三峡库区干支流落干期消落带土壤可转化态氮含量及分布特征

为探明三峡支流水体富营养化频发与库岸消落带土壤氮素"源-库"关系转化之间的内在关系,采用分级浸提法,分析了三峡库区长江万州段干流、苎溪河支流、密溪河支流消落带落干期土壤可转化态氮含量和分布特征.结果表明,与三峡库区万州段干流相比,支流消落带落干期土壤有机质和总氮含量较高,而阳离子交换量(CEC)和p H值较低.三峡干支流消落带土壤可转化态氮(TF-N)以OSF-N(有机态和硫化物结合态)为主,且含量上OSF-NIMOF-N(铁锰氧化物结合态氮)IEF-N(离子交换态氮)CF-N(碳酸盐结合态氮);而空间分布上,TF-N表现为:密溪河苎溪河长江干流,4种TF-N形态中IEF-N和OSF-N在干支流间无显著差异,而CF-N和IMOF-N分布与TF-N相反,是造成干支流消落带TF-N差异的主要因素.     

不同污染程度湖泊沉积物中不同粒级可转化态氮分布

研究了污染程度不同的五里湖、月湖、东太湖和贡湖不同粒级沉积物中总可转化态氮以及各形态可转化态氮的含量与分布.结果表明:4个湖泊的沉积物各粒级中各形态可转化态氮的含量及其地球化学特征均不相同.强氧化剂可提取态氮(SOEF-N)是释放能力最弱的形态,为可转化态氮的主体,占总可转化态氮的66.97%～87.97%.离子交换态氮(IEF-N)结合能力最弱,是最容易被释放的形态,为可转化态无机氮的主体,占总可转化态氮的7.37%～22.25%.同一粒级中,各形态可转化态氮对氮循环的贡献为SOEF-N最大,IEF-N其次,强碱可浸取态氮(SAEF-N)与弱酸可浸取态氮(WAEF-N)最低.随着沉积物粒级的由粗到细,总可转化态氮以及各形态可转化态氮含量均呈逐渐增加趋势.沉积物细颗粒部分对氮循环的可能贡献占绝对的主体,是粗颗粒部分的几倍到几十倍.相比而言,污染程度轻的贡湖和东太湖沉积物无论总可转化态氮还是各形态可转化态氮,细颗粒部分的相对含量均低于污染程度重的五里湖和月湖沉积物.      

底泥中氮的主要迁移转化过程及其转化模型的研究

研究了NO_3~--N,NH_4~+-N在底泥中的扩散、吸附以及NO_3~--N的反硝化等过程.结果表明,在泥-水界面间,NH_4~+-N主要向上浮水中扩散,NO_3~--N主要向间隙水中扩散.扩散到间隙水中的NO_3~--N45％被吸附,30％因反硝化作用而失掉,其反硝化速率常数在7—11cm层最大.氮的吸附速率常数在表层最大.建立了间隙水中NO_3~--N和NH_4~+-N的转化模型,并计算了氮在泥-水界面间的扩散量,计算结果与实测结果基本相符.     

不同类型氮输入对三峡库区消落带紫色潮土氮赋存形态的影响

陆源氮输入是三峡水体富营养化的主要原因之一,外源氮在消落带土壤中的赋存形态是决定其进一步向三峡水体释放的关键.为此,以三峡典型土壤-紫色潮土为研究对象,进行4种氮输入〔分别添加NaNO₃、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、CO (NH₂)₂〕和淹水-落干两个水文条件处理,利用连续分级提取法测定土壤氮赋存形态含量,分析氮添加类型及水文条件对消落带紫色潮土氮赋存形态的影响.结果表明:NaNO₃、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和CO (NH₂)₂添加下,土壤培养结束后,离子交换态氮(IEF-N)含量在落干期分别为93.88、79.42、59.02和46.80 mg/kg,在淹水期分别为65.60、56.95、42.46和32.94 mg/kg;有机及硫化物结合态氮(OSF-N)含量在落干期分别为122.18、126.21、137.53和148.19 mg/kg,在淹水期分别为142.22、149.09、156.43和161.76 mg/kg;IEF-N含量变化占比在落干期分别为45.20%、35.56%、21.96%和13.82%,在淹水期分别为36.57%、30.80%、16.21%和7.26%;OSF-N含量变化占比在落干期分别为12.33%、15.02%、22.57%和29.68%,在淹水期分别为16.76%、21.84%、26.73%和30.29%.落干期和淹水期,IEF-N含量及其变化在氮添加总量中的占比均表现为NaNO₃添加下最高、CO (NH₂)₂添加下最低,且落干期大于淹水期;OSF-N含量及其变化占比则与IEF-N表现相反.落干期和淹水期,外源氮主要表现为向OSF-N转化,此外,外源氮在落干期还存在向铁锰氧化物结合态氮转化的过程.研究显示,控制落干期消落带土壤氮输入(特别是硝态氮)是预防三峡水库富营养化的有效途径.      

