长江口及其邻近海域孔隙水地球化学特征

对长江口沉积物有机碳、总氮、总磷、Fe、Mn、AI及孔隙水和上覆水体中营养盐、Fe、Mn的含量进行了测试,结合早期成岩模型及地球化学热力学分析,探讨了在河口环境中影响孔隙水营养盐和Fe、Mn分布的主要因素,并对沉积物-水界面营养盐扩散通量进行了估算。结果表明,孔隙水中NH4^＋、NO3^-、PO3^4、H4SiO4和Fe、Mn的含量显著高于上覆水体。早期成岩过程是控制长江口沉积物孔隙水营养盐和Fe、Mn分布的主要因素。NH^4＋剖面暗示长江口近岸和远岸海域存在两类不同的生物地球化学过程。孔隙水Fe、Mn剖面暗示在河口环境中其是有机质降解的重要电子受体。在近岸海域MnO2可能是底部NH4^＋ -N移除的重要机制。长江口孔隙水中低磷酸盐与铁及沉积物中磷的形态有关。通量计算结果显示NH4^＋、NO3^-、PO4^3-、地SiO4、Fe和Mn向上覆水体扩散的通量分别为356—3074μmol／（m2·d）、-45．3～62．6μmol／（m2·d）、-0．3～1．7μmol／（m^2·d）、323—3172μmol／（m^2·d）、3．0～10．5μmol／（m^2·d）和35．7～439．5μmol／（m^2·d）。N、P、Si界面通量对上覆水体浮游生物所需营养盐的贡献分别为0．19％～1．65％、0．13％～0．14％和1．2％～12．2％,因此在考虑长江口区域浮游生物所需营养的来源时,沉积物-水界面营养盐扩散通量可以忽略。     

湖泊沉积物-水界面营养元素的生物地球化学作用和环境效应 Ⅰ.界面氮循环及其环境效应

发生在沉积物-水界面的剧烈生物地球化学作用对沉积物和上覆水体具重要的环境效应，然而此方面研究很少。本文通过云贵高原四个湖泊湖水和孔隙水NH和NO剖面，沉积物柱芯不同结合态氮含量剖面分布，界面扩散通量，影响氮循环的因素及它们季节性变化规律等的对比研究，初步揭示了湖泊沉积物一水界面的氮循环及其环境效应。     

湖泊沉积物—水界面营养元素的生物地球化学作用和环境效应：I.界面…

发生在沉积物－水界面的剧烈生物地球化学作用对沉积物和上覆水体具重要的环境效应，然而此方面研究很少，本文通过云贵高原四个湖泊湖水和孔隙水ＮＨ４和ＮＯ３剖面，沉积物柱芯不同结合态氮含量剖面分布，界面扩散通量，影响氮循环的因素及它们季节性变化规律等的对比研究，初步揭示了湖泊沉积物－水界面的氮循环及其环境效应。     

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。     

东沙群岛海域沉积物游离烃和孔隙水特征及其地球化学意义

对东沙群岛海域HD170和HD196A两个站位，通过系统的顶空气和孔隙水离子取样测试，对柱状样沉积物和底层水中游离甲烷的含量和沉积物孔隙水的离子组成特征以及孔隙水的来源进行了分析。游离气的分析表明，多数沉积物样品中游离甲烷的含量小于20μL／kg，但在HD196A站位，随着沉积物在海底以下埋深的增加，其中的游离甲烷含量迅速增加，在754～774cm，沉积物中游离甲烷的含量达到了7468．66μL／kg，推测其下存在巨大的烃类供应源。孔隙水的^86St／^87Sr同位素测试显示，本文所研究的两个站位沉积物孔隙水来源于正常的海洋沉积过程，而δ^11B的特征表明，沉积物中存在着与海水交换的吸附水，并且HD170站位的交换更多。柱状样沉积物孔隙水中，Ca^2＋、Mg^2＋与SO4^2-浓度表现出随着深度增加而明显降低的趋势，其中HD196A站位的硫酸盐甲烷界面小于10mbsf，暗示了该站位深部很可能赋存天然气水合物。     

