微生物降解及自团聚作用对鄱阳湖流域瑶湖水中不同粒径胶体荧光物质变化的影响

了解城市内湖水中胶体的环境行为对研究湖泊水环境中污染物的迁移转化意义重大.微生物降解及自团聚过程是湖泊水体中胶体转化的重要途径,然而目前有关不同粒径胶体在微生物降解及自团聚作用下荧光特性变化的报道还非常少.基于此,本文选取南昌市内最大的湖泊（瑶湖）及其支流水体,通过切向超滤技术、三维荧光光谱法及平行因子分析法（PARAFAC）,分析了在灭菌及微生物存在下两种水样含不同粒径胶体的水体（即W_原水、W_{1 μm}、W_{0.45 μm}和W_{1 kDa}）中荧光特性的变化情况.通过PARAFAC模型共解析出3个类腐殖质组分（C1~C3）和1个类蛋白质组分（C4）.初始时刻所有水样均以类腐殖质组分含量更高,且大都集中在1 kDa~0.45 μm粒径胶体中.两种水样荧光物质的减少为微生物降解及自团聚作用共同主导,自团聚作用约占50%.相较于小粒径（W_{1 kDa}）胶体,微生物降解对大（W_原水）、中（W_{1 μm}）粒径胶体中荧光物质减少的影响更大.此外,类蛋白物质主要以微生物降解占主导,并出现类蛋白物质从大粒径向小粒径胶体转移的现象;而类腐殖物质的降解以自团聚作用为主,并出现类腐殖物质由小粒径向大粒径胶体的转移.     

天然有机质及其在地表环境中的重要性

天然有机质是地表各种环境介质中的重要化学组分,分布广泛.越来越多的研究已经表明:它在地表生态系统的物理、化学和生物过程中都起着十分重要的作用;它与生态系统的各个重要环节密切相关,是生态系统中能量与物质循环的重要途径.因此,天然有机质不仅是生物地球化学、生态学和环境科学等研究领域的重要内容之一,而且也是环境污染的评价、预测和治理研究中的基础理论问题,是目前环境质量、毒理学、环境立法和管理研究共同关注的科学问题.本文主要以陆地地表淡水湖泊与河流水环境为例,对天然有机质的来源、化学结构、循环特征,与养分循环的耦合关系,对有毒金属元素和有机污染物迁移转化和毒性影响机理等几个方面的研究进展进行了简要的总结;针对我国水体富营养化和环境污染等重要环境问题,阐述当前应该采取的研究思路和存在的主要科学内容,并对现代有机环境与生物地球化学学科的研究趋势进行了展望.     

胶体TiO2颗粒对不同来源溶解性有机质光降解的影响:基于分子量差异分析

溶解性有机质(DOM)广泛存在于多种水环境介质,其光降解过程显著影响水体污染物的化学形态及生态风险.本文以典型陆源天然有机质(NOM)和藻源有机质(AlgOM)为研究对象,采用切向超过滤技术将初始DOM样品(Bulk,0.45μm)分为高分子量(HMW, 1 kDa～0.45μm)和低分子量(LMW,1 kDa)组分,研究胶体TiO2颗粒存在下不同分子量有机组分的光降解行为差异.表征结果表明,DOM样品的有机质均相对较多地分布在LMW组分中(55.3%～57.8%),但HMW的芳香性比LMW组分高;三维光谱结果表明AlgOM富含类蛋白和类腐殖物质,而NOM只含类腐殖物质;进一步分析发现类蛋白物质主要分布于HMW组分,类腐殖物质则主要分布于LMW组分.胶体颗粒的存在通过吸附作用抑制AlgOM中有机质及芳香性物质的光降解,而通过催化作用促进NOM中有机质及芳香性物质的光降解.胶体颗粒不改变不同分子量DOM中有机质的光降解效率顺序,均为HMWBulkLMW,说明HMW有机质更易光降解.但无胶体颗粒时AlgOM和NOM芳香物质的光降解效率为LMWBulkHMW,且胶体颗粒的存在改变不同分子量NOM芳香性物质的光降解顺序.另外,无胶体颗粒存在时陆源类腐殖物质比藻源类腐殖物质更易光降解,而胶体颗粒的存在均可促进藻源和陆源类腐殖质物质光降解;相比于HMW类腐殖质,LMW类腐殖物质具有较高的光敏性和优先降解特性.     

沉积物中有机质的环境行为研究进展

水体沉积物是重金属,有毒有机化合物等环境污染物及C,N,P等营养元素的汇和释放源,而有机质对灾些污染物和营养元素在沉积物中的迁移,转化等地球化学行为中起着至关重要的作用,本文就近期有关沉积物中有机质的环境地球化学行为为方面的研究进行了综述,重点评述了有关沉积物中有机质本身的来源,性质,迁移和矿化及其环境效应等方面的研究进展。     

沉水植物驱动的水环境钙泵与水体磷循环的关系

水体磷循环是水柱和对应的沉积物中发生的各种非生物和生物的磷迁移转化过程.与此同时,沉积物中钙通过沉水植物吸收和转运,从该类植物的叶面释放至水柱中,释放的Ca2+与水柱中的CO23-一起形成碳酸钙.在这一过程中,水柱中少量溶解性磷分配在碳酸钙中形成CaCO3-P共沉淀,导致水体中可溶性磷向难溶性磷转化,这种由沉水植物驱动的水环境钙泵在水体磷循环中发挥着重要作用.研究证明,沉水植物菹草叶面上有CaCO3-P共沉淀的形成,且这种共沉淀的含磷量变化范围很宽.另一方面,新近沉积物中钙与磷的沉淀物存在一个由聚磷酸盐向磷灰石逐渐演变过程,而沉水植物叶面上的含磷共沉淀作用是否也存在由聚磷酸盐向磷灰石的变质过程,该过程在沉水植物生长期间是否发生关系到沉水植物除磷效果值得深入研究.本文从水体磷循环概述、钙在水体磷循环中的作用和沉水植物驱动的水环境钙泵假说及其在水体磷循环中的意义等方面综述了钙在水环境中的迁移对水体磷循环的贡献.     

