滇池沉积物氮内源负荷特征及影响因素

研究了滇池沉积物间隙水氮浓度垂向分布特征,根据Fick扩散定律定量估算了沉积物-水界面氮扩散通量,并探讨了其影响因素.结果表明:滇池沉积物间隙水溶解性总氮(DTN)主要以氨态氮(NH4+-N)形式存在,占其总量的72.30%,其浓度随深度增加而升高;其次为溶解性有机氮(DON),占其总量的24.59%,其浓度随深度的增加先升高后降低,最后趋于稳定;硝态氮(NO3--N)所占比例较低,浓度随深度的增加而降低.滇池沉积物-水界面NH4+-N扩散通量分布范围为12.73~59.74mg/(m2·d)[均值30.18mg/(m2·d)],全湖年均氨氮释放量为3305.04t,其中草海、外海北部、东北部及南部湖区扩散通量较大,达35mg/(m2·d),全湖呈由北向南逐渐降低的空间分布特征;全湖年均DON释放量为1147.55t,其全湖分布特征与氨氮一致;NO3--N扩散通量分布范围为-2.70~0.27mg/(m2·d)[均值-0.50mg/(m2·d)],总体表现为由上覆水向沉积物扩散.与我国其他湖泊相比,滇池具有较大沉积物氮内负荷,其沉积物-水界面NH4+-N扩散通量较高,对湖泊水体氨氮浓度贡献较大,且其与沉积物总氮、有机质、可交换态氮和可交换态氨氮含量呈显著正相关,即滇池沉积物NH4+-N释放主要受其可交换态氮,特别是可交换态中氨氮含量影响;同时,滇池沉积物DON潜在释放风险也较大,且与沉积物C/N有关.     

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)。     

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.      

淮南潘一采煤塌陷区底泥沉积物氮磷形态分布特征

为了研究淮南潘一塌陷区底泥沉积物氮磷形态分布特征,在塌陷区不同采样点采集10个柱状底泥沉积物样品,分析在不同深度下总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷、铝结合态磷、铁结合态磷、闭蓄态磷、钙结合态磷的含量。结果表明:塌陷区底泥沉积物中氨氮>硝酸盐氮>亚硝酸盐氮,氨氮随着深度增加呈下降趋势,硝酸盐氮变化趋势不明显,亚硝酸盐氮在底层(6~8 cm)时有一明显上升过程。总磷中铝铁结合态磷含量最高,其次是钙结合态磷和闭蓄态磷,随着深度的增加铝铁/结合态磷有一下降趋势,钙结合态磷和闭蓄态磷变化不大趋于稳定。     

武汉东湖沉积物好氧氨氧化微生物时空分布

采用实时荧光定量PCR （qPCR）技术,测定了武汉东湖沉积物中氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）氨单加氧酶基因（amoA）的丰度,并结合沉积物水体环境中各形态氮素的含量,分析氮素含量对AOA和AOB的时空分布的影响.结果显示,AOA amoA基因丰度大于AOB amoA基因丰度,表明AOA对氨氧化过程的贡献较大.同时,AOA和AOB amoA基因丰度都随深度增加而降低.此外,间隙水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮浓度分别为6.28~33.56、2.71~22.7、0.12~0.98、0.01~0.13mg/L;上覆水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮平均浓度分别为1.68,0.79,0.16,0.04mg/L;表层水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮平均浓度分别为1.34,0.62,0.11,0.03mg/L,表明东湖东湖沉积物相对于水体呈营养盐可释放状态.相关性分析表明：AOA amoA基因丰度与间隙水氨氮和亚硝酸盐氮浓度呈显著正相关（P<0.05）,AOB amoA基因丰度与间隙水亚硝酸盐氮（NO₂^--N）浓度呈显著正相关（P<0.05）.     

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.     