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。     

海湾水库蓄水初期的单次往复密度流

为了探讨海湾水库蓄水初期单次往复水平密度流的产生与效应,进行砂质斜坡沉积物与水体之间盐分交换的水槽实验。通过沉积物孔隙水与其上覆水的多剖面电导率动态监测,分析盐分的时空分布特征,并计算深水区、浅水区和中心区的边界层单位面积含盐总量。实验结果显示,进水在浅水区沉积物表面产生明显的渗入-溢出现象,浅水区沉积物孔隙水盐分浓度显著低于中心区与深水区同一高度的盐分浓度,深水区初始底边界层含盐量与初始边界层下边界盐分浓度均为最高;这表明进水过程在倾斜沉积物表面产生了前进密度流,水流携带的盐分在坡底累积。水槽进满水后深水区边界层含盐总量与边界层下边界盐分浓度快速降低,并且浅水区表层沉积物孔隙水与深水区同一深度水体之间的盐分快速达到平衡;这表明蓄水初期在两者之间形成了返回密度流,从浅水区表层沉积物冲刷出的盐分在密度流作用下再次进入沉积物。为避免再次进入沉积物的盐分在后期继续影响水库泛咸,建议在蓄水结束后尽快实施坡底咸水排除方案。     

海湾水库沉积物对水体咸化影响的时间尺度

为预测海湾水库沉积物盐分释放对库水咸化影响的持续时间,建立了描述沉积物孔隙水盐分剖面分布的非稳态数学模型,并优化选取模型的边界条件与关键参数(沉积物孔隙水盐分的扩散系数)。稳态与非稳态条件下沉积物盐分释放的对比分析表明,在计算污染沉积物对其上覆水水质的影响时间时,按非稳态释放更符合实际情况。非稳态盐分释放的计算结果表明,拟建沐官岛海湾水库沉积物中盐分释放对库水咸化的影响时间将大于600年,该影响时间远长于水库的寿命;表明在水库的整个生命周期内,均需要定期监测海湾水库底层水的盐分浓度,并需采取有效措施预防水体的突然泛咸,而不能仅在建库初期关注咸化问题。     

沉积物-水界面交换研究的天然放射性同位素~(224)Ra/~(228)Th新体系

本课题组建立了天然放射性同位素新体系—~(224)Ra/~(228)Th不平衡法,用于研究沉积物-水界面物质交换。本文详细介绍了该方法的原理和现状,及其在沉积物-水界面溶解物质交换通量与机制、定量评估沉积物与水体间不同尺度传输方式(孔隙水交换和海底地下水排放)等方面的应用;探讨其潜在应用前景,指出近岸和陆架沉积物-水界面铁通量及其对冰期-间冰期大气CO_2周期变化的影响、沉积物作为水生环境"二次污染源"风险的定量评估是其潜在应用方向。     

海洋沉积物中孔隙水的氯同位素测量方法研究

采用Ba型、H型和Cs型三步阳离子交换树脂法,对海洋沉积物中孔隙水的氯进行了分离和提纯。氯的回收率达99．6％,能满足氯同位素质谱测定的需要。氯同位素的测量采用基于Cs2Cl^＋离子的高精度正热电离质谱法,对ISL354NaCI标准物质的多次测量结果为”CI／”CI=0．319130±0．000029,对一个南海海底沉积物中孔隙水的多次测量结果为^37CI／^35CI=0．319144±0．000043,表明此方法的稳定性好,测量精度高,可用于海洋沉积物中孔隙水的氯同位素示踪研究     

SW—Shollow—1型浅水水体沉积物—界面水采样器的研制

无扰动的完整的水体沉积物－界面水柱状样品的获取是提取沉积物记录的环境信息，研究沉积物－水界面物质迁移传输的地球化学过程原理的一项基本工作，本文介绍了一种新研制的用于5m以下深度的浅水水体沉积物－界面水采样器，该采样器由手柄杆、取样管、分析顶托三部分 组成，具有体积小、重量轻、材料廉价易得、加工简单、操作方便等特点，并且可以获得足够厚度的沉积物层和直径较大的柱状样，在运河样，是一种经济有效的浅水水体积积物－界面水采样工具。     

