扎龙湿地表层沉积物磷的赋存形态及空间分布特征

沉积物中不同形态的磷具有不同的地球化学行为和生物有效性,其含量和分布特征包含着许多环境地球化学信息。该文利用SMT法对扎龙湿地表层沉积物中总磷(TP)及各形态磷进行了分析,探讨其空间分布特征及控制因素。结果表明,扎龙湿地表层沉积物TP含量高,接近于富营养化严重的太湖和巢湖,主要分布于核心区和东北部;无机磷(IP)含量稍高于有机磷(OP),其分布特征都与TP相似。IP中的钙结合态磷(Ca-P)和铁铝结合态磷(Fe/Al-P)空间分布差异性较小,Ca-P含量占IP的59.2%。TP及各形态磷含量受粒度、有机质、pH及溶解氧等环境因子的影响,造成扎龙湿地水体富营养化的污染物质主要来自外源;但随着湿地盐碱化加重、生态环境破坏及植被覆盖度下降,沉积物内源磷的释放将成为扎龙湿地水体富营养化的重要来源,将直接加剧水体富营养化程度,尤其增加核心区水体富营养化的风险。     

九龙江西溪流域沉积物磷的形态与时空分布特征

沉积物磷的内源释放是导致水体富营养化和水华爆发的重要原因。本研究通过现场监测、GIS技术、模型模拟、数理统计等方法,在人类扰动剧烈的九龙江西溪流域开展河流沉积物磷的赋存形态及分布特征研究。研究结果表明,西溪表层水磷浓度和沉积物TP含量在空间上都呈下游较高、上游较低的分布形态;此类TP含量处于143至1 516 mg·kg~(-1)的范围内,均值是691 mg·kg~(-1),常见赋存形态是IP,但IP内主要的还是Fe/Al-P,多种形态磷的具体含量变化几乎都满足下列关系式:Ca-POPFe/Al-P; 10月份沉积物TP含量最低,3月份含量最高,和水体内SRP浓度具有相同的变化规律。Fe/Al-P是西溪表面沉积物内TP含量提升的首要原因,OP次之。除此之外,IP与Ca-P对水体内磷含量产生了巨大影响,而氯离子与叶绿素a同样会对水体中磷的浓度产生显著影响,这两个值升高的时候,SRP、TDP与TP均会随之增多,同时温度升高也会增大水体的SRP与TDP浓度。研究结果对人类扰动剧烈的近海流域富营养化防治与水环境保护具有参考价值。     

准噶尔盆地灰漠土无机磷形态及磷吸附特性研究

选择新疆准噶尔盆地灰漠土作为研究对象,通过测定灰漠土中不同形态的无机磷素含量并进行土壤磷素等温吸附实验,研究灰漠土中各形态无机磷素的有效性和土壤磷吸附特征。结果表明,灰漠土中无机磷形态主要是Ca-P,占全磷含量75%以上,且以Ca₁₀-P形式为主,其次为Ca₈-P和Ca₂-P,无机磷中Al-P、Fe-P和O-P含量较少。全剖面中随着土层深度增加,Ca₂-P、Ca₈-P和Al-P占全磷总量的比例减少,Ca₁₀-P占全磷总量则有所增加,0~20 cm土层全磷和Olsen-P含量最高,分别平均为926 mg·kg^-1和51.54 mg·kg^-1。统计分析表明Ca₂-P、Al-P是最有效的磷源,Ca₈-P和Fe-P是第二有效磷源,O-P和Ca₁₀-P则是作物的潜在磷源。利用Langmuir方程拟合灰漠土的磷等温吸附曲线,得出土壤最大吸磷量（Xm）为957±629 mg·kg^-1,吸附参数（K）为149.285±89.225;灰漠土的粘粒含量对Xm影响最大,其次是有机质,pH值影响最小。     