巢湖近代沉积物及其间隙水中营养物的分布特征

湖泊沉积物及其间隙水中的营养盐对于研究湖泊营养盐的生物地球化学和湖泊营养状态的历史变化具有重要的作用.系统研究了巢湖东、西湖区沉积物和间隙水中营养盐的剖面分布特征及其营养盐之间的相互关系.结果表明,巢湖近代沉积物中营养盐含量总体上随着深度的增加而降低,上层沉积物(1～15cm)中TOC(总有机碳)、TN(总氮)、TP(总磷)和Pi(无机磷)的含量都表现出明显的区域差异性,从西到东逐渐减小,含量的大小顺序为C1C3C16;东、西湖区下层沉积物(15～30cm)中TOC、TN和TP的含量差异不明显,分别在5mg.g-1、0.5mg.g-1和0.45mg.g-1左右变化;Po(总有机磷)在整个剖面上的分布则相反,总体上从西向东逐渐增大,含量大小顺序为C16C3C1.沉积物间隙水中的营养盐在空间上的分布规律与沉积物相似,西湖区两个点(C1、C3)沉积物间隙水中的营养物浓度总体上高于东湖区的C16点,大小顺序为C1C3C16,间隙水中的氮、磷酸盐、硅酸盐处于协同变化.间隙水中的氮与沉积物总氮含量密切相关;西湖区间隙水中的磷与沉积物磷含量密切相关,但在东湖区相关性不显著.表层沉积物间隙水中营养盐浓度都明显高于上覆水体,表明沉积物中的营养盐是水体营养盐的主要来源之一.     

滇池水生植物分布对沉积物间隙水中不同形态氮的影响

为揭示水生植物分布对滇池沉积物间隙水中各形态氮质量浓度的影响,于2015年6月在滇池分别采集有植物区域和无植物区域的沉积物柱状样,检测间隙水及上覆水中DTN(溶解性总氮)、NH₄+-N、NO₃--N和DON(溶解性有机氮)的质量浓度,分析其垂向变化特征以及水生植物对间隙水中各形态氮的释放控制效果. 结果表明:①水生植物改变了柱状沉积物间隙水中不同形态氮的分布规律,并且这种改变随湖区不同而表现不尽一致;②水生植物显著降低了沉积物间隙水中DON的贡献率,有植物分布区域ρ(DON)对ρ(DTN)的平均贡献率为41.05%,无植物区域可达58.48%;③水生植物显著抑制了沉积物中无机氮的释放,促进了DON的转化,同一采样点有植物区域NH₄+-N和NO₃--N的沉积物-水界面扩散通量分别比无植物区域平均降低了87.52%和91.99%;④水生植物生长显著削减了沉积物间隙水中氮的质量浓度,其中ρ(DON)的削减率达到了53.27%~80.42%. 研究显示,水生植物根系作为微生物和多种活性酶的主要载体,为沉积物有机氮的矿化降解起到了促进作用.      

巢湖西部河口区沉积物氮磷分布特征与原位扩散通量估算

选取巢湖西部重污染入湖河口区,研究表层沉积物氮磷污染特征,并运用Fick定律估算沉积物-水界面氮磷原位扩散通量.结果表明:南淝河、派河、十五里河河口表层沉积物总氮平均含量达到2208.17 mg·kg~(-1),氮形态以有机氮为主,占比达到90%以上.表层沉积物总磷平均含量为704.59 mg·kg~(-1),其中铁铝结合磷、活性有机磷和钙镁结合磷分别占比27%、28%和18%.河口区水体氨氮浓度从上覆水到孔隙水中总体呈上升趋势,沉积物表层(0~5 cm)孔隙水中氨氮平均浓度为25.42 mg·L~(-1),是上覆水中的7倍.沉积物孔隙水中硝氮与正磷酸盐浓度在垂向上随深度的增加呈先上升后降低的趋势,在沉积物-水界面附近达到浓度最高值.3个河口沉积物孔隙水中氮磷营养盐均向上覆水扩散,其中氨氮扩散通量分别为25.87、74.85与18.08 mg·m~(-2)·d~(-1).硝氮与正磷酸盐扩散通量较低,范围分别在1.38~2.78和0.011~0.024 mg·m~(-2)·d~(-1)之间.总体上看,巢湖西部河流入湖河口区表层沉积物氮污染严重,且存在较高的氮磷营养盐释放风险,应是巢湖富营养化控制过程中重点关注的区域.     

