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.     

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.     

白洋淀夏季入淀区沉积物间隙水-上覆水水质特征及交换通量分析

为揭示白洋淀夏季入淀区上覆水-间隙水氮磷营养盐相互作用,本研究于2019年7月对白洋淀主要6条入淀河流取样,通过分析上覆水、间隙水水质特征以及营养盐在沉积物-水界面的扩散通量,评估了营养盐扩散对沉积物与上覆水的影响.结果表明白洋淀水质呈弱碱性;溶解氧(DO)含量较低,为沉积物内源污染物的释放提供了厌氧环境;氨氮(NH4...     

渤海莱洲湾沉积物—水界面溶解无机氮的扩散通量

为了解不同条件下沉积物中有机物对水体无机氮的贡献，采用野外采样和现场培养法，在１９９７－０５和１９９７－０７莱州湾２个航次进行了沉积物－水界面营养盐矿散通量的３和ＮＨ４的扩散通量分别为０．０３８－３．６５ｍｍｏｌ／（ｍ＾２·ｄ）和０．９６－２．５２ｍｍｏｌ／（ｍ＾２·ｄ），培养结果说明充氮或充空气与加氯化汞或不加氯化汞对沉积物－水界面溶解无机氮的扩散通量没有明显影响，莱州湾底部营养盐的扩散通量与其     

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.     

沉积物二氧化氯灭菌对营养盐扩散通量的影响

采用实验生态学方法,研究了ClO₂对沉积物的灭菌效果及其对沉积物-水界面营养盐扩散通量等理化指标的影响.结果显示,有效氯添加量为300～900mg/L的ClO₂能够杀灭沉积物中73.1%～82.8%的微生物及全部水产病原弧菌,ClO₂可显著降低沉积物内微生物菌落数量,不同添加量的ClO₂处理组之间微生物菌落数量差异不显著.对沉积物上覆水和间隙水的营养盐等理化指标的分析表明:在沉积物中添加ClO₂显著降低沉积物间隙水中NH₄⁺-N、PO₄^3--P、NO₃^--N、NO₂^--N的浓度,相同取样时间ClO₂处理组与对照组沉积物—水界面的NH₄⁺与PO₄^3-扩散通量有显著差异(P<0.05);ClO<...     

冬季大黑汀水库沉积物-水界面氮磷赋存特征及交换通量

本文研究了大黑汀水库表层沉积物碳氮磷污染负荷及分布特征,利用Peeper （pore water equilibriums）技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析大黑汀水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样用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：沉积物中TN、TP和TOC的含量分别在729~5894mg/kg、1312~2439mg/kg和0.5%~5.6%之间,沉积物中氨氮（NH₄⁺-N）、硝酸盐氮（NO₃^--N）、亚硝酸盐氮（NO₂^--N）和活性磷（PO₄^3--P）含量分别在0.6~202.9、34.4~168.3、0.1~0.3和16.1~75.2mg/kg之间,主要表现为下游含量高于上游,空间分布特征明显;沉积物C/N表明该水库有机质主要来源于水体内部,与人类网箱养殖活动有关.间隙水中NH₄⁺-N和PO₄^3--P浓度远高于上覆水,表明大黑汀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NH₄⁺-N浓度随深度的增加而变大,PO₄^3--P浓度具有在0~4cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.静态释放结果表明,沉积物-水界面NH₄⁺-N和PO₄^3--P的交换通量分别为3.5~110.5mg/（m²·d）和0.1~1.6mg/（m²·d）,NO₃^--N和NO₂^--N交换通量在-112.5~157.2mg/（m²·d）和0.04~0.94mg/（m²·d）之间.NH₄⁺-N、NO₃^--N和PO₄^3--P在下游表现出较高的释放速率.较高的沉积物内源负荷使得大黑汀水库沉积物具有较大的向上覆水释放营养盐的潜力,改善水库沉积物污染状况是治理大黑汀水库水体环境的必要之举.     

