不同类型湖泊水-沉积物界面DIC交换通量研究

以乌梁素海（WLSH）和岱海（DH）为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了2个湖泊水-沉积物界DIC的扩散通量研究。结果表明,在夏季90 d的时间内,浅水草型湖泊乌梁素海明水区沉积物约向上覆水体释放了8 443.63 t的DIC,对上覆水体DIC具有源的功能;而深水藻型湖泊岱海深、浅湖区沉积物对上覆水体DIC分别具有汇和源的功能,总体上岱海DIC在水-沉积物界面的转移扩散的矢量方向指向沉积物,即夏季岱海沉积物表现为上覆水中DIC的汇,约有7 335.52 t的DIC转入沉积物。不同深度沉积柱芯的DIC释放实验表明,疏浚能影响水-沉积物界面DIC的源汇通量方向,使湖泊沉积物作为上覆水体中DIC的源和汇功能发生转换。     

湖泊水-沉积物界面SiO3-Si交换通量研究

以乌梁素海(WLSH)和岱海(DH)为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了湖泊水-沉积物界面溶解性硅酸盐(SiO₃-Si)扩散通量研究。结果表明,在夏季90 d的时间内,浅水草型湖泊乌梁素海明水区沉积物-水界面交换速率约为1.28 mmol·m^-2·d^-1,沉积物约向上覆水体释放了963.07 t SiO₃-Si;而深水藻型湖泊岱海深、浅湖区沉积物-水界面交换速率分别为1.10、1.95 mmol·m^-2·d^-1,沉积物约向上覆水体释放了893.41 t SiO₃-Si.SiO₃-Si在水-沉积物界面的交换速率与两湖沉积物中粘土矿物含量、生物硅(BSi)含量及沉积物的粒度有较好的相关性。沉积物释放的SiO₃-Si对维持湖泊初级生产力有重要作用,乌梁素海沉积物释放的硅可提供浮游植物所需硅的11.96%,岱海沉积物释放的硅可提供浮游植物所需硅的41.3%.从元素化学计量学角度考虑,结合两个湖泊上覆水营养盐浓度变化,随湖泊富营养化水平的逐渐提高,磷有可能成为乌梁素海初级生产力的潜在限制因子,而Si是岱海初级生产力可能的限制因子。     

城市河流沉积物氨氮及重金属扩散通量研究

对滏阳河穿衡水市前后沉积物孔隙水中典型污染物的分布特征进行了分析,并利用一维孔隙水扩散模型(Fick定律)估算了氨氮和重金属在沉积物-水界面的扩散通量。结果表明,滏阳河沉积物-水界面氨氮在上覆水和孔隙水垂直剖面上均呈减小趋势;流经城区后,水体中氨氮平均浓度为43.8 mg/L,是入市河流上覆水氨氮浓度的2倍;重金属分布趋势随重金属种类不同而有所差异;上覆水中Zn含量最大,为59.4μg/L,孔隙水中Cu含量最大,为41.7μg/L。氨氮、Pb和Zn均表现为污染物从上覆水向沉积物扩散,Cr和Ni以及城区后Cu均表现为污染物从沉积物向上覆水释放,其中Cu的向上扩散通量最大为1.89μg/m2·d。揭示了城市内生活污水和工业废水的排放是河流污染的重要污染源,而滏阳河衡水段存在潜在的重金属释放风险。     

巢湖沉积物－水界面磷酸盐释放通量研究

采用现场采样与室内测试方法,对调水后巢湖沉积物-水界面磷酸盐释放通量进行了研究.结果表明,夏季巢湖表层水、底层水、间隙水磷酸盐浓度变化范围分别为0.02～0.16、0.02～0.17、0.01～0.08 mg·L-1,均值分别为(0.03±0.04)、(0.04±0.04)mg·L-1和(0.03±0.02)mg·L-1.秋季6个取样点表层水、底层水磷酸盐含量的变化范围均为0.03～0.06 mg·L-1,均值为(0.04±0.04)mg·L-1显著高于夏季对应样点浓度.而秋季间隙水磷酸盐浓度平均值为(0.015±0.003)mg·L-1(变化范围0.01～0.02 mg·L-1),与夏季对应样点相比差异不显著.夏季沉积物-水界面磷酸盐释放通量的变化范围为-27.46～6.27 μgP·m-2·d-1,平均值为-1.54 μgP·m-2·d-1秋季磷酸盐释放通量变化范围为-10.61～-3.77μgP·m-2·d-1,均值为-6.19 μgP·m-2·d-1,与夏季对应样点释放通量差异显著(a=0.05,P=0.002).情景模拟表明,排除外源污染的影响,当引入长江水磷酸盐浓度介于0.0034～0.009mg·L-1时,巢湖调水后替换水体可在7.2 a左右达二次富营养化.     

