江苏省大气颗粒物及其重金属干沉降通量研究

大气颗粒物及其重金属严重威胁着生态系统功能及人类健康。为研究江苏省大气颗粒物的干沉降输入规律及农业区大气重金属的输入通量,该文利用参数化颗粒物干沉降速率模型,结合江苏省气象数据-空气污染物数据,计算了干沉降速率及通量。结合已有文献数据,对江苏省农业区域大气重金属沉降通量进行估算。结果表明：不同土地利用类型下,江苏省不同粒径颗粒物干沉降速率均呈现白天高、夜间低的日变化规律。农业区颗粒物干沉降速率具有较为明显的地域分布特征,主要表现为东南高、西北低、中部及部分沿海地区次之的分布情况。自2018年以来江苏省颗粒物干沉降通量逐年降低,细颗粒和粗颗粒干沉降通量分别在2019年和2020年出现显著降低,空间分布上表现为城区高于周边远郊及农业区,地域上则表现为西北高、东南低。农业区重金属干沉降通量中Pb、Mn和Cu均有较高的输入。农业区PM^2.5中12种重金属的年均干沉降通量合计约10.6～298.2 g/(hm²·a)。     

夏季海水养殖区大型网箱内外沉降颗粒物通量

通过模拟实验,研究了爱伦湾抗风浪网箱沉降颗粒物(SPM)的通量,估算了12h内SPM中无机氮(IN)、(无机磷)IP的释放速度.结果表明,由于投饵不当,残饵和粪便大量产生,严重影响水域生源要素的生物地球化学行为.SPM通量、POC、TN、TP的通量均为网箱内大于网箱外.SPM的C/N为21.6～69.2,说明在浅海区沉降过程中,N的分解较快,爱伦湾是低生产力水域.N/P为0.54～0.99,颗粒物中氮缺乏.短期内,SPM都释放IN、IP. SPM对NH4+-N有一定的吸附特性,SPM中POC 71%～76%被释放,TP 88%～97%被释放,TN的吸附率为44%～94%.     

滇池福保湾植被重建对底泥再悬浮及营养盐释放的控制

为估算滇池福保湾植被重建工程对底泥再悬浮及营养盐的控制效果,对重建示范区内及区外进行了悬浮物沉降现场研究,并利用颗粒物捕获器收集底泥悬浮颗粒,分析重建区内、重建区外、不同生活型植物重建区的悬浮颗粒物沉降通量,比较了不同水生植物修复区的颗粒物再悬浮通量,估算了植被重建区底泥再悬浮的通量及营养盐N、P释放量.结果表明:水生植被重建区外悬浮物净沉降量明显高于重建区内,对工程实施效果进行估算,97d内工程区内底泥的再悬浮量、N的释放量、P的释放量分别是区外相同面积的15.71%、13.30%和12.44%,底泥污染控制与植被重建后对沉积物再悬浮抑制作用较为明显,沉水植物对底泥再悬浮的抑制效果相对挺水植物显著.     

珠江口地区总悬浮颗粒中金属元素沉降通量

于2002年5月至2004年10月在珠江口大万山海洋环境监测站地面气象观测场上设立一个监测站,共采样了120多个大气气溶胶样品,用无火焰原子吸收分光光度法测定了元素Cu、Pb、Cd的浓度,讨论了这几种元素入海通量的月变化和年平均值。结果表明,三种元素在珠江口地区沉降通量的变化规律是Pb>Cu>Cd。三元素在5月、8月、10月内的沉降通量占全年的比例均少于20%,而且比例的变化规律是10月>5月>8月。     

洱海悬浮颗粒物时空分布特征及其环境学意义

水体ρ（SPM）（SPM表示悬浮颗粒物）是衡量水污染程度的指标之一,其在湖泊内源释放和水环境变化中扮演重要角色.通过采集不同季节、不同区域、不同水深的洱海SPM,研究其时空分布特征,并对其成因进行解析,从而阐明其对洱海水质的影响机制.结果表明:①ρ（SPM）的季节性变化趋势为夏季>秋季>冬季>春季,藻类生长是其夏季明显高于其他季节的主要原因,其空间分布规律为中部>北部≥南部,其垂向分布规律为表层>中层>底层.②水体ρ（SPM）与水中溶解性有机物浓度间的关系表明,上覆水中SPM的迁移转化是影响上覆水溶解性有机物的重要因素.③DON（溶解性有机氮）的K_d（分配系数）（lg K_d为6.12±0.47）高于TDN（溶解性总氮）（lg K_d为5.70±0.48）,表明DON比TDN具有更高的颗粒反应性,DON可以很大程度上被浮游植物吸收利用,产生更高的ρ（SPM）,使得湖泊存在富营养化的风险.研究显示,洱海水体ρ（SPM）受入湖河流和湿沉降的影响较小,受内源代谢影响较大,较高水温、较高pH（8.98）、较低ρ（DO）均是导致藻源性ρ（SPM）增大的原因.      