重庆园博园龙景湖新建初期内源氮磷分布特征及扩散通量估算

采集重庆园博园龙景湖不同区域沉积物样柱,分析沉积物上覆水和孔隙水中氮磷垂直分布特征,并利用一维孔隙水扩散模型(Fick定律)来估算氨氮和正磷酸盐的扩散通量和年负荷贡献量.结果表明,龙景湖沉积物-水界面氨氮从上覆水到孔隙水在垂直剖面上总体都呈现出增大趋势;表层(0~5 cm)沉积物孔隙水中氨氮平均浓度为6.13 mg·L-1±3.07 mg·L-1,是上覆水氨氮平均含量10倍.正磷酸盐垂直分布特征总体表现为先增大再减小,在表层孔隙水出现极大值;沉积物孔隙水中正磷酸盐平均浓度为2.01 mg·L-1±1.05 mg·L-1.所有区域氨氮均表现为由沉积物向上覆水释放,新增淹没区库湾区域氨氮扩散通量低于6.0 mg·(m2·d)-1,龙景沟水库、龙景湖主湖原有湖区氨氮扩散通量分别高达47.19 mg·(m2·d)-1、40.29mg·(m2·d)-1.原有湖区正磷酸盐表现为由沉积物向上覆水释放,扩散通量仍以龙景湖主湖及龙景沟水库最大,为7.89mg·(m2·d)-1、6.13 mg·(m2·d)-1.新增淹没区的河道、库湾及赵家溪部分区域正磷酸盐却表现为由上覆水向沉积物中扩散,扩散通量为-1.93~-2.78 mg·(m2·d)-1.整个湖区氨氮年负荷贡献量为3.95 t·a-1,新增淹没区贡献率为85%;正磷酸盐年负荷贡献量为0.357 t·a-1,新增淹没区贡献率为72%.     

春季潘家口水库沉积物-水界面氮磷赋存特征及迁移通量

以春季潘家口水库沉积物为研究对象,分析了水库整体营养盐污染现状及内源释放特征.通过高分辨率间隙水采样器（HR-Peeper）获得沉积物间隙水,以此分析营养盐垂向分布特征及空间差异性;以原柱样沉积物静态释放试验获取沉积物-水界面营养盐迁移通量,并分析了潘家口水库内源负荷特征.结果表明：库区沉积物营养盐释放风险较高,TN、TP含量分别为3701.59~8221.28和756.28~1696.15mg/kg.通过C/N比确定2017年以前的网箱养殖残留的饲料和鱼粪是水体富营养化的主因.原柱样静态释放结果表明,NH₄⁺-N、NO₃^－-N、NO₂^－-N、SRP交换通量分别为23.71~156.80,-7.37~-161.78,1.64~33.4和0.56~2.86mg/（m²·d）,潘家口水库内源负荷相对较高.该结果与水库本身的高有机质及氮磷赋存量、生物分解耗氧及春季逐步提高的水温有关,导致营养盐加速释放进入上覆水柱.潘家口水库的内源负荷能够加速水库的富营养化进程,应采取措施控制潘家口水库内源负荷.     

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.     

河口滨岸潮滩沉积物-水界面N、P的扩散通量

选择了长江河口及上海海滨岸作为研究对象，分析了潮滩上覆水、沉积物孔隙水中营养物质N、P的含量，并初步估算了潮滩沉积物－水界面向N、P的扩散通量。上覆水中NH4^ －N含量分布在0．0082－2．56mg／L，NO2^-－N灾0．03－0．58mg／L，NO3^-－N为0．69－5．38mg／L之间，溶解态磷（DP）的含量为0．035－0．53mg／L之间；表层沉积物孔隙水中NH4^ －N的含量为0．0025－1．35mg／L，NO2^-的含量为0．0055－0．20mg／L，NO3^-－N的含量为0．61－1．14mg／L，DP的含量为0．11－0．53mg/L；计算表明，沉积物－水界面间NH4^ －N、NO2^-、NO3^-－N和DP的扩散通量分布范围分别为0．11－0．99、－0．39－0．0019、－3．09－－0．12和－0．48－0．12μg(cm^2.d）之间。研究揭示，沉积物是水体中N的重要蓄积库和P的可能输入源。     

南四湖湿地沉积物及孔隙水基本特性研究

利用平衡式孔隙水采样技术Pore Water Equilibrators(Peeper)来获得沉积物的孔隙水剖面,研究了南四湖湿地芦苇、香蒲沉积物的理化性质对孔隙水营养盐的垂向分布特征及其扩散通量的影响.结果表明,通过种植芦苇和香蒲,沉积含水量、孔隙度及交换态的氨氮、硝态氮含量均较无植物的对照区有明显提高.在2～5cm亚表层,芦苇区和香蒲区孔隙度分别提高了57.5%和34.6%.在沉积物-水界面附近,孔隙水中氨氮和可溶性磷酸盐浓度随剖面深度的增加呈指数关系增长,在沉积物6～8cm左右达到最大值.运用Fick第一定律对孔隙水营养盐的扩散通量进行估算,发现芦苇较香蒲更能有效地抑制孔隙水中氨氮的再次释放,从对照区的最高值3.57～4.48mg/(m2.d)降低0.90～1.24mg/(m2.d);磷酸根扩散通量3个区域的数值相差不大,在0.02～0.04mg/(m2.d)间波动;硝态氮3个区域均表现为上覆水向间隙水中扩散.相关分析结果表明,沉积物中交换态营养盐含量与孔隙水中含量呈显著正相关关系,因此控制营养盐的可交换态含量可能是防止湿地沉积物营养盐二次污染的有效途径之一.     