海州湾海洋牧场沉积物-水界面营养盐交换通量的研究

为研究海洋沉积物-水界面间营养盐的交换状况,进一步了解营养物质的循环动力学和水体富营养化的内在机理,采用实验室培养法,对海州湾海洋牧场2014年春季(5月)5个站位、夏季(8月)6个站位和秋季(10月)6个站位沉积物-水界面营养盐的交换速率和交换通量进行了研究。结果表明:海州湾沉积物-水界面上硅酸盐(Si O2-3-Si)、磷酸盐(PO_4~(3-)-P)在春季表现为由水体向沉积物进行迁移,其交换速率平均值分别为-3.27、-0.32 mmol/(m~2·d),夏季和秋季均表现为由沉积物向水体进行释放,夏季二者的交换速率平均值分别为8.53、0.41 mmol/(m~2·d),秋季分别为4.92、0.32 mmol/(m~2·d);溶解态无机氮(DIN)在春、夏、秋季均表现为由沉积物向水体进行释放,交换速率平均值分别为2.86、3.39、13.04 mmol/(m~2·d);海州湾沉积物-水界面SiO_2-3-Si、PO_4~(3-)-P、DIN的交换通量在3个季节的平均值分别为4.56×10~8、1.82×10~7、8.65×10~8mmol/d,沉积物可为海州湾初级生产力提供66%的SiO_2-3-Si、42%的PO_4~(3-)-P、124%的DIN营养供给。研究表明,海州湾海洋牧场沉积物-水界面营养盐的交换速率与国内外近岸海区相比处于中等水平。     

海州湾海洋牧场沉积物-水界面营养盐交换通量的研究

为研究海洋沉积物-水界面间营养盐的交换状况,进一步了解营养物质的循环动力学和水体富营养化的内在机理,采用实验室培养法,对海州湾海洋牧场2014年春季(5月)5个站位、夏季(8月)6个站位和秋季(10月)6个站位沉积物-水界面营养盐的交换速率和交换通量进行了研究。结果表明:海州湾沉积物-水界面上硅酸盐(Si O2-3-Si)、磷酸盐(PO_4^(3-)-P)在春季表现为由水体向沉积物进行迁移,其交换速率平均值分别为-3.27、-0.32 mmol/(m(3-)-P)在春季表现为由水体向沉积物进行迁移,其交换速率平均值分别为-3.27、-0.32 mmol/(m²·d),夏季和秋季均表现为由沉积物向水体进行释放,夏季二者的交换速率平均值分别为8.53、0.41 mmol/(m2·d),夏季和秋季均表现为由沉积物向水体进行释放,夏季二者的交换速率平均值分别为8.53、0.41 mmol/(m²·d),秋季分别为4.92、0.32 mmol/(m2·d),秋季分别为4.92、0.32 mmol/(m²·d);溶解态无机氮(DIN)在春、夏、秋季均表现为由沉积物向水体进行释放,交换速率平均值分别为2.86、3.39、13.04 mmol/(m2·d);溶解态无机氮(DIN)在春、夏、秋季均表现为由沉积物向水体进行释放,交换速率平均值分别为2.86、3.39、13.04 mmol/(m²·d);海州湾沉积物-水界面SiO_2-3-Si、PO_42·d);海州湾沉积物-水界面SiO_2-3-Si、PO_4^(3-)-P、DIN的交换通量在3个季节的平均值分别为4.56×10(3-)-P、DIN的交换通量在3个季节的平均值分别为4.56×10⁸、1.82×108、1.82×10⁷、8.65×107、8.65×10⁸mmol/d,沉积物可为海州湾初级生产力提供66%的SiO_2-3-Si、42%的PO_48mmol/d,沉积物可为海州湾初级生产力提供66%的SiO_2-3-Si、42%的PO_4^(3-)-P、124%的DIN营养供给。研究表明,海州湾海洋牧场沉积物-水界面营养盐的交换速率与国内外近岸海区相比处于中等水平。     

