藻源性黑水团环境效应:对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环影响

通过室内静态实验培养装置模拟了蓝藻细胞大量聚集、沉降死亡后对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环的驱动作用.结果表明,藻细胞沉降到沉积物表面50min内,溶解氧就消耗殆尽,形成厌氧、强还原环境,使得界面处大量的铁锰氧化物和硫化物发生厌氧还原.实验进行到第4d沉积物-水界面处Fe2+、Mn2+含量达到峰值,含量分别为4.40mg/L、2.35mg/L;实验结束时Fe2+含量表现下降,浓度仅为3.37mg/L;Mn2+急剧降低,浓度为0.97mg/L.而S2-含量变化则表现为第2d达到最高,含量为0.63mg/L;此后浓度一直降低,实验结束后浓度为0.12mg/L.在实验结束后测定的0～1cm处沉积物的ORP值为-150mV,表明沉积物处于强还原状态.藻体死亡引起的黑水团现象,在驱动沉积物中Fe、Mn、S发生强烈的生物地球化学过程的同时,也将对水体生态环境产生极大的影响.     

藻源性黑水团环境效应:对水-沉积物界面氮磷变化的驱动作用

利用自制的静态模拟实验装置,通过连续抽取间隙水来研究藻细胞沉降在沉积物表面后对水-沉积物界面处的N、P变化的驱动作用及影响效果.结果表明,藻细胞沉降后,在50 min内就完全消耗掉水-沉积物界面处的溶解氧,同时水体出现严重的发黑、发臭现象;形成的厌氧、强还原环境,使得死亡的藻细胞在界面处发生强烈的厌氧矿化作用,界面处的水溶性PO34--P、NH 4+-N在实验的第2 d开始向上覆水中扩散,含量不断增加.至实验结束时(实验第8 d),界面处PO34--P、NH 4+-N的含量分别达到4.00 mg/L、39.45 mg/L,分别为同期对照实验样柱中的10倍和241倍(对照样柱中的PO43--P、NH 4+-N的含量分别为0.42 mg/L、0.16 mg/L).藻细胞的厌氧矿化加剧了氮磷营养盐向上覆水的扩散,在加重水体营养盐含量的同时,也为藻华的再次发生提供了物质基础.     

湖泊沉积物-水界面铁-锰循环研究新进展

通过云贵高原深水湖泊沉积物-水界面铁-锰循环研究，揭示了湖泊铁-锰循环不仅受氧化还原边界层化学界面的控制，而且受沉积物-水地质界面的制约；有机质生物氧化和流酸盐还原构成界面铁-锰循环的重要机制并产生亚扩散层屏蔽效应；铁-锰循环伴随有微量金属元素地球化学形态的改变，从而影响其迁移行为；气候剧烈变化所中断的铁-锰循环，形成铁-锰富集层的古环境记录。     

藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应

为探索不同密度藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应,设置了对照组(无藻屑添加)、2个藻屑添加组(分别为1倍组(加入0.06 g干藻,约6 g·m~(-2),以干重计)、20倍组(加入1.2 g干藻,约120 g·m~(-2),以干重计)),于(16±1)℃避光培养.结果表明,实验前4 d,20倍组藻屑分解耗氧剧烈并释放出大量溶解性有机质(DOM)及氮、磷营养盐.其中,溶解氧(DO)浓度迅速下降至1.4 mg·L~(-1)以下,上覆水中类色氨酸类物质荧光强度在第4 d最高(0.8 RU)且高于空白组,对荧光强度的贡献比例高达51.7%,为DOM的主要成分,说明藻屑分解释放大量类色氨酸物质.释放的溶解性无机氮(DIN)、溶解性总磷(DTP)以氨氮(NH_4~+-N)、正磷酸盐(PO_4~(3-)-P)为主要形态.随后实验阶段上覆水中SR值、E250/E360值降低,E253/E203值增加,说明藻屑在降解过程中腐殖化程度逐渐增加,取代基种类减少,导致释放的DOM以类腐殖质为主.因此,20倍组类色氨酸类物质逐渐被降解,导致荧光强度逐渐降低,类腐殖质荧光强度增加,对荧光强度的贡献比例高达62.7%.而对照组与1倍组污染物释放培养期间无显著性差异,DOM及氮、磷营养盐释放浓度均低于20倍组.因此,120 g·m~(-2)藻屑密度堆积情况下可造成水体明显缺氧至厌氧,导致大量氮、磷营养盐及溶解性有机物释放至上覆水中,成为水体富营养化的重要营养源.     

