物理和生物组合扰动对底泥微界面过程的影响

借助Rhizon间隙水采样技术、Unisense微电极技术,解析了物理扰动和摇蚊幼虫组合扰动对底泥微界面和微环境特征的协同作用.结果表明,组合扰动、生物扰动均导致溶解氧渗透深度(OPD)、总氧气交换速率(TOE)、含水率、总微生物活性显著增加,并保持在高于对照实验的水平.并且,组合扰动下,这些指标随着物理扰动强度增加而有所增加.对于Fe2+而言,组合扰动和生物扰动均导致Fe2+含量明显降低,且降低幅度明显大于对照实验.Fe2+、含水率、总微生物活性在底泥0~4 cm内受扰动影响变化幅度较大.这可能是内源磷形态转化的"活性区域".对组合扰动下OPD、TOE、Fe2+、含水率、总微生物活性与物理扰动强度进行曲线拟合.结果表明,各拟合方程均符合2阶多项式,且当扰动强度≥34 r·min-1,组合扰动对上述指标产生"跃变式"叠加作用.这种改造效应可能是内源磷形态转化的主要诱发机制.     

物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和形态转化的协同作用

为探讨物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和形态转化的协同作用,选取了苏州某富营养化河道为研究对象.利用室内静态培养试验和Rhizon间隙水采样技术,着重对比了单纯的摇蚊幼虫扰动和组合扰动下,上覆水、间隙水、沉积物中磷形态数量分布的变化规律.结果表明,组合扰动下,上覆水中不同形态磷含量(TP、PP、DTP、DIP)均处于较高水平,明显高于摇蚊幼虫扰动.这可归因于微生物活性的显著增加.与摇蚊幼虫扰动相比,组合扰动下,间隙水中DIP和Fe2+浓度的降低幅度和降低范围明显更大.这主要是由于物理扰动和底栖生物扰动产生的叠加效应,导致溶解氧渗透深度增加.另外,0~2 cm沉积物中,NH4Cl-P含量明显降低,Fe/Al-P明显增加,并且,NH4Cl-P和Fe/Al-P的变化幅度均在组合扰动下最大.这暗示了物理扰动和底栖生物扰动对磷再生和迁移产生的叠加效应.     

摇蚊幼虫与霍甫水丝蚓扰动对河流沉积物中氮、磷、氧释放的影响

定量研究河床沉积物中的生物扰动对污染物的影响效应,对于维护河流健康具有重要的理论指导作用.基于室内实验模拟摇蚊和霍甫水丝蚓对河床沉积物的扰动过程,研究两种生物扰动作用对沉积物中氮、磷释放以及生物扰动对上覆水中溶解氧的影响.在相同的沉积物环境中分别放入单一物种,实验结果显示,相对于空白组,摇蚊幼虫组的上覆水中氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为2.32、0.787、0.105 mg·L-1,霍甫水丝蚓组的氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为0.72、0.462、0.063 mg·L-1,表明摇蚊幼虫和霍甫水丝蚓的扰动作用均能促进沉积物中氨氮、总氮、总磷向上覆水中的释放,且摇蚊幼虫对污染物释放的作用效果比水丝蚓更明显;当摇蚊幼虫和水丝蚓混合放入后,摇蚊幼虫对沉积物中氨氮、总氮、总磷释放起主要促进作用;在混合实验组(摇蚊23条,霍甫水丝蚓47条)中,氨氮、总氮、总磷的平均净增量均低于单一物种的摇蚊组和水丝蚓组,表明在该组中,摇蚊幼虫和霍甫水丝蚓在沉积物中共同扰动作用对氮、磷释放的促进效果减弱;对上覆水中溶解氧浓度而言,摇蚊所占比例越高,溶解氧浓度就越低,且上覆水中的溶解氧浓度变化,会影响生物扰动对沉积物氮、磷释放的效果.     

