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.     

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。     

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。     

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.     

广州市主要湖泊沉积物磷的赋存形态

沉积物中磷的富集及其形态学特征是导致城市水体富营养化的重要因素之一。2016年-2017年对广州市8个主要城市湖泊花都湖、白云湖、东山湖、流花湖、天河湖、海珠湖、荔湾湖、麓湖表层沉积物的总磷（TP）及各形态磷的含量与分布特征进行了研究，并运用单因子污染指数法和生物有效性指数法对沉积物磷污染程度进行了评价。结果表明:广州市湖泊表层沉积物TP含量范围为368~5276 mg/kg，平均值为3277 mg/kg，其分布特征表现为东山湖>白云湖>花都湖>流花湖>天河湖>荔湾湖>麓湖>海珠湖。TP中以无机磷（IP）为主要存在形式，占TP含量的67.56%~87.44%，IP中又以铁结合态磷（Fe-P）为主，占TP含量的32.77%~60.24%，均值为42.88%。相关分析表明TP与Fe-P和有机磷OP，Fe-P与De-P，Ca-P与OP呈显著的正相关关系，表明其来源的相似性。通过分析可将广州市湖泊分为受珠江干流直接影响、接纳河涌入水、相对封闭和无明显外源输入的四类湖泊，表明输入源是决定广州市湖泊沉积物磷含量与分布特征的主要因素，工业废水、生活污水是主要污染源。单因子污染指数与生物有效性指数评价结果显示广州市湖泊沉积物整体处于重度磷污染水平。本研究对于科学评估广州市城区湖泊环境状况、潜在生态风险，有针对性的进行生态修复具有重要的意义。     

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。     

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。     

长江中游浅水湖泊沉积物碳氮同位素特征及其来源分析

通过分析长江中游湖北地区4个浅水湖泊（鲁湖、花马湖、野潴湖、三山湖）沉积物中的有机碳（TOC）、总氮（TN）、碳氮比（C/N）、碳稳定同位素（δ13C）以及氮稳定同位素（δ15N），探究藻型湖泊和草型湖泊沉积物间碳、氮稳定同位素组成差异性，并进行了有机污染评价和有机质与氮素来源分析。结果表明，4个浅水湖泊的有机污染严重，鲁湖、花马湖、野潴湖、三山湖的平均有机指数分别为0.86、1.05、0.53和2.71，均达到了有机污染的程度，平均有机氮污染指数分别为0.34、0.36、0.21和0.54，均达到了有机氮污染程度；藻型湖泊（花马湖和鲁湖）沉积物中δ13C和δ15N的变化范围分别为-3.126%～-2.260%和0.291%～0.731%，均值分别为（-2.885±0.275）%（n=10）和（0.486±0.168）%（n=10）；草型湖泊的δ13C、δ15N变化范围分别为-3.048%～-2.494%和0.411%～0.830%，均值分别为（-2.766±0.213）% （n=10）和（0.617±0.183）%（n=10），藻型湖泊的δ13C要更加偏负，草型湖泊的δ15N更加偏正；利用C/N与δ13C对有机质来源进行定性分析，发现浮游植物的沉积构成了藻型湖泊沉积物有机质的主要成分，而草型湖泊中浮游植物、土壤有机质和维管束植物均有贡献。利用C/N与δ15N对沉积物氮素来源进行半定量分析，发现本研究所选取湖泊的沉积物氮行为与湖泊的草藻形态没有显著相关关系，需更详细的物源信息才可确定氮素来源。     

渤海中部海域表层沉积物磷形态及潜在生物可利用磷分布特征

磷是海洋浮游植物生长和繁殖所必需的重要生源要素，也是海洋初级生产力和食物链的基础元素，沉积物中能参与界面交换的生物可利用磷（Bioavailable phosphorus, BAP）的潜在含量取决于沉积物中磷的形态，而渤海中部区域的相关研究较少。因此本文以渤海中部海域的5个区域（唐山沿岸、秦皇岛沿岸、渤海东北部海域、渤海海峡、渤海西南部海域）为研究对象，采用分级浸取法，测定了23个采样点的沉积物样品中磷的组分、含量，并计算潜在BAP含量，研究分析了其分布特性及影响因素。结果表明：渤海中部海域表层沉积物中无机磷（Inorganic phosphorus, IP）是渤海中部海域表层沉积物中总磷（Total phosphorus, TP）的主要存在形式，唐山沿岸、秦皇岛沿岸、渤海东北部海域、渤海海峡、渤海西南部海域这五个区域沉积物中IP含量平均分别占其 TP含量的78.39%、79.06%、71.46%、84.60%、81.46%，而有机磷（Organic phosphorus, OP）则均占较小的比例。IP均以碎屑磷（Detrital phosphorus, De-P）为主要赋存形态，平均分别占TP的54.02%、52.12%、33.33%、69.41%、57.28%，IP中各形态磷的含量顺序为：碎屑磷（Detrital phosphorus, De-P）>?闭蓄态磷（Occluded phosphorus, Oc-P）>铁/铝吸附态磷（Fe and Al oxidation state phosphorus, Fe/Al-P）>弱吸附态磷（Exchangeable phosphorus, Ex-P）>钙结合态磷（Calcium-bound phosphorus, Ca-P）。河流输入、沉积物粒度和沉积环境是影响渤海中部海域表层沉积物中不同形态磷含量及分布的主要因素。根据沉积物中潜在的BAP含量分析表明，唐山沿岸、秦皇岛沿岸、渤海东北部海域、渤海西南部海域表层沉积物中潜在的BAP含量平均分别占 TP 的44.77%、46.94%、64.87%、40.54%，具备较强的向水体中释放磷的潜力。为渤海中部海域有效地提供沉了积物环境的相关信息。     

