站位的营养盐剖面分布及沉积物-水界面的交换通量进行了全面研究。在获取该海域沉积物间隙水营养盐剖面资料的基础上,估算了沉积物-水界面营养盐的交换通量,并且与实验测定的沉积物-水界面交换通量进行了对比。研究结果表明,珠江口内间隙水营养盐在不同站位间含量差异明显,呈现出由河口向外海逐渐降低的分布趋势。对于大多数站位营养盐,交换实验得到的通量大于利用间隙水浓度梯度法估算的结果,交换实验具有更高的分辨率。应用交换实验测定的沉积物-水界面交换通量,体现了营养盐扩散和界面反应的综合作用结果。研究区域的NH4+,NO3-,NO2-,SiO44-和PO43-的交换通量分别为-1.318 4~0.985 4,-0.558 3~0.469 2,-1.518 8~0.143 8,-1.967 3~3.883 1和-0.246 4~0.093 9 mmol.d-1.m-2。     

渤海湾沉积物和水界面间营养盐交换通量及影响因素

通过2006年5～10月对渤海湾的6个采样站位进行沉积物和水界面间营养盐交换通量的测定,以及相关影响因素的实验室培养实验,得出了渤海湾交换通量的实测值以及不同海水环境下交换通量的实验值.实验结果显示,测定期间渤海湾沉积物大部分时间内是营养盐的源;SiO2-3界面交换通量值较大,且具有较强的季节变化;NO-3在含氧量较高、pH值较低和水温较低、以及存在生物扰动的条件下呈现较大的交换通量,而NH+4、SiO2-3和PO3-4呈相反变化趋势.     

胶州湾潮滩沉积物-水界面交换对海湾营养盐的影响

2004年9月在胶州湾红石崖(HSY)和河套(HT)潮滩进行了沉积物-海水界面的营养盐交换通量培养实验,结果表明:DIN 在胶州湾沉积物-海水界面的交换以NH4-N的扩散为主,交换方向是由上覆水向沉积物迁移,NO3-N 的扩散方向与NH4-N的相反;SiO3-Si的交换和PO4-P的相似在潮滩各站位均是由上覆水向沉积物的方向迁移,表明潮滩沉积物是水体中营养盐的汇.NO2-N、NH4-N、PO4-P、SiO3-Si在沉积物-海水界面的交换通量为净吸收,分别为河流输入通量的25、7、9、2倍.但NO3-N的交换是由沉积物向海水方向,通量仅为河流输入通量的20%.潮滩沉积物-海水界面受到大量底栖动物的生理活动及其它作用的影响,因此营养盐培养实验得到的通量与利用间隙水浓度梯度法估算的结果存在明显差异.     

污染河口区沉积物-水界面营养盐交换通量的实验研究

采集青岛市李村河口下游沉积物柱状样品,通过实验室培养实验,研究了溶解氧、温度、盐度、生物扰动等环境因素对沉积物-水界面营养盐交换通量的影响。结果表明,NO3-N、NH4-N、PO4-P在贫氧环境下的交换通量要高于富氧条件下,NO2-N受溶解氧含量的影响较小;随着温度的升高,NO3-N、NH4-N、PO4-P的交换通量增大,而NO2-N的交换通量减小;NO2-N和NH4-N的交换通量随盐度增大而增大,NO3-N减小,而PO4-P受盐度的影响较小;生物扰动对营养盐在沉积物-水界面的交换通量的影响显著。     

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg~(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m~2·d)~(-1)和20.6~250.5 mg·(m~2·d)~(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间,NO_2~--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间.PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.     

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ（TP）的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ（TN）的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO₄3--P和NH₄+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO₃--N的"源",而中上游区域表现为NO₃--N的"汇";PO₄3--P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/（m2·d）,NH₄+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/（m2·d）,NO₃--N的释放通量范围为-1.109~3.446 mg/（m2·d）.研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.      