骆马湖泥-水界面磷铁硫原位同步变化特征

利用薄膜梯度扩散(DGT)原位采样装置获取了骆马湖全湖8个典型湖区泥-水界面(SWI)活性磷(P)、铁(Fe)、硫(S)垂向分布信息,据此定量估算三者交换通量.结果表明,骆马湖沉积物剖面P、Fe、S浓度范围分别为0～2.05,0～11.10和0.01～0.63mg/L,并在微小尺度呈高度空间异质性.在水平方向上活性P、...     

低温期浅水湖泊氮的分布及无机氮扩散通量:以白洋淀为例

本文以我国华北地区最大的浅水湖泊白洋淀为研究对象,探究其低温期沉积物-水界面无机氮的分布特征,分析沉积物孔隙水中无机氮扩散通量对上覆水水质的影响.结果 表明,低温期白洋淀表层水总氮(TN)平均浓度范围为4.83 ～ 8.23 mg·L-1,氨氮(NH4+-N)平均浓度维持在0.21 ～0.34 mg·L-1之间,硝氮(...     

白洋淀上覆水及沉积物中微塑料赋存特征

为探究我国白洋淀淡水环境中微塑料的赋存特征,于2021年10月通过野外采样、实验室预处理、显微镜观察和激光红外光谱测定等方法鉴定了淀区10份上覆水及10份沉积物样品中微塑料的丰度分布、形状、粒径和聚合物类型,并通过Stokes沉降公式研究了微塑料在上覆水-沉积物界面的沉降规律,对其污染特征及潜在来源进行分析.结果表明,淀区上覆水及沉积物中微塑料丰度范围分别为474～19 382 n·m^-3和95.3～29 542.5 n·kg^-1,平均值为6 255.4 n·m^-3和11 088 n·kg^-1.上覆水中的微塑料主要聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯[PET,(17.20±0.26)%],沉积物中微塑料以氯化聚乙烯[CPE,(46.11±1.30)%]为主.淀区内微塑料的沉降速度从0.079 3～111.754 7 mm·s^-1不等,粒径大的颗粒沉降速度较高,易沉降并保留在沉积物中.研究区微塑料污染主要来源为洗涤废水产生的纺织纤维排放,船舶漆、船舶橡胶和建筑材料磨损等过程.     

白洋淀沉积物耗氧速率及氧亏效应研究

沉积物耗氧是影响水体溶解氧平衡的重要因素,受到沉积物有机质矿化的影响.本文采用柱培养法测定了白洋淀不同水文地貌分区和生境类型的表层沉积物耗氧速率(sediment oxygen demand,SOD),并基于地表水质量标准评估了白洋淀沉积物耗氧对水体产生的氧亏效应,探讨了白洋淀SOD与有机质(OM)的关系.结果表明,白...     

Impact of different benthic animals on phosphorus dynamics across the sediment-water interface

As a diagenetic progress, bioturbation influences solute exchange across the sediment-water interface (SWI). Different benthic animals have various mechanical activities in sediment, thereby they may have different effects on solute exchange across the SWI. This laboratory study examined the impacts of different benthic animals on phosphorus dynamics across the SWI. Tubificid worms and Chironomidae larvae were introduced as model organisms which, based on their mechanical activities, belong to upward-conveyors and gallery-diffusers, respectively. The microcosm simulation study was carried out with a continuous flow culture system, and all sediment, water, and worms and larvae specimens were sampled from Taihu Lake, China. To compare their bioturbation effects, the same biomass (17.1 g wet weight (ww)/m2) was adopted for worms and larvae.Worms altered no oxygen penetration depth in sediment, while larvae increased the O2 penetration depth, compared to the control treatment. Their emergence also enhanced sediment O2 uptake. The oxidation of ferrous iron in pore water produced ferric iron oxyhydroxides that adsorbed soluble reactive phosphorus (SRP) from the overlying water and pore water. Larvae built obviously oxidized tubes with about 2 mm diameter and the maximum length of 6 cm in sediment, and significantly decreased ferrous iron and SRP in the pore water compared to the control and worms treatments. Worms constructed no visually-oxidized galleries in the sediment in contrast to larvae, and they did not significantly alter SRP in the pore water relative to the control treatment. The adsorption of ferric iron oxyhydroxides to SRP caused by worms and larvae inhibited SRP release from sediment. Comparatively, worms inhibited more SRP release than larvae based on the same biomass, as they successively renewed the ferric iron oxyhydroxides rich oxidation layer through their deposition.     

白洋淀底泥化学性质在芦苇生境下的变化

于2004年6月对白洋淀底泥进行了调查采样.化学分析的结果表明,底泥中氮、磷、有机质含量较高.重金属铜、锌、镉、铅呈现出不同程度的污染.通过原状土柱试验探讨了底泥在较长时间里发生的物质转变和演化规律,土柱内不同的pH值、C/N、灌水量对底泥演化的影响.结果表明,在pH值为7.3、C/N为12:1、灌水量为80L条件下处理有利于芦苇对底泥的无害化处理.