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。     

Effects of Aeration, Alum Treatment, Liming, and Organic Matter Application on Phosphorus Exchange between Soil and Water in Aquaculture Ponds at Auburn, Alabama

Application of readily-oxidizable organic substrate to laboratory soil-water systems and fish ponds caused anaerobic conditions in bottom soil and water, and concentrations of soluble reactive phosphorus (SRP) increased. Aeration of ponds increased total phosphorus (TP) concentrations by suspending soil particles in the water, but SRP concentrations declined because of increased oxy- genation of bottom water and soil, Alum [Al₂(SO₄)₃·14H₂O] treatment of ponds reduced SRP and TP concentrations in ponds, but the low concentration of alum used, 20 mg/L, had little residual effect on phosphorus concentration. Application of agricultural limestone at 0.2 kg/m² to ponds with soil pH of 5.5 and Ca²⁺ concentration of 5 mg/L did not affect SRP and TP concentration. Unless pond soils were anaerobic at their surfaces, a condition not acceptable in thermally-unstratified fish ponds, soils released little phosphorus to the water. Strong adsorption of phosphorus by soils in intensive ponds with feeding is beneficial, because removal of phosphorus by aerobic soils is a control on excessive phytoplankton growth. In fertilized ponds, phosphorus must be applied at frequent intervals to replace phosphorus removed from the water by soils.     

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。     

格网分辨率对太湖生态动力学模型模拟结果的影响

以2009年4月太湖生态学实验数据为基础,研究了15、20、25、30m格网分辨率下NPZD生态动力学模型模拟结果的差异性。结果表明,格网分辨率和平均浓度及浓度均方根之间存在较复杂的关系,难以用统计方法加以描述。总体而言,格网分辨率的不同,生态动力学模型计算得到的磷浓度、悬浮泥沙浓度和叶绿素a浓度的平均值、均方根和空间布局也将不同。在实际应用中,应该选择适宜的格网分辨率进行生态学参数模拟,进而实现对太湖水体状况的正确模拟与预测。     

基于可变移动窗口方法估算太湖泥沙环流运动的本征尺度

基于遥感反演获得的太湖悬浮泥沙浓度数据,利用移动窗口方法,分析探讨了平均局部方差和移动窗口尺寸的关系。在90～1 860 m移动窗口尺寸变化范围内,太湖悬浮泥沙浓度的平均局部方差随着移动窗口尺寸的增大而增大,且抛物线模型能较好的描述2者的关系,回归系数0.9959。通过对抛物线模型求最大值可知,局部方差最大值所对应的移...     

Testing the potential for improving quality of sediments impacted by mussel farms using bioturbating polychaete worms

Biodeposits from farmed mussels severely influence the biogeochemistry of sediments by increasing the levels of organic matter (OM). Mitigation of such negative impacts is important for the development of sustainable aquaculture operations. As a step towards developing methods for remediation of coastal sediments affected by mussel farming, the effects of the polychaete, Hediste diversicolor was evaluated experimentally. In a series of field‐ and laboratory experiments we tested hypotheses about the effects of polychaetes on sediment oxygen consumption, nutrient fluxes and sulphide pools under different polychaete densities and sedimentation regimes. The experimental results support the idea that polychaetes can mitigate negative effects on the benthic environment beneath mussel farms. H. diversicolor oxidized the sediment and generally enhanced the oxygen consumption, and thus the decomposition of OM. The accumulation of pore water sulphides were reduced and fluxes of nutrients across the sediment‐water interface increased. Additional calculations suggest that the effects of polychaetes were mainly indirect and driven by increased microbial activity due to the borrowing activity of the polychaetes. Trends of increasing decomposition with increasing polychaete density suggest that the decomposition could be further enhanced by higher densities. Overall, we concluded that H. diversicolor is a potentially strong candidate for remediation of mussel farm sediments. The results show that sediments inhabited by H. diversicolor have high assimilative capacity of OM and oxygen conditions are significantly improved following the addition of polychaetes at naturally occurring densities. However, technological developments are needed in order to allow the approach to be used in practice.