我国典型潮间带沉积物-水界面无机氮源汇效应

以中国东部沿海12个典型潮间带为研究对象,通过室内模拟测定了潮间带沉积物-水界面硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)的源汇通量,分析了沉积物对上覆水体无机氮源汇效应的空间分布特征,以及环境因子的影响.结果发现:(1)NO_3~--N的总通量范围是-2.91~3.34 mmol·(m~2·h)~(-1),NH_4~+-N的总通量范围是-4.36~2.34 mmol·(m~2·h)~(-1).12℃和35℃温度下,无机氮的平均值是-0.04 mmol·(m~2·h)~(-1),我国东部典型潮间带沉积物表现为氨氮和硝氮的有效汇库.(2)潮间带的硝氮和氨氮通量存在纬度分异.12℃时,纬度越高,氨氮硝氮通量值越大;25℃和35℃时,潮间带硝氮通量值大小随纬度的变化为,25°~35°N15°~25°N35°~45°N.而氨氮通量值,25°~35°N15°~25°N35°~45°N.(3)温度通过影响硝化反硝化的耦合作用影响无机氮通量.潮间带的NO_3~--N通量随温度的增加而减小,15°~25°N和35°~45°N地区NO_3~--N通量随温度先升高再降低,25°~35°N地区NO_3~--N通量随温度一直减小.每个纬度区,温度越高,NH_4~+-N通量值越低.(4)上覆水体的盐度、沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量,孔隙水氨氮、硝氮浓度,容重等环境因子对通量没有单一的显著影响,协同影响NO_3~--N、NH_4~+-N在潮滩沉积物水界面的空间分异.     

秋季牟平海洋牧场及其邻近海域沉积物-水界面营养盐交换通量

本研究于2017年11月在牟平海洋牧场及其邻近海域采集表层沉积物样品,通过实验室模拟培养法估算了该季节沉积物-水界面营养盐的交换通量,并研究了溶解氧与温度对交换通量的影响。结果表明,目标海域沉积物水界面NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P的交换通量平均值分别为1.01、-181.91、-268.41、-45.69 μmol/（m2·d）,沉积物表现为NO₂-N的"源",NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P的"汇"。溶解氧及温度均对交换通量有较大影响,富氧条件下NO₂-N、NH₄-N、PO₄-P交换通量大于贫氧条件,NO₃-N反之;温度升高,NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N的交换通量增大,PO₄-P反之。     

不同溶解氧条件下沉积物-水体系磷循环

磷是控制富营养化水平和水环境演变的关键元素.沉积物-间隙水体系是影响近海水体磷循环的主要界面,而上覆水溶解氧（DO）则是影响这一界面磷转化行为和界面通量的控制因子.针对近海环境特征,利用沉积物多管培养装置进行室内实验和动力学过程研究,探讨了DO变化对沉积物-间隙水体系磷的赋存形态、转化和释放的影响.结果表明,上覆水DO变化对沉积物-水界面溶解态活性磷酸盐（DRP）交换通量有显著的影响,低氧条件下沉积物具有较富氧和无氧更高的DRP交换通量;富氧条件下沉积物中总磷在表层富集量最高,具有较高的保存能力,低氧和无氧状态下沉积物对磷的保存能力降低;低氧条件下沉积物中铁结合磷的还原溶解和有机质的矿化是水体的主要磷源.在不同DO条件下,磷的转换呈现出差异化的特征,其中低氧状态下沉积物-水界面的变化和理想的早期成岩模式最为接近.可见,溶解氧对沉积物-间隙水体系磷的释放和转化有着显著的影响,是控制磷循环的重要因素.     

HgCl2对网箱养殖海域营养盐在沉积物——水界面上交换速率的影响

在滴加HgCl2的状况下,应用实验室培养法研究了大亚湾大鹏澳网箱养殖海域各营养盐(NO2-N、NO3-N、NH4-N、PO4-P、SiO3-Si)在沉积物-海水界面上的交换通量;并根据改进的连续函数法计算了各营养盐在沉积物-海水界面上的交换速率.结果表明,在滴加HgCl2后,上述营养盐在沉积物-海水界面上的交换速率均明显下降,其减小幅度分别达到31.91%、52.27%、44.06%、48.05%和43.10%.加入HgCl2后,沉积物中微生物的分解作用和小型底栖生物的扰动作用受到抑制,有机物质向无机营养盐的转化能力和营养盐由沉积物向水体中的扩散能力减弱,各营养盐在沉积物-水界面上交换速率随之减小.     

