波浪扰动对太湖底泥磷释放影响模拟

为揭示波浪扰动对湖泊底泥磷释放的影响,在波浪水槽中模拟了不同波高情况下扰动对水体、水土界面、底泥间隙水的磷、溶解氧等的影响.结果显示,在大波扰动下,沉积物大量悬浮,水体总磷随之增加,溶解性磷增加却不显著;波浪扰动显著增加了水体和沉积物界面的溶解氧浓度,并增加了溶解氧在沉积物的侵蚀深度;波浪扰动降低了沉积物表层10 cm内间隙水中的磷浓度,而10 cm以下沉积物中间隙水中磷浓度基本保持不变.研究表明,波浪扰动可迅速增加水体中颗粒态的营养盐,但是对于溶解态营养盐,尤其是水体中活性磷浓度的影响,则受沉积物性质、水-沉积物间隙水磷浓度差,以及水-沉积物中氧含量等多方面因素的影响.     

风浪扰动引起湖泊磷形态变化的模拟试验研究

为了解一次完整的大风浪过程(包括风浪扰动及扰动后的静风期)水体中各形态磷的变化情况及其影响因素,进行了室内模拟风浪扰动的试验研究。结果显示大风浪扰动初期水体中悬浮物(SS)、总磷(TP)、颗粒态磷(PP)和溶解性总磷(DTP)的浓度大幅增加,扰动持续半天后水体SS、TP、PP的浓度均达到最大值,扰动停止后,至少需要10d时间水体中SS、TP、PP的浓度才能回复到扰动前水平;扰动期间水体DTP浓度居于高值,但风浪停止后立即降低;整个风浪过程水体中溶解性反应磷(SRP)浓度变化不大。试验表明,扰动初期沉积物中Fe、Mn结合态磷能快速释放到水体中,但随着扰动的持续,水体复氧,释放到水体中的溶解性活性磷又能与Fe、Mn结合随悬浮物沉降到水底。扰动期间及随后静置1d时间内,水体中悬浮颗粒物的中值粒径连续下降,意味着悬浮颗粒物对磷的吸附能力在不断增强。但水体静置较长时间后,扰动引起的悬浮物几乎全部沉降,絮凝等作用导致水体颗粒物粒度增大。本研究说明虽然大风浪扰动初期能引起浅水湖泊中颗粒态和溶解态营养盐浓度的迅速提高,能够为水华蓝藻的快速生长提供大量可直接利用或酶解的营养盐,但随着风浪扰动的持续,由于水体复氧、水中颗粒物粒度不断细化、颗粒物中的有机成分比例不断增高等,悬浮颗粒物对活性磷的吸附能力也相应提高,两种作用相互削减使得风浪扰动后期水体活性磷浓度的增幅并不明显。     

湖水-沉积物界面内源物质交换动态复水模拟研究

分布式采集了玄武湖底长期暴露的底泥,分析了底泥营养物的分层分布及其理化特性对湖泊水质的影响强度。通过动态换水试验,研究了复水过程中暴露底泥营养盐的释放过程和上覆水总磷、总氮浓度变化对水土界面物质交换的作用关系以及对水体富营养化程度的影响机制。实验及模拟表明:由于湖泥表层长期暴露,有机及结合态营养盐降解为无机态营养盐,即使复水过程中使用清水,但由于干涸湖床沉积物总磷T-P、总氮T-N的垂直分布,也将严重导致内源营养盐释放总量持续增加,在相对长时间内,上覆水总磷浓度仍维持在较高(01mg/L)水平。研究成果为实施生态修复,治理复水后湖体富营养化提供了理论和实验依据。     

沉水植物黑藻对上覆水中各形态磷浓度的影响

室内模拟研究了沉水植物黑藻对上覆水中不同形态磷浓度的影响及其季节性变化,并从沉水植物生长、间隙水和碱性磷酸酶活性(APA)三方面进行了讨论,进一步揭示磷在浅水湖泊水-沉积物界面的交换机理。结果表明,在本研究条件下,上覆水中各形态磷以溶解性总磷(DTP)为主,其他形态磷浓度变异较大,黑藻降低了上覆水中总磷(TP)、溶解性活性磷(SRP)和DTP浓度,也降低了DTP和SRP占总磷的比例,从而使颗粒态总磷(PP)和溶解性有机磷(DOP)占总磷比例升高。黑藻主要通过吸收上覆水中的磷和抑止沉积物、上覆水中APA使上覆水中各形态磷浓度保持较低水平,其中对SRP和DTP浓度的影响更明显。上覆水中各形态磷浓度呈现明显的季节性变化。在7～8月,TP、SRP和DTP浓度呈下降趋势,并在8月达到最低值;9～10月间有所升高,但仍然维持在较低水平,不同采样时间存在波动。     

