城市河网区河流沉积物磷形态分布特征及释放贡献

以嘉兴城市河网区为研究区域,在调查区域水质和沉积物磷空间变化特征的基础上,分析沉积物中各形态磷的垂直与空间赋存状态,通过吸附释放参数计算EPC₀值,明确了沉积物-水界面磷迁移影响因素和沉积物中活跃磷素的释放风险和贡献.结果表明,研究区域水质氮磷污染较为严重,沉积物TP含量均值呈北部河网区>西部河网区>南部河网区,基于单因子指数法的生态风险评价为Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级的样本比例分别为10.91%、25.45%和63.64%.沉积物各形态磷整体呈现TP>IP>HCl-P>NaOH-P>OP,沉积物生物有效磷（BAP）整体呈现Olsen-P>AAP>WSP>RDP;在沉积物垂直剖面中,部分位点受到外界因素的强烈影响垂向波动较大,整体上是随深度的递增而减小,这与近年来研究区域接收的外源磷积累过程在加重有关.相关性分析表明,沉积物磷吸附容量（Q_max）与铁铝氧化物呈显著相关性 （p<0.05）;释放参数EPC₀与TP、IP与HCl-P呈显著相关性 （p<0.05）.结合BAP形态,研究区域河流沉积物NaOH-P、HCl-P、AAP、Olsen-P及WSP存在较高的释放潜力.南部河网区沉积物主要呈现磷“源”角色,西部和北部河网区部分区域沉积物充当磷“源”角色.南部河网区在长短时间尺度下的磷主要释放形态为NaOH-P、HCl-P和OP,北部河网区在长时间尺度下主要释放磷形态为NaOH-P、HCl-P,西部河网区在短时间尺度下主要释放形态以HCl-P为主,在长时间尺度下3种磷形态的释放风险仍然较高.     

基于蒙特卡洛模拟与PMF模型的黄河流域沉积物重金属污染评价及源解析

沉积物是河流的重要组成部分,而沉积物中重金属的富集严重威胁着水环境安全.黄河流域沿程分布着众多工业城市,且流域水土流失量大,泥沙携带重金属进入河流导致沉积物重金属污染问题日趋严重,研究黄河流域沉积物中重金属污染状况对流域生态安全具有重要意义.收集2000~2020年发表的关于黄河流域沉积物中重金属（铅、镉、铬、砷、锌、铜、镍和汞）含量的数据,首先基于描述性统计及地统计法分析重金属的空间分布特征,进一步采用蒙特卡洛法进行地累积指数（I_geo）、潜在生态风险及毒性单位概率的评价,最后结合正定矩阵因子分解模型（PMF）与Pearson相关性分析确定污染源个数及贡献率.结果发现,黄河流域沉积物中ω（Pb）、ω（As）、ω（Zn）、ω（Ni）、ω（Cu）、ω（Hg）、ω（Cr）和ω（Cd）的均值分别为26.92、11.78、87.17、31.13、24.96、0.07、73.36和0.58 mg·kg^-1,分别超过黄河流域各省土壤背景值均值1.27、1.08、1.26、1.05、1.09、2.32、1.14和5.95倍,其中Cd超标倍数最大,应当引起重视;I_geo：Cd>Hg>Cr>Cu>Pb>Zn>As>Ni,Cd和Hg存在中度-严重污染;数据表明黄河流域上、中和下游沉积物重度生态风险占比分别为18.6%、15.7%和7.1%,呈递减趋势;黄河流域沉积物中重金属处于低毒性状态;溯源分析表明黄河流域沉积物重金属的4个来源分别是矿业源（42.2%）、自然活动（38.3%）、农业活动（11.6%）和电镀废水（7.9%）.研究结果可为黄河流域制定相关污染防控措施提供依据.     