鄱阳湖悬浮颗粒物絮凝沉降典型藻类的动力学研究

为了探讨鄱阳湖水动力条件改变引起的悬浮颗粒物浓度变化可能导致的鄱阳湖浮游植物群落结构的变化,本文研究了鄱阳湖悬浮颗粒物絮凝沉降3种典型藻类的动力学过程.以铜绿微囊藻(蓝藻)、四尾栅藻(绿藻)和菱形藻(硅藻)为研究对象、鄱阳湖采集沉积物为悬浮颗粒物,使用混凝试验搅拌仪模拟动力学条件,在颗粒物投加量为20 mg·L-1时分别研究了静置沉降时间、扰动强度和扰动时间对颗粒物絮凝沉降藻细胞的影响.结果表明,絮凝沉降效率:蓝藻绿藻硅藻.在扰动强度为20 s-1、扰动时间为30 min时,0.5~4 h静置沉降时间均促进3种藻类的絮凝沉降.绿藻和硅藻的絮凝沉降效率随着静置沉降时间的延长而降低,前0.5 h的絮凝沉降效率最大;而蓝藻的絮凝沉降效率变化无明显规律.扰动时间和静置沉降时间均为30 min时,随着扰动强度在2~40 s-1增加时,3种藻的絮凝沉降效率逐渐增大.扰动强度为20 s-1、静置沉降时间为30 min时,5~60 min扰动时间均促进藻细胞的絮凝沉降,并且随着扰动时间的增加,絮凝沉降效率呈先增大后降低的趋势.30 min为蓝藻絮凝沉降的最佳扰动时间,絮凝沉降效率为12.56%;45 min为绿藻和硅藻絮凝沉降的最佳扰动时间,絮凝沉降效率分别为11.93%和7.54%.因此,水动力条件的改变可以引起悬浮颗粒物与藻类的絮凝沉降效率发生变化,从而对藻类的群落结构以及水华发生规律产生影响.     

太湖湖滨带春季悬浮物沉降特征与水体营养盐响应

为研究湖滨带悬浮物沉降过程中水体营养盐时空分布状况,在太湖西岸湖滨带典型区域进行原位沉降实验,计算了沉降量和沉降通量,并对沉降过程中TP、TN、NH+4-N、NO-3-N测定分析.结果表明,太湖西岸湖滨带沉降通量表现为人工芦苇区近岸无植被区自然芦苇区远岸无植被区,平均沉降通量分别为(1 383.40±925.60)、(1 208.67±743.50)、(278.72±142.53)、(245.58±154.25)g·(m2·d)-1,沉降第6 d以后沉降量稳定上升,沉降速率大于分解速率;经过持续15 d野外沉降实验观测,沉降过程中近岸带的TP含量是远岸带的2~3倍,且沉积物捕获器内NH+4-N和NO-3-N含量出现显著的差异(P0.01);沉降量与水体TN和NH+4-N含量呈显著相关(P0.01,n=42),表明沉降量的增加会导致上覆水体TN与NH+4-N含量增加;TN与NH+4-N相关系数为0.84,显示沉降量的增加可能加速氮素不同形态间相互转化,这一现象在当前太湖湖泛治理中应当予以重视.     

黄河中下游悬浮颗粒物多核素时空分布特征及其指示意义

天然放射性核素（238U、40K、226Ra、228Ra、7Be、210Pb_xs等）信息对于认识河流颗粒物的来源及输运过程具有重要的指示意义,然而目前关于河流悬浮颗粒物（SPM）的核素研究尚不多见。本研究分析了黄河中、下游水体悬浮颗粒物中各种天然放射性核素的活度水平及时空分布特征,发现春季颗粒物的238U、40K、226Ra、228Ra、7Be和210Pb_xs活度分别为26.86～119.57 Bq/kg、619.50～835.62 Bq/kg、12.88～55.51 Bq/kg、24.55～82.61 Bq/kg、0.24～39.47 Bq/kg和0.92～18.78 Bq/kg,秋季分别为40.54～73.96 Bq/kg、804.95～1023.12 Bq/kg、31.24～47.68 Bq/kg、57.92～77.95 Bq/kg、0.98～30.50 Bq/kg和12.60～31.33 Bq/kg。对比发现,除7Be在两次调查时表现出相似的变化范围和趋势外,其他各种核素的比活度整体上均表现为春季高于秋季的季节特征。就核素的含量及比值的空间分布而言,黄河小浪底、开封和将军渡3个河段均存在数值异常的现象,推测是这3处区域的物质来源、颗粒物粒径及成分组成不同于其他区域所致。     

