底栖穴居动物对潮滩N迁移转化的影响

以软体动物河蚬(Corbiculafluminea)为例,运用实验模拟的方法,通过对上覆水、孔隙水和沉积物的对比分析,研究了底栖动物对潮滩N迁移转化的影响。实验结果发现,河蚬主要通过排泄和生物扰动影响N在沉积物-水界面间的迁移转化。在富氧的环境下,底栖动物的活动结果使NO3 N在上覆水中有明显的持续累积效应,NH4 N在较深层孔隙水中积累,而NO2 N易在沉积物中累积。     

桑沟湾和胶州湾夏季的沉积物-水界面营养盐通量研究

1999年8月通过原样培养研究了黄海的桑沟湾和胶州湾潮下带沉积物-海水界面的营养盐通量.结果表明,两个湾的沉积物均向水层释放NH4-N,通量为0.76(桑沟湾)和0.67 mmol/m2·d(胶州湾),对水层初级生产所需无机氮的贡献为14%(桑沟湾)和12%(胶州湾);桑沟湾的沉积物对PO4-P有净吸收,通量为-1.17mmol/m2·d,而胶州湾的沉积物释放PO4-P,通量为0.01 mmol/m2·d.与其他近岸浅海环境相比,桑沟湾和胶州湾的沉积物-水界面营养盐通量及对水层初级生产的贡献率均处于较低水平.回归统计分析表明,桑沟湾和胶州湾沉积物-水界面的NH4-N通量与沉积物表层的C、N含量正相关,PO4-P通量与沉积物耗氧率和上覆水PO4-P浓度相关.     

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.     

河流库区沉积物-水界面营养盐及气态氮的释放过程和通量

以九龙江北溪西陂电站库区为例,于2013年不同季节开展原状泥柱静态培养、气态氮水柱剖面观测和通量模拟实验,结合水和沉积物理化参数和微生物参数,研究河流库区沉积物-水界面营养盐及气态氮的释放过程和通量.结果表明,库区沉积物NH+4和PO3-4总体表现为释放行为[平均NH+4通量(480±675)mg·(m2·d)-1,平均PO3-4通量(4.56±0.54)mg·(m2·d)-1],而NO-3和NO-2表现为吸附行为.洪水季节带来大量的有机质沉积在库区,造成枯水期沉积物无机氮磷向上覆水体释放.湖泊区气态氮释放以N2为主(>98%),沉积物-水界面N2释放通量平均为(15.8±12.5)mg·(m2·d)-1.水柱N2净增量有明显的空间差异和垂向分布规律,受沉积物-水界面生地化过程(反硝化和厌氧氨氧化作用)和流动水团的综合影响.下游站位存在较强的硝化作用,N2O相对富集,主要受水中氨氮占无机氮的比例控制.     

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.     

春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性

为研究春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性,于2016年4月采集香溪河库湾上覆水和沉积物样品,分析香溪河库湾沉积物-水系统不同氮形态营养盐浓度的分布特征,计算沉积物-水界面不同氮形态的扩散通量并与环境因子进行相关性分析.结果表明,香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ(TN)的变化范围分别为1.10~6.90 mg·L-1和6.19~32.57 mg·L-1;上覆水和沉积物间隙水中氮质量浓度在沿程和垂向上有一定的变化规律:各采样点上覆水中氮质量浓度在沿程和垂向上没有明显的变化趋势,上游区域的沉积物间隙水中氮质量浓度明显大于下游区域,沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)明显大于上覆水,沉积物间隙水ρ(NO-3-N)略小于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为NH_4~+-N的"源",NO-3-N的"汇";NH_4~+-N的扩散通量范围为2.70~4.72 mg·(m2·d)-1;NO-3-N的释放通量范围为-1.61~-0.62 mg·(m2·d)-1;香溪河库湾沉积物氮主要以铵态氮的形态存在:沉积物中ρ(NH_4~+-N)范围为69.97~1 185.97 mg·kg-1,ρ(NO-3-N)范围为2.78~38.17mg·kg-1,沉积物ρ(NH_4~+-N)与沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)在表层0~8 cm的变化趋势一致.     

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.     

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.      

