流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.     

泥沙沉降对水体中溶解性有机物光谱学特性的影响

以沈阳市新开河为研究对象,考察了泥沙沉降过程中,沉降时间、泥沙含量、pH、盐度对水体中溶解性有机物(DOM)的含量和光谱学特性的影响.结果表明,泥沙沉降条件下,水体中DOC随泥沙沉降时间的增长而先增大后减小,随泥沙含量的增加而先减小后增大,随pH的增大而增大,随盐度的增大而减小.随着pH的增大,水体中DOM的芳香性增强;随着盐度的增大,水体中DOM的芳香性降低.随着泥沙沉降时间的增长,DOM中各类荧光物质的含量先增加后减少;随着泥沙含量的增加,DOM中类腐殖酸和类富里酸荧光物质的含量增加,而类溶解性微生物代谢产物荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质的含量降低.在泥沙沉降过程中,下层水体中DOC、在波长为254 nm处的紫外吸光度(UV-254),以及DOM中荧光物质含量的变化量高于上层水体.     

基于液相31P核磁共振技术的人工河流沉积物中生物质磷形态特征的研究

利用液相~(31)P核磁共振技术分析了我国北部海河流域典型人工河流滏阳新河沉积物磷形态.结果发现,滏阳新河沉积物中共检测出6类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷酯(Lipids-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)、膦酸盐(Phon-P).滏阳新河沉积物中的生物质磷包括膦酸盐(Phon-P,0.11%~1.57%)、磷酸单酯(Mono-P,8.96%~29.58%)、磷酯(Lipids-P,0.28%~2.66%)、DNA磷(DNA-P,0.75%~2.03%)、焦磷酸盐(Pyro-P,0.22%~0.86%),其中,磷酸单酯是生物质磷的主要组成部分.沿艾辛庄闸坝水流方向,磷化合物含量差异明显:闸坝附近TP和生物质磷含量最高,分别为6804.1 mg·kg~(-1)和1709.58 mg·kg~(-1);沿河流流向,TP变化率分别为84.97%、-24.11%、32.84%和-0.11%,生物质磷变化率分别为93.15%、-58.83%、42.65%和18.99%.上覆水中TP和SRP的平均浓度分别为3.0 mg·L~(-1)和2.6 mg·L~(-1),分别超过我国地表水环境质量标准(GB3838-2002)V类水标准(0.4 mg·L~(-1))7.5倍和6.5倍.基于液相~(31)P核磁共振技术,对人工河流水体磷的分布与传输有了全新的认知.因此,本研究可为深入认识磷在典型人工河流沉积物-水体系中的转化提供支持,有助于深入研究典型人工河流磷生物地球化学循环过程,同时为多闸坝人工河流的水流量调度与水生态构建提供数据支持.     

荣成天鹅湖沉积物有机磷的生物有效性及其时空动态

有机磷是沉积物磷的重要组成部分,有机磷经酶水解后可以提供活性磷.研究沉积物有机磷的生物有效性及其变化规律对于深入了解湖泊富营养化形成机制具有重要意义.本研究选取富营养化的海岸泻湖—荣成天鹅湖湿地为研究对象,通过采集表层沉积物,结合酶水解技术分析了有机磷的生物有效性及其时空变化规律.结果表明,天鹅湖沉积物有机磷含量为107.9~161.9 mg·kg~(-1),平均含量为125.3 mg·kg~(-1).其中潜在生物有效性磷即酶水解有机磷含量为21.8~100.3 mg·kg~(-1),平均含量为53.2 mg·kg~(-1),占有机磷含量的26%~56%.有机磷的潜在的生物有效性大小遵循:植酸磷(21.5 mg·kg~(-1))≈二酯磷(20.7 mg·kg~(-1))磷酸单酯磷(14.1 mg·kg~(-1)).酶水解有机磷(包括Monoester-P、Phytic-P)的含量呈夏秋低,冬春高的特点.有机磷空间分布不均衡,有机磷主要分布集北部入河口和南部藻类区域,这和不同方位污染物质的来源、水生动植物的分布和沉积物粒度等差异有关.相关性分析表明,金属氧化物(Al、Fe、Mg、Ca)是有机磷的主要结合介质,金属氧化物含量和形态变化将决定有机磷分解矿化和生物有效性.总之,有机磷的水解是水体活性磷的重要补偿途径,也是维持天鹅湖富营养化的重要机制.在水体磷污染治理过程中应把有机磷纳入评价范畴,应该防止沉积物有机磷的矿化分解.     