亚热带深水库沉积物-水界面磷释放受控因子的研究

山仔水库是福建省福州市160万人口的第二饮用水源地,沉积物磷的释放影响着水库的水质.采用SMT法分析了山仔水库表层沉积物总磷含量在641.5～982.7 kg·kg-1之间,铁,铝结合态磷和有机磷是沉积物磷的主要赋存形态,占总磷含量的70%～85%左右.采用正交实验,探讨了山仔水库3个不同断面沉积物-水界面磷释放的受控因素.结果表明,pH值对磷释放速率的影响最大,其次是溶解氧多少和温度的高低.碱性条件下沉积物释放磷强度大,厌氧条件下有利于沉积物中磷的释放,随着温度的升高,沉积物中磷的释放强度随之增大.从空间上看,各断面磷释放速率的差异不明显.本研究可为该水库内源污染的防治提供参考.     

环境因子对密云水库消落带沉积物-水界面氮交换通量的影响研究

为探究不同环境因子对水库消落带沉积物中氮迁移释放的影响,以密云水库消落带为研究对象,采用原状泥柱静态培养实验,并通过单一影响因素法,开展了温度、上覆水pH、溶解氧对沉积物-水界面氮交换通量的影响研究。结果表明：消落带上覆水和沉积物中无机氮含量在夏季（落干期）和秋季（淹水期）存在明显的差异,其中沉积物中NH₄⁺-N含量变化最大,秋季较夏季下降80.4%,NO₃^--N含量下降59.7%,淹水期间三态氮（NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N）由沉积物释放到水中。温度、pH和溶解氧对消落带沉积物-水界面氮的迁移转化作用存在差异,升温促进NH₄⁺释放并抑制NO₃^--N释放,偏酸和偏碱条件会促进NH₄⁺-N的释放,有氧条件会加剧沉积物-水界面三态氮的交换,促进三态氮的释放。密云水库消落带沉积物C/N为7.51~9.35,其表层水体中的有机质主要来源于水体内部生物残体。因此,未来应关注密云水库消落带沉积物内源释放风险,同时完善消落带湿地建设,减少消落带氮流失对水体的污染。     

贵州草海沉积物-水界面无机汞和甲基汞的扩散通量

以贵州省草海湖泊沉积物孔隙水为研究对象,实测其溶解态甲基汞和溶解态无机汞的质量浓度,并根据质量浓度梯度和菲克第一定律,初步估算了沉积物-水界面溶解态无机汞和甲基汞的扩散通量.结果表明:不同季节沉积物孔隙水中无机汞、甲基汞与上覆水体中的无机汞、甲基汞之间均存在质量浓度梯度,其溶解态无机汞的质量浓度梯度在枯水期和丰水期分别为8.6 ng/L和25.1 ng/L;溶解态甲基汞的质量浓度梯度分别为0.46 ng/L和2.7 ng/L.在枯水期和丰水期沉积物孔隙水中无机汞的释放通量分别为31.4 ng/(m2·d)和52.8 ng/(m2·d);甲基汞的释放通量分别为1.7 ng/(m2·d)和3.9 ng/(m2·d).沉积物-水界面无机汞和甲基汞的扩散通量远低于同背景区的阿哈湖、红枫湖,并存在明显的季节性变化,其变化与孔隙水中汞的质量浓度的季节性变化一致,均为在丰水期的扩散通量大于在枯水期.     

沉水植物对磷素在湖泊沉积物-水界面迁移转化的影响

综述了沉水植物在浅水湖泊生态系统中的作用,并讨论了沉水植物对湖泊沉积物-水界面磷迁移转化的影响机制。     

养殖池塘底泥-水界面营养盐扩散的室内模拟研究:Ⅱ磷的扩散

通过室内模拟试验,对养殖池塘底泥-水界面P营养盐的扩散特点进行了研究。结果表明,养殖池塘底泥P的释放形态主要是PO43-,P的释放与N的释放呈现一定的相关性,P的释放与底泥有机质分解相关,DO(溶解氧)对P的释放速率的影响具有多重性。DO影响了有机质的分解速率,从而影响着P营养盐的再生速率,DO又影响着无机磷酸盐的溶解性。养殖池塘P的释放受到泥水两相营养盐平衡机制的制约,平衡浓度受到DO和氧化还原电位Eh的影响。表层底泥中TP含量与水中PO34-呈现正相关,但TIN(总无机氮)含量与TN(总氮)相关性不强,这可能与养殖池塘中两者来源不同有关,养殖池塘的TIN主要来源于鱼类的代谢活动,而PO34-由于沉降作用大,其大部分可能来源于底泥的P释放。     

