有机质对大型富营养化浅水湖泊沉积物磷吸附特征的影响

以大型浅水湖泊（太湖和巢湖）为研究对象,系统分析了沉积物有机质（OM）含量和组成、磷吸附参数、磷形态及间隙水溶解反应性磷（SRP）浓度在水平方向上的分布。吸附解吸平衡浓度（EPC0）与SRP浓度的比较结果表明,在太湖北部与巢湖南淝河入湖口等污染较严重的区域,沉积物仍表现出吸附磷的功能;OM与土壤有效磷（Olsen-P）、磷吸附指数和碱性磷酸酶活性均显著正相关,有机质分解所产生的小分子物质可增加磷的吸附容量;添加小分子有机质的室内模拟试验进一步证实了上述假设,糖类主要影响磷的吸附能,而氨基酸主要增加最大吸附量。有机质自身及其降解产物以不同方式影响沉积物对磷的吸附能力,并据此调节湖泊富营养化过程。     

巢湖富磷地质区沉积物磷的生物可利用性

2010年4-9月,以巢湖富磷地质区池塘为试验对象,测定了叶绿素a与不同形态磷的浓度以及藻类的数量和组成,分析了沉积物藻类可利用性磷(AAP)含量与磷平衡浓度,提取并用分子生物学方法鉴定了沉积物无机磷细菌的主要种类.结果表明,沉积物溶解总磷与AAP含量显著正相关(P＜0.05),与叶绿素a浓度极显著正相关(P＜0.01).沉积物磷在吸附和释放趋势上基本对应于藻类随季节消长的模式.藻的种类较丰富,沉积物无机磷细菌的主要种类包括微单胞菌(Micromonospora sp.,Micromonospora chokoriensis)和链霉菌(Streptomyces neyagawaensis,Streptomyces torulosus).微生物驱动的富磷地质区沉积物磷的溶解可为藻类生长提供生物可利用的磷营养.     

不同形态氮富集对青菱湖沉积物磷释放的影响

为了揭示无机氮和有机氮对沉积物磷释放的贡献,在武汉市青菱湖草型湖区和藻型湖区分别采集沉积物,进行添加不同形态不同浓度氮(0.5、2.5 g酪蛋白,0.02、0.2 g氯化铵)的培养实验。结果显示,培养结束时,草、藻型湖区沉积物加2.5 g酪蛋白的处理组上覆水中溶解反应性磷(SRP)浓度分别为对照组的64.88倍和5.61倍,而加氯化铵处理组与对照组上覆水中SRP浓度无显著差异;加氯化铵处理组上覆水溶解氧(DO)浓度分别为各自对照组的80%左右,而加酪蛋白处理组上覆水DO浓度分别为各自对照组的10%和4%;整个培养过程中,草、藻型湖区沉积物均为加2.5 g酪蛋白处理组的沉积物碱性磷酸酶活性(APA)稍高于其他处理组相应值,但无显著性差异;草、藻型湖区沉积物加2.5 g酪蛋白处理组磷平衡浓度(EPC0)分别为对照组的2.08倍和1.77倍;而加氯化铵处理组和加0.5 g酪蛋白处理组沉积物EPC0与对照组相应值无显著差异。研究表明,有机氮的富集会增加沉积物磷的释放,而无机氮对沉积物磷释放的贡献不大;有机氮对沉积物磷释放的影响是由形成厌氧的状态、胞外磷酸酶的分泌、改变沉积物磷吸附行为等多种因素综合作用的结果。     