南极普里兹湾表层沉积物中磷的形态分布特征

针对多次南极考察中雪龙号在普里兹湾海域获取的表层沉积物样品,分析了该海域沉积物中各形态磷的含量,并讨论了其分布特征和控制因素。结果表明,表层沉积物总磷含量介于416.1×10-6—676.3×10-6之间,平均为543.5×10-6,主要由碎屑磷(平均为209.9×10-6)和自生磷(平均为137.7×10-6)组成。自生磷、有机磷呈现从湾东部至西部逐渐降低的分布趋势,这种分布与有机碳、生物硅等生源要素的分布以及上层水体生产力的高低相吻合,指示了其海洋生源属性;碎屑磷在湾西部含量较高,其分布与沉积物中铝、砂质的分布模式一致,表明其主要来自堆积在西部浅滩区域冰山携带的陆源砂质碎屑。可交换态磷(平均为36.0×10-6)和铁结合磷(平均为47.1×10-6)在沉积物中含量较低,分别受沉积物粒度和铁含量的控制,仅在湾东部和中心个别站位含量较高。生物可利用磷在湾东部和中心区域含量较高,可能与上述区域较高的生源颗粒物沉降速率有关,同时这些颗粒物可能吸附了水体中的磷进入沉积物中,导致对应底层海水磷酸盐浓度相对降低。     

毛乌素沙地风沙土粒径分布特征及其影响因素

为揭示毛乌素沙地风沙土粒径分布特征，推测其影响因素，以毛乌素沙地流动、半固定和固定沙丘风沙土为研究对象，利用激光衍射技术分析其粒度组成，并计算粒度参数，解析粒配曲线，研究结果表明：（1） 毛乌素沙地风沙土优势粒径组为细砂，其平均体积含量约为29.89%～32.46%，不同类型沙丘无显著差异（P>0.05）；少数粒径组分为粗砂、黏粒和极粗砂，其中流动沙丘与半固定、固定沙丘黏粒与粗砂含量均无显著差异（P>0.05），从半固定到固定沙丘，黏粒含量显著增加（P<0.05），粗砂含量显著减小（P<0.05），从流动沙丘到固定沙丘，极粗砂含量显著减小（P<0.05）。（2） 毛乌素沙地风沙土平均粒径为3.35 Φ，粒度分布集中，分选性较差，偏度状况为正偏，尖窄峰态。在沙丘固定的过程中，平均粒径与标准偏差无显著变化（P>0.05），峰态显著变宽平（P<0.05），半固定沙丘偏态值与其他2种沙丘相比显著偏负（P<0.05）。（3） 流动、半固定与固定沙丘跃移组分的粒径区间分别为44～435 μm、63～500 μm和31～354 μm，风沙运动在半固定沙丘中最为强烈。毛乌素沙地风沙土优势粒径组分含量主要受物源影响，少数粒径组分含量主要受沙丘流动性影响，风沙运动强度随沙丘的固定呈先增大后减小的规律。     

达里诺尔湖沉积物粒度及营养盐垂直分布特征变化

通过对达里湖湖中心柱状沉积岩芯总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)和粒度指标的测试与分析,探讨其垂向分布特征及影响因素。结果表明,营养盐TN、TP和OM的含量分别为2.12~3.71 g/kg、0.48~0.74 g/kg和4.71%~7.97%,平均值分别为2.98 g/kg、0.64 g/kg和6.29%。1832~1941年,TN、TP和OM含量较为稳定且含量较低;1941~1965年,TN和TP含量不同程度上先增加后减小,OM含量呈减小趋势;1965~2011年,TN、TP和OM含量整体上表现为增加趋势。沉积物中C/N值显示有机质及营养盐的主要来源为浮游动植物,沉积物粒级组成以粘土为主。沉积物中OM与TN和TP极显著相关,说明沉积物中氮主要以有机氮的形式存在,有机质与磷的生物地球化学循环也有相当紧密的关联;TN与TP表现出极显著相关性,说明沉积物氮、磷在沉积行为上有一定的相似性。沉积物中TN、TP和有机质与粒径小于4μm的颗粒正相关,与其它粒径的颗粒负相关。     