神狐海域沉积物孔隙水卤素浓度及碘同位素特征对天然气水合物成藏的示踪研究

对南海北部神狐海域SC-02钻孔沉积物孔隙水开展卤族元素浓度和I同位素研究。根据沉积物孔隙水中Cl^-、Br-和I-浓度特征,该钻孔可分为2层:上层沉积物孔隙水中卤族元素浓度随深度增加呈递增趋势;下层沉积物孔隙水卤素浓度则出现大幅波动,可能与该层赋存的水合物在钻取采样时发生分解有关。下层沉积物孔隙水的¹²⁹I/I年龄为20.77±2.4 Ma,明显老于其赋存地层的年龄,暗示该站位的天然气水合物中CH₄可能来自下伏的深部地层。     

北京官厅水库沉积物-水界面磷的分布和迁移特征

研究官厅水库一个沉积物柱及上覆水体磷的含量和形态特征,指出水体中的磷以颗粒态为主,界面上覆水中磷以无机磷酸盐为主,孔隙水中以有机磷占优势;界面附近湖水中总溶解磷、总无机磷、正磷酸盐和有机磷酸盐从远离界面到界面逐渐升高,孔隙水中总溶解磷、总无机磷、正磷酸盐在界面下10 cm左右达到最大值,有机磷含量由界面向下有增加趋势;计算了沉积物-水界面磷的沉降和扩散通量,分别为1967.5μg/a@cm2和0.5μg/a@cm2,结合沉积物中矿物组成、磷与Fe、Mn、SO2-4的关系,探讨影响磷分布和迁移的影响因素.     

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.     

喀斯特山区溪流上覆水—孔隙水—沉积物中不同形态氮的赋存特征及其迁移——以麦西河为例

选取贵州百花湖入湖支流麦西河为对象,研究了上覆水—孔隙水—沉积物体系氮的形态差异,结果表明:麦西河上覆水中,以硝态氮(NO-3-N)为主,氨态氮(NH+4-N)次之,亚硝态氮(NO-2-N)最低;孔隙水中,溶解无机氮中以NH+4-N为主, NO-3-N次之, NO-2-N最低;沉积物中,总氮(TN)的含量为1110.67～4413.16mg/kg;固定态铵含量为34.56～170.05mg/kg,占TN的1.47%～6.25%;可交换态氮以NH+4-N为主, NO-3-N次之, NO-2-N最低。孔隙水NH+4-N是上覆水NH+4-N的2.65～19.51倍,上覆水NO-3-N是孔隙水NO-3-N的7.14～20.43倍。沉积物TN与孔隙溶解水无机氮(DIN)、孔隙水NH+4-N、沉积物可交换态氮和沉积物可交换性NH+4-N呈显著正相关;在沉积物中,可交换性NO-3-N与可交换性NH+4-N及可交换态氮呈显著正相关,可交换性NH+4-N与可交换态氮呈极显著正相关;孔隙水溶解无机氮与孔隙水NH+4-N呈极显著正相关。麦西河不同介质中氮的迁移关系则表现为:由于浓度梯度,上覆水中的NO-3-N扩散到孔隙水中,进而累积到沉积物中;沉积物的可交换性NH+4-N,进入孔隙水,最终扩散到上覆水中。      

湖泊沉积物中蛋白质和氨基酸的动态变化

测定了阿哈湖和百花湖沉积物孔隙水中蛋白质和氨基酸的含量。蛋白质含量分别在0．32－1．71mg/ml和0．22－1．38mg/ml之间，氨基酸含量分别在1．15－5．01μg/ml（以含N量计）和1．41－4．16μg/ml之间。两湖沉积物氨基酸含量逐渐增高，表明扩散作用的存在。随着时间的推移，蛋白质在沉积物各层中得到了很好的保存，说明它的分解比较有限。沉积物孔隙水中氨基酸含量和微生物活动有关，氨基酸在27cm以后的阿哈湖沉积物中明显积累，可能指示微生物活动的减弱。     