沉积物-水界面营养盐交换通量的研究进展

沉积物-水界面是水环境中水相和沉积物相之间的转换区,对水环境中物质的循环、转移、贮存有重要的作用。本文总结了国内外的主要研究成果,概述了沉积物-水界面营养盐交换研究的时空分布情况;分析了营养盐交换通量的研究方法、沉积物-水界面营养盐的迁移转化过程、沉积物中营养盐的赋存形态及累积规律和沉积物-水界面营养物质的生态效应等方面的研究进展和发展趋势。对在这一领域的进一步研究具有参考意义。     

盐沼植物对沉积物间隙水营养盐分布的影响

通过2007年8月~2008年5月对长江口崇明东滩中部潮间带4个不同植被带沉积物间隙水营养盐进行季节观测来研究盐沼植物对沉积物间隙水营养盐分布的影响.结果表明,大型植物生长带间隙水的NH4+-N、PO43--P浓度低于光滩,尤其是夏、秋两季NH4+-N的浓度比光滩低1个数量级以上.在植物生长季节,间隙水各种营养盐含量要明显高于冬季,且植物生物量与间隙水氮、磷有明显的相关关系.氮盐受植物的影响最明显,NH4+-N在互花米草与芦苇带分别是44.21、74.38μmol.L-1,明显低于光滩与海三棱草带(分别是340.14、291.87μmol.L-1);NOx--N的浓度比NH4+-N低1~2个数量级,但以芦苇带最高(5.94μmol.L-1).沉积物-水界面分子扩散通量结果表明,潮滩沉积物是上覆水中SiO32--Si、NH4+-N、PO43--P的源,NOx--N(NO3--N、NO2--N的总和)的汇,其中NOx--N从上覆水向沉积物的扩散通量[16.23μmol.(m2.h)-1]大于NH4+-N从沉积物向上覆水的扩散通量[15.53μmol.(m2.h)-1].植物的生长还通过影响沉积物-水界面的物质交换与间隙水中营养盐比值及其与上覆水间营养盐比值,对毗邻富营养化河口生态系统营养盐结构起到调节作用.     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

沉积物-水界面氮的源解析和硝化反硝化

掌握沉积物-水界面氮的循环过程,对有效控制地表水氮污染具有关键的作用.通过采集西湖不同季节的柱状芯样,利用氮、氧同位素技术及稳定同位素源解析模型(stable isotope analysis in R,SIAR)并结合乙炔抑制法研究沉积物-水界面氮的来源及迁移转化.结果表明,硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)在沉积物-水界面均存在浓度梯度,NO_3~-自底层水向间隙水扩散,是为沉积物累积;NH_4~+自间隙水向底层水扩散,是为沉积物释放.西湖底层水硝化作用明显,硝酸盐来源包括生活污水(粪肥)、土壤氮、化肥和降雨,生活污水(粪肥)是主要来源,其在夏季贡献率高达60.8%.间隙水中特别高的δ15N值反映西湖沉积物-水界面存在强烈的反硝化作用.西湖沉积物-水界面硝化速率和反硝化速率的平均值分别为2.85 mmol·(m~2·d)~(-1)和23.51μmol·(m~2·d)~(-1),沉积物-水界面在水体氮素去除过程中作用显著.硝化速率和反硝化速率时空变化显著.温度和溶解氧是影响西湖沉积物-水界面氮迁移转化的主要因素.     

滏阳河表层沉积物氮分布特征和界面无机氮扩散通量估算

为了揭示非常规水源补给河流沉积物-水界面氮交换过程及其特点,为非常规水源补给河流富营养化机制提供基础数据.选择典型非常规水源补给河流(滏阳河)为研究对象,分析河流沉积物中氮素空间分布及上覆水-孔隙水氮营养盐垂直分布特征,并估算滏阳河不同区段沉积物-水界面无机氮扩散通量.结果表明,滏阳河整体表层沉积物总氮含量范围在770~10590 mg·kg~(-1)之间,其中有机态氮为氮素的主要存在形式,占总氮比例达84.9%~99.3%.NH3-N为无机氮的主要形态,含量范围为3.23~1135.00 mg·kg~(-1).溶氧量作为影响沉积物-水界面无机氮分布的主要因素.邯郸段硝氮浓度在孔隙水中随深度逐渐升高,孔隙水平均硝态氮浓度达3.54 mg·L~(-1),为上覆水8倍之多.邢台、衡水、沧州段硝氮浓度随深度而逐渐降低;滏阳河下游衡水段和沧州段进入沉积物-水界面后氨氮浓度呈下降趋势.滏阳河上游邯郸段与邢台段沉积物-水界面NH3-N由沉积物向上覆水扩散,扩散通量为48.9~1471.0μmol·m~(-2)·d-1.下游河段部分点位NH3-N表现为上覆水向沉积物中扩散,扩散通量在-932~-456μmol·m~(-2)·d-1之间.非常规水源补给河流在氮营养盐外源得到控制后,仍存在内源释放风险,将会加大河流治理与修复的难度.     