梅溪湖表层沉积物营养盐和有机质分布特征及污染评价

梅溪湖属于城市浅水湖泊，其沉积物特征可反映湖泊的水生态环境状况，对防止湖泊富营养化具有重要意义。2020年11月至2021年7月，分季节对梅溪湖表层沉积物（0～10 cm）进行了采样，分析了沉积物TN、NH4+、NO3-、TP、有效磷（AP）和有机质（OM）等指标的时空分布特征和污染程度。结果表明：沉积物（0～10 cm）TN、NH4+、NO3-、TP、AP和OM的平均含量依次为1654.68± 754.22 mg/kg、24.66± 20.02 mg/kg、13.60± 2.33 mg/kg、512.60± 281.39 mg/kg、8.58± 6.81 mg/kg和2.84± 1.43 %。湖区东部营养物和有机质含量最高。人类活动对梅溪湖表层沉积物营养盐的空间分布有着较大的影响。梅溪湖沉积物TP和NO3-含量在春季最高（4月份），冬季（1月）最低。AP含量在春季（4月）最高，在夏季最低（7月份）。沉积物TN、NH4+和OM含量没有明显的季节差异。梅溪湖沉积物TN和TP的含量变幅分别为667～4000 mg/kg和184～1475mg/kg，均已超出我国东部浅水湖泊沉积物的营养物参考阈值范围；TN和TP的标准指数变幅分别为1.21～7.27和0.31～2.46，TN全部超标，梅溪湖生态环境质量受N元素的影响较为严重，对湖泊生态系统安全构成了一定的威胁。相关分析表明，沉积物OM与TN、TP、AP、NH4+、NO3-均显著正相关，说明沉积物有机质的降解和释放对梅溪湖氮磷营养盐具有重要影响。     

东太湖沉积物中磷的形态分布特征研究

应用化学连续提取法对东太湖沉积物中不同形态的磷进行提取，并分析了其空间分布特征和垂直分布特征。结果表明，东太湖沉积物中磷形态以碎屑态磷(Ca-P)、有机磷(Or-P)、自生磷(De-P)、铁结合态磷(Fe-P)为主，平均含量分别为188.6±32.5、73.1±18.6、45.2±3.3、34.3±18.5μg/g；弱吸附态磷(Ex-P)、闭蓄态磷(Oc-P)和铝结合态磷(Al-P)含量较低，分别为6.7±2.2、4.0±1.9、1.3±0.4μg/g；总磷（TP）的平均值为353.1±46.3μg/g。Ca-P、Or-P 、De-P 、Oc-P四种不易释放的磷形态占88%，而Fe-P、Ex-P、Al-P三种易释放的磷形态仅占12%。除了Ca-P含量随沉积物深度的增加而增大，Al-P含量较低且随深度增加无明显变化，其他各形态磷含量大致随深度的增加而减少，表现出“表层富集”现象。上述结果表明，东太湖的内源磷负荷较小，但有增加的趋势。     

光裸方格星虫(Sipunculus nudus)生物扰动对混养系统沉积物及间隙水中营养物质的影响

采用养殖水化学测定方法分析沉积物中有机质和营养盐含量变化，研究方格星虫生物扰动对混养系统中沉积物的生态效应。混养试验在20个养殖桶内(水体积550 L)进行，方格星虫(1.2±0.1 g)养殖在桶底沙层中，其放养密度为0、50、100和150条/桶；鲻(24.5±0.5 g)的放养密度为3尾/桶，养殖在水体中的网箱中(直径0.8 m、高度0.6 m)。试验共分4个处理组(T0、T50、T100和 T150)，每个处理组各设5个重复。结果显示，与对照组(T0)相比，方格星虫组底层(6–8 cm)沙中有机质含量有所增加，但未达到统计学显著差异(P>0.05)。随着试验的进行，4个试验组的间隙水中硝态氮(NO3-N)、氨氮(NH4-N)以及活性磷(SRP)浓度均呈现出升高的趋势。试验结束时，T100和 T150组各层间隙水的 NO3-N 浓度均低于T0组(P<0.05)，且底层间隙水的 NO3-N 浓度随方格星虫密度的增加而降低；T0组表层 NH4-N 浓度高于方格星虫组，而底层氨氮却显著低于高密度方格星虫组(T100和 T150)(P<0.05)。结果表明，方格星虫的生物扰动在一定程度上可以促进沉积物表层的有机质向底层转移，从而影响间隙水中氮、磷营养盐的转化和释放。方格星虫的生物扰动在精养池塘中的底质修复作用仍需进一步研究。     

汉阳湖群表层沉积物磷含量分布特征

2011年7月和10月对汉阳“六湖连通”工程的5个湖泊(后官湖、三角湖、南太子湖、墨水湖和龙阳湖)沉积物磷含量进行调查,研究其表层沉积物磷含量的空间分布和季节差异,以了解汉阳湖群的沉积物污染特征,为湖泊污染控制和生态修复提供依据.结果表明,后官湖沉积物磷含量最低,为(0.20±0.03) g/kg,龙阳湖最高,为(0.64±0.11) g/kg,二者差异显著(P＜0.05),三角湖、南太子湖和墨水湖沉积物磷含量差异不显著(P＞0.05).除后官湖外,汉阳湖群沉积物磷含量季节差异不显著(P＞0.05).汉阳湖群沉积物磷含量具明显的空间分布特征,这种分布格局主要受外源污染输入的影响.相关分析表明,沉积物全磷与水体总氮、总磷和电导率呈极显著正相关(P＜0.01),与水体透明度呈极显著负相关(P＜0.01).     