三江平原稻田磷输出及迁移过程研究

为了认知三江平原稻田磷的输出机制,通过不同尺度田间原位实验,研究了稻田磷在侧渗输出过程中的含量、侧渗速率以及田埂截留率的变化规律,量化输出磷负荷量;并进一步通过采样分析,揭示磷在各级排水系统中的迁移过程.结果表明,近沟渠田埂对侧渗液中总磷(TP)和可溶性总磷(DTP)的截留率都较高,平均达到50%～60%左右,且随田埂宽度增加,截留能力增强.现有耕作模式下,TP和DTP的年输出总量分别为0.19t/(km2·a)和0.02t/(km2·a),分别占当年施肥总量的9.85%和1.12%.稻田水排出后,其磷含量在水渠-排干-沼泽性河流-江河系统中逐级递减,说明各级排水系统不但起到疏通河道的作用,还具有较好的磷净化功能.     

沙层特性对沙盖黄土坡面产流产沙变化贡献的定量分析

沙盖黄土坡面产流产沙方式独特,侵蚀过程复杂,量化降雨过程中该类坡面产流产沙变化影响因素贡献的大小对揭示其侵蚀机理具有重要的意义。基于室内模拟降雨试验,定量分析沙层厚度（2 cm、5 cm和10 cm）和粒径组成（100%粒径≤ 0.25 mm、75%粒径≤ 0.25 mm +25%粒径> 0.25 mm、50%粒径≤ 0.25 mm+50%粒径> 0.25 mm、未处理原沙和100%粒径> 0.25 mm）在降雨过程中对产流产沙变化的影响和贡献。结果显示：沙层厚度增加能明显延长产流时间,减少总产流量,增加总产沙量,增大降雨过程中产流产沙的变异性;随沙层粒径组成变粗,初始产流时间和产沙量无明显变化规律,产流量有增大趋势。沙层厚度、粒径组成及二者交互作用对初始产流时间变化的贡献率分别为68.03%、15.77%和3.85%。沙层厚度对降雨不同时段15 min产流量和不同历时总产流量的贡献率分别在23.89%~52.22%和41.10%~48.94%之间,对相应产沙的贡献率分别在29.19%~62.01%和13.53%~30.31%之间。整体上沙层粒径组成变化对产流产沙量变化的贡献率小于沙层厚度,且无明显规律。沙层厚度和粒径组成交互作用对产流量和降雨中前期产沙量的影响显著（p < 0.05）,其对产流产沙变化的贡献率分别在13.12%~26.62%和3.22%~43.12%之间,不同降雨时段变化明显。研究结果说明,沙层厚度决定沙盖黄土坡面产流产沙过程,其和沙层粒径组成对产流产沙的影响和贡献随坡面沙层的侵蚀演化而动态变化,且二者的交互作用也不容忽视。     

北部湾北部滨海湿地水体和表层沉积物中营养元素分布与污染评价

2009年4～5月,对北部湾北部滨海湿地水体和表层沉积物进行了取样调查,研究水体中营养盐和表层沉积物中碳、氮和磷元素含量、分布及其影响因素,并在此基础上评价了滨海湿地水体富营养化水平和表层沉积物的污染状况.研究区水体中的溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)、活性磷酸盐PO43-—P和化学需氧量(CODMn)平均含量分别为(211.84±37.44) μg/L、(11.01±12.11) μg/L和(0.92±0.32) mg/L;表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)的平均含量分别为(373±355) μg/g、(232.28±157.34) μg/g和(0.45±0.46)％.北部湾北部滨海湿地水体中的DIN含量和PO43-—P含量在茅尾海和廉州湾东部西场海区都很高,且水体富营养化比较严重,大规模的海水养殖可能是造成该现象的主要原因.研究区水体中CODMn含量空间分布呈近岸高、远岸低的特征.研究区铁山港顶部、南流江口、大风江口、钦江和茅岭江口较细的表层沉积物中的TN、TP和TOC含量较高.研究区表层沉积物的TOC/TN值分布表明,钦江口、钦州港区、防城港、企沙港区和珍珠湾东北部的沉积物有机质含量受到了强烈的陆源影响.根据加拿大安大略省环境质量评价标准,除了钦州湾顶部的龙门港区、大风江口中部和铁山港顶部西北角一小部分区域的表层沉积物中的TOC、TN和TP含量分别略高于1％、550μg/g和600μg/g,已被明显污染,而处于最低级别或严重危害级别,会对部分底栖生物产生影响外,其他绝大部分区域都属安全级别,为清洁或部分已被轻微污染.     