正构烷烃在海湾沉积物与悬浮颗粒物中的粒径分布及其环境行为

为初步探讨粒径大小对污染物迁移循环机制的影响,分析了广东省海陵湾水体中的悬浮颗粒与表层沉积物中不同粒径颗粒的质量分布特征和正构烷烃的空间分布。结果表明,此区域水体中的悬浮物的絮凝临界粒径约在细颗粒(Φ30μm)范围内。悬浮颗粒与表层沉积物中的正构烷烃的富集能力受多种因素作用,其中不同粒径组分的有机质的组成与类型及污染物的来源是重要的影响因素。水体底层细粒径中nC31的浓度增加说明水流作用与颗粒物粒径大小是影响海底沉积物再悬浮的重要参数。     

湿地沉积物-水界面营养盐交换的定量估算

为有效控制湖泊内源营养盐的释放,探讨了不同物理改良措施(覆沙、底质疏松)对沉积物-水界面营养盐的释放通量控制效果。利用原位孔隙水采样技术(Peeper)来获得沉积物孔隙水剖面,对改良后湿地沉积物孔隙水营养盐的垂向分布及其扩散通量进行了研究。结果发现,改良后沉积含水率、孔隙率分别提高了91%和54%。水土界面附近,随剖面深度增加,孔隙水中PO₄3-、NH₄+、NO₃-及NO₂-浓度分布符合指数关系,PO₄3-、NH₄+在8 cm左右达到最大值。种植芦苇后沉积物孔隙水中PO₄3-、NH₄+均有不同程度的下降,改良措施能有效降低表层弱结合态磷在总磷中比例但增加铁磷的比例,种植芦苇可强化这一效应。运用Fick第一定律对剖面孔隙水营养盐的扩散通量进行估算,发现沉积物经疏松后,NH₄+、PO₄3-的扩散通量由57.47~72.19μg/(m2·d)和2.55~3.21μg/(m2·d)变为-95.54~-130.94μg/(m2·d)和1.50~2.05μg/(m2·d),可考虑疏松沉积物-水界面附近沉积物来作为控制湖泊内源污染的有效手段之一。     

河口沉积物孔隙水营养盐分布特征及扩散通量

通过2010年夏季在李村河口潮滩区3个站位的采样分析,研究了孔隙水营养盐的分布特征,并利用Fick第一定律估算了沉积物-水界面间营养盐的扩散通量。结果表明,孔隙水营养盐在不同站位间质量浓度不同,呈现出自河口上游向下游逐渐降低的分布趋势。NH₄⁺-N质量浓度为26.21~53.10 mg/L,是孔隙水中营养盐的主要组分。沉积物中有机物的降解反应主要在还原状态下进行,营养盐质量浓度在垂向上的变化受有机质含量及沉积物氧化还原环境改变的综合影响。除NO₃^--N外其他营养盐均由沉积物向上覆水体扩散,沉积物是底层水体营养盐的重要来源。     

密云水库沉积物-水界面磷的地球化学作用

以密云水库为例，研究了水库沉积物中有机质的含量与有机磷的关系，表明表层沉积物中的总有机碳和有机磷的含量都明显高于底层，是由于一些以磷为营养素的富营养化指示藻类在水体中逐年增加，它们死亡后的残骸经分解-矿化后在底积物中累积的结果。沉积物和孔隙水中磷的剖面特征研究表明，表层沉积物和孔隙水中的磷都有明显上升的趋势，是由于沉积物的表层微生物和活性有机碎屑层比较丰富，有机质降解和含磷的有机化合物分解，使溶解性磷酸盐进入孔隙水。对沉积物磷形态、总有机碳及孔隙水中总磷对磷释放的影响进行了线性相关分析，结果表明上覆水中的磷主要来自沉积物的铁结合态磷、铝结合态磷、溶解态磷三种形态，孔隙水中总磷以及总有机碳含量对上覆水中总溶解磷浓度存在较大的影响，这些为研究水库沉积物作为水库内污染源对水质的影响提供了基础资料。     