流体自控振荡的机理及其对水环境维护的有益功能

从真实流体所具粘滞耗散特性出发,以数学解析法严谨地论证了淹没射流因沿程能量通量渐减,加以其动量通量沿程守恒,故其质量通量必然沿程递增,从而衍生出射流卷吸及附壁效应,于是,在专门设计的腔体中就会发生流控振荡现象.发生流控振荡的腔体的两个出口会交替地输出两股非共面动量通量射束并在其后形成顺流螺旋涡,在绕水平轴旋涡的流场中,重于水的沙粒将获得附加的悬浮功增量,而轻于水的气泡或藻菌团的上浮行动将受阻碍.前者会加大河流的挟沙能力,后者的影响将导致水藻所赖以滋长的光合能量锐减而枯萎,从而改善水质.     

基于菌藻对比培养方法的洱海沉积物溶解性有机氮生物有效性评价

为了深入探究DON（溶解性有机氮）在湖泊水生生态系统中的重要营养作用和生态效应,寻找科学的DON生物有效性评价方法,选择洱海不同湖区表层沉积物样品,通过室内接种细菌和铜绿微囊藻进行对比培养,运用三维荧光-平行医疗法（3D EEM-PARAFAC）研究菌藻对比培养条件下湖泊沉积物DON生物有效性及各DON荧光组分生物有效性差异.结果表明:① 藻类培养条件下洱海表层沉积物DON生物有效性（8.49%~42.5%）略低于细菌培养条件下的生物有效性（10.5%~45.3%）. ② 藻培养条件下,DON生物利用率与藻细胞密度增长量呈显著正相关,即藻细胞密度的增长量可作为反映沉积物DON生物有效性的指标. ③ 菌类培养过程中DON光谱学特征参数[如SUVA₂₅₄（254 nm处紫外吸收光谱系数）、S_R（275~295 nm处吸收光谱系数与350~400 nm处吸收光谱系数比值）等]与DON含量相关性总体较细菌培养好;培养液中SUVA₂₅₄有不同程度下降,S_R指数均有上升,大分子DON和高芳香性DON可被微生物降解.相比于陆源荧光组分,内源荧光组分的生物有效性较差. ④ 相比而言,藻类培养方法能更直观地反映沉积物DON对藻类生长的影响,可在一定程度上作为衡量湖泊沉积物DON生物有效性的指标,即藻类培养方法更适合评价洱海沉积物DON生物有效性.      

西江上游有色金属产业集聚区河流沉积物重金属空间分布特征与来源解析

为研究西江上游有色金属产业聚集区对河流沉积物环境的影响,在西江上游的刁江、龙江、融江和柳江四条河流选取12个采样点,分析测定了10种重金属元素（Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr、Ni、Tl、Sb和Hg）在沉积物中的含量,采用相关分析、主成分分析、聚类分析和Pb同位素示踪技术剖析沉积物中重金属的分布特征与污染来源.结果表明:① 污染物含量方面,沉积物中w（As）、w（Pb）、w（Cd）、w（Ni）、w（Zn）、w（Cu）、w（Tl）、w（Hg）、w（Sb）、w（Cr）平均值分别为95.42、113.09、4.92、28.03、416.51、27.07、0.75、0.31、34.02、57.58 mg/kg,w（As）、w（Sb）、w（Zn）、w（Pb）和w（Cd）的变化较大,分异显著,受外来源影响较大.② 空间上,内梅罗指数结果显示,刁江沉积物中重金属污染程度最高,龙江次之,融江和柳江较低.③ 污染物来源方面,As、Pb、Cd、Zn、Cu和Sb具有同源性,与西江上游有色金属聚集区矿产开发有关,Ni、Tl、Hg和Cr具有同源性,与地质背景自然源因子有关;沉积物样品206Pb/207Pb变化范围为1.08~1.19,4条河流沉积物Pb同位素比值与大厂、车河矿石同位素比值接近程度依次为刁江、龙江、融江、柳江.Pb同位素示踪分析结果进一步验证了刁江和龙江沉积物中重金属主要受有色金属采选冶矿业活动影响,融江、柳江沉积物中重金属主要由地质背景自然源因子所致.      

