藻源性黑水团环境效应Ⅲ:对水-沉积物界面处Fe-S-P循环的影响

利用静态模拟实验装置研究了藻源性黑水团发生过程中沉积物表层上覆水和沉积物间隙水中Fe-S-P的变化过程.结果表明:加入藻细胞后很快形成厌氧、还原环境,使得沉积物中Fe-S-P发生强烈的生物地球化学变化;实验第1d,表层上覆水中的Fe2+、SO42-、S2-含量高达4.993,242.0,387.57mg/L,为对照样柱中的1.8倍、2.2倍和18.8倍;在沉积物4cm处其浓度分别为8.5,40.0,65.3mg/L.随后,沉积物表层上覆水中Fe2+、S2-含量表现出一个先快速增加、随后降低的趋势,其浓度分别在实验的第3,2d达到最大值为11.1,634.6mg/L. 沉积物中PO43--P浓度受Fe-P解析等具有滞后性,从实验的第2d后开始直至实验结束时表现为其含量持续增加,到实验结束时其浓度为39.450mg/L,为对照样柱中的242倍.上覆水和间隙水中Fe-S-P含量的变化,反映了藻华聚集形成的厌氧环境中发生了剧烈的生物地球化学反应,从而使得沉积物中形成的Fe2+、S2- 和 PO43--P不断向上覆水体中扩散,对形成黑水团的水体生态系统的恢复造成阻碍和不良影响.     

藻源性黑水团环境效应:对水-沉积物界面氮磷变化的驱动作用

利用自制的静态模拟实验装置,通过连续抽取间隙水来研究藻细胞沉降在沉积物表面后对水-沉积物界面处的N、P变化的驱动作用及影响效果.结果表明,藻细胞沉降后,在50 min内就完全消耗掉水-沉积物界面处的溶解氧,同时水体出现严重的发黑、发臭现象;形成的厌氧、强还原环境,使得死亡的藻细胞在界面处发生强烈的厌氧矿化作用,界面处的水溶性PO34--P、NH 4+-N在实验的第2 d开始向上覆水中扩散,含量不断增加.至实验结束时(实验第8 d),界面处PO34--P、NH 4+-N的含量分别达到4.00 mg/L、39.45 mg/L,分别为同期对照实验样柱中的10倍和241倍(对照样柱中的PO43--P、NH 4+-N的含量分别为0.42 mg/L、0.16 mg/L).藻细胞的厌氧矿化加剧了氮磷营养盐向上覆水的扩散,在加重水体营养盐含量的同时,也为藻华的再次发生提供了物质基础.     

太湖竺山湾藻华黑水团区沉积物中Fe、S、P的含量及其形态变化

对因藻华大量聚集死亡而造成水体呈强还原环境(DO=0.14 mg.L-1,Eh=-89.3 mV)的黑水团区中Fe-S-P的生物地球化学变化特征进行研究.结果表明,藻细胞残体的沉降使得黑水区沉积物表层有机质含量显著增加;因藻细胞残体的贡献,沉积物表层中Org-P含量急剧增加(比非黑水区多72 mg.kg-1);受较低Eh的影响,沉积物中与Fe结合的磷出现解析,使得黑水区沉积物中活性铁和PO43--P含量增加,黑水区中沉积物间隙水PO43--P要远高于非黑水团区,表明其有向上覆水释放的趋势;造成沉积物中Fe-P含量比非黑水区中的要低.在强还原条件下沉积物中铁的氧化物呈现出由结晶态向无定形态转化的趋势(Dithio-Fe比非黑水区高达30μmol.g-1),从而使得可供生物利用的活性铁含量增加,这为藻华再次发生提供了有利条件.黑水区表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)在初始阶段大量增加,但后期由于形成了H2S气体逸散到水体中其含量反而减少;表层沉积物硫化物含量也呈增加现象(比非黑水区表层沉积物中要高50μmol.g-1).     