锦江河沉积物磷形态与吸附行为及磷释放风险

研究沉积物磷的吸附参数、形态及其含量,揭示锦江河及其支流沉积物磷吸附行为的变化特征及其环境意义,阐明锦江河及其支流富营养化风险。2016年1月,在锦江河及其支流9个样点用彼得森采泥器采集表层沉积物,测定磷吸附平衡浓度(EPC_0),计算沉积物磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)以及其衍生出的磷释放风险指数(ERI)。结果表明,锦江河沉积物4种形态磷含量顺序为CaCO_3~PFe(OOH)~PASOPP_(alk),CaCO_3~P是沉积物磷的主要存在形态;钙结合态磷(CaCO_3~P)和磷最大吸附量(Q_(max))显著正相关;沉积物中PSI为11.24~31.37(mg P/100 g)/(μmol/L),平均值为21.28(mg P/100 g)/(μmol/L),且PSI与Q_(max)显著正相关;DPS值在水平方向上和垂直方向上的分布均与PSI值的分布相似;EPC_0在各支流分别从上游到下游逐渐减小,下游的沉积物磷释放潜能相对上游较小;EPC_0的垂直分布表明,对大多数河段来说,疏浚并不能减小沉积物磷释放风险;所有采样点的ERI在水平方向上均超过了25%,各采样点沉积物磷潜在释放诱发富营养化的风险均为高度风险。     

光裸方格星虫(Sipunculus nudus)生物扰动对混养系统沉积物及间隙水中营养物质的影响

采用养殖水化学测定方法分析沉积物中有机质和营养盐含量变化，研究方格星虫生物扰动对混养系统中沉积物的生态效应。混养试验在20个养殖桶内(水体积550 L)进行，方格星虫(1.2±0.1 g)养殖在桶底沙层中，其放养密度为0、50、100和150条/桶；鲻(24.5±0.5 g)的放养密度为3尾/桶，养殖在水体中的网箱中(直径0.8 m、高度0.6 m)。试验共分4个处理组(T0、T50、T100和T150)，每个处理组各设5个重复。结果显示，与对照组(T0)相比，方格星虫组底层(6–8 cm)沙中有机质含量有所增加，但未达到统计学显著差异(P>0.05)。随着试验的进行，4个试验组的间隙水中硝态氮(NO3-N)、氨氮(NH4-N)以及活性磷(SRP)浓度均呈现出升高的趋势。试验结束时，T100和T150组各层间隙水的NO3-N浓度均低于T0组(P<0.05)，且底层间隙水的NO3-N浓度随方格星虫密度的增加而降低；T0组表层NH4-N浓度高于方格星虫组，而底层氨氮却显著低于高密度方格星虫组(T100和T150) (P<0.05)。结果表明，方格星虫的生物扰动在一定程度上可以促进沉积物表层的有机质向底层转移，从而影响间隙水中氮、磷营养盐的转化和释放。方格星虫的生物扰动在精养池塘中的底质修复作用仍需进一步研究。     