近百年来滇南双龙水库沉积物中氮的赋存特征变化

为研究沉积物中氮形态及其质量分数对湖库水体富营养化的影响,在滇南双龙水库采集沉积柱样,分析TN、TIN(可转化态氮)、IEF-N(离子交换态氮)、WAEF-N(弱酸浸取态氮)、SAEF-N(强碱可浸取态氮)、SOEF-N(强氧化剂可浸取态氮)质量分数的剖面特征.通过Pearson相关、RDA (冗余分析)和回归分析探讨沉积物理化性质对氮迁移转化的影响,并结合TLI (综合营养状态指数)和ON (有机氮)指标评估水库氮引起的富营养化程度.结果表明:①柱芯(70 cm)的沉积年代为1871—2011年.②沉积物中w(TN)范围为0.832～5.744 mg/g,其中w(IEF-N)和w(SAEF-N)范围分别为0.027～0.142和0.033～0.131 mg/g,且随深度的增加均呈下降趋势; w(WAEF-N)和w(SOEF-N)范围分别为0.044～0.108和0.114～0.586 mg/g,且随深度的增加均波动变化.③单因子分析表明,各形态氮质量分数与粒度呈负相关,与w(TOC)呈极显著正相关(P<0.01),pH与各形态氮(WAEF-N除外)质量分数存在极显著负相关;综合...     

洱海沉积物中不同形态氮的时空分布特征

为揭示沉积物中氮形态变化的影响因素及其生态效应,对洱海表层沉积物中不同形态氮的空间分布和季节性变化特征进行了研究. 结果表明:洱海表层沉积物中w(TN)在2354～6174mg/kg之间,空间分布呈湖区北部＞南部＞中部的趋势;w(TTN) (TTN为可交换态氮)在1158～2921mg/kg之间,占w(TN)的43%,其分布趋势与w(TN)相同;各形态TTN表现为SOEF-N(强氧化剂可提取态氮,w为974～2515mg/kg)＞WAEF-N(弱酸可提取态氮,w为91～210mg/kg)＞SAEF-N(强碱可提取态氮,w为38～198mg/kg)＞IEF-N(离子交换态氮,w为66～130mg/kg),w(WAEF-N)和w(IEF-N)的分布趋势与w(TTN)相同,w(SAEF-N)中部较高,w(SOEF-N)南部较高. 沉积物中w(TN)和w(NTN)(NTN为非转化态氮)7月较高,TTN及其各形态氮质量分数1月较高. 不同形态氮质量分数随沉积物深度的增加均呈下降趋势,NTN的富集速率高于TN. 洱海沉积物中w(TN)高于长江中下游湖泊,表层TN富集明显. 沉积物氮释放风险较大,但其w(TTN)和w(IEF-N)占w(TN)的比例低于长江中下游湖泊,即洱海沉积物氮释放量小于长江中下游湖泊;洱海沉积物中各形态氮质量分数与w(TOM)均呈显著正相关,与水深呈负相关,显示有机态氮与有机质同步沉积且受外源输入影响较大,w(IEF-N)分布同时受水生植物等影响.      

乳山湾东流区沉积物中氮形态的分布特征

对2003年8月在乳山湾东流区采集的沉积物样品中不同形态N的平面和垂直分布特征进行分析,探讨了这些N的形态分布与贝类养殖之间的关系.结果表明:乳山湾贝类高密度养殖区各形态N含量一般大于低密度养殖区,各形态N在柱样中20 cm以下含量稳定.养殖区TN的平均含量高于非养殖区,但小于其它海区;OSF-N是EF-N的优势形态,其次是IEF-N、IMOF-N和CF-N.非转化态氮约占TN的70%左右.     