长江口海域悬浮颗粒物中钴、镍、铁、锰的化学形态及分布特征研究

研究了重金属Co、Ni、Fe、Mn在长江口及邻近海域悬浮颗粒中的含量、存在形态以及它们在河水与海水混合过程中迁移转化特征,其变化动态特征表明,Co、Ni、Fe以残渣态为主要存在形式;由于Fe-Mn氧化物的形成和吸附作用,使上述金属从水体经过悬浮颗粒转到沉积物中;以Fe-Mn氧化物和碳酸盐形态存在的重金属含量受水体环境的pH和盐度制约。用多元回归分析求得不同形态重金属含量与盐度、pH值和悬浮物含量的变化方程,以及与环境要素间的相互关系。     

长江口海域悬浮颗粒物中钴、镍、铁、锰的化学形态及分布特征研究

研究了重金属Co、Ni、Fe、Mn在长江口及邻近海域悬浮颗粒中的含量、存在形态以及它们在河水与海水混合过程中迁移转化特征,其变化动态特征表明,Co、Ni、Fe以残渣态为主要存在形式;由于Fe-Mn氧化物的形成和吸附作用,使上述金属从水体经过悬浮颗粒转到沉积物中;以Fe-Mn氧化物和碳酸盐形态存在的重金属含量受水体环境的pH和盐度制约。用多元回归分析求得不同形态重金属含量与盐度、pH值和悬浮物含量的变化方程,以及与环境要素间的相互关系。     

台风强降雨输入水源水库悬浮泥沙的氮磷吸附特性

为研究台风强降雨后输入水源水库的悬浮泥沙对水体氮磷的吸附特性,本文于2015年10月强台风"彩虹"登陆粤西期间,采集高州水库原水和表层沉积物泥沙样品,模拟悬浮泥沙对氮磷的吸附动力学过程,对比分析不同粒径和不同含量悬浮泥沙对磷的吸附等温线.结果表明,高州水库悬浮泥沙不具有明显的氮吸附动力学特性,对磷的吸附动力学平衡时间为10 h;泥沙粒径小于0.25 mm时,对磷的平衡吸附量随着泥沙粒径的减小而增大;泥沙含量在0.2~2.0 kg·m-3时,对磷的平衡吸附量随着泥沙含量的增大而增大;悬浮泥沙对磷的吸附等温线符合Langmuir及Freundlich模型,最大吸附量随泥沙粒径的减小而增大,随泥沙含量的增大而增大,悬浮泥沙对磷的最大吸附量为0.073~1.776 mg·g~(-1).台风强降雨作用导致高州水库水体悬浮泥沙含量增大,促进对磷营养盐的吸附作用,对高州水库富营养化有一定的改善作用.     

新安江水库二氧化碳排放的时空变化特征

新安江水库是我国华东地区最大的水库,面积580 km2,平均深度30 m,水库水体处于中贫营养状态.为了研究新安江水库中CO_2排放的时空变化特征,2014年12月至2015年12月采用静态浮箱法收集水库表面以分子扩散方式排放的CO_2,使用气相色谱仪分析CO_2浓度.结果表明,新安江水库CO_2排放通量从上游入库河流[(120.39±135.41)mg·(m~2·h)~(-1)]至库区主体[(36.65~61.94)mg·(m~2·h)~(-1)]呈下降趋势,而大坝下游河流中CO_2排放通量[(1 535.00±1 447.46)mg·(m~2·h)~(-1)]显著增加,约分别是上游入库河流和库区主体的13倍和25~42倍.但随着与大坝距离增加,大坝下游河流中CO_2排放通量显著下降,如7 km处的CO_2排放通量仅为出库水体处的20%.在库区主体中,CO_2排放通量具有明显的季节变化:CO_2排放通量在秋、冬季时为正值,最大值出现在冬季(12月或1月),说明此时库区表层水体是CO_2排放源;而CO_2排放通量在春、夏季为负值,最小值出现在春季(3、4或5月),说明此时库区表层水体是CO_2吸收汇,这可能与春、夏季时水体中藻类繁殖有关.所以,在调查水库表面CO_2排放时,应对水库的上游入库河流、库区主体和坝下河流进行全面长期的观测,才能避免低估水库中CO_2排放总量.     