湖泊沉积物-水界面铁-锰循环研究新进展

通过云贵高原深水湖泊沉积物-水界面铁-锰循环研究，揭示了湖泊铁-锰循环不仅受氧化还原边界层化学界面的控制，而且受沉积物-水地质界面的制约；有机质生物氧化和流酸盐还原构成界面铁-锰循环的重要机制并产生亚扩散层屏蔽效应；铁-锰循环伴随有微量金属元素地球化学形态的改变，从而影响其迁移行为；气候剧烈变化所中断的铁-锰循环，形成铁-锰富集层的古环境记录。     

云贵高原湖泊沉积物一水界面铁、锰、硫体系的研究进展

通过对云贵高原湖泊沉积物一水界面铁、锰、硫体系的研究 ,揭示了湖泊铁、锰循环受氧化还原边界层、沉积物一水界面等多重界面的控制 ;湖水中硫酸盐的浓度制约着其扩散的物理过程 ,进而影响着硫酸盐还原作用 ;硫酸盐还原对铁、锰循环产生亚扩散层屏蔽效应 ;铁、锰循环伴随有微量金属元素的沉积后再迁移现象 ;沉积物一水界面为认识湖泊污染问题、有效地解决湖泊铁、锰的季节性污染等提供了科学依据。     

太湖草、藻型湖区沉积物-水界面厚度及环境效应研究

在太湖草、藻型湖区采样,分别测定了1,3,5,10,15cm 5层沉积物和沉积物表面以上5,20,35cm处及水表面以下20cm处4层水的多项指标.结果表明:草型湖泊水柱中SS总、SS有机、Ch1-a、TN、TDN、TP和TDP等指标显著低于藻型湖区;草型湖区水柱中SS总、SS有机、TN、TDN和TP都呈现出越往下浓度越高的趋势,而藻型湖区各水层间差异不明显.两类湖区沉积物的TN、TP、TOC和粒径都在3～5cm处出现拐点;草型湖区沉积物溶解氧层厚度(＜1mm)小于藻型湖区(＜2.5mm).可见在不同的生境类型以及不同的指标体系下,沉积物-水界面的厚度也相应不同.     

胶州湾潮滩沉积物-水界面交换对海湾营养盐的影响

2004年9月在胶州湾红石崖(HSY)和河套(HT)潮滩进行了沉积物-海水界面的营养盐交换通量培养实验,结果表明:DIN 在胶州湾沉积物-海水界面的交换以NH4-N的扩散为主,交换方向是由上覆水向沉积物迁移,NO3-N 的扩散方向与NH4-N的相反;SiO3-Si的交换和PO4-P的相似在潮滩各站位均是由上覆水向沉积物的方向迁移,表明潮滩沉积物是水体中营养盐的汇.NO2-N、NH4-N、PO4-P、SiO3-Si在沉积物-海水界面的交换通量为净吸收,分别为河流输入通量的25、7、9、2倍.但NO3-N的交换是由沉积物向海水方向,通量仅为河流输入通量的20%.潮滩沉积物-海水界面受到大量底栖动物的生理活动及其它作用的影响,因此营养盐培养实验得到的通量与利用间隙水浓度梯度法估算的结果存在明显差异.     

崇明东滩沉积物再悬浮对沉积物-水界面氮、磷交换行为的影响

2002年7月采集崇明东滩低潮滩沉积物样和水样,运用模拟实验研究沉积物再悬浮作用对沉积物-水界面三态氮和可溶磷交换行为的影响实验发现,在沉积物不断发生再悬浮的过程中,水体中三态氮的含量明显增加,其中NO₃^--N变化最为显著,升高浓度值达11.869μmol·L^-1,NH₄⁺-N增长2.1713μmol·L^-1,NO₂^--N的释放约为0.2μmol·L^-1,可溶磷的含量也有少量的增加.同时,再悬浮作用对沉积物-水界面三态氮和可溶磷的环境地球化学行为也有一定的影响,与静置状态相比,NH₄⁺-N和NO₃^--N表现出与静置状态截然相反的变化规律,NO₂^--N受多种因素的影响,变化比较复杂,初期与静置状态相反而后表现一致.再悬浮颗粒物浓度也是制约沉积物-水界面三态氮和可溶磷变化的主要因子之一.实验结果显示,NH₄⁺-N在前7h以内的变化和悬浮颗粒物浓度表现出较好的相关关系,后5h呈负相关关系;NO₂^--N和可溶磷在整个过程中与悬浮颗粒物浓度的变化都有着很好的相关性,只有NO₃^--N的变化与其关系比较薄弱.     

藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应

为探索不同密度藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应,设置了对照组(无藻屑添加)、2个藻屑添加组(分别为1倍组(加入0.06 g干藻,约6 g·m~(-2),以干重计)、20倍组(加入1.2 g干藻,约120 g·m~(-2),以干重计)),于(16±1)℃避光培养.结果表明,实验前4 d,20倍组藻屑分解耗氧剧烈并释放出大量溶解性有机质(DOM)及氮、磷营养盐.其中,溶解氧(DO)浓度迅速下降至1.4 mg·L~(-1)以下,上覆水中类色氨酸类物质荧光强度在第4 d最高(0.8 RU)且高于空白组,对荧光强度的贡献比例高达51.7%,为DOM的主要成分,说明藻屑分解释放大量类色氨酸物质.释放的溶解性无机氮(DIN)、溶解性总磷(DTP)以氨氮(NH_4~+-N)、正磷酸盐(PO_4~(3-)-P)为主要形态.随后实验阶段上覆水中SR值、E250/E360值降低,E253/E203值增加,说明藻屑在降解过程中腐殖化程度逐渐增加,取代基种类减少,导致释放的DOM以类腐殖质为主.因此,20倍组类色氨酸类物质逐渐被降解,导致荧光强度逐渐降低,类腐殖质荧光强度增加,对荧光强度的贡献比例高达62.7%.而对照组与1倍组污染物释放培养期间无显著性差异,DOM及氮、磷营养盐释放浓度均低于20倍组.因此,120 g·m~(-2)藻屑密度堆积情况下可造成水体明显缺氧至厌氧,导致大量氮、磷营养盐及溶解性有机物释放至上覆水中,成为水体富营养化的重要营养源.     

水动力对沉积物-水界面氧通量产生机制的影响

选取三峡库区支流御临河为研究对象,测量了5个水动力条件（平均流速为0.00,0.03,0.07,0.12,0.20m/s）下沉积物-水界面（SWI）氧通量的变化及水动力条件对SWI氧通量产生机制的影响.结果表明,随着平均流速的升高,SWI氧通量增加,由0.00m/s时的1.197mmol/（m²·h）增加为0.20m/s时的43.981mmol/（m²·h）,溶解氧穿透深度增加,氧进入沉积物更深处并被微生物和还原性物质所利用,沉积物耗氧量上升;当平均流速较低时,沉积物耗氧量以生物耗氧量为主,在0.00m/s与0.03m/s时生物耗氧量为氧通量的85.3%与57.7%;当水体平均流速较高,化学耗氧量与其他耗氧量中的化学过程耗氧量在氧通量中的比重逐步提高.     

微电极测量系统在湖泊沉积物-水界面生物地球化学过程研究中的应用

本文利用微电极测量系统对高原深水型湖泊红枫湖沉积物-水界面O2和H2S的微剖面分布进行了高分辨率研究。结果表明,红枫湖北湖中部和大坝沉积物-水界面扩散边界层厚度约为0.7mm,O2的扩散通量(J)分别为5.80和7.65mmol·m-2·d-1,O2的渗透深度分别为3.6±0.3mm和3.4±0.9mm,H2S的剖面变化主要受沉积物组成、O2消耗速率和硫酸盐还原菌(SRB)分布的影响。微电极测量系统具有原位测定、时空分辨率高、数据可靠性好等优点,在湖泊沉积物-水界面微尺度生物地球化学过程和驱动机制研究方面可发挥重要作用。     

湖泊水-沉积物界面三相结构模式的初步研究

论述了湖泊水-沉积物界面研究中传统的两相结构模式及其存在的不足,讨论了生物相在湖泊水-沉积物界面中的存在和作用,初步构建了界面三相结构模式,明确了其结构模式和特征,并提出了今后关于界面研究的重点科学问题.     