烟台四十里湾海域营养盐和沉积物-水界面交换通量

利用2009年5月、7月、10月和2010年1月4个航次对烟台四十里湾养殖海域的调查资料,分析了该海域营养盐分布、季节变化、主要控制过程以及沉积物-水界面交换通量。结果表明,四十里湾海域营养盐的分布整体趋势是近岸高,由近岸向外部海域递减;受到陆源输入的影响,高值区出现在调查海域东部。DIN的季节变化表现出冬高、秋低、春夏居中的趋势,整体上变化不大;SiO3-Si和PO4-P浓度均为春季最低。在春秋季P为四十里湾浮游植物生长的限制性因素,在夏季,N/P>30,P也是一个潜在的限制因素。四个季度培养结果表明DIN总体上由上覆水交换到沉积物中;近岸区沉积物是PO4-P的汇;调查区域SiO3-Si的扩散方向均是从沉积物到上覆水中。四十里湾沉积物释放的SiO3-Si对初级生产力的贡献较小;与其他浅海环境相比,四十里湾沉积物-水界面的营养盐通量处于较低水平。     

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.     

象山港河纯养殖区沉积物-海水界面N、P营养盐的扩散通量

2008年1月、5月和7月3次对象山港河纯网箱养殖区海底沉积物进行了底质表层间隙水和上覆水营养盐(NH4-N,NO2-N,NO3-N,P04-P)的分析,并使用Fick第一定律对该港湾沉积物--海水界面N、P营养盐的扩散通量进行了估算.研究结果表明,养殖区沉积物间隙水中N、P营养盐含量显著高于非养殖区,上覆水和沉积物间隙水中的N从1月份NH4-N为主逐渐转变到7月份以NO3-N为主.养殖区上覆水中NH4-N最高浓度为234.66μmoL/L,NO3-N最高浓度为79.25μmol/L.养殖区上覆水中N、P营养盐的含量均严重超标.N、P营养盐的扩散通量估算结果显示:随着养殖高峰期的到来,沉积物-海水界面N、P营养盐的扩散方向由从沉积物向上覆水扩散逐渐转向从上覆水向沉积物扩散;养殖区扩散通量值相对于非养殖区显著扩大化;NH4-N通量变化最大,从1月份最高700.41μmoL/(m2·d)降低到7月份27.87 μmoL/(m2·d).海水养殖对沉积物中N、P营养盐扩散通量影响显著.     

白洋淀沉积物氨氮释放通量研究

白洋淀沼泽化趋势不断加重,本文分析了沉积物氨氮释放风险与水质效应,评估沉积物中氨氮交换通量对上覆水体水质产生的重要影响.结果表明:白洋淀淀区表层水氨氮(NH_4~+-N)平均浓度在0.0~0.49 mg·L~(-1)之间,硝氮(NO_3~--N)平均浓度维持在0.09~0.20 mg·L~(-1),总氮(TN)浓度范围为1.40~4.52 mg·L~(-1),淀区水质在V类水平和劣V类水平.沉积物NH_4~+-N的平均含量在61.1~160.6 mg·kg~(-1),NO_3~--N含量整体平均值较低,范围在4.3~9.0 mg·kg~(-1),TN含量平均值在1555~4400 mg·kg~(-1)之间.整个白洋淀淀区表层沉积物孔隙水中NH_4~+-N浓度明显高于上覆水浓度,NH_4~+-N存在从沉积物向上覆水释放的风险.淀区沉积物-水界面潜在NH_4~+-N扩散通量范围为-9.3~38.3 mg·m~(-2)·d~(-1),NH_4~+-N潜在内源释放风险非常高.烧车淀区、南刘庄区、圈头区的潜在NH_4~+-N平均释放通量达到10.0 mg·m~(-2)·d~(-1)以上.为了避免白洋淀沼泽化过程加快,水质氮污染需要采取相应措施进行有效控制,而控制沉积物NH_4~+-N的内源释放是其中的关键环节.     

蓝藻水华对沉积物-水界面氮交换的影响

为了解蓝藻水华对浅水富营养化湖泊沉积物-水界面氮交换的影响,2013年9月在太湖梅梁湾采集沉积物与上覆水进行加藻培养实验。培养过程中监测温度、p H、溶解氧(DO)、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)。结果表明:培养过程中加藻组铵态氮、硝氮和总氮的变化分别在1.73~11.45、0.16~1.10、12.05~20.34 mg/L之间,显著高于对照组。培养后加藻组与对照组氮组分的变化差异明显。蓝藻水华衰亡显著降低DO浓度和ORP值,造成水体极度缺氧环境(DO接近0),促进沉积物和上覆水体的氮素交换。