摇蚊幼虫与霍普水丝蚓扰动对河流沉积物中氮、磷、氧释放的影响

定量研究河床沉积物中的生物扰动对污染物的影响效应,对于维护河流健康具有重要的理论指导作用.基于室内实验模拟摇蚊和霍普水丝蚓对河床沉积物的扰动过程,研究两种生物扰动作用对沉积物中氮、磷释放以及生物扰动对上覆水中溶解氧的影响.在相同的沉积物环境中分别放入单一物种,实验结果显示,相对于空白组,摇蚊幼虫组的上覆水中氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为2.32、0.787、0.105 mg · L^-1,霍普水丝蚓组的氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为0.72、0.462、0.063 mg · L^-1,表明摇蚊幼虫和霍普水丝蚓的扰动作用均能促进沉积物中氨氮、总氮、总磷向上覆水中的释放,且摇蚊幼虫对污染物释放的作用效果比水丝蚓更明显;当摇蚊幼虫和水丝蚓混合放入后,摇蚊幼虫对沉积物中氨氮、总氮、总磷释放起主要促进作用;在混合实验组(摇蚊23条,霍普水丝蚓47条)中,氨氮、总氮、总磷的平均净增量均低于单一物种的摇蚊组和水丝蚓组,表明在该组中,摇蚊幼虫和霍普水丝蚓在沉积物中共同扰动作用对氮、磷释放的促进效果减弱;对上覆水中溶解氧浓度而言,摇蚊所占比例越高,溶解氧浓度就越低,且上覆水中的溶解氧浓度变化,会影响生物扰动对沉积物氮、磷释放的效果.     

底栖扰动对城市河流沉积物CO2和CH4释放的影响

以具有不同扰动功能的黄色羽摇蚊幼虫(Chironomus flaviplumus)、苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)和椭圆萝卜螺(Radix swinhoei)为对象,通过微宇宙实验探究不同底栖动物扰动效应下的沉积物界面理化因子演变特性以及对温室气体CO₂和CH₄释放的影响规律.结果表明,不同扰动类型的底栖动物对沉积物-水界面的溶氧(DO)特征带来差异化改变,并影响了有机质的好氧/厌氧分解和碳素转化,进而改变了CO₂和CH₄的产生及释放量:1) 3种底栖动物对CO₂和CH₄释放的影响存在差异:苏氏尾鳃蚓对两种温室气体的释放呈现最强的促进作用(为对照组的1.59和1.64倍),椭圆萝卜螺对两种温室气体释放的影响不显著,而摇蚊幼虫一定程度上抑制了CH₄释放.2)尾鳃蚓扰动下更多的碳素被消耗(表层沉积物和上覆水的TC含量减少)并生成CO₂和CH₄从系统逸出,其最低的DO渗透深度...     

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.     

太湖摇蚊幼虫对底质环境及内源释放的影响

该研究通过开展室内原位静态模拟试验,探讨了太湖梅梁湾常见优势种类羽摇蚊和长足摇蚊对底质环境以及内源释放的生物扰动效应,研究结果表明:2种幼虫均促进了沉积物的耗氧作用、显著降低了上覆水的溶氧量、促进沉积物中硝态氮向间隙水的溶出、促进沉积物氨氮向上覆水的释放;长足摇蚊促进了沉积物碱性磷酸酶活性和溶解反应性磷的溶出。2种摇蚊幼虫的物理扰动和生理代谢活动改变了泥水界面的氧化还原环境,促进沉积物的耗氧矿化作用,从而加速内源释放,对沉积物-间隙水营养盐的溶出和吸附平衡产生显著影响。     

多重扰动对湖泊内源磷迁移转化的影响

为了阐明多重扰动因素对内源磷迁移转化的影响,以太湖梅梁湾沉积物为研究对象,借助Rhizon间隙水采样技术、Unisense微电极系统等技术,研究了扰动下泥水两相间溶解氧、不同形态磷、铁离子等变化规律.结果表明,与对照实验相比,河蚬的出现致使沉积物内部溶解氧含量降低.扰动致使间隙水中DIP的峰值区域由3~4 cm迁移至4~5 cm,暗示了摇蚊幼虫和河蚬的引入使得DIP再生的"活跃区域"更深入泥层.并且,河蚬和藻类的出现进一步降低了间隙水中DIP的含量,其主要来源于NH_4Cl-P的释放,去向为上覆水和形成Fe/Al-P.随着扰动因素的增加,NH_4Cl-P转化为Fe/Al-P的比重也逐渐增加(由44%增至59%).     