崇明东滩沉积物再悬浮对沉积物-水界面氮、磷交换行为的影响

2002年7月采集崇明东滩低潮滩沉积物样和水样,运用模拟实验研究沉积物再悬浮作用对沉积物-水界面三态氮和可溶磷交换行为的影响实验发现,在沉积物不断发生再悬浮的过程中,水体中三态氮的含量明显增加,其中NO₃^--N变化最为显著,升高浓度值达11.869μmol·L^-1,NH₄⁺-N增长2.1713μmol·L^-1,NO₂^--N的释放约为0.2μmol·L^-1,可溶磷的含量也有少量的增加.同时,再悬浮作用对沉积物-水界面三态氮和可溶磷的环境地球化学行为也有一定的影响,与静置状态相比,NH₄⁺-N和NO₃^--N表现出与静置状态截然相反的变化规律,NO₂^--N受多种因素的影响,变化比较复杂,初期与静置状态相反而后表现一致.再悬浮颗粒物浓度也是制约沉积物-水界面三态氮和可溶磷变化的主要因子之一.实验结果显示,NH₄⁺-N在前7h以内的变化和悬浮颗粒物浓度表现出较好的相关关系,后5h呈负相关关系;NO₂^--N和可溶磷在整个过程中与悬浮颗粒物浓度的变化都有着很好的相关性,只有NO₃^--N的变化与其关系比较薄弱.     

太湖草、藻型湖区沉积物-水界面厚度及环境效应研究

在太湖草、藻型湖区采样,分别测定了1,3,5,10,15cm 5层沉积物和沉积物表面以上5,20,35cm处及水表面以下20cm处4层水的多项指标.结果表明:草型湖泊水柱中SS总、SS有机、Ch1-a、TN、TDN、TP和TDP等指标显著低于藻型湖区;草型湖区水柱中SS总、SS有机、TN、TDN和TP都呈现出越往下浓度越高的趋势,而藻型湖区各水层间差异不明显.两类湖区沉积物的TN、TP、TOC和粒径都在3～5cm处出现拐点;草型湖区沉积物溶解氧层厚度(＜1mm)小于藻型湖区(＜2.5mm).可见在不同的生境类型以及不同的指标体系下,沉积物-水界面的厚度也相应不同.     

太湖竺山湾藻华黑水团区沉积物中Fe、S、P的含量及其形态变化

对因藻华大量聚集死亡而造成水体呈强还原环境(DO=0.14 mg.L-1,Eh=-89.3 mV)的黑水团区中Fe-S-P的生物地球化学变化特征进行研究.结果表明,藻细胞残体的沉降使得黑水区沉积物表层有机质含量显著增加;因藻细胞残体的贡献,沉积物表层中Org-P含量急剧增加(比非黑水区多72 mg.kg-1);受较低Eh的影响,沉积物中与Fe结合的磷出现解析,使得黑水区沉积物中活性铁和PO43--P含量增加,黑水区中沉积物间隙水PO43--P要远高于非黑水团区,表明其有向上覆水释放的趋势;造成沉积物中Fe-P含量比非黑水区中的要低.在强还原条件下沉积物中铁的氧化物呈现出由结晶态向无定形态转化的趋势(Dithio-Fe比非黑水区高达30μmol.g-1),从而使得可供生物利用的活性铁含量增加,这为藻华再次发生提供了有利条件.黑水区表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)在初始阶段大量增加,但后期由于形成了H2S气体逸散到水体中其含量反而减少;表层沉积物硫化物含量也呈增加现象(比非黑水区表层沉积物中要高50μmol.g-1).     

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.     

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.     