太湖沉积物中微生物多样性垂向分布特征

运用化学分析方法和PCR-DGGE技术,从沉积物化学及分子生物学角度对太湖沉积物理化性质(pH、Eh)、营养盐及微生物多样性的垂向分布及相关性进行研究。结果表明:沉积物-上覆水接触界面处于轻度还原状态,在表层8.0cm左右以下,Eh随沉积深度的增加迅速下降,还原性逐渐增强,到15.0～22.5cm深度区间内,Eh值基本稳定,还原性最强,之后随深度的进一步增加,Eh呈"之"型缓慢升高。沉积物pH随深度的增加先降低后缓慢升高,pH在整个剖面上变化幅度不大,在7.2～7.6变动。沉积物中含有丰富的营养盐,总氮(TN)、总磷(TP)最高含量分数和有机质(OM)的最高百分比分别为2.436mg/g、0.731mg/g和3.817%,其剖面特征表明,沉积物表层TN和OM远高于底层,其含量随深度增加而降低。TP随着沉积深度的增加呈"之"型缓慢减少。不同深度沉积物的微生物群落呈现出明显的空间分布多样性差异,不同深度沉积物的微生物群落结构之间的相似性和动态性存在差异。多元相关分析结果显示,TN与OM显著相关,理化指标、营养盐中任一指标含量与微生物群落多样性指标之间存在相关性,但不显著,微生物多样性是营养盐及环境物理、化学和生物等多方面共同作用的结果。     

风浪作用下入湖河口内源释放特征

采用Y型沉积物再悬浮发生装置模拟3种风速条件下典型入湖河流河口沉积物再悬浮和沉降过程.结果表明,随着风速的增大,水柱中悬浮物总量增加;3种风速条件下氨氮(NH₄+-N)增量均为负;小风和中风过程,正磷酸盐(PO₄3--P)总量呈减小趋势,大风过程,正磷酸盐总量出现了明显上升,相对于初始值增加了46%,在5.1~8.7m/s的某一模拟风速条件下PO₄3--P的释放和吸附达到动态平衡,其表观值与初始值相等.总氮(TN)和总磷(TP)总量随着风速的增加而增大,TN最大增量是初始总量的2倍,而TP则是17倍;风浪过后TN、TP总量基本恢复到初始值.典型风速过程中,营养盐垂向分布无明显规律.     

Settling and resuspended particles: A source or a sink of phosphate in two contrasting oligotrophic high mountain lakes?

This study focuses on two Mediterranean oligotrophic high mountain lakes located in the Sierra Nevada National Park (southern Spain): Río Seco (RS) and La Caldera (LC). A combination of field measurements and laboratory experiments is used: (i) to quantify in situ settling fluxes; (ii) to study the soluble reactive phosphorus (SRP) release or uptake by settling and resuspended particles; and (iii) to discriminate between the biotic and abiotic contribution for such patterns. In general, all suspensions (lake water untreated and lake water enriched with settling and with resuspended matter) in both study lakes release significantly more SRP to the solution when biological activity was suppressed. Biological uptake from settling and resuspended matter is likely to be limited by the bacterial consumption of P. Despite of these similarities, this study has revealed notable differences in the effect of sediment resuspension on SRP dynamics in both study lakes, when simulating natural conditions (biotic and abiotic processes). While in LC, the enrichment of lake water with settling and with resuspended matter did not cause an increase in SRP concentrations in lake water, SRP concentrations in RS at the end of the experiment were significantly higher (probability P < 0.05) in lake water enriched with resuspended matter (3.2 μg/l) than in natural lake water (lower than the detection limit). Accordingly, it is reasonable to expect that sediment resuspension, which occurs more frequently in RS compared with LC, affects drastically the SRP availability in the water column in RS.     