低溶解氧状态下河网区不同类型沉积物的氮释放规律

采集浙江温州温瑞塘河河网中4个受不同人类行为干扰的沉积物样品,分别代表受河道上游来水、制革厂排水、建筑垃圾和生活污水排放的影响,研究了低溶解氧(DO)状态下不同类型沉积物各形态氮(N)的释放规律.结果表明,低DO状态下,不同上覆水条件能明显影响沉积物-水系统中N迁移转化.上覆水污染越重越不利于沉积物中N释放,水质改善后易促进沉积物中N的释放.屿田河高营养盐水平的上覆水中的N仍能在扩散作用下进入沉积物,并导致已严重污染的沉积物中总氮(TN)和硝酸盐氮(NO3--N)含量增加,控制河流外源N持续输入利于沉积物污染负荷的降低.低DO状态下各类沉积物中氨氮(NH4+-N)均会释放进入上覆水,而NO3--N则迁至沉积物中,并在反硝化作用下脱离系统.NH4+-N的释放量取决于其在沉积物中的含量.低DO状态下NO3--N释放的风险小于NH4+-N.     

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.     

河蚬(Corbicula fluminea)扰动对湖泊沉积物性质及磷迁移的影响

为探讨河蚬(Corbicula fluminea)扰动对湖泊沉积物性质及磷在沉积物-水界面迁移转化过程,以太湖西岸富营养化湖区大浦口为对象,开展室内培养实验,利用Rhizon间隙水采集器获取实时间隙水,测定溶解活性磷(soluble reactive phosphorus,SRP)在沉积物-水界面通量、分析沉积物基本性...     

河蚬或藻存在下组合扰动对内源磷迁移的影响

为阐明河蚬(Corbicula fluminea)或铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)存在下,物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和迁移转化的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物为研究对象,分析了上覆水、间隙水、沉积物中不同形态磷的变化规律.结果表明,与摇蚊幼虫扰动和组合扰动相比,河蚬或藻类的出现都会使得上覆水中不同形态磷(总磷、溶解性总磷、溶解性磷酸盐、颗粒态磷)显著增加.河蚬或藻类均导致间隙水DIP明显降低,并致使DIP峰值区域向更深处迁移(3~4cm变为4~5cm),而对照试验则相反.与对照试验相比,河蚬或藻存在下组合扰动均导致0~4cm沉积物NH₄Cl-P含量及其占总磷百分比降低,Fe/Al-P含量及其占总磷百分比增加,并且河蚬或藻对NH₄Cl-P降低和Fe/Al-P增加的影响基本一致.在多种扰动因素存下,摇蚊幼虫对上覆水中DTP和DIP贡献最大,后者可能源于摇蚊幼虫显著降低了间隙水中DIP含量及沉积物中NH₄Cl-P含量.这暗示了在组合扰动基础上叠加河蚬或者藻类,均进一步促进了内源磷再生和迁移.     

淡水沉积物中Cd和Cu对河蚬的毒性效应研究

以淡水底栖动物河蚬(Corbicula fluminea)为受试生物,研究了淡水沉积物中重金属Cd和Cu对河蚬的12h挖洞行为和10d存活率的影响.结果表明,河蚬对加标Cd和Cu的淡水沉积物均产生了明显的规避行为.在12h挖洞行为试验中,河蚬对沉积物中Cd的污染反应比Cu更加灵敏,暴露于Cd和Cu的10mg/kg的沉积物中时,河蚬的挖洞比率分别为0.39和0.43.在10d存活率试验中,河蚬的存活率随沉积物中Cd和Cu浓度的升高而降低.在Cd加标浓度为10mg/kg的沉积物中,河蚬的存活率为93.3%,当Cd加标浓度达到300mg/kg时,河蚬存活率降为43.3%;在Cu加标浓度为10mg/kg的沉积物中,河蚬存活率为96.3%;而当Cu加标浓度达到500mg/kg时,河蚬存活率降为34.3%.加标Cd和Cu的两种淡水沉积物对河蚬的LC₅₀分别为285、690mg/kg,表明河蚬对Cd的毒性反应更加灵敏.比较河蚬的挖洞行为和存活率对重金属Cd和Cu的指示作用,挖洞行为比存活率更加快捷,对沉积物中Cd和Cu的指示作用更加明显,故在沉积物重金属污染监测中应优先考虑挖洞行为.     

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.     