昆明翠湖水质变化特征及影响因素研究

翠湖是昆明非常重要的景观水体。通过对翠湖有代表性位点水样及相应底泥样品的采集,翠湖水样及底泥的主要指标进行监测、分析和评价。结果表明：目前翠湖水体（总磷含量0．38mg／L,总氮5．06mg／L,氨氮2．37mg／L）已属富营养化水体;翠湖水体总磷、总氮和氨氮含量随季节呈现明显动态变化,高锰酸盐指数和pH值等含量随季节变化不明显;底泥总磷含量3．02g／kg,速效磷163．29mg／kg,碱解氮493．41mg／kg,水体营养盐和底泥营养盐含量有明显相关性,底泥中营养盐总磷、速效磷和碱解氮含量对水体富营养程度有很大影响。     

Phosphorus forms in sediments of the East China Sea and its environmental significance

By means of SEDEX, ASPILA and XRF, depth-dependent changes of different phosphorus forms in sediment cores from specific areas of the offshore Changjiang Estuary (Yangtze Estuary) in 1998 were analyzed. Results show that contents of total phosphorus (TP), organic-phosphorus (OP) and iron-phosphorus (Fe-P) decreased down-core, while those of absorbed-phosphorus (Ad-P) and calcium-phosphorus (Ca-P) increased. The distribution tendency of detritus-phosphorus (De-P) is not obvious. Results also show that TP, Fe-P and OP contents at Meso station of the Changjiang Estuary and Hangzhou Bay are higher than that of the other stations. This suggests that the pollutants carried by the Changjiang and the Qiantang rivers from inland have affected the natural environment in offshore area. TP, Fe-P and OP contents of each station become higher from bottom to top, indicating the amount of the terrestrial pollutants carried by the two rivers has been enhanced since the last 30-50 years. Ad-P, Ca-P, Fe-P and OP are all active phosphorus in sediments, and their re-cycling in sediment is closely related to each other.     

东海沉积物中磷的存在形态及其环境意义

By means of SEDEX, ASPILA and XRF, depth-dependent changes of different phosphorus forms in sediment cores from specific areas of the offshore Changjiang Estuary (Yangtze Estuary) in 1998 were analyzed. Results show that contents of total phosphorus (TP), organic-phosphorus (OP) and iron-phosphorus (Fe-P) decreased down-core, while those of absorbed-phosphorus (Ad-P) andcalcium-phosphorus (Ca-P) increased. The distribution tendency of detritus-phosphorus (De-P) is not obvious. Results also show that TP, Fe-P and OP contents at Meso station of the Changjiang Estuary and Hangzhou Bay are higher than that of the other stations. This suggests that the pollutants carried by the Changjiang and the Qiantang rivers from inland have affected the natural environment inoffshore area. TP, Fe-P and OP contents of each station become higher from bottom to top, indicating the amount of the terrestrial pollutants carried by the two rivers has been enhanced since the last 30-50 years. Ad-P, Ca-P, Fe-P and OP are all active phosphorus in sediments, and their re-cycling in sediment is closely related to each other.     