蓝藻暴发对巢湖表层沉积物氮磷及形态分布的影响

以巢湖表层沉积物及上覆水体为对象,于蓝藻暴发前(4月)和蓝藻暴发期(7月)采集水样及沉积物样品,分析了氮磷及其形态赋存特征,并探讨了沉积物氮磷及其形态与蓝藻暴发的关系.结果发现,蓝藻暴发时,巢湖表层沉积物总磷减少,总氮增加,同时削弱了磷在空间上分布的异质性.从氮磷形态来看,蓝藻暴发未造成巢湖表层沉积物氮形态(NH4+-N、NO3--N和Org-N)含量和比例的明显波动,但却造成了活性磷(弱吸附态磷和铁铝结合态磷之和)含量及比例的下降,钙结合态磷(Ca-P)以及有机磷(OP)含量及比例增加,生物有效性磷(AAP)的含量的减小.相关性分析表明,上覆水中叶绿素a(Chl-a)的浓度与铁铝结合态磷(Fe/Al-P)以及有机磷(OP)的含量显著相关(P<0.05),却与氮形态(铵态氮,硝态氮和有机氮)相关性不显著.巢湖沉积物磷(Fe/Al-P及AAP)对巢湖水体蓝藻暴发具有促进作用,而氮及其形态对蓝藻暴发作用较弱.     

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。      

呼伦湖表层沉积物有机质的释放效应分析

沉积物有机质是湖泊物质循环的重要组成部分之一,研究沉积物有机质的赋存和迁移转化特征对于湖泊生态保护具有重要意义.以位于我国寒旱区的蒙新湖区典型代表湖泊——呼伦湖为例,利用连续提取法、三维荧光激发发射矩阵光谱-平行因子法（EEMs-PARAFAC）和碳稳定同位素（δ13C）、碳氮比值（C/N）指标测定,并结合室内模拟试验,研究了呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征、释放效应及影响因素.结果表明:①呼伦湖表层沉积物有机质含量在26.67~38.09 g/kg之间,其主要组分为胡敏素（HM）,HM占沉积物有机质的相对比例为74.1%.沉积物有机质主要来自于陆源,陆源相对贡献率在80%左右.②沉积物室内静态释放模拟试验结果表明,沉积物有机质释放会导致上覆水中溶解性有机质（DOM）浓度和组分均发生改变,上覆水中溶解性有机碳（DOC）浓度由30.85 mg/L升至37.57 mg/L,类腐殖质组分所占比例升高.沉积物有机质释放还导致上覆水中氮磷浓度升高,其中溶解性总氮（DTN）和溶解性总磷（DTP）的浓度分别升高了0.89和0.16 mg/L.③近年来,呼伦湖流域温度升高,导致呼伦湖沉积物有机质的释放效应增强.研究显示,虽然呼伦湖沉积物有机质主要以难降解组分为主,但是其释放效应对水体碳、氮、磷浓度的影响仍然不容忽视.      

滇池表层沉积物对磷的吸附特征

在室内模拟条件下,从滇池表层沉积物对磷的吸附动力学与热力学两个角度出发,研究了滇池沉积物对磷的吸附特征,同时探讨了不同磷形态对磷吸附特性的影响,结果表明:1滇池不同形态磷含量顺序为:有机磷钙(O-P)钙结合态磷(Ca-P)金属氧化物结合态磷(Al-P)残渣态磷(Res-P)可还原态磷(Fe-P)弱吸附态磷(NH4Cl-P);2沉积物对磷的吸附动力学过程分为2个阶段,即快吸附和慢吸附阶段.快吸附阶段主要发生在0~0.5 h内,而慢吸附阶段主要发生在0.5~4 h.滇池沉积物对磷的吸附过程主要在4 h内完成.3外海北部上覆水磷酸盐(SRP)浓度低于沉积物中磷的吸附/解吸平衡浓度(EPC0),可初步判断该区域沉积物有向上覆水体释放磷的风险.4不同区域沉积物磷的最大吸附量(Qmax)和总最大吸附量(TQmax)均以外海南部最大.5沉积物本底吸附态磷含量(NAP)与钙结合态磷(Ca-P)呈显著正相关关系(R2=0.5139,p0.05),而其他吸附特征参数与磷形态之间相关性均不显著.6与洱海、太湖等湖泊相比,滇池沉积物磷的本底吸附态磷(NAP)和最大吸附量(Qmax)均处于较高水平,磷污染较为严重.     