三峡入库河流大宁河回水区浸没土壤及消落带土壤氮形态及分布特征

利用分级浸取分离法首次对三峡入库河流大宁河回水区表层浸没土壤、消落带土壤不同形态氮含量进行了测定,分析了各形态氮之间以及各形态氮与环境参数之间的相关性.结果表明,①浸没土壤总氮含量在436.0~921.6 mg/kg,消落带土壤总氮含量在1 253.5~2 439.8 mg/kg,与长江中下游浅水湖泊表层浸没土壤总氮含量相比,大宁河回水区表层浸没土壤总氮含量处于偏低水平.②浸没土壤可转化态氮含量在289.7~511.3 mg/kg,消落带土壤可转化态氮含量在271.6~595.1 mg/kg,有机态和硫化物结合态氮是可转化态氮的优势组分,离子交换态氮是可转化态无机氮的优势组分.③浸没土壤与消落带土壤中总氮、可转化态氮含量与有机态和硫化物结合态氮显著相关,表明样品中的可转化态氮含量的增加主要来源于有机态和硫化物结合态氮.     

洪泽湖表层沉积物氮形态分布及影响因素

为探究洪泽湖不同区域沉积物中各形态氮的分布特征及影响因素,文章采用分级浸取的方法将沉积物中氮分为离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)、强碱浸取态氮(SAEF-N)、强氧化剂浸取态氮(SOEF-N)和非转化态氮(NTN),并运用多元统计分析研究沉积物的理化性质与各形态氮的关系。结果表明:沉积物可转化态氮(TTN)的含量为377.84～1 085.08 mg/kg,均值为765.93 mg/kg,占总氮(TN)的69.76%,是总氮的主要组成部分,洪泽湖沉积物中氮具有较高的潜在释放风险。各类可转化态氮的含量大小顺序为WAEF-N>SOEF-N>SAEF-N>IEF-N。IEF-N与TN的相关性较低,说明沉积物中TN高低并不一定能代表湖泊内源氮污染释放程度的高低。除了IEF-N和SAEF-N,其余形态氮的空间分布特征均与TN一致,即西湖区>成子湖等中部湖区>东部敞水区。TTN、SOEF-N、NTN分别与TOC、TN均具有极显著相关性(p<0.01),IEF-N与TOC、pH均具有显著相关性(p<0.05),粒度与各形态氮之间的相...     

不同湖泊入湖河流沉积物可转化态氮的空间分布及其影响因素

研究河流沉积物氮形态的分布可以了解流域的水环境现状.本研究通过分级浸取方法得到沉积物的离子交换态氮(IEF-N)、弱酸浸取态氮(WAEF-N)、强碱浸取态氮(SAEF-N)以及强氧化剂浸取态氮(SOEF-N),对比研究了太湖西部入湖河流(东苕溪、西苕溪)和洪泽湖西部入湖河流(安河、濉河)沉积物中氮形态的空间分布特征,分析了可转换态氮的主要影响因素.结果表明,不同流域之间沉积物的基本理化性质存在明显的差异,导致沉积物总氮以及可转化态氮的含量及空间分布也不相同.总体而言,太湖西部河流沉积物中总氮和总可转化态氮的含量略高于洪泽湖西部河流,但前者的空间变化小于后者.太湖西部河流沉积物与洪泽湖西部河流沉积物的可转化态氮含量大小排列顺序也有所不同,前者为SOEF-NSAEF-NWAEF-NIEF-N,后者为SOEF-NSAEF-NIEF-NWAEF-N,且后者各形态氮的含量变化更为明显,这主要与沉积物的组成和氮来源有关.研究区沉积物中可转化态氮的分布受其理化性质的影响明显,尤以有机质和粒度的影响最明显.     

季节性温度升高对落干期消落带土壤氮矿化影响

为揭示季节性温度升高对消落带落干期土壤氮矿化的影响,分别采集三峡支流澎溪河消落带上游和下游两个水文断面,155 m(低)、165 m(中)和175 m(高)这3个水位高程表层土壤,结合落干期气温变化特点,在25℃和35℃两个温度下进行恒温培养.结果表明,消落带土壤总氮和硝态氮在上游断面和高水位高程含量更高,而下游和低水位高程含量更低,铵态氮分布与其相反.硝态氮是无机氮的主要存在形式,占无机氮的57.4%~84.7%.相同培养温度下,氨化、硝化、净氮矿化速率均表现为随水位高程增加,随流域断面由下至上而显著增加(P0.05);总体上,在水位高程和流域断面上均表现为:温度升高使硝化速率和净氮矿化速率显著增加(P0.05),而对土壤氨化速率无显著影响(P0.05).     