Lake Søbygaard: a shallow lake in recovery after a reduction in phosphorus loading

The development and recovery of a shallow and hypertrophic lake following a reduction in the external phosphorus load has been documented. In spite of this reduction, phosphorus concentrations and phytoplankton biomass in the lake water are still very high. The reason for this development can be explained by three main factors: (1): the sediment has been accumulating a large phosphorus pool which is now causing a high internal phosphorus load, (2) due to the shallow conditions, resuspension of the upper sediment often takes place because of wind action and thereby increases the phosphorus loading from the sediment, (3) the development of a large population of planktivorous fish decreases the zooplankton biomass resulting in the development of a large phytoplankton biomass.     

河岸带土壤磷素空间分布及其对水文过程响应

野外观测太湖地区典型农业河岸带——浯溪荡河岸带土壤总磷（TP）和溶解性总磷（DTP）含量以及当地降雨量、河水水位和地下水水位,探讨了丰水年条件下该河岸带土壤TP和DTP的空间分布特征以及水文过程对其空间分布的影响。结果表明:①在水平方向上,土壤TP和DTP含量从远岸向近岸均呈现先减少后增加的变化趋势;在深度方向上,各断面TP和DTP含量随土层深度的增加均呈减少的变化趋势。②不同月份河水水位均低于地下水水位,地下水补给河水。河水水位和地下水水位随时间的变化规律与降雨量的相似,但具有一定的滞后性。③降雨是土壤水分运动的主要驱动力,降雨、河水水位以及地下水水位对河岸带土壤磷素空间分布的影响显著不同。     

再悬浮条件下沉积物内源磷迁移-转化机制研究进展

对沉积物再悬浮的驱动力及其耦合效应、再悬浮-内源磷迁移转化机制及主要影响因素进行了阐述,探讨了该领域未来可能的研究方向。相关研究发现,沉积物再悬浮的各种驱动力既可以单独作用也可相互耦合,其耦合效应具有显著的时空变异性;再悬浮使还原态沉积物暴露于有氧环境,沉积物中铁、锰的氧化以及沉积物颗粒的吸附促进了内源水溶态无机磷(SRP)的去除,而进入水体的内源有机磷则通过生物矿化和光化学分解转化为SRP;沉积物物化特征、水动力、水生生物以及水体理化性质等因素控制着再悬浮过程中内源磷的迁移和转化。指出再悬浮条件下沉积物内源磷迁移转化的多过程耦合效应、沉积物中磷形态的转化及其生物有效性、内源有机磷矿化与光化学分解机制及其调控因素将是本领域需要进一步研究的重点。     

模型揭示的浅水湖泊稳态转换影响因素分析

富营养化会导致浅水湖泊发生稳态转换,生态系统服务严重受损。磷是驱动湖泊发生稳态转换的重要环境因子,探究湖水磷浓度的变化规律是湖泊管理的关键。通过磷动力学模型,从影响湖水磷浓度的主要参数入手,探讨了每种参数变化对磷浓度的具体影响。结合前人研究结果,详细讨论了不同类型气候变化和人类活动对湖泊稳态转换时间、滞后时长、修复速率等的影响。研究认为,气候变化所导致的温度升高、光强减弱、风浪增强等和人类活动所导致的生物扰动、水位波动增强等因素变化虽不会改变湖泊稳态转换突变时间,但会推迟湖泊修复时间,造成突变阈值减小,滞后时间延长,稳态增大。在湖泊保护中要重点考虑主要外力驱动对湖泊稳态转换过程影响的区别,避免有害突变的发生。     

中国东部浅水湖泊参照状态确定的非参数方法

根据中国东部浅水湖泊受人类活动影响较严重的情况,将季节分解的非参数局部线性回归模型、频率分析和几何分块自助法有机结合,提出了一种基于非参数方法的湖泊参照状态确定的新方法。该方法首先将季节分解模型用于湖泊营养盐及其响应物的观测值,选取出适合用于推断参照状态的时间段;其次使用频率分析法分析此时间段内的观测值,并给出湖泊总氮、总磷和叶绿素a的参照状态值;最后用几何分块自助法给出各自的置信区间。该方法能有效克服前人提出方法的缺点。以太湖为例,采用该方法推断了参照状态浓度,总氮为0.78mg/L,总磷为0.030mg/L,叶绿素a为2.63μg/L;给出相应的95%置信区间分别为0.57~0.83mg/L、0.025~0.046mg/L和1.86~2.65μg/L。该方法也可适用受人类活动影响较大的中国东部其他浅水湖泊。     