城市河流中WWMPs的迁移转化试验

为研究城市河流中WWMPs（污水印记药物）的迁移转化行为,以13种典型WWMPs[AZM（阿奇霉素）、CLM（克拉霉素）、STZ（磺胺噻唑）、TMP（甲氧苄啶）、ATL（阿替洛尔）、PNL（普萘洛尔）、DCF（双氯芬酸）、CLF（氯贝酸）、IBU（布洛芬）、CBM（卡马西平）、CAF（咖啡因）、PRC（扑热息痛）和TCS（三氯生）]为目标物,通过生物降解试验、吸附试验及光降解试验分析目标物主要的迁移转化机理.结果表明,AZM、CLM、PRC的降解主要是生物作用,不灭菌且有氧条件下的降解率分别可达90%、95%、100%.沉积物对CBM的吸附作用明显,但其难以被水解和生物降解,而且其吸附和解吸是一个相对平衡的过程,导致CBM能够稳定存在.ATL、STZ、PRC和TMP这4种亲水性化合物不易被沉积物吸附,其余9种属疏水性化合物的吸附能力取决于其K_OW（辛醇-水分配系数）.此外,光降解试验表明,在实际环境中,很多目标物受颗粒物和光敏剂的影响,不易发生直接光降解,TMP、DCF、PNL、CAF和TCS容易发生光降解作用,其在光照和避光的条件下降解率分别为20%和10%、58%和25%、22%和5%、20%和2%、30%和5%.研究显示,城市河流中的WWMPs在生物降解、吸附和光降解共同作用下有明显的降解效果.      

开闭路条件下沉积物微生物燃料电池阳极细菌群落差异解析

采用Solixa高通量测序技术对比了沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)开闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构差异.SMFCs开路条件下启动阳极生物膜获得优化序列3 936条,经过97%相似度归并后得到1 581个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs);SMFCs连接5 kΩ电阻闭路启动阳极生物膜获得优化序列3 930条,聚类归并后产生1 551个OTUs,α多样性指数分析表明开路条件下启动阳极生物膜菌群多样性相对更丰富.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜优势菌均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,它们在开路下阳极生物膜中的含量分别为59.79%、12.54%和9.02%,而在闭路条件下分别为63.02%、10.01%和3.60%,SMFCs闭路条件下运行,地杆菌Geobacter在阳极生物膜中含量高达16.55%.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构的差异说明SMFCs启动过程电子的传递影响电极生物膜微生物群落结构.     

洱海入湖河口湿地干湿季沉积物氮、磷、有机质垂向分布特征及污染风险差异性

以云南洱海罗时江河口湿地为典型对象,利用柱状底泥分层采样器采集罗时江河口湿地表层(0~10 cm)、中层(10~30 cm)和底层(30~60 cm)沉积物样品,分析干、湿季沉积物总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)垂向分布特征,并对沉积物进行污染风险评价.结果表明:1干季罗时江河口湿地表层、中层和底层沉积物TN平均含量分别为1.734、1.453和1.255g·kg~(-1),TP平均值分别1.085、1.034和0.992 g·kg~(-1),OM平均值分别为59.051、47.730和42.133 g·kg~(-1);湿季罗时江河口湿地表层、中层和底层沉积物TN平均含量分别为1.147、0.948和0.895 g·kg~(-1),TP平均值分别0.599、0.523和0.519g·kg~(-1),OM平均值分别为53.098、46.897和43.395 g·kg~(-1);干、湿季各指标含量垂向分布随沉积深度的增加呈下降趋势,表层富集明显;三层沉积物各指标含量均为干季高于湿季,且除OM外,TN和TP均达到显著差异(P0.01).2单因子指数(PI)、有机氮指数(ON)和有机指数(OI)评价结果表明,整体上干季沉积物氮磷属于重度污染,有机质属于中度污染;湿季沉积物氮和有机质均为中度污染,磷为轻度污染;总体上沉积物氮、磷、有机质污染水平为干季高于湿季,且干、湿季各污染指数均为表层最高,中层次之,底层最低,表层污染最为严重.3干、湿季罗时江河口湿地污染来源存在差异,干季以外源为主,湿季以内源为主;干季沉积物营养盐潜在释放风险较湿季大,且以表层释放风险最大.