三峡库区澎溪河底泥及消落区土壤磷的形态及吸附特性研究

沉积物是自然水域的重要生态组成部分,是形成湖泊、水库富营养化的关键因素之一.为研究三峡库区澎溪河流域沉积物中磷的赋存形态特征及迁移转化规律,采用连续提取法对澎溪河底泥3个断面及消落区3种土壤类型中磷赋存形态进行分析,并通过等温吸附实验研究了磷的吸附规律,确定了零净吸附磷浓度(EPC0).结果表明,澎溪河底泥中的总磷含量在0.80～1.45 g·kg-1之间,赋存形态以无机磷为主,其中钙结合磷和蓄闭态磷比例在80%以上,铁铝结合磷含量较低,该流域底泥受自然岩石状态及沉积环境的影响较大,而人为活动对其影响较小;消落区土壤总磷含量在0.65～1.16 g·kg-1之间,磷的赋存形态也以无机磷为主,冲积土和紫色土也以钙结合态磷和蓄闭态磷为主,水稻土中则以蓄闭态磷含量最高.澎溪河高阳、黄石和双江3个断面底泥的EPC0分别为0.08、0.13和0.11 mg·L-1,消落区冲积土、紫色土和水稻土的EPC0分别为0.08、0.09和0.04 mg·L-1.EPC0值与沉积物中总磷、pH、Ca-P、黏粒含量呈正相关性,其中与pH和Ca-P相关性显著.根据澎溪河上覆水中磷浓度的季节变化,初步判定底泥及消落区土壤在夏秋季节为磷的"汇",在冬春季节则成为其"源".EPC0高于水体富营养化临界值,底泥及消落区土壤中磷的释放依然是不可忽视的潜在问题.     

淹水-落干与季节性温度升高耦合过程对消落带沉积物氮矿化影响

为揭示淹水-落干循环及季节性温度升高耦合过程对三峡支流消落带沉积物氮矿化的影响,根据野外调查,选取三峡支流澎溪河上游和下游两个水文断面,150、160和170 m这3个水位高程的沉积物样品,根据库区水文和气温特征,进行淹水-落干控温培养,分析沉积物氮矿化速率和累积量变化.结果表明与低水位高程相比,高水位高程(170 m)消落带总氮和铵态氮含量相对较低,而硝态氮含量较高.沉积物净氮矿化累积量和矿化速率均表现为落干期高于淹水期,且不同水位高程净氮矿化速率均随时间延长而下降.落干期净氮矿化累积量与沉积物总碳含量和碳氮比显著正相关,而淹水期与之负相关(P0.001).沉积物净氮矿化速率在落干期对温度升高敏感(Q_(10)1),而淹水期低水位高程对温度升高不敏感(Q_(10)1).可见,冬季淹水期温度升高对氮矿化影响较小,氮累积且释放缓慢.夏季落干期温度升高加速了氮矿化过程,增加了二次淹水后无机氮素输入水体和水体富营养化的风险.     

三峡水库澎溪河消落带植物群落物种丰富度格局

通过样地调查和Spearman相关分析,研究了澎溪河消落带植物群落物种丰富度格局. 结果表明:沿河流纵向梯度,总物种丰富度、灌木层和草本层物种丰富度均表现出抛物线型,乔木层物种丰富度表现出直线型;沿河流侧向梯度,总物种丰富度和草本层物种丰富度随高程的增加先升高后降低;乔木层和灌木层物种丰富度随高程的升高而增加. 在纵向梯度上,底质类型与物种丰富度显著相关,距河口的空间距离对物种丰富度有重要的控制作用;在侧向梯度上,淹水时间、土壤含水量、底质异质性对群落空间格局有重要影响. 总体来说,消落带植物物种丰富度格局仍受原河流地貌及洪水格局的影响,但由于水位季节性变动,已形成与水位变动相适应的分布格局.      

三峡水库蓄水后不同水位期干流氮、磷时空分异特征

研究三峡水库蓄水前后营养盐的变化,对于探讨水库运行对其的影响并提出合理的管理建议具有重要意义.依据2008年3月～2009年2月对长江干流三峡区段朱沱、寸滩、扇沱、清溪场、晒网坝、培石,共6个断面和其中1个垂直断面逐月水文、水质监测,按照三峡水库运行的水位特点,将数据样本分成高水位(10～2月)和低水位(3～9月)2个...     