梯级拦河堰对典型山地城市河流重金属元素的滞留效应:以重庆市梁滩河为例

梯级拦河堰通过改变水力条件的方式将大量重金属元素滞留到河底沉积物中,滞留在沉积物中的重金属会长期影响地表水质和水生态.在2020年5月采集位于重庆市主城区、布设有梯级拦河堰的典型山地城市河流——梁滩河干流河底沉积物,并监测各河段内沉积物累积量和样品中重金属元素含量以及其它基本理化指标.结果表明,梁滩河干流沉积物ω（As）、ω（Cd）、ω（Cu）、ω（Hg）、ω（Ni）和ω（Pb）均值分别为（4.66±4.78）、（0.361±0.256）、（32.30±14.38）、（0.069±0.039）、（33.47±15.37）和（26.34±11.52） mg·kg^-1,由于污染源空间分布不均和梯级拦河堰对河流连通性的破坏,各点位沉积物重金属含量有着较大的空间变异系数.改进的地累积指数（I_m）显示,Cd是沉积物中污染水平最高的重金属元素;有12.50%的监测点位处于偏中度或中度污染水平,污染主要分布于建设用地集中的上下游区域.潜在生态风险评价指数法（RI）和沉积物质量基准法（SQGs）显示,除污染水平较高、毒性强的Cd和Hg外,流域内背景值含量较高的Ni也对地表水生态风险形成威胁.在梯级拦河堰的影响下,干流沉积物中滞留As、Cd、Cu、Hg、Ni和Pb总量分别为446.10、47.28、4997.80、10.81、5135.68和4048.16 kg,其中Cd、Ni和Pb会长期威胁地表水生态安全.由于较高的重金属滞留总量和更易形成厌氧环境,各级拦河堰上游附近河段也是重金属内源释放所需关注的重点区域.利用主成分分析和聚类分析解析沉积物中重金属元素来源：Cd、Cu和Pb主要源于居民/工业点源污染;Hg主要源于农业面源污染;As和Ni主要源于自然土壤侵蚀.     

崇明东滩湿地沉积物重金属污染的磁诊断

对取自崇明东滩的高潮滩、中潮滩和低潮滩的沉积物柱样进行了磁学、粒度、重金属含量等指标的分析、比较与综合研究. 结果表明:在以粉砂为主的崇明东滩,通过污染负荷指数法进行评价,除低潮滩无污染外,中潮滩和高潮滩均有中度的重金属污染. 选取中度重金属污染的高潮滩沉积物柱样进行粒度、重金属含量以及磁性参数的相关性分析显示,χ_fd,χ_ARM/SIRM与重金属含量和粘土(粒径<4 μm)之间有较高的相关性,并以此建立了磁诊断线性回归模型;χ_fd和χ_ARM/SIRM可作为重金属含量的替代指标.      

滇池福保湾沉积物不同形态磷的垂向分布

应用SMT连续提取法分析滇池福保湾柱状沉积物的磷(P)形态,探讨P形态的垂向分布特征.沉积物中总磷 (TP)含量高,最高达4　200 mg/kg, 无机磷 (IP)是TP的主要部分,占TP的52%～91%, 铁/铝结合态磷 (Fe/Al-P)是IP的主要部分,占IP的55%～94%.同一湖区不同采样点的沉积物P形态的垂向变化不同,湖湾北端近河口处和南端远离河口处的沉积物中Fe/Al-P, IP, 有机磷 (OP)和TP含量随深度增加而增加,6～11 cm 层的含量最高,这与近年来入湖河流污染负荷削减和河堤阻隔导致P入湖量减少有关.河口处沉积物的钙结合态磷 (Ca-P)含量随深度增加而增加,最南端沉积物的Ca-P含量随深度增加而减少.离河口较远的沉积物中,Fe/Al-P, IP, OP,TP和Ca-P均随深度增加而减少.各点沉积物P形态的变化受该点人类活动带来的入湖污染物量的影响较大,距河口最远处的沉积物中P形态随深度变化不如其他点明显.      

感潮河网溢油归宿的数值模拟研究

基于拉格朗日油粒子模型、溢油风化模型以及三维水动力、泥沙和吸附质模型构建了溢油双层数学模型.模型不仅能够模拟油膜的运动轨迹、岸边吸附与冲刷、油品性质变化过程,而且通过耦合泥沙吸附及沉积动力学过程,能够更加客观地模拟溢油从水体向底泥环境的迁移过程,更全面地反映溢油在环境中的归宿.此外,本文以假设溢油事故为背景,模拟和分析了洪、枯季节条件下珠江广州段溢油事故对河网陆地边界、河网水质及底泥环境的影响.     

四海龙湾表层沉积物中有机质的组成特征及其源解析

为研究玛珥湖四海龙湾表层沉积物中有机质的组成特征及来源,采集四海龙湾表层沉积物样品,并对其中的有机质进行了分析. 结果表明,四海龙湾表层沉积物中w(TOC)(TOC为总有机碳)为6.7%、w(TN)为0.6%、δ13C_org(TOC同位素丰度)为-28.0‰、δ15N_total(TN同位素丰度)为2.2‰. 可溶性有机质主要包括脂肪烃、脂肪醇、脂肪酸和GDGTs(甘油二烷基甘油四醚脂)等,其中脂肪酸是可溶性有机质的主要组分,约占可溶性有机质总量的68.8%,主要来源于内源性的藻类和厌氧菌; 脂肪烃主要来源于陆源的C3木本植物;结合态脂肪醇具有明显的内源来源特征,而游离态脂肪醇却呈现陆源来源特征. 四海龙湾沉积物中含有丰富的GDGTs,主要来源于陆源土壤,包括支链类GDGTs和类异戊二烯类GDGTs,其中类异戊二烯类GDGTs以GDGTⅣ和GDGTⅤ为主,但其在四海龙湾沉积物中的含量相对较小. 研究显示,四海龙湾流域陆源是沉积物中可溶性有机质的主要来源,陆源有机质的大量流入改变了四海龙湾的营养水平;不同种类可溶性有机质表现出不同的来源特征,这主要是由于微生物对不同种类有机质降解速率的不同所致,并且导致降解所产生的二次有机质数量也不同.      

