藻源性黑水团环境效应:对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环影响

通过室内静态实验培养装置模拟了蓝藻细胞大量聚集、沉降死亡后对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环的驱动作用.结果表明,藻细胞沉降到沉积物表面50min内,溶解氧就消耗殆尽,形成厌氧、强还原环境,使得界面处大量的铁锰氧化物和硫化物发生厌氧还原.实验进行到第4d沉积物-水界面处Fe2+、Mn2+含量达到峰值,含量分别为4.40mg/L、2.35mg/L;实验结束时Fe2+含量表现下降,浓度仅为3.37mg/L;Mn2+急剧降低,浓度为0.97mg/L.而S2-含量变化则表现为第2d达到最高,含量为0.63mg/L;此后浓度一直降低,实验结束后浓度为0.12mg/L.在实验结束后测定的0～1cm处沉积物的ORP值为-150mV,表明沉积物处于强还原状态.藻体死亡引起的黑水团现象,在驱动沉积物中Fe、Mn、S发生强烈的生物地球化学过程的同时,也将对水体生态环境产生极大的影响.     

太湖流域典型河网水体氮磷负荷及迁移特征

对西太湖流域典型河道水体及沉积物氮磷含量进行分析,利用原柱样培养实验测定了沉积物-水界面氮磷交换通量及需氧量(SOD),并探讨他们之间的关系,结果表明:研究区域河道水体和沉积物氮磷总体含量水平较高,水体TN和TP平均含量分别为4.12mg/L和0.16mg/L,沉积物TN和TP平均含量分别为1658.76mg/kg和712.25mg/kg, NO₃^--N为水体无机氮的主要存在形态,NH₄⁺-N为沉积物无机氮的主要存在形态.沉积物需氧量(SOD)区域间差异较大,大体呈现西、南部区域较高,北部区域较低的特征;沉积物-水界面各无机氮磷交换通量分别为:NH₄⁺-N为-188.08~329.45mg/(m²·h),均值为13.05mg/(m²·h);NO₃^--N为-118.68~42.86mg/(m²·h),均值-28.09mg/(m²·h);NO₂^--N为-18.37~-4.81mg/(m²·h);均值-8.22mg/(m²·h);溶解性活性磷(SRP)为-10.94~10.58mg/(m²·h),均值1.34mg/(m²·h). NH₄⁺-N整体表现为由沉积物向上覆水释放,且与沉积物有机质(LOI)呈极显著正相关,SRP交换通量与沉积物中TP和TDP均显著正相关,表明NH₄⁺-N的释放与沉积物有机质的分解有关,SRP释放主要受沉积物TP和TDP影响.总体看,西部区域点位沉积物及水体氮磷污染最为严重,氮磷交换通量也较大,在区域内又表现为下游入湖口 > 上游的特征,表明人类活动对太湖流域典型河网氮磷水平及迁移转化特征影响较大.     

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%.     

原子力显微镜在环境样品研究与表征中的应用与展望

简要阐述了原子力显微镜仪器操作原理及最新成像技术发展情况;结合作者近期的研究工作,从环境微生物界面观察与表征、腐殖酸在微界面上的聚集行为观测、无机高分子絮凝剂的界面形貌及行为观察以及膜材料表面结构观测与表征等4个方面对原子力显微镜在环境领域内的应用情况作了概括介绍．最后,对原子力显微镜在环境微界面研究与表征中的应用前景进行了展望。     

崇明东滩沉积物再悬浮对沉积物-水界面氮、磷交换行为的影响

2002年7月采集崇明东滩低潮滩沉积物样和水样,运用模拟实验研究沉积物再悬浮作用对沉积物-水界面三态氮和可溶磷交换行为的影响实验发现,在沉积物不断发生再悬浮的过程中,水体中三态氮的含量明显增加,其中NO₃^--N变化最为显著,升高浓度值达11.869μmol·L^-1,NH₄⁺-N增长2.1713μmol·L^-1,NO₂^--N的释放约为0.2μmol·L^-1,可溶磷的含量也有少量的增加.同时,再悬浮作用对沉积物-水界面三态氮和可溶磷的环境地球化学行为也有一定的影响,与静置状态相比,NH₄⁺-N和NO₃^--N表现出与静置状态截然相反的变化规律,NO₂^--N受多种因素的影响,变化比较复杂,初期与静置状态相反而后表现一致.再悬浮颗粒物浓度也是制约沉积物-水界面三态氮和可溶磷变化的主要因子之一.实验结果显示,NH₄⁺-N在前7h以内的变化和悬浮颗粒物浓度表现出较好的相关关系,后5h呈负相关关系;NO₂^--N和可溶磷在整个过程中与悬浮颗粒物浓度的变化都有着很好的相关性,只有NO₃^--N的变化与其关系比较薄弱.     