养殖池塘底泥-水界面营养盐扩散的室内模拟研究:Ⅰ氮的扩散

通过室内模拟试验,对养殖池塘底泥-水界面N营养盐的扩散特点进行了研究。结果表明,池塘淤泥中TN的累积是伴随着池塘有机质的沉积,养殖池塘底泥N的释放形态主要是NH 4-N,DO对N的释放速率的影响具有多重性。DO(溶解氧)影响了有机质的分解速率,从而影响着营养盐的再生速率,DO又影响着微生物对营养盐的消耗水平。养殖池塘N的释放受到泥水两相营养盐平衡机制的制约,只有当水中浓度低于平衡浓度时,才表现为净释放,否则可能出现负释放,平衡浓度受到DO和Eh(氧化还原电位)的影响。     

乌梁素海和岱海的水-沉积物系统中有机磷分布特征

以乌梁素海和岱海2个不同类型湖泊为研究对象,系统探讨了2个湖泊上覆水和沉积物中有机磷(Or-P)的地球化学特征。结果表明,乌梁素海和岱海上覆水中溶解性有机磷(DOP)的含量范围分别为0.02～0.12mg·L-1和0.01～0.03mg·L-1,2个湖泊上覆水中DOP均占TDP的60%以上,是上覆水中TDP的重要组成部分和主要存在形态;乌梁素海和岱海沉积物中有机磷(Or-P)的平均含量分别为19.25～69.40mg·kg-1和168.21～178.41mg·kg-1;2个湖泊上覆水中DOP含量明显高于英格兰Tamar河口区,2个湖泊沉积物中Or-P的含量低于长江中下游浅水湖泊。据估算,乌梁素海和岱海上覆水中的DOP库分别达到12t和10t;这2个湖泊沉积物中Or-P的差异性反映了湖泊环境及生态类型对Or-P生物有效性的重要影响,揭示有机磷库是不容忽视的潜在生物有效磷源。     

乌梁素海沉积物中磷的形态分布特征

针对草型富营养化湖泊乌梁素海富营养化日趋严重和湿地面积逐渐萎缩的现实,采用连续提取法对乌梁素海表层沉积物和沉积物柱芯进行了磷形态的分级提取和测定,系统地研究了磷在表层沉积物与沉积柱芯中的形态分布特征与规律。结果表明,表层沉积物中各形态磷的空间分布均具有由湖心区向湖滨区升高的规律,且磷的形态含量存在较大的差异性,表层沉积物中活性磷（可交换态磷、铝磷、铁磷三者之和）含量仅占总提取磷的2%～7%,揭示乌梁素海表层沉积物中磷的生物可利用性较低,活性磷以可交换态磷和铁磷为主。沉积柱芯中,可交换态磷、铝磷和铁磷3种活性磷含量较低,基本上不高于20mg·kg^-1;闭蓄态磷、自生钙磷、碎屑钙磷和有机磷4种非活性磷在沉积剖面的含量分布较为稳定,且以闭蓄态磷的含量为最低。在表层沉积物与沉积柱芯中,磷均以碎屑钙磷和自生钙磷为主导形态。     

宁波南沙港养殖水域沉积物-水界面氮磷营养盐的扩散通量

在2007年1月-2007年11月分4个航次对宁波南沙港养殖水域上覆水和表层沉积物间隙水中的溶解无机氮(DIN)和活性磷酸盐(Po3-4-P)浓度进行了现场调查,并应用Fick第一定理对该养殖水域沉积物-水界面DIN和PO3-4-P的扩散通量进行了估算.结果表明,南沙港养殖水域上覆水中NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N和PO3-4-P的浓度变化范围分别为1.07～11.73、0.01～121.43、0.06～3.79 μmol·L-1和0.42～4.16 μmol·L-1;间隙水中NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N和PO3-4-P浓度年变化范围分别为24.00～219.51、4.02～1 250.41、0.45～8.70 μmol·L-1和3.41～41.87μmol·L-1;DIN和PO3-4-P的扩散通量平均值分别为1520.73 μmol·m-2·d-1和22.33 μmol·m-2·d-1,扩散方向总体表现为从沉积物向上覆水扩散,每年向养殖系统中输入的DIN和PO3-4-P量分别约为9.87 t和0.32 t,表明沉积物是南沙港养殖水域水体氮磷营养盐,尤其是DIN的重要的输入源.     