库姆塔格沙漠北部三垄沙地区风成沉积物粒度特征

对位于库姆塔格沙漠北部的三垄沙地区,迄今尚未开展详细的风沙地貌研究。对该区域地表沉积物样品进行粒度分析,旨在探讨不同区域、不同沙丘类型以及沙丘不同地貌部位的沉积物特征差异。结果表明:三垄沙地区地表沉积物以中沙和细沙为主,二者平均含量之和为63.20%,平均粒径为0.95~1.89Φ,分选系数为0.55~1.55,粗于库姆塔格沙漠和塔克拉玛干沙漠,与世界其他沙海沙物质相比属于偏粗粒径。三垄沙地区的主要沙丘类型为新月形沙丘或沙丘链,其北部发育有线形沙丘;这两种沙丘表层沉积物平均粒径均属于中沙范围,且从沙丘底部到丘顶平均粒径变大、分选变好,最粗的沙粒出现在沙丘顶部,平均粒径分别为1.64Φ和0.71Φ,不同于其他地区沙丘顶部沉积物最细的分布模式。从概率累积曲线来看,流动沙丘多为二段或三段式,风成沙砾浪和剥蚀残丘多为三段或四段式,表明后者经历的分选过程较短。本区地表沉积物的平均粒径沿主导风向有变小的趋势,其中,新月形沙丘和线形沙丘的这一特征最为明显。     

干旱区油蒿生物量凋落分解与土壤呼吸

生物量的凋落分解与土壤呼吸影响流沙基质中CaCO3的淋溶和淀积。为研究腾格里沙漠油蒿群落中土壤CaCO3的形成,对油蒿当年生物量的凋落分解与土壤呼吸进行了探讨。结果表明：在腾格里沙漠,固定沙地上油蒿当年生物量[（41.51±1.76）g·m-2]显著高于半固定沙地[（32.31±0.92)g·m-2],固定沙地上油蒿叶量籽量和[（32.89±1.34)g·m-2]也显著高于半固定沙地[（19.32±0.64)g·m-2];但不同立地油蒿叶量和籽量的分解速率均大于0.6692 g·g-1·a-1,且油蒿的凋落物需要4.48 a才能达到分解最大值。另一方面,油蒿半固定沙地、油蒿固定沙地和油蒿+冷蒿固定沙地的土壤呼吸速率均存在显著差异;统计分析表明,油蒿+冷蒿固定沙地土壤呼吸速率最低[（7.37±1.07)mg CO2·m-2·h-1]可能与油蒿+冷蒿固定沙地土壤中较高的pH值和较低的土壤呼吸脱氢酶活性有关。可见,干旱区油蒿群落越到固定阶段,凋落量越大,释放的Ca2＋越多,土壤呼吸速率越低,土壤中的pH值越高,而这越有利于土壤中CaCO3的形成。     

沙尘分析及等离子空气清洁系统沙尘去除效果的评价

本研究对在中国和韩国采集的沙尘的粒径分布及质量浓度进行了测定,使用黄沙标准物质对基于静电沉降原理的等离子空气清洁系统的去除沙尘效率进行了评价。本研究所使用的黄沙采集于北京和汉城,其粒径中值在7.0~80μm之间,浓度范围为300~1462μg·m^-3。在单通道测试中,沙尘去除效果随粒径增大和流速降低而增加。系统速度为1.0m·s^-1时,去除率大于80%。在27m2的房间中,进行多通道测试时,浓度为300μg·m^-3的大气颗粒物仅用10min即可降至150μg·m^-3。因此,等离子空气清洁系统能够有效地去除沙尘及保持室内空气质量。     

沙坡头地区沙尘气溶胶质量浓度的试验观测研究

中国北方沙尘气溶胶的理化特征及其气候效应受到了广泛关注,但现有的研究大都是基于较短时段和典型事件的试验观测。本项研究利用大流量采样器和安德森采样器,对沙坡头地区沙尘气溶胶的质量浓度特征进行了长达3a的监测,获得了该地区沙尘气溶胶的年变化特征,并与背景气象资料和降尘观测结果进行了对比分析;针对典型天气过程的观测结果表明,不同天气条件(背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴)下TSP浓度存在倍数关系和量级的差异,其质量浓度随粒径分布特征也明显不同;两种采样器观测结果的对比分析也表明,局地沙尘释放是沙坡头地区大气气溶胶的主要来源,但在沙尘暴过程中,远源沙尘输送的贡献也不容忽略。     