新安江水库河口区水质及藻类群落结构高频变化

水库库尾区的水环境多变,是水库生态系统突变的重要策源地.为探究大型水库水源地水环境演变特征及其突变的促发机制,以新安江水库为例,通过库尾河口断面18个月水质浮标的高频记录及3 d一次的藻类群落结构人工鉴定数据等,分析了气象水文过程影响下的水库库尾区的水温、溶解氧、浊度及营养盐等环境指标及藻类群落结构的高频变化特征,揭示了降雨、入流及季节温度变化等关键气象水文过程对水库水质及藻类群落结构的影响机制.结果表明:①在27 m深的河流入库区的水体温度和溶解氧存在明显的季节分层,相应水体藻类叶绿素a和营养盐等指标也同步发生分层,水温分层从气温达到14℃以上的3月中旬开始,至气温降至24℃后的10月中旬结束,期间较大降雨和入流多次破坏水温分层;②河道入库区水体氮、磷等营养盐变幅大,总磷浓度变幅为0. 011～0. 188 mg·L^-1之间,总氮浓度变幅为0. 75～2. 76 mg·L^-1之间,总磷和总氮中的溶解态占比分别为56%及88%,降雨入流对水体营养盐浓度影响巨大,3 d的累积降雨与水体氮、磷浓度显著正相关,3～6月(雨季)的营养盐含量明显高于其...     

丹江口水库水体氮的时空分布及入库通量

为解析丹江口水库水体氮的时空分布特征及主要污染来源,以丹江口库区及主要入库河流为研究对象,分析了水体氮的空间分布、季节及年际变化;利用回归分析,解析了氮污染驱动因素;并估算了入库河流氮通量及对库区氮污染负荷的贡献率. 结果表明:研究区水体ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)分别在0.07~16.73和0.01~10.65 mg/L之间,年均值分别为2.34和0.71 mg/L,空间分布呈入库河流高于库区的趋势;季节特征表现为春季、冬季>秋季>夏季. 2005—2014年库区水体ρ(TN)整体呈先升后降的趋势,其中取水口陶岔断面ρ(TN)上升较快,2012年较2007年增加了1.5倍,2013年开始ρ(TN)有所下降,但仍然维持在较高水平. 近10年来库区水体ρ(NH₄+-N)始终维持在较低水平. 神定河、犟河、泗河、剑河等环库支流河口氮污染最严重,城镇化是造成流域水体氮污染的主要驱动力. 汉江TN入库量贡献最大,占63.0%,其中境外来水TN入库量占总量的59.2%,为达到丹江口水库生态环境保护要求的Ⅲ类水质(GB 3838—2002《地表水环境质量标准》)目标,汉江TN需削减量为16 715.0 t/a. 境内河流中,环库河流的TN入库量最大,其中泗河、老灌河、神定河、金钱河、犟河和天河等TN入库量较大,TN需削减量分别为 2 286.7、2 197.7、1 493.6、1 106.9、979.1和728.9 t/a.      

鹤地水库沉积物营养盐及重金属分布和污染特征分析

为揭示鹤地水库沉积物营养盐及重金属分布和污染特征,对水库代表性区域柱状沉积物样品营养盐及重金属含量进行测定,在此基础上综合分析了水库沉积物营养盐及重金属空间分布特征、磷形态组成及其对水质的潜在影响,并对表层沉积物重金属进行了潜在生态危害评价.鹤地水库3个样点沉积物总氮(TN)含量在2.314～2.427 mg.g-1之间,其含量大小顺序为:湖泊区>过渡区>河流区,总磷(TP)含量在0.591～0.760 mg.g-1之间,其含量大小顺序为:过渡区>湖泊区>河流区;重金属(Cu、Cr、Pb、Zn、Cd和Hg)平均含量分别为31.094、46.85、75.615、385.739、0.624和0.171 mg.kg-1,除Cr外,湖泊区重金属含量均高于过渡区.垂直剖面上,沉积物营养盐及重金属含量总体上均表现出表层富集的特征.鹤地水库沉积物磷形态以无机磷(IP)为主,IP又以铁铝结合态的NaOH-P为主,NaOH-P含量占到IP含量的80%以上,磷组成特点表明其具有较强的潜在释放能力.潜在生态危害评价中,以工业化前沉积物最高背景值为参比的评价结果表明单种重金属基本属于轻微到中度污染,综合生态危害指数(RI)表明鹤地水库沉积物尚处于轻微生态危害程度;而以广东省土壤元素背景值为参比的评价表明重金属Cd和Hg均已达到强到极强污染程度,其余重金属则处于轻微污染水平,沉积物重金属综合RI值达到强到较强危害程度,这与该地区红壤中Cd和Hg的环境背景值较低有关,尽管2种参比评价结果有所不同,但均表明重金属Cd和Hg污染较其他重金属严重,对RI值的贡献最大.     