乌梁素海和岱海上覆水中碳的形态分布及其制约机制

以乌梁素海和岱海2个不同类型湖泊上覆水中TIC、DIC、TOC、DOC的地球化学特征为基础,分析和探讨了2个湖泊上覆水的水化学特征和TIC、DIC、TOC、DOC的空间分布格局及其制约机制。结果表明,乌梁素海和岱海湖泊的水化学特征均属蒸发-浓缩类型,湖泊水体离子组分特征受控于流域的蒸发-浓缩作用及蒸发盐岩的风化作用;岱海TIC、DIC、TOC、DOC的含量范围分别为(0.93～1.16)×104、(0.78～0.90)×104、(0.07～0.63)×104、(0.07～0.48)×104μmol·L-1,乌梁素海TIC、DIC、TOC、DOC的含量范围分别为(0.18～1.00)×104、(0.03～0.81)×104、(0.10～0.51)×104、(0.04～0.32)×104μmol·L-1;2个湖泊上覆水中TIC和DIC含量的差异性是湖泊富营养化类型、自然地理区划、水文地质背景及水量收支方式等因素综合作用的结果;岱海上覆水中DIC、TIC、DOC、TOC受N、P、Si等3种营养盐的共同影响,乌梁素海上覆水中DIC、TIC、DOC、TOC主要受N的影响。     

太湖水-气界面磷化氢释放通量的观测

磷化氢是大气中普遍存在的一种痕量气体,它是磷的气相载体,能够在湖泊水体和大气中进行迁移转化,参与磷的生物地球化学循环,从而对湖泊的富营养化造成影响.太湖是典型的磷限制型湖泊,富营养化问题严重,为了弄清磷化氢是太湖水体的源与汇以及其对湖泊富营养化的影响,本文利用静态箱观测法对冬夏两季太湖水一气界面磷化氢释放通量的日变化和季节变化进行观测,利用柱前两次低温冷阱富集-气相色谱,氮磷检测器联用技术对样品进行分析.结果表明,磷化氢(PH3)的释放通量日变化为白天低,晚间高.极大值出现在5:00,极小值出现在11:00～14:00.不同点位间水-气界面磷化氢释放通量在(0.04±0.01)～(3.32±0.13)ng·m-2·h-1之间,夏季PH3释放通量要高于冬季,平均释放通量为(1.34±0.20)ng·m-2·h-1.太湖水体是大气中磷化氢的源.     

呼伦湖水-沉积物系统中重金属的含量特征

以呼伦湖水-沉积物系统为研究对象,采用Tessier连续提取法,开展了表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd的形态分析研究,系统分析了上覆水、上覆过滤水和孔隙水中重金属的浓度。研究结果表明:呼伦湖表层沉积物孔隙水中Cu、Pb、Zn和Cd的平均含量分别是上覆过滤水中的4.79、1.02、2.18倍和2.08倍,孔隙水中Cu、Zn和Cd的含量均高于上覆过滤水,揭示Cu、Zn和Cd,特别是Cu有从孔隙水向上覆水扩散迁移的明显特性;呼伦湖上覆水中的重金属均有结合在悬浮颗粒物上的趋势,揭示呼伦湖悬浮颗粒物对水环境中的Cu、Zn和Cd具有较强的自净能力,对Pb具有极强的自净能力。Cu、Zn与Pb、Cd相比较,后者较前者有在碳酸盐结合态和可交换态等次生相中富集的明显倾向;Cd在次生相中分布的百分比明显比Cu、Zn、Pb偏高;当环境条件,特别是p H发生变化时,呼伦湖表层沉积物中,Cd、Pb具有较大的生态风险。据此认为,保持呼伦湖水的偏碱性状态对湖泊的水体环境健康和生态安全至关重要。