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。     

乌梁素海和岱海沉积物有机质降解与微生物量动态响应模拟试验研究

基于乌梁素海和岱海的植物种类和微生物特性,开展了自然条件下乌梁素海芦苇、穗花狐尾藻和龙须眼子菜等分解过程中有机碳及其形态与微生物量的动态模拟实验,探讨了岱海不同湖区沉积物有机质分解过程中有机碳及其形态和微生物量的动态变化规律.结果表明,实验中各处理的上覆水中溶解态碳的动态变化趋势相似,但变幅不同.与岱海相比,乌梁素海上覆水中溶解无机碳(DIC)含量在30～90 d期间内较高.乌梁素海加有机物料与空白处理的DIC含量差异不显著,岱海湖心与湖滨处理的DIC含量相当.动态模拟实验中,微生物量的动态变化可能反映了在利用有机碳源过程中的微生物群落演替;轻组有机碳明显减少,重组有机碳有所增加,揭示;有机质矿化作用大于腐殖化作用,且腐殖化过程中腐殖质形成的速率序列为富啡酸(FA)＞胡敏酸(HA);0～80 d内,有机物料对腐殖质增加的幅度序列为芦苇＞穗花狐尾藻＞龙须眼子菜.     

岱海表层沉积物中氮素的水平分布及环境意义

针对岱海湖泊富营养化日趋严重及其水域面积逐渐萎缩的现实,本文系统地研究了TN、NH4^＋-N、NO3^--N和Org—N在岱海表层沉积物中的空间分布规律及其环境意义。结果表明,岱海表层沉积物中氮素的水平分布格局均体现出西北部、北部和东北部为高值区的特征,揭示出岱海的氮污染源主要分布于北岸和西北岸;岱海表层沉积物中氮的主要存在形式为有机氮,铵氮则为无机氮的主要存在形态;表层沉积物中全氮对底栖生物已经具有最低级别的生态毒性效应,对底栖生物群落及生态环境构成了威胁。     

磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究

以乌梁素海和岱海表层沉积物为吸附剂,开展了磷在沉积物上的吸附动力学和等温吸附实验研究,采用交叉型Langmuir模型描述了磷在2个湖泊沉积物上的吸附行为,并分析测定了等温吸附后沉积物中磷的形态分布。结果表明,不同浓度条件下沉积物对磷的吸附动力学过程基本相似,Elovich方程能较好地描述2个湖泊沉积物对磷酸盐的吸附动力学过程;Langmuir交叉型吸附等温式能较好地描述磷在岱海和乌梁素海沉积物上的等温吸附行为(R2=0.990),模型中的k、Qm、EPC0、NAP等参数较好地反映了2个湖泊沉积物在成因、粒度及矿物组成等方面的差异;吸附磷的形态再分布揭示颗粒物所吸附的水相磷主要分布于Ex-P,且Or-P是沉积物中重要的潜在生物有效性磷源,对湖泊富营养化的作用不容忽视。     

呼伦湖沉积物生物硅的分布特征

以Si的生物地球化学特征为基础,结合本小组前期研究成果,探讨了我国纬度最高湖泊呼伦湖沉积物中生物硅(BSi)的分布特征以及有机质与BSi的相关性。研究表明,呼伦湖表层沉积物中BSi的含量介于4.04~18.30 mg.g-1之间,平均11.81 mg.g-1;受陆源输入和沉积物粒度分异的影响,呼伦湖表层沉积物中BSi的空间分布由北西向南东呈现明显递减趋势,BSi的高值区出现在北西部湖区。3个柱芯沉积物中BSi的含量均在10 cm处达到峰值,这可能与20世纪60年代出现的大规模厄尔尼诺现象对湖泊水体中营养盐及藻类繁殖带来的影响有关。沉积物中有机碳与生物硅呈显著正相关关系,OC/BSi值介于0.89~7.22之间,平均2.74,远远小于Redfield比值(106/16),揭示相同条件下,有机质的分解速率远远大于生物硅的溶解速率,颗粒物表层有机质对BSi起到了很好的保护作用,使沉积物中BSi的大部分不参与再循环。     

太湖流域典型湖泊表层沉积物中多环芳烃污染特征

持久性有机污染物引起的水质安全性问题日益受到广泛的关注,为了全面了解太湖流域湖泊沉积物中多环芳烃的污染特征,在太湖流域选择典型湖泊天口湖和太湖梅梁湾分别采集7个表层沉积物(0～2 cm)样品,利用GC/MS分析了样品中16种优控多环芳烃(PAHs).结果表明,天目湖表层沉积物中16种优控PAHs总量介于287.50～713.93 ng·g-1(干质量),太湖梅梁湾表层沉积物中PAHs总量介于1 690.72～5 033.70 ng·g-1(干质量),空间分布特征受周边区域内点源污染和河流输入污染物影响.天目湖表层沉积物TOC浓度与PAHs总量相关性比太湖梅梁湾显著.利用特征化合物指数对PAHs的来源进行判别,天目湖表层沉积物中PAHs主要来源是木材、煤燃烧,而太湖梅梁湾表层沉积物中PAHs主要来自石油、木材和煤燃烧混合来源.基于沉积物中多环芳烃的环境质量标准,太湖梅梁湾表层沉积物中PAHs生态风险远高于天目湖,但总体生态风险较低.     

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。     

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。     

岱海沉积物中AVS-SEM分布特征及重金属生物有效性研究

以内蒙古的岱海为研究对象,分析了表层及柱状沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)、同步提取金属(SEM)的含量及重金属总量ΣSEM,并对沉积物重金属潜在生态风险进行了初步评价。研究表明:表层沉积物中AVS含量范围为2.72~98.49μmol·g-1(平均值为21.71μmol·g-1),水平分布上表现出自北西向南东逐渐增加的趋势;ΣSEM含量范围为6.99~22.51μmol·g-1(平均值为15.51μmol·g-1),水平分布上表现出自南东向北西逐渐增加趋势。沉积柱芯中,AVS含量的变化范围为4.20~114.91μmol·g-1(平均值为31.55μmol·g-1),不同沉积柱芯中AVS垂向分布波动较大;沉积柱芯中酸提取ΣSEM范围为7.67~21.10μmol·g-1(平均值为15.38μmol·g-1),ΣSEM含量与AVS相比几乎恒定。表层沉积物中ΣSEM/AVS1的站位(1、2、3、5、10和12)较多,表明岱海表层沉积物中重金属存在产生生物毒性的可能性;表层和柱芯沉积物中Cd、Hg和As不会对水生生物产生毒性效应,Cu、Pb和Zn有对底栖生物产生毒性效应的可能,应给予相应重视。