长江中下游悬浮物稀土元素地球化学特征及其对三峡工程的响应

通过分析枯水季(2008年1月)长江中下游干流和支流(湖泊)悬浮物的稀土元素(REE)组成,探讨三峡水库的泥沙拦截对该区域沉积物组成和干、支流输沙关系的影响。结果表明:长江干流宜昌至城陵矶段的REE变异系数显著大于城陵矶以下站位,且部分站位出现显著的Ce或Eu异常,该段沉积物的物质组成存在显著差异;洞庭湖沉积物继承了长江干流的REE组成特征;鄱阳湖和汉江等支流(湖泊),与干流的REE组成存在一定的差异,通过端元混合模型估算得,观测期间鄱阳湖和汉江对长江干流沉积物的贡献分别约为58%和23%。由此可见,三峡水库的运行,导致了长江中下游枯季的物质来源和组成发生改变:中游河床出现了显著的侵蚀,汉江和鄱阳湖等支流(湖泊)对干流的物质输送相对增加。     

向家坝水库营养盐时空分布特征及滞留效应

向家坝建库后改变了河流原有的水动力、营养盐分布及输移条件.为研究向家坝水库营养盐分布特征及滞留效应,通过2015～2016年分季度水库水质监测结果,分析向家坝水库水体总氮(TN)、总磷(TP)和溶解性硅(SiO_3~(2-)-Si)营养盐时空分布特征、滞留量、滞留效率.研究发现,向家坝水库TN、TP和SiO_3~(2-)-Si营养盐质量浓度均值分别为0. 905、0. 034和7. 98mg·L~(-1).其中,TN质量浓度在城镇人口密集区偏大,分布主要受点源影响;磷营养盐以颗粒态磷为主,TP质量浓度在水库中自上而下沿程降低,SiO_3~(2-)-Si质量浓度分布在时空上差异较小.向家坝对TN、TP和SiO_3~(2-)-Si营养盐滞留量为2. 30×10~4、0. 146×10~4和-2. 4×10~4t·a~(-1).在不同季度,TN和SiO_3~(2-)-Si滞留量有正有负,而TP则始终表现为正滞留. TN、TP和SiO_3~(2-)-Si月平均滞留效率分别为17. 5%、32. 8%和-2. 14%.整体上实际滞留效率表现为丰水期高于枯水期,并且TP的滞留作用更为显著. TN滞留量主要受反硝化作用,以及外源负荷输入影响; SiO_3~(2-)-Si输送通量主要受径流量影响;水库运行周期以及磷的颗粒形态则是TP滞留的主要因素.向家坝水库对营养盐的滞留效应与TN和SiO_3~(2-)-Si质量浓度变化无明显相关性,而水库对TP的滞留效应使TP质量浓度在水库纵向上沿程减小,在各监测样点垂向水深上TP质量浓度则有增大的趋势.     

贵州乌江渡水库沉积速率及碳氮埋藏通量估算

我国西南地区峡谷型梯级水库沉积物的碳汇效应对全球碳循环有着重要意义。为了探明该区域水库的碳汇强度,本研究选择乌江流域的乌江渡水库作为研究对象,于2015年5月对水库沉积物进行采样,并利用210Pbex核素计年技术,结合沉积物碳氮分析,估算乌江渡水库的碳埋藏量。结果表明:乌江渡水库沉积物平均沉积速率为0.155g/(cm~2·a),TOC沉降通量为70.85g/(m~2·a),堆积通量为29.14g/(m~2·a);TN沉降通量为8.22g/(m~2·a),堆积通量为2.79g/(m~2·a)。乌江渡水库沉积物年均TOC总埋藏通量为1.39×10~9g/a,其中82%来自水库内部光合作用形成的有机质。因此,依据保守的估算,乌江渡水库沉积物的净碳汇通量为23.9g/(m~2·a),保存的净碳汇量为1.1×10~9g/a。研究结果表明水库沉积物是一个重要的碳汇。     

三峡水库湖北段沉积物磷形态及其分布特征

应用淡水沉积物的标准测试程序(SMT)测定了三峡水库湖北段长江干流和4条支流中14个采样点沉积物的总磷、无机磷、有机磷、铁/铝磷和钙磷的含量并对不同形态磷之间进行了相关性分析.结果表明,三峡水库湖北段水体表层沉积物中TP和各种磷的赋存形态存在明显的空间差异,TP含量为361.6～1033.5mg/kg;In-P是沉积物...     

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.