三峡库区典型退耕还林模式土壤养分流失控制

选择三峡库区典型退耕还林模式,包括园地(茶园)及林地(板栗)与原有坡耕地对照,观测并分析其土壤养分(氮磷)输出途径及数量情况,以评估实施退耕还林工程对流域土壤养分输出的影响.结果表明:1退耕后土壤养分氮磷年流失量(包括随泥沙和地表径流流失的量)减少;总氮(TN)年输出量从大到小依次为坡耕地(2 444.27 g·hm-2)茶园地(998.70g·hm-2)板栗林地(532.61 g·hm-2);总磷(TP)为坡耕地(1 690.48 g·hm-2)茶园地(488.06 g·hm-2)板栗林地(129.00 g·hm-2);与坡耕地比较,退耕还林模式(园地、林地)总氮、总磷年输出载荷分别减少了68.68%和81.75%.2茶园地、板栗林地与坡耕地相比,土壤养分速效态氮流失量明显减少,硝态氮(NO-3-N)输出总量依次为坡耕地(113.79g·hm-2)茶园地(73.75 g·hm-2)板栗林地(56.06 g·hm-2);铵态氮(NH+4-N)养分输出次序为茶园最大(69.34 g·hm-2),坡耕地次之(52.45 g·hm-2),板栗林地最小(47.23 g·hm-2).3硝态氮、铵态氮主要通过地表径流输出,所占总量比例分别为91.4%和92.2%;总氮和总磷主要通过泥沙输出,所占总量比例分别为86.6%和98.4%.通过退耕还林等措施,该地区地表径流以及土壤侵蚀输出明显减少,土壤养分流失得到有效控制.     

秦淮河干流沉积物磷形态沿程分布特征

应用化学连续提取法,分析了秦淮河干流14个表层沉积物样品的磷形态沿程变化特征及其影响因素.结果发现,秦淮河干流由上游至南京市区段,随城市化程度的提高,河流沉积物总磷和各种形态磷沿程增加的趋势十分明显.Ca-P和Fe-P平均含量分别占TP的26.8%和25.7%,是主要的磷形态.易吸附态磷(L-P)在TP中的比例最低,但在城区由于TP的高度富集,其含量均超过15 mg·kg-1.沉积物中的总磷含量在城区河段显著增加,但只有很少部分转化为稳定形态的磷,人口密集区生活污水等各种来源排放的磷仍然深刻影响着城市河流的水环境质量.随城市化程度的提高,秦淮河中下游沉积物样品中钙富集的趋势明显,与之相对应的是沉积物Ca-P含量均超过200 mg·kg-1,相关分析和通径分析结果表明,二者之间存在成因上的联系.钙的富集提高了沉积物的固磷能力,将上覆水体中的磷转化为钙结合态磷.城区河流沉积物中钙含量的升高,对于河流生态系统磷的迁移转化有重要影响.     

三垟湿地沉积物-间隙水-上覆水界面磷形态研究

沉积物与上覆水间营养物质交换,成为导致水体发生富营养化的首要化学变迁过程.分别在三垟湿地的柑橘林(S1)、景观用地(S2)和生活用地(S3)取样,研究了沉积物-间隙水-上覆水界面磷形态以及相互关系.结果表明:(1)沉积物TP增加时,间隙水PO3-4和可溶性总磷(TDP)也增加.要削减磷在上覆水中的含量,控制间隙水PO3-4或TDP是一良策.(2)随着沉积物铁磷、铝磷的增加,间隙水PO3-4也增加.在三垟湿地沉积物中,铁磷和铝磷含量都可作为间隙水PO34-含量的指示.(3)S1、S2和S3的沉积物活性磷、间隙水TDP和上覆水TDP存在明显的浓度梯度,沉积物活性磷＞间隙水TDP＞上覆水TDP.说明在三垟湿地中,沉积物活性磷是磷释放的关键因子,而沉积物-间隙水界面则是磷释放的关键界面.