古尔班通古特沙漠砂的物理力学性质

野外勘察和大量物理力学性质试验结果表明,古尔班通古特沙漠砂的厚度一般小于200m。粒径较均匀,控制粒径(d₆₀)变化范围在0.12~0.25之间,由北至南,从上到下砂粒直径略有减小。在天然状态下,沙漠砂含水量1%~2%,干密度1.55~1.62g·cm^-3,中密状态,低压缩性,渗透系数2.0×10^-2~4.0×10^-3cm·s^-1,临界破坏比降0.9~1.7,破坏形式为流土。抗剪强度指标c=5.0~14.0kPa,φ=29°~34°。承载力特征值100kPa。天然状态的沙漠砂按冻胀率划分为不冻胀性砂,当含水量小于18%时,为不冻胀或弱冻胀性砂。当砂在饱和状态时为冻胀性砂。沙漠砂力学性质的变化主要受干密度和含水量的影响。干密度越大,含水量越小,其力学性质越好。对于沙漠工程,提高沙漠砂的干密度,做好构筑物的防渗排水,避免地基含水量增高,是保证工程设施安全、正常运行的关键。     

库布齐沙漠治理对京津冀地区空气质量影响:2017年5月3-6日沙尘天气模拟

作为影响京津冀地区的沙尘途经地和发源地，对库布齐沙漠的治理工作一直在持续，成为使用科学技术手段将沙漠变废为宝、变害为利的成功案例，同时也是全球治沙范例。为研究库布齐沙漠治理工作对京津冀地区空气质量的改善效果，利用手工采样数据和城市空气质量监测数据，结合气团轨迹，筛选库布齐沙漠起沙并对京津冀地区产生影响的沙尘天气。选取2017年5月3-6日作为典型个例代表，使用嵌套网格空气质量预报模式系统（NAQPMS），设计不同的起沙权重系数敏感试验，模拟研究该地区起沙和治理对京津冀地区的空气质量影响。结果表明：（1）气象模式较好地把握天气系统的演变以及地面风场的特征，保证NAQPMS模式可合理模拟沙尘的起沙区域、影响范围以及时空演变特征；（2）受沙尘影响城市的PM₁₀浓度模拟量值及变化与观测较为一致，表明模式合理再现了沙尘的输送过程；（3）库布齐沙漠起沙对京津冀地区的PM₁₀浓度贡献为35~150 μg·m^-3，贡献比例为10%~40%；（4）库布齐沙漠治理可使京津冀地区PM₁₀浓度降低35~75 μg·m^-3，下降比例为5%~20%，受影响城市PM₁₀浓度下降比例为7%~37%，沙漠治理工作可有效降低受影响地区的PM₁₀浓度。     

新疆喀拉库姆沙漠新月形沙丘不同部位粒度特征

对新疆叶尔羌河流域绿洲边缘喀拉库姆沙漠高度在3～12 m的新月形沙丘进行了粒度分析。结果表明:表层和下层沉积物均以细砂和极细砂为主,二者含量达82%以上。表层沉积物较下层稍粗,平均粒径分别为2.09 Φ和2.16 Φ。下层沉积物较表层分选性好,σ均值分别为0.48和0.62。表层和下层沉积物偏度均为正偏,SK均值分别为0.21和0.24。峰态均为尖窄,Kg均值分别为1.18和1.11。表层和下层沉积物平均粒径均表现为丘顶最粗,背风坡坡脚最细,由两侧坡脚至丘顶平均粒径变粗,平均粒径与其他粒度特征参数之间均存在良好的相关性。分析表明,喀拉库姆沙漠沙丘沉积物粒度特征除受物源这一背景制约外,还与区域构造、沙漠地貌、植被、气候和较为复杂的风沙动力学过程等众多因素有关。