富氧-缺氧过程对氧气分布及交换过程影响

为考察底层水体不同的氧动态对水土界面氧气交换过程影响,采用Unisence的微电极测试系统考察底层水体不同的复氧-缺氧环境(物理微曝空气供氧、添加过氧化剂的化学供氧及物理微曝氮气)中,沉积物-水界面氧气的分布及其传输机制,并评估不同富氧与厌氧过程对表层沉积物有机碳的矿化过程的影响.结果表明水体处极度厌氧状况,控制溶解氧分布和交换的水底扩散边界层(DBL)厚度明显变薄(一般在0.2~0.4mm)且溶解氧衰变相对较缓.但底层水体溶解氧丰富甚至处于过饱和状态, DBL层的厚度(一般在0.4~0.7mm)相对较厚且氧气变化迅速 (P<0.05).增加水体氧气供给的条件下,水体与沉积物间溶解氧交换过程加快,溶解氧交换通量由(4.87±0.92)增加至(5.31±0.66 )及(17.14±3.15 ) mmol O2/(m2·d)交换速率,最高提升252%,温度升高氧气交换速率可增加15%,温度效应明显.     

扰动对东平湖表层沉积物中氮磷释放的影响

采集东平湖表层沉积物,探讨了扰动对湖泊沉积物中营养盐释放的影响。结果表明,扰动导致的沉积物再悬浮并不会明显改变上覆水的酸碱环境,但是会促进易溶性阳离子的释放。扰动强度为25和50r/min时,沉积物中TN的累积释放量和释放速率均相近,没有明显的差异。但是,当扰动强度增大到100r/min时,与静态释放(即扰动强度为0r/min)相比,沉积物中TN的累积释放量和释放速率分别增加了5.02mg/kg和73.5%;与静态释放(即扰动强度为0r/min)相比,扰动强度为25r/min、50r/min和100r/min时,TP的累积释放量分别增加了0.185、0.263和0.320mg/kg,释放速率也比静态条件下明显增大,分别比静态条件增加了36.2%、41.7%和127.6%。TN和TP的释放量和释放速率均随着扰动强度的增大而呈显著增加的趋势,这表明扰动对沉积物中的TN和TP的释放均具有较大的影响。     

不同扰动强度下城市重污染河道底泥对磷吸收和固定的影响

以重污染河道底泥和上覆水为材料,研究了周期性加入外源磷条件下,不同扰动强度下底泥吸附和固定磷的作用机制.结果表明,扰动可以增加底泥对外源磷的吸附,而且扰动强度越大,底泥对外源磷吸附效率越高.另外,尽管加入的磷以溶解性磷酸盐(DIP)形态存在,但扰动强化了DIP向颗粒态磷(PP)的转化,从而降低了水体中生物可利用磷含量.内源磷形态分析表明,弱吸附态磷(NH4Cl-P)呈降低趋势,而铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙结合态磷(HCl-P)和残渣磷(Res-P)均呈增加趋势,但以Fe/Al-P增加幅度最大(占总磷的百分比超过80%,以3种扰动强度下平均值计).结合到非闭蓄态Fe/Al-P中的外源磷逐渐增加占Fe/Al-P净增加量的百分比分别为37.49%(100 r·min-1)、42.32%(200 r·min-1)、54.24%(300r·min-1),导致闭蓄态铁铝结合态磷净增加量占总磷净增加量的百分比随扰动强度增加有所降低,同样,钙结合态磷的变化趋势也基本一致.说明在较短的时间尺度上和较大的扰动强度下,连续加入的外源磷主要以易释放态磷形式存在,即底泥对外源磷的吸附以暂时性的持留为主.     

不同水力扰动强度对老化PSMPs在泥水两相间迁移的影响

以太湖为研究对象,针对老化聚苯乙烯微塑料（PSMPs）,探讨了水力扰动强度对PSMPs在泥水两相间的迁移过程,并通过FTIR和SEM-EDS等微观表征手段对PSMPs的形貌和元素等进行表征.结果发现,扰动条件下(55r·min^-1和120r·min^-1),上覆水中悬浮物（SS）和PSMPs均高于对照实验.这是缘于无扰动条件下,PSMPs受浮力影响,团聚在水面.在低强度(55r·min^-1)扰动下,上覆水中SS和PSMPs分别为（264.67±16.01）mg·L^-1和（239.67±6.51）n·mL^-1,而高强度(120r·min^-1)扰动下,上覆水中SS和PSMPs分别为（264.67±16.01）mg·L^-1和（239.67±6.51）n·mL^-1.在底泥中,PSMPs分别为（491.00±23.46）mg·L^-1和2.00n·mL^-1.且根据SEM-EDS分析,...     