沱江沉积物-水界面磷形态垂向分布及时空变化特征

水体中富营养化水平与磷元素的赋存形态密切相关。目前围绕引起富营养化关键因子之一的磷形态的垂向分布特征、各磷形态间的迁移转化行为及其影响因素取得了比较明确的研究进展。为进一步揭示不同磷形态在沉积物-水体系中迁移转化行为随时空的变化特征,本文采用磷钼蓝分光光度法对沱江流域简阳段间隙水中可溶性活性磷(SRP)、可溶性非活性磷(SUP)及总溶解性磷(TDP)进行测定;采用SMT法和改进的沉积物无机磷形态连续提取法对沉积物中总无机磷(TIP)、总磷(TP)、难提取磷(Res-P)、可交换态磷(Exc-P)、铁结合态磷(Fe-P)、铝结合态磷(Al-P)、钙结合态磷(Ca-P)进行提取,磷钼蓝分光光度法进行测定,以揭示沉积物-水体系中磷的赋存形态垂向分布行为特征,并将实验数据与十年前该地区磷的赋存形态结果进行对比,探讨磷赋存形态的变化趋势及影响因素。结果表明:间隙水中SRP、SUP和TDP的含量分别为0.004～0.36mg/L、0.080～3.19mg/L和0.056～3.28mg/L;沉积物中TP、TIP、Res-P、Exc-P、Al-P、Ca-P含量分别为1235.40～1646.94mg/kg、860.00～1318.59mg/kg、130.31～537.13mg/kg、1.35～14.10mg/kg、0.007～0.12mg/kg、743.13～1109.91mg/kg,Fe-P未检出。对比十年前后沉积物-水体系中磷赋存形态的变化可知,由于受到外源磷输入的影响,间隙水中SRP、SUP以及TDP含量虽然在-10cm以上变化不明显,但在-10cm以下明显增大,且导致沉积物中TP、TIP含量增加;偏碱性的沉积环境导致Al-P的释放,其含量明显减小;Exc-P含量的减小与其转化为稳定的Ca-P或Res-P形态有关。研究认为:随着时空的变化,沱江简阳段沉积物呈现外源磷输入和内源磷释放的综合污染。总体而言,由于输入的磷形态大部分以稳定的Ca-P和Res-P形态存在于沉积物中,使得表层间隙水中生物可直接利用的磷含量总体变化不大,该地区富营养化程度不会加重。维持沉积环境的弱碱性,有利于Al-P、Exc-P等向Ca-P的有效转换,抑制河流富营养化。     

Phosphorus in suspended matter and sediments of a hypertrophic lake. A case study: Lake Dianchi,China

From June 2004 to December 2004, Lake Dianchi, which had large scale of cyanobacterial blooms was investigated in order to study P-fractionation in the suspended matter and the sediment. The investigation improves our understanding of phosphorus in Lake Dianchi and the relationship between phosphorus and cyanobacterial blooms. It contributes to the available literature on the behavior of P in hypertrophic lakes. The distribution of P-fractions in Lake Dianchi was not uniform from northwest to south, but was closely related to the trophic status of the whole lake. The concentrations of total phosphorus, labile P (NH₄Cl-P), Organic P (NaOH-NRP) and loss on ignition in suspended matter were positively correlated with the strength of cyanobacterial blooms. Total phosphorus in suspended matter was relatively stable for almost half an year and closely related to Chl. a concentration. The main content of organic phosphorus is in the cyanobacterial blooms. The concentrations of phosphorus bound to metal oxides and carbonates (NaOH-SRP and HCl-P) in sediment were similar to NaOH-SRP and HCl-P in the corresponding suspended matter. The latter two forms of P in suspended matter were not affected by cyanobacterial blooms, indicating that the inorganic phosphorus is derived from the sediment after resuspension from the sediment due to wind and wave action. The contribution of the different P-fractions to TP in sediment and in suspended matter indicates that NH₄Cl-P in the suspended matter is an important buffer for maintaining dissolved phosphorus in water.