溶解氧对水质变化和沉积物吸磷过程的影响

通过室内模拟实验,研究有光和黑暗条件下,富氧和缺氧环境对东太湖沉积物吸收磷酸盐过程的影响.研究结果表明沉积物能够吸收上覆水中高质量浓度的磷酸盐,但吸收量和吸收速度随环境条件的不同而不同;缺氧环境上覆水中的pH高于或略高于相同光照条件下的富氧环境;实验开始的前20d,富氧环境有利于沉积物吸附上覆水中的磷酸盐,并快速达到吸附平衡,缺氧环境则相反;实验开始20d后,有光缺氧组上覆水中磷酸盐质量浓度开始迅速下降,且明显低于其他实验条件;富氧环境沉积物中总磷的增加量高于缺氧环境,其含量顺序为无光富氧＞有光富氧＞有光缺氧＞无光缺氧;溶解氧对沉积物中铁结合态磷和钙结合态磷含量的影响较大,对有机磷含量的影响不大.     

夏、秋季长江口外海域沉积物-水界面溶解无机碳的交换通量

沉积物-海水界面是海洋中溶解无机碳(DIC)转移和储存的重要场所，长江口外海域拥有特定的沉积物-水界面交换的空间格局，研究其沉积物-水界面DIC的交换过程对于碳的循环和转化具有重要意义.本研究于2021年8月和2021年10月在长江口外海域采集沉积物样品及原位底层海水，通过实验室模拟培养法计算了该海域沉积物-水界面DIC的交换通量，并研究了沉积物间隙水-上覆水的DIC浓度差、温度、盐度和pH对DIC交换通量的影响.结果表明，夏季和秋季研究海域沉积物-水界面DIC交换通量平均值分别为(432.45±190.78)μmol·m^-2·h^-1和(223.05±110.39)μmol·m^-2·h^-1.夏季交换通量高于秋季，DIC扩散方向均由沉积物向上覆水释放，表明沉积物表现为DIC的“源”.此外，交换通量会随着DIC浓度差或温度升高而升高，随着盐度或pH升高而降低.     

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.      

极低风速条件下水-气界面甲烷气体传输速率分析

薄边界层理论被广为用来计算水-气界面气体通量,而气体传输速率(k600)则是其中的关键性环境因子.为了研究极低风速下小型浅水湿地水-气界面甲烷气体传输速率,以宜昌饮用水水库梅子垭水库和周邻5个富营养化池塘为研究对象,采用静态通量箱进行了为期一年的水-气界面甲烷气体通量观测,同步监测了水环境因子和气象因子.野外监测时的风速(U10)范围为0~0.75 m·s~(-1),平均值约为0.19 m·s~(-1);水温(Tw)变化范围为6.3~30.9℃,平均值约为19.3℃.结果表明,梅子垭水库和周边5个池塘水-气界面甲烷气体传输速率较小,在0.20~1.99 cm·h~(-1)之间变化,平均值约为0.50 cm·h~(-1).本研究利用表层水温和风速指标两个参数的双二次项模型和二次项加幂函数模型,回归得到了气体传输速率的数学公式,回归结果与原始数据和对k600进行深度平均(bin-averaged)后的数据均存在极显著性关系.     

固体火箭发动机粘接界面湿热老化实验

对固体火箭发动机粘接界面试验件进行了不同湿热条件下的加速老化试验,并测量了不同老化时间粘接界面的扯离强度,描述了湿热老化试验和性能测试中的试验现象,结合复合材料微粘接结构吸湿规律对试验现象和撤离强度随老化时间变化曲线进行了分析。研究结果表明:衬层-推进剂粘接界面是固体火箭发动机粘接结构中最薄弱环节,应予以重点考虑;湿热老化促进了环境水分从衬层–推进剂界面向推进剂内部的扩散和渗透,致使弱边界层向推进剂内部扩展,导致了衬层-推进剂界面粘接强度的降低。试验件平均扯离强度随老化时间呈下降趋势,中间有一个强度趋于稳定的平台期。 