扰动强度对太湖沉积物中磷释放及其形态转化的影响

通过室内试验模拟了太湖沉积物在不同扰动强度下的悬浮过程,研究了沉积物扰动强度对磷释放及其形态转化的影响.结果表明,较高扰动强度下(相当于太湖风速12 m.s-1),水体中不同形态磷(总磷、颗粒态磷、溶解性总磷)含量均高于较低扰动强度(相当于太湖风速8 m.s-1).其中,两者分别扰动1h后,总磷和颗粒态磷分别达到0.950 mg.L-1、0.384 mg.L-1和0.882 mg.L-1、0.328 mg.L-1,该水平保持到试验结束.然而,溶解性总磷则呈逐渐降低的趋势.这主要归因于悬浮物的吸附和微生物的快速利用.较高和较低扰动强度下,悬浮物上总磷(Tot-P)分别增加了10 mg.kg-1(平均值)和60 mg.kg-1(平均值).较高扰动强度下铁铝结合态磷的变化恰好说明了形态磷间存在转化趋势.因为铁铝结合态磷增加了85.7 mg.kg-1(平均值),明显高于Tot-P的实测值(10 mg.kg-1,平均值)和理论值(27 mg.kg-1,平均值),说明有其它形态磷转化成铁铝结合态磷.弱吸附态磷和钙结合态磷含量的降低正说明这一点.这显示在扰动状态下,不同形态磷之间至少发生了以水为媒介的间接性转化.     

修复方式对滩涂贝类养殖底质TN、TP及TOC影响的室内模拟实验

通过室内模拟实验方法,探讨了物理修复方式(翻耕、压沙加翻耕)和投放双齿围沙蚕(Perinereis aibuhitensis)的生物修复方式下滩涂文蛤(Meretrix meretrix)养殖区底质中TN、TP及TOC含量的变化特征.结果表明,物理修复组中,翻耕20 cm组底质TN、TOC的去除效果及翻耕30cm和翻耕加压沙组底质TN、TP及TOC的去除效果较对照组均达到了显著水平(p0.05),且不同修复组对3种指标的去除率大小顺序一致,均表现为翻耕加压沙组最佳,翻耕30 cm组次之,翻耕20 cm组最差;生物修复组中,双齿围沙蚕对底质修复效果明显,0.28 kg·m-2密度组对TN、TP的去除效果及0.14 kg·m-2、0.21 kg·m-2密度组对TN、TP及TOC的去除效果均较对照组达到了显著水平(p0.05),其中,0.21 kg·m-2密度组对TN、TP及TOC的修复效果均最佳,而较高密度的0.28 kg·m-2组的修复效果反而降低,说明沙蚕总体修复效果并不完全随投放密度的增加而增强.     

大沽排污河底泥释放总氮的影响

在实验室模拟条件下,考察了上覆水的溶解氧DO、pH值、温度、含盐量及扰动速率等环境因子对大沽排污河底泥释放总氮的影响.结果表明:厌氧条件下底泥释放总氮的强度高于好氧条件和自然条件下的释放强度;上覆水的pH呈中性时底泥释放总氮的强度最大,酸性条件下底泥释放总氮的强度高于碱性条件;升高温度可促进底泥释放总氮;扰动可提高底泥释放总氮的强度,但当扰动速率增加到一定程度时,反而会抑制总氮的释放,因此,至最后实验结束时,扰动速率为60r.min-1的体系中底泥释放总氮的能力最强;当实验达到平衡时,含盐量为0mg.L-1的体系中底泥释放总氮的能力最强.     

多环芳烃在岩溶地下河表层沉积物-水相的分配

利用实测老龙洞地下河水中和沉积物中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的实际浓度,获取了溶解相-沉积物中PAHs的分配系数Kp值.研究了老龙洞地下河PAHs在水相和沉积物中的质量浓度变化及其在水相和沉积物间的分配.研究结果表明水相和沉积物中PAHs质量浓度分别为81.5~8 089 ng·L-1,平均值(1 439±2 248)ng·L-1和58.2~1 051 ng·g-1,平均值(367.9±342.6)ng·g-1;PAHs组成均以2~3环为主,但沉积物中明显富集高环PAHs.沉积物-水相Kp值分布在55.74~46 067 L·kg-1范围内,随PAHs环数的增加而增大.沉积物-水相中实测的有机碳分配系数(lg Koc)大部分高于预测值上限,PAHs强烈吸附在沉积物上.lg Koc与正辛醇-水分配系数(lg Kow)呈较好的线性自由能关系(R2=0.75),但其斜率小于1,推测地下河沉积物对PAHs化合物的吸收能力较差.