南亚热带水库消落带土壤主要金属元素流失及其对沉积物磷释放的影响

磷从陆地向水体迁移以及沉积物内源磷的释放是水体富营养化的主要过程。南亚热带地区土壤富含铁,铁结合态磷是该地区土壤和沉积物中磷的重要组成部分,铁与磷的相互关系可能在该地区水体富营养化中扮演关键角色。本文比较了中国南亚热带地区31座大型水库消落带裸露土壤、表层沉积物和水体中的磷和主要金属元素(Al、Ca、Fe和Mn)含量或浓度。结果显示：沉积物与消落带土壤中各元素含量的比值依次为Mn>P>Fe>1>Al>Ca,与土壤铁和锰高的流失率相比,铝和钙基本无流失作用,铁和锰从流域土壤向水体和沉积物迁移可能是华南地区水体铁锰超标的重要原因。水库消落带土壤和表层沉积物总磷与铁含量显著正相关(p<0.05),且沉积物铁结合态磷含量占总磷的百分比显著高于土壤(p<0.05)。表明磷主要与流域土壤中的铁结合并共同迁移、沉降,最终汇入沉积物中。当Fe：P>70时,水体磷浓度基本低于20μg/L,水库处于中营养状态,表明表层沉积物中的铁能吸附水体磷并抑制磷释放,此时沉积物是磷的“汇”。当Fe：P<70,总磷含量与铁含量之间无显著相关性,水体磷浓度与沉积物铁磷比显著负相关( p<0.05),表明这些水库沉积物中铁对磷的吸附可能已开始饱和。暗示沉积物铁磷质量比为70可能是南亚热带水库沉积物开始由磷汇向磷源转化的关键阈值。     

网箱养殖对东湖沉积物有机质含量以及磷的酶促水解与吸附行为的影响

东湖养殖非鱼（Oreochromis niloticus）的网箱下沉积物中有机质和可酶解磷（PHP）含量以及碱性磷酸酶活性（APA）均显示增高,间隙水中的PHP较低,而APA与正磷酸盐的浓度均高,这种现象在垂直与水平两个尺度上均有体现,故由有机物的富集到正磷酸盐的剧增可能受控于酶学机制。Langmuir单分子等温度吸附模型的分析结果表明网箱下表层沉积物的最大吸附量明显较高,面吸附强度明显降低,此亦为正磷酸盐相应剧增的另一重要原因。不同深度间隙水中APA的动力学行为表现出明显的季节性。     

葡萄糖添加对太湖水体浮游植物生长的影响

为探索葡萄糖(碳源)添加对浮游植物生长的影响,于2015年7月30日—8月6日用太湖梅梁湾水体进行了碳、氮、磷的营养盐添加试验。试验设置3个处理,每个处理均添加相同水平的氮、磷营养盐,而碳添加质量浓度分别为0 mg/L(对照组)、51 mg/L(低碳组)和102 mg/L(高碳组)。结果显示,对照组与低碳组的叶绿素a(Chl-a)均显著高于高碳组(P0.05),3个处理间总悬浮颗粒物(TSS)质量浓度没有显著差异(P0.05);整体上,第1~8天和第6~8天,高碳组的硝酸盐氮(NO_3~--N)、活性磷(SRP)质量浓度的降低速率均是最高的,低碳组次之,对照组最慢(P0.05)。研究表明,葡萄糖添加控制了浮游植物生长,促进了水体中无机氮、磷质量浓度降低;但在添加葡萄糖的处理中,无机氮、磷质量浓度降低速度的加快并没有得到更高的浮游植物浓度。     

阳宗海湖滨湿地沉积物中重金属空间分布特征

以阳宗海不同湖岸湖滨湿地沉积物为研究对象，分析测定沉积物中7种重金属含量，评价不同湖岸重金属的污染程度，探讨在不同干扰方式下湖滨湿地沉积物中重金属的主要污染特征，为阳宗海重金属污染防治提供理论依据。结果表明：（1）阳宗海湖滨湿地不同湖岸7种重金属元素污染程度存在差异，表现为：东岸>北岸>南岸>西岸。As、Cd、Cr、Zn、Mn的最高值出现在东岸，Co、Cu、Ni的最高值出现在北岸，Pb的最高值出现在南岸。（2）不同区域湿地沉积物中，东岸（Cu、Ni、As、Cd）、南岸（Cu、Cd）、西岸（Cd）、北岸（Cu、Ni、Cd）的重金属含量明显高于土壤环境质量2级标准，是主要的重金属污染因子，Cu、Ni、As、Cd的含量分别为43.41~111.15、41.64~57.23、10.28~65.31、1.02~1.99 mg/kg；（3）阳宗海流域上游的铝厂、电厂等高污染企业产生的工业“三废”未经有效净化直接排放，流域周围生活污水、化肥和农药等农业面源污染是导致湖泊重金属污染严重的主要原因；（4）湖滨湿地沉积物中重金属与有机质、全磷之间相互影响，Cu、Ni、As和Cd与全磷呈显著正相关，相关系数分别为0.674、0.790、0.357和0.626（P<0.01），增加磷的含量，会增加沉积物对重金属的吸附量；Cu、Ni、As和Cd与有机质呈显著正相关，相关系数分别为0.393、0.451、0.406和0.497（P<0.01）。有机质的降解促进金属离子的释放，使沉积物中重金属含量增高。     