地下咸水与水库水体交换过程中沉积物胶体释放规律

以天津滨海地区北大港水库为研究对象,采用室内柱试验,研究地下咸水与水库水体交换过程中不同位置沉积物胶体释放以及盐分释放/截留的动态特征,同时对沉积物胶体释放、盐分释放/截留机理进行了探讨。研究结果表明:水库不同位置地下咸水与水库水体交换过程中,盐分的归宿不同:接近水库入口处的沉积物能将盐分截留下来,而出水口沉积物却将盐分释放转移到水体。随孔隙体积数的增加,沉积物胶体累计释放量逐渐增加,入库口、库中心、出库口最大累计释放量分别为3.275 mg/g、0.386 mg/g和1.382 mg/g;胶体累计释放量随孔隙体积数的变化曲线符合直线型,胶体释放速率变化很小。盐分的释放或截留是沉积物颗粒的粒径、胶体含量、含盐量等多种因素作用的结果,水库水体与沉积物中的盐分处于动态平衡状态,当沉积物中含盐量高于平衡浓度时,其盐分会向水体中释放,同时吸附在胶体上的盐分也会随着胶体的释放而释放;反之,水体中的盐分会向沉积物中迁移被截留下来,沉积物粒径越小,越易吸附水中的盐分。胶体的释放规律可以用双电层理论得到很好的解释。     

高压环境下流体非饱和渗流对含水合物沉积物的影响

沉积物与流体流动的性质是影响水合物形成和聚集的两个重要因素,为研究水合物在沉积地层中的赋存机制必须探明高压环境下含水合物沉积物在非饱和渗流条件下的相互影响关系。以逸度差为水合物反应驱动力,反应动力学常数为Arrhenius类型,建立了包括非饱和流体流动-沉积物特征-水合物形成动力学耦合的二维模型,从理论上研究了多孔介质内流体与沉积物参数如含水率、去饱和系数、水力分布和水合物饱和度等在孔隙内的相互影响规律。结果表明,在设定的条件下,随着反应的进行孔隙水压力随时间逐渐大,在相同条件下水合物饱和度与温度增加导致孔隙水压力变大,其中水合物饱和度的影响较小,而沉积物基质吸力、去饱和系数与本征动力学常数则与孔隙水压力成反向变化,其中本征动力学常数的影响较大。     

时域反射技术测量海洋沉积物含水量的研究

时域反射技术(TDR)已被广泛应用于农业、地学等领域的水体分布特征研究。经实验发现,当沉积物孔隙水的盐度高于约0.5%时,利用传统的TDR探针无法测量沉积物的含水量。通过对TDR探针进行改进,发现加套管的TDR探针可以测量高盐分沉积物的含水量。观测了向干砂中加入盐度为0、0.5%、2%和3.5%溶液过程中介电常数的变化情况,初步建立了此种情况下沉积物的介电常数与含水量间的经验关系式。这一研究将为TDR在海洋沉积物含水量和水合物饱和度测量等方面的应用提供新的方法与思路。     

湖泊沉积物-水界面铁的微生物地球化学循环及其与微量金属元素的关系

沉积物容纳了来自流域自然风化及人为排放的各种金属元素，成为一个潜在的“化学炸弹”。微生物以其体积小、繁殖快、具有巨大的比表面积等特点可以大大地改变微量金属在环境中的分布。铁在陆地水体．沉积物环境中具有很高的丰度、合适的电化学特性，在好氧、厌氧转换的界面环境中强烈地推动了早期成岩作用。本文针对铁在亚表面水环境中的重要性，侧重介绍了沉积物．水界面的铁的微生物地球化学循环过程，以及这一过程对蓄积在沉积物中的微量金属元素的重新分布的影响机制。