水动力对沉积物-水界面氧通量产生机制的影响

选取三峡库区支流御临河为研究对象,测量了5个水动力条件（平均流速为0.00,0.03,0.07,0.12,0.20m/s）下沉积物-水界面（SWI）氧通量的变化及水动力条件对SWI氧通量产生机制的影响.结果表明,随着平均流速的升高,SWI氧通量增加,由0.00m/s时的1.197mmol/（m²·h）增加为0.20m/s时的43.981mmol/（m²·h）,溶解氧穿透深度增加,氧进入沉积物更深处并被微生物和还原性物质所利用,沉积物耗氧量上升;当平均流速较低时,沉积物耗氧量以生物耗氧量为主,在0.00m/s与0.03m/s时生物耗氧量为氧通量的85.3%与57.7%;当水体平均流速较高,化学耗氧量与其他耗氧量中的化学过程耗氧量在氧通量中的比重逐步提高.     

淀山湖沉积物-水界面氮磷通量及其生态环境效应研究

底泥营养盐释放对淀山湖湖区造成的内源污染不容忽视.采用室外采样和室内模拟实验方法,对春夏两季淀山湖沉积物-水界面氮磷释放速率进行了研究.结果表明春季氨氮、硝态氮、可溶磷的的通量变化范围分别为-692.79~315.82 mg/(m2?h)、-19.04~5.29 mg/(m2?h)和-1.35~2.31 mg/(m2?h),平均值分别为76.65 mg/(m2?h)、-3.29 mg/(m2?h)和0.64 mg/(m2?h).夏季三者变化范围分别为-74.15~91.91 mg/(m2?h)、-70.71 mg/(m2?h)~8.65 mg/(m2?h)和-10.02~18.86 mg/(m2?h),平均值为4.85 mg/(m2?h)、-42.16 mg/(m2?h)和9.47 mg/(m2?h).淀山湖区春夏两季总氮(TN)、总磷(TP)的交换总量分别为-1769.22 t,1539.40 t,淀山湖底泥可以有效去除上覆水体氮负荷,但却是水体磷的释放源.     

丘陵山区水库沉积物-水界面磷源汇转换机制

以东南丘陵山区典型深水水库对河口水库为研究对象,开展了1a的原位调研,在主要水域内采集原位柱状沉积物样品,分析了沉积物磷的含量、赋存形态、间隙水剖面特征以及沉积物-水界面交换通量的时空变化特征.结果表明:对河口水库表层沉积物总磷(TP)含量变化范围为(470.8～1012.3)mg/kg,平均值达到(688.4±186.48)mg/kg,呈现从上游至下游逐渐增加的趋势,下游坝前区域磷污染最为严重;沉积物中各形态磷含量大小顺序依次为:铝结合态磷(352.61mg/kg)>铁结合态磷(Fe-P)(98.10mg/kg)>闭蓄态磷(88.77mg/kg)>钙结合态磷(72.42mg/kg)>有机磷(33.38mg/kg)>可交换态磷(1.64mg/kg).全库沉积物总体表现为磷的释放源,其中,秋季释放风险最高,冬季大部分区域沉积物从磷释放的源转变为汇;全年平均静态释放通量和扩散通量分别为(0.81±2.34)mg/(m²·d)和(2.15±3.47)mg/(m²·d),2种方法所得全年磷释放量分别为1.92和3.67t...     

光照与通气方式对蓝、绿藻竞争生长和磷的水-沉积物界面过程的影响

室内模拟研究了太湖普遍存在的浮游藻类蓝藻(铜绿微囊藻)和绿藻(四尾栅藻)在不同光照和通气条件下的生长过程,以及该过程对水体理化性质以及水-沉积物界面磷交换过程的影响.研究结果表明,实验条件下(光照:2500lx;温度:27℃),蓝藻(铜绿微囊藻)具有绝对的竞争优势,成为水体中优势藻类.铜绿微囊藻在通空气和通氮气条件下均可以生长繁殖,在通氮气条件下需要较长时间的适应期,但达到的最大生物量远高于通空气条件.实验过程中,上覆水可溶性无机磷(DIP)浓度的变化为:无光环境＞有光环境,通氮气环境＞通空气环境,这种变化与有无藻类生长过程密切有关.有光条件下,藻类生长对磷的需求刺激了沉积物中生物可利用磷(AAP)的释放,同时也刺激了沉积物各种不同形态磷之间的相互转化.通氮气条件下,沉积物中磷的释放以Fe-P为主,Ca-P含量有所提高;通空气条件,Fe-P含量变化不大,Ca-P在有光组略有下降,但无光组变化不大;各试验组中有机磷和残渣磷的变化量基本相同;各试验组TP含量的变化不大.     