Influence of Chironomid Larvae on oxygen and nitrogen fluxes across the sediment-water interface (Lake Taihu, China)

The microscale distribution of oxygen,the nitrogen flux and the denitrification rates in sediment inhabited by chironomid larvae(Tanypus chinensis) were measured in eutrophic Lake Taihu,China.The presence of the chironomids in the sediment increased the oxygen diffusional flux from 10.4 ± 1.4 to 12.7 ± 2.5 mmol O 2 /(m 2 ·day).The burrows of the larvae represented "hot spots" and strongly influenced the nitrogen cycles and diagenetic activity in the sediment.The results indicate that the bioturbation effects of Tanypus chinensis chironomid larvae increased the capacity of the sediment as a sink for nitrate and a source for ammonium.Nitrate influx and ammonium outflux were increased 8.8 and 1.7 times,respectively.Under bioturbation,the amount of nitrate consumed was greater than the amount of ammonium released.The total denitrification rate was also enhanced from 0.76 ± 0.34 to 5.50 ± 1.30 mmol N/(m 2 ·day).The net effect was that the bioturbated sediments acted as a net sink for inorganic nitrogen under direct and indirect bioturbation effects compared to the control.     

沙蚕生物扰动对河口沉积物中菲释放的影响

生物扰动是一个重要沉积物-水界面过程,影响沉积物中污染物的归趋.为了探究生物扰动对沉积物中多环芳烃释放的影响.在室内进行30 d的沙蚕生物扰动对河口沉积物中菲释放的影响实验.结果表明,相对于对照,生物扰动提高水体中颗粒态菲达到2.96~10.35倍,溶解态菲为9.55~17.44倍.由此可见,沙蚕的生物扰动极大的促进了沉积物中菲向水体释放.在生物扰动处理中,两种形态的菲所占比例不同,其中溶解态菲占释放总量的80%以上,表明沙蚕的生物扰动主要是提高水体中溶解态菲.由于溶解态菲能被生物所利用,通过食物链威胁人类健康.因此,沙蚕生物扰动造成的沉积物中的污染物释放具有潜在的生态风险.     

物理改良对湖泊沉积物和间隙水特征的影响

采用物理改良措施覆沙和底质疏松,对南四湖湿地沉积物-水微界面氧化还原状况及间隙水营养盐垂向分布特征的影响进行了研究.结果表明,改良措施能够有效地改善沉积物的物理结构及氧气的垂向分布.在沉积物-水界面附近,覆沙和底质疏松均能显著提高界面处氧化层的厚度,覆沙效果最佳.随着剖面深度的增加,间隙水中NH4+和可溶性PO43-浓度呈指数关系增长,改良措施能有效降低间隙水中PO43-的含量,轻度底质疏松的效果最佳,差异显著(P<0.05).而界面以下NO3-和氧气浓度呈指数关系下降,在沉积物中10cm以下时营养盐接近一个常数,在4mm以下溶解氧接近0.对剖面沉积物不同形态的磷组分进行统计检验表明,改良措施能有效提高表层沉积物中NH4Cl-P 及BD-P(铁磷)的含量.     

不同扰动下外源磷在形态磷间的分布规律

研究了3种扰动方式对外源磷在上覆水、间隙水、底泥中的数量分布的影响,并分析了内源磷形态间的转化过程.结果表明,与对照实验相比,物理扰动能促进上覆水中磷向底泥迁移,并高于生物扰动和组合扰动的促进作用,并且,三者均高于对照实验.这可归因于溶解氧的渗入.物理扰动能降低间隙水中DIP的平均含量,相比对照实验降低了12.13%(第6 d和第10 d平均值),但降低程度不如生物扰动(38.63%)和组合扰动(50.79%).3种扰动均能促进Fe/Al-P和Ca-P的形成,其中,物理扰动下Fe/Al-P和Ca-P平均形成量最大,物理扰动下AAP含量一直在减小,暗示物理扰动明显促进了AAP向闭蓄态的Fe/Al-P或者Ca-P转化.     

长江口最大浑浊带潮滩沉积物间隙水营养盐剖面研究

2005-03～2006-02对长江口崇明东滩高、中、低潮滩3个典型站点沉积物间隙水中各营养盐成分含量及其随深度的变化做了为期1a的逐月观测.结果显示,研究区域间隙水中NH₄⁺和SiO₃^2-的浓度一般在200～500μmol/L之间,高、中、低潮滩间显示出了不同的分布态势;与高潮滩和中潮滩相比,没有植被覆盖、粒径较粗的低潮滩往往具有较高的NH+4浓度和较低的SiO₃^2-浓度;