江苏西部湖泊沉积物营养盐赋存形态和释放潜力差异性分析

为了探索湖泊沉积物对上覆水中氮磷营养盐特别是磷(P)浓度的影响,研究了江苏西部10个湖泊沉积物P形态、吸附解吸作用和间隙水、上覆水之间扩散通量.对P形态的分级提取研究表明,各湖泊沉积物中P以无机磷为主,无机磷中生物可利用P占总磷(TP)比例较低.与苏北西部湖泊相比,苏南西部湖泊沉积物中Fe-P含量相对较高.江苏西部湖泊沉积物中氮主要以NH4+-N扩散为主,且大部分湖泊氨由上覆水向沉积物扩散,而洪泽湖、石臼湖和玄武湖NO3--N由沉积物向上覆水扩散.偏酸(pH<4)和偏碱(pH>10)条件下均有利于湖泊沉积物P的释放,除玄武湖外,其他湖泊在偏碱条件下P的释放量大于偏酸条件.沉积物对P吸附量随着温度的升高而增大,通过修正的Langmuir方程对湖泊沉积物磷吸附等温线进行拟合得到最大吸附量(Qm)、Langmuir吸附常数(k)与原有吸附态P(QNAP)参数,结果显示洪泽湖和玄武湖沉积物对P的最大吸附量较小,较易发生内源P释放.     

滇池大气沉降氮磷形态特征及其入湖负荷贡献

为研究季节变化和降雨量对滇池各种氮磷形态浓度的影响,采用紫外分光光度法测定大气沉降的各种氮磷形态浓度,探讨滇池湖面氮磷对水污染的贡献.结果表明,滇池大气沉降氮浓度普遍符合雨季低,旱季高的特点;大气沉降氮磷负荷与降雨量正相关,季节性变化主要呈雨季高,旱季低.大气沉降氮负荷以DIN为主,占总氮沉降负荷的63. 70%;磷负荷以PP为主,占总磷沉降负荷的45. 54%,过度施肥和肥料中氮磷的流失是大气湿沉降中主要的氮磷来源.结合入湖河流数据,滇池大气沉降中TN和TP的沉降量分别为河流入湖负荷的6. 14%和12. 76%,因而滇池主要污染来源仍然是入湖河流带来的负荷.但滇池大气沉降氮磷通量与其他地区相比处于中等偏上地位,所以该贡献仍需重视.     

滇池沉积物中磷的释放行为研究

滇池分为草海和外海两个水体,且草海污染较外海严重,但是外海的藻类爆发的频率和强度都高于草海。通过实验室模拟,研究了滇池草海与外海沉积物中磷的释放行为及其藻类爆发程度不同的原因。结果表明,两个沉积物中磷的释放动力学都表现了非单一的扩散过程,拟二级动力学模型可以较好描述释放过程。草海比外海总磷高7倍,但是在水中的释放只高2倍。对两个沉积物而言,由于与表面附着的磷有竞争作用,溶解胡敏酸的加入都显著增大了磷的释放。与草海相比,外海的水交换速率慢、水深浅、沉积物有机质含量低、内源磷释放强以及对外源磷缓冲能力弱,这些特征都是有利于藻类爆发的条件。研究表明抑制滇池藻类爆发要同时考虑对外源磷和内源磷的控制。     

Spatial distribution of phosphorus forms in sediments with different distances to the estuary of the Dianchi Lake, China