近10年来三峡消落带土壤氮、磷时空分布特征研究

消落带是位于水陆交错带的一种特殊生态系统.消落带土壤作为生态系统中氮、磷元素重要的“源”与“汇”,在生物地球化学循环研究中具有重要意义.该研究基于中国知网CNKI以及Web of Science数据库检索近10年三峡消落带土壤氮、磷研究文献,提取w（TN）、w（TP）数据并进行统计,从宏观尺度上分析w（TN）、w（TP）的时空分布特征.结果表明:①高程分布上,当高程高于155 m时,土壤w（TN）（0.75~1.17 g/kg）随着高程增加呈下降趋势,土壤w（TP）未发生显著变化（0.53~0.60 g/kg）;当高程低于155 m时,土壤w（TN）处于较低水平（0.66~0.86 g/kg）,但w（TP）维持较高水平（0.60~0.76 g/kg）.②时间分布上,消落带土壤w（TN）整体呈现逐年递减的趋势,Pearson相关系数为-0.64,但是w（TP）没有显著变化.③地区分布上,三峡上游库区消落带土壤w（TP）出现显著高值,下游库区w（TN）出现显著高值.研究显示:不同高程土壤受植物残体分解等因素影响,在落干期w（TN）上升,在浸没期向上覆水体释放TN;水位调节导致的淹没强度变化对消落带土壤中TN产生淋溶作用,而对TP的影响较小;对于消落带上游地区应更关注土壤中高w（TP）带来的环境风险,而对于消落带下游地区应更关注因水土流失和非点源输出导致的高w（TN）所致环境风险.      

环境条件对三峡库区消落带土壤中邻苯二甲酸二丁酯向上覆水静态迁移释放的影响

为了解消落带土壤有机污染物邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的环境行为,采用静态淹水法研究了三峡库区消落带土壤向上覆水迁移释放规律以及上覆水温度、光照、含氧量等外界环境条件对其影响.结果表明,消落带土壤中DBP在淹水前期由土壤向上覆水中迁移释放,该过程分为短暂但是释放速率较快的快速释放阶段和释放时间较长但释放速率较慢的慢速释放阶段,其中慢释放是主要控速步骤,此过程可以很好地用二室一级动力模型拟合.在淹水中期释放达到最大值,继续淹水后,释放到水体中的DBP转而由水体向土壤中迁移,最终在淹水后期上覆水DBP含量达到平衡状态.随着温度的升高,DBP向上覆水释放的强度增大,同时增加了DBP快速释放的速率,降低了慢速释放速率.不同光源照射下,DBP向水体释放浓度不同,采用自然光照的处理中上覆水DBP的浓度高于采用UVB、UVA光源处理;DBP在上覆水达到最大浓度后,UVB、UVA处理中上覆水DBP含量减少比较快速,而自然光处理相对要缓慢.上覆水中的含氧量对DBP的最大释放量与达到最大释放的时间有影响,总体上来看,上覆水中含氧量越高,上覆水DBP含量越高;上覆水高氧处理和低氧气处理,上覆水中DBP最大浓度提前至淹水第8d出现,自然状态下DBP在淹水第12 d达到最大值.土壤中共存的邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯(DEHP)对DBP的释放有明显影响:在淹水第4~12 d,添加DEHP组分试验的DBP释放量要明显大于单一组分的DBP释放量,而且快、慢释放速率均要比单一DBP组分处理的大.微生物活性对消落带土壤淹水过程中邻苯二甲酸二丁酯迁移释放存在一定的影响但效果并不明显,添加微生物活性抑制剂处理后DBP的迁移量要略小于对照组.     

不同水体分层对沉积物间隙水氮素垂向分布影响:以三峡水库和小湾水库为例

为分析不同分层水库沉积物间隙水氮营养盐垂向分布差异的原因,通过监测香溪河库湾、长江干流和小湾水库3种水域上覆水-间隙水环境特征,分析了不同分层水域沉积物间隙水氮营养盐垂向分布特征,并探讨了造成3种水域沉积物间隙水氮营养盐分布差异的原因.结果表明:①长江干流与香溪河库湾沉积物间隙水ρ(TN)随深度逐渐升高,而小湾水库ρ(TN)在12 cm处达到最大,底层呈"C"型分布;长江干流和香溪河库湾沉积物间隙水ρ(NH⁺₄)随深度呈升高趋势,小湾水库底层含量略高于表层,整体上无显著变化,且长江干流与香溪河库湾ρ(NH⁺₄)整体上高于小湾水库,浓度变化范围分别为:0.512～8.289、 0.968～9.307和0.950～1.500mg·L^-1; 3个水域沉积物间隙水ρ(NO^-₃)垂向分布特征均与ρ(NH⁺₄)相反,且香溪河库湾与长江干流ρ(NO^-₃)高于小湾...