湖泊水-沉积物界面DIC和DOC交换通量及耦合关系

以乌梁素海和岱海为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了2个湖泊水-沉积物界DIC和DOC交换通量及耦合关系研究.结果表明,在夏季90 d的时间内,乌梁素海明水区沉积物表现为上覆水中DIC和DOC的碳源,DIC和DOC的平均释放速率分别为71.07 mmol·(m2·d)-1和185.09 mmol·(m2·d)-1;岱海浅、深水区沉积物整体上表现为上覆水中DIC和DOC的碳汇,浅水区DIC和DOC的平均释放速率分别为155.75 mmol·(m2·d)-1和-1 478.08 mmol·(m2·d)-1,深水区DIC和DOC的平均释放速率分别为-486.53 mmol·(m2·d)-1和-1 274.02 mmol·(m2·d)-1;岱海浅水区和乌梁素海水-沉积物界面DIC与DOC耦合作用(含量、释放速率、总量变化量的同步变化)主要受微生物摄取、微生物或非生物降解及水生植物的影响;岱海深水区水-沉积物界面DIC与DOC耦合作用则主要与Ca CO3共沉淀作用及沉积物中无机碳形态分布特征等有关.总体上,不同类型湖泊或同一湖泊不同湖区的DIC或DOC源/汇功能差异是湖泊类型、离岸距离、湖泊水文地球化学及无机碳形态分布等多种因素综合作用的结果.     

溶解氧对水质变化和沉积物吸磷过程的影响

通过室内模拟实验,研究有光和黑暗条件下,富氧和缺氧环境对东太湖沉积物吸收磷酸盐过程的影响.研究结果表明沉积物能够吸收上覆水中高质量浓度的磷酸盐,但吸收量和吸收速度随环境条件的不同而不同;缺氧环境上覆水中的pH高于或略高于相同光照条件下的富氧环境;实验开始的前20d,富氧环境有利于沉积物吸附上覆水中的磷酸盐,并快速达到吸附平衡,缺氧环境则相反;实验开始20d后,有光缺氧组上覆水中磷酸盐质量浓度开始迅速下降,且明显低于其他实验条件;富氧环境沉积物中总磷的增加量高于缺氧环境,其含量顺序为无光富氧＞有光富氧＞有光缺氧＞无光缺氧;溶解氧对沉积物中铁结合态磷和钙结合态磷含量的影响较大,对有机磷含量的影响不大.     

太湖藻对水-沉积物界面磷交换过程的影响

采用太湖梅梁湾沉积物和上覆水,以及从太湖水体中分离出的水华优势蓝藻(铜绿微囊藻)和常见绿藻(月芽藻), 室内模拟研究了这2种藻对太湖梅梁湾沉积物磷交换过程的影响. 结果表明:藻种的不同显著影响磷在水-沉积物界面的交换过程. 在沉积物和上覆水灭活条件下,铜绿微囊藻能够显著增加沉积物磷的释放量,引起上覆水中可溶性磷酸盐的增加;而月芽藻的存在没有引起沉积物中磷的明显释放,上覆水中可溶性磷酸盐一直保持在很低水平. 在低磷浓度的水体中,藻类会被诱导产生碱性磷酸酶,分解大分子可溶性有机磷,以满足自身生长的需要. 沉积物中各形态磷存在明显的转化作用,其中铁磷和碱提有机磷含量明显下降,而钙磷和酸提有机磷含量则大幅增加.      

气候变暖对冻结期黑土碳氮循环关键过程及指标的影响

冬季土壤碳氮循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分,对气候变暖的响应极为敏感.为更好地了解气候变暖对冻结期黑土碳氮动态的影响,本试验采用红外辐射仪模拟土壤增温,并进行了两种不同水平的增温研究(W1和W2).结果 表明,在冻结期(2019年11月至翌年1月),与对照处理(C)相比,模拟增温使表层土壤温度(0 cm土壤温...     

噪声监测过程中的点位布设问题

通过石家庄市环境监测中心近年来的一些噪声监测实例来深入探讨噪声监测过程中的点位布设问题,并指出相应的注意点和改进方法。