哑铃湾网箱养殖海区表层沉积物磷的含量特征

在哑铃湾不同养殖历史网箱下、距离网箱50m和100m以及对照海区共布设8个采样点,于2002年4月~2003年1月分四季采集表层沉积物样品,对沉积物中总磷、无机磷和有机磷进行了测定,分析了调查区磷的空间分布和季节变化特征。结果表明:哑铃湾海水养殖网箱下沉积物磷含量明显高于对照点,沉积物中总磷是对照点的3.71~9.99倍。养殖历史越长,沉积物中的磷含量越高;网箱养殖引起的沉积物磷累积仅限于网箱下及距离网箱50m范围内,对距离100m以外的海区影响较小;沉积物中的无机磷占70%以上,以无机磷为主;养殖历史较长的东升村养殖区沉积物磷的季节变化明显,有机磷的变化与养殖活动密切相关。     

上海地区池塘沉积物中氮、磷、有机碳及重金属风险评价

为综合评估上海地区池塘沉积物环境质量状况，2016-2019年对上海地区36个养殖场池塘采集沉积物样品360个，检测和分析沉积物中总氮（TN）、总磷（TP）、总有机碳（TOC）及重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量。研究结果表明，池塘0~10 cm层和10~20 cm层沉积物中TN、TP、TOC及各重金属均值分布无显著差异（P>0.05），0~20 cm层沉积物（干重）中TN、TP和TOC平均含量分别为（873.37±352.45）mg/kg、（685.66±199.66）mg/kg和（6.62±3.05）mg/g，三者相关性显著。综合污染指数法和有机指数法评价结果表明，池塘沉积物中氮和有机物质的累积量较低，磷累积量相对较高，均低于其他地区高产池塘。池塘沉积物中Cr、Cd、Cu和Hg样品超标率分别为6.42%、3.21%、4.13%和1.38%，Zn、Pb和As无超标现象。地质累积指数、潜在生态危害指数法和一致性沉积物质量基准评价结果表明，上海地区池塘沉积物中重金属整体上处于清洁等级、低潜在生态危害状态，预测不会引发生物毒性效应。     

双齿围沙蚕对潮间带不同类型底质选择行为的研究

利用行为学实验装置研究了双齿围沙蚕(Perinereis aibuhitensis)对低潮区、中潮区和高潮区沉积物表层为10、60 cm深以下的沉积物的选择行为。3个潮区表层为10 cm的沉积物编号分别为1#、2#、3#，3个潮区60 cm以下的沉积物编号分别为4#、5#、6#。结果显示，在实验装置一中，不同沉积物的有机物含量无显著差异(P>0.05)，1#和4#沉积物中，C含量显著高于2#沉积物(P<0.05)，4#沉积物中，N含量显著高于2#和6#沉积物，不同沉积物的H2S含量均差异显著(P<0.05)；1#沉积物间隙水中，H2S含量显著高于其他各组(P<0.05)。规格和底质类型对双齿围沙蚕的选择行为无显著影响(P>0.05)；规格对双齿围沙蚕搜寻时间影响显著(P<0.05)，而底质类型则对搜寻时间无显著影响(P>0.05)。在实验装置二中，6#沉积物中有机物含量显著高于1#和2#沉积物(P<0.05)，C、N含量均显著高于其他沉积物(P<0.05)，2#沉积物中，H2S含量显著高于其他沉积物(P<0.05)；各个沉积物间隙水中H2S含量均差异显著(P<0.05)。底质类型和规格对双齿围沙蚕的移动距离均有显著影响(P<0.05)。研究表明，小规格双齿围沙蚕比较活跃和敏感，倾向于选择H2S含量较低的底质；在底质内部钻蚀时，双齿围沙蚕倾向于选择物质含量较低的底质。总体来看，双齿围沙蚕对自然栖息地底质类型选择性不强。