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。     

藻华黑水团对上覆水体营养盐变化的模拟研究

藻类聚集区春夏季易发生黑臭(俗称"湖泛",也称"黑水团")现象,而在太湖北部区域趋向常态化发展现象。该文主要利用室内实验装置,通过设置高中低3种藻华聚集程度(处理1、2、3的藻细胞添加量分别为2 000、5 000、8 000 g/m~2)模拟实验研究了动态条件下黑水团发生过程中上覆水体重营养盐的变化。结果表明:在实验进行3d后上覆水体中溶解氧(DO)含量降低到2 mg/L以下,高藻华聚集模拟水体中NH_4~+-N含量增加到14 mg/L以上,PO_4~(3-)-P含量增加到0.20 mg/L,TN、TP含量分别高达15 mg/L、2.0 mg/L,水体中叶绿素含量呈现快速下降趋势,实验进行到3d后,其含量下降为1 500 mg/m~3,水体浑浊度增加,COD含量从50 mg/L快速上升为120 mg/L。表明大量藻细胞在聚集后受温度等影响下出现快速死亡、水体缺氧,造成藻华聚集区易出现黑水团现象,对水体生态环境带来严重影响。     

氮在富营养化湖泊沉积物-水界面的释放

湖泊沉积物-水界面中的氮在特定条件下通过形态变化、界面特性和释放等途径影响湖泊水体质量。文章阐述了氮在湖泊沉积物-水界面的释放特征,并对影响氮在沉积物-水界面释放的因素进行了简要概述,并提出了几点控制水体释氮的建议。     

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。     

太湖藻对水-沉积物界面磷交换过程的影响

采用太湖梅梁湾沉积物和上覆水,以及从太湖水体中分离出的水华优势蓝藻(铜绿微囊藻)和常见绿藻(月芽藻), 室内模拟研究了这2种藻对太湖梅梁湾沉积物磷交换过程的影响. 结果表明:藻种的不同显著影响磷在水-沉积物界面的交换过程. 在沉积物和上覆水灭活条件下,铜绿微囊藻能够显著增加沉积物磷的释放量,引起上覆水中可溶性磷酸盐的增加;而月芽藻的存在没有引起沉积物中磷的明显释放,上覆水中可溶性磷酸盐一直保持在很低水平. 在低磷浓度的水体中,藻类会被诱导产生碱性磷酸酶,分解大分子可溶性有机磷,以满足自身生长的需要. 沉积物中各形态磷存在明显的转化作用,其中铁磷和碱提有机磷含量明显下降,而钙磷和酸提有机磷含量则大幅增加.      

草甘膦对沉积物-水界面藻类群落结构影响研究

为了探究环境中残留除草剂草甘膦对沉积物-水界面藻类群落结构演替的影响,分别以九龙江两个断面拱桥溪和石龟头的沉积物-水界面藻类群落结构为研究对象,并添加0.05 mg·L^-1草甘膦作为磷源进行实验模拟.结果表明：拱桥溪沉积物-水界面藻类生物量占比为蓝藻：绿藻∶硅藻∶甲藻=0.3%∶7.8%∶91.5%∶0.3%,蓝藻生物量占比低于1%,以硅藻门直链藻属为优势种属;石龟头沉积物-水界面藻类生物量起点占比为蓝藻∶绿藻∶硅藻∶甲藻=20.8%∶58.5%∶19.5%∶1.2%,蓝藻生物量占比大于20%,绿藻门栅藻属、蓝藻门微囊藻属和硅藻门直链藻属为优势种属.草甘膦调控15 d后,拱桥溪沉积物-水界面蓝藻生物量占比从0.3%增长到22.6%,生物量是无机磷组的7.6倍,但硅藻仍为优势门类,这与蓝藻生物量占比低于1%的拱桥溪表层水体藻类群落演替结果类似;而石龟头沉积物-水界面蓝藻生物量占比从20.8%增长到57.8%,生物量是无机磷组的近5倍,蓝藻演替为优势门类,这与蓝藻生物量占比大于15%的石龟头表层水体藻类群落演替结果相似.调控实验表明,在草甘膦胁迫下蓝藻门的增殖能力均表...     

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.