Effects of human activity on the distribution of phosphorus (P) forms were investigated for the sediments and porewaters in Daqinghe Estuary of Dianchi Lake, China. The concentrations of total P (TP), inorganic-P (I-P),and organic-P (Org-P), and the ratio of iron-bound P (Fe-P)/calcium-bound P (Ca-P) in the sediments decreased with the increasing distance from the sampling site to the estuary. This is probably due to the flocculant materials, e.g., ferric and aluminous salts, usually being added in the wastewater treatment processes. The concentration of ammonia in the sediment porewaters significantly decreased with the increasing distance from the sampling site to the estuary. Both concentrations of total nitrogen and nitrogen in the sediment porewaters decreased to some content with the increasing distance from the sampling site to the estuary. However, the concentrations of nitrate, dissolved total P (DTP), and TP did not have strong relationship with the distances from the sampling sites to the estuary. Pollution load and water quantity also had an important influence on the concentrations of P in sediments and its interstitial water in estuary sedimentary area.     

Assessing high resolution oxidation-reduction potential and soluble reactive phosphorus variation across vertical sediments and water layers in Xinghu Lake: A novel laboratory approach

To understand the transfer process of soluble reactive phosphorus (SRP) on the lake sediment-water interface in a mesotrophic shallow lake in South China, the SRP concentrations and the oxidation-reduction potential (ORP) across the sediment-water interfaces were continually monitored. Sediment samples were collected from Xinghu Lake in Guangdong Province. The ORP dynamics at di erent layers of overlying water was similar for six experimental systems, whereas those in porewater were significantly di erent. The ORP in overlying water was 200–300 mV higher than those in sediments. The oxygen penetration depth ranged from 2 to 10 mm in Xiannu Lake sediments. The variation amplitudes of ORP increased with sediment depth, but the mean ORP values were all about 218 mV. The SRP concentrations in porewater maintained at a low level of about 0.049 mg/L because of high atom ratio of total iron and total manganese to total phosphorus. The SRP concentrations and variation amplitudes in porewater increased with sediment depth. The SRP in overlying water mainly originated from SRP transference of the porewater of middle and bottom sediments (3–15 cm). The ORP variation and SRP transfer in porewater played important roles in changing SRP concentrations. A distinct SRP concentration gradient appeared in overlying water when intense exchange occurred at the sediment-water interface; therefore, it was necessary to monitor the SRP concentration profiles to accurately estimate the internal loading.     

兴凯湖沉积物营养盐分布特征及来源解析

兴凯湖是我国面积最大的跨境湖泊,其水质变化受到国际社会的共同关注。沉积物内源污染释放是影响水质的重要因素,研究沉积物营养盐的分布特征及来源,可为兴凯湖水环境治理提供重要依据。以兴凯湖中国湖区为研究对象,通过沉积物营养盐及蓄积量调查,阐明沉积物中总氮（TN）、总磷（TP）和有机质（OM）的分布特征及埋藏通量,采用有机污染指数法和沉积物碳氮比（C/N）、碳磷比（C/P）特征分析其污染程度及来源。结果表明：与国内其他湖泊相比,兴凯湖沉积物TP浓度处于较低水平,但小兴凯湖沉积物TN、OM浓度处于较高水平;水生植被覆盖度高的小兴凯湖西泡子和东北泡子及沉积物淤积严重的大兴凯湖西部湖区和中部湖一区营养盐浓度较高;兴凯湖OM来源同时受水生植物和陆源物质输入的影响,且小兴凯湖受陆源输入影响更大,OM与TN具有同源性,与TP不具有同源性;兴凯湖沉积物整体属轻度污染,其中小兴凯湖沉积物有机污染较大兴凯湖严重。研究显示,小兴凯湖作为大兴凯湖的前置湖泊,削减了输入大兴凯湖的污染物,但其较高的沉积物营养盐浓度可能会对大兴凯湖产生潜在影响,因此,应重视小兴凯湖沉积物引起的污染。