太湖流域水污染控制与生态修复的研究与战略思考

为了探明太湖水体中胶体磷含量,更深入认识营养盐在大型浅水湖泊中的循环过程和机理,分别从太湖的梅梁湾和贡湖湾两个不同类型的湖区采集水样,利用切向流超滤方法分离出胶体物质,对太湖水体中胶体磷含量进行了初步研究．结果表明:太湖水体春季胶体磷含量在0．017-0．029 mg／L间,其中梅梁湾藻型湖区胶体磷含量范围是0 023- 0．029 mg／L,贡湖湾草型湖区胶体磷含量在0．017-0．022 mg／L间．梅梁湾水体胶体磷占总磷比例平均为28．6%;而贡湖湾胶体磷占总磷比例平均达到39．3%．梅梁湾水体真溶解态磷含量显著高于贡湖湾水体,达贡湖湾的4倍．与澳大利亚的17个湖泊相比,太湖属胶体磷含量偏低的湖泊,但相对于海洋的研究结果,太湖胶体磷含量明显偏高．     

[专稿]湖泊沉积物-水界面研究进展与展望

湖泊沉积物-水界面是以水层/沉积层物相为基础、具有一定立体尺度的交接面,界面上所发生的由生物积极参与的物理、化学和生物学微小反应和环境变化,都会对界面附近物质的状态和迁移转化行为产生着复杂影响.本文首先回顾了沉积物-水界面研究100多年来的发展历程及国内外近20年发展.然后系统介绍了国际上对沉积物-水界面的物理尺度与结构的宏观和微观认识;重点综述了沉积物间隙水的取样、物化性质的多维测定与结构表征、过程的静态和动态模拟等湖泊沉积物-水界面研究技术与方法;分析和展示了氮磷等营养物、重金属和持久性有机污染物在湖泊沉积物-水界面迁移转化过程的研究进展;总结和归纳了在沉积物-水界面过程的模型研究、沉积物-水界面物质交换的定量化、界面过程与湖泊生态环境灾害关系等模型与过程效应方面的研究成果.最后对沉积物-水界面信息获取技术的研发方向、界面物质交换定量化研究的关注点,以及加强模型的应用和构建等方面进行了展望.     

大陆深俯冲过程中的熔/流体成分与地球化学分异

板块俯冲是地球内部系统最为宏伟的地质过程,是实现地球表面-内部物质和能量交换、大陆地壳生长以及壳/幔相互作用的重要场所,广泛深刻地影响着地壳的增生与消亡、火山和地震活动、地球表层物质循环、矿产资源分布、大陆造山运动、大陆的聚合及裂解等与人类生活息息相关的地质过程,因此一直是固体地球科学研究所关注的热点.20世纪80年代中期关于大陆地壳能够俯冲进入地幔深度并大部分折返地表的发现,是俯冲带研究和板块构造理论的革命性进展.相较于俯冲洋壳,大陆地壳具有较冷、较干、较轻的特点,同时,俯冲陆壳与地幔相比具有更加不均一的性质和化学成分以及同位素组成,因此在局部而言会对上覆大陆岩石圈和大陆板块汇聚边界的结构、组成、变形和演化进程造成巨大影响.在大陆俯冲过程中,拆离的地壳碎块和岩片在俯冲隧道内受到构造剪切,促使其经历变质脱水和部分熔融,产生各种流体和熔体.这些熔/流体的产生和演化在俯冲带壳/幔相互作用过程中扮演着非常重要的角色,是俯冲过程中发生元素迁移、同位素分馏以及交代上覆地幔楔的不可或缺的介质.本文综合国际上近年来有关俯冲带研究的最新进展,总结了有关俯冲带流体和熔体的类型、存在条件、化学组成、熔体/流体-地幔相互作用的特点,同时对于与大陆俯冲带流体相关的特征性元素(Nb-Ta-V)迁移和最新的非传统稳定同位素(Li-Mg)研究进行了系统介绍,期望为中国读者较全面地认识板块俯冲过程中的熔/流体活动和元素迁移以及了解并运用Li和Mg同位素作为新兴的示踪手段提供一定帮助.     

地震波三维Q值成像

品质因子Q通常可表述为频率f的函数:Q(f)=Q0fa.由于地震波能提供地球内部物质组成、晶体结构和物态、温度以及物质流动等信息,且地震波在地球介质中的衰减与Q值直接相关,因此,通过地震波研究地球介质Q值,已经成为研究地球内部结构及其动力系统的重要手段.     

泄洪对典型有机污染物迁移转化行为的影响——以丹江口水库为例

随着高坝水库的建设,大坝泄洪雾化对生态环境的影响已得到较多研究,而泄洪雾化对污染物迁移转化行为的影响尚未引起关注.本研究于2019年对丹江口大坝泄洪期间坝前和坝下多个断面进行了采样调查,分析了水体中16种多环芳烃(PAHs)和6种邻苯二甲酸酯(PAEs)的浓度.发现泄洪后坝下水体中检测出的8种PAHs和5种PAEs浓度...     

三峡水库蓄水后库区水沙变化及其生态环境响应特征

三峡水库举世瞩目,是长江保护与治理的关键性枢纽工程,水库自2003年蓄水运行后库区水沙条件均发生了显著改变,对库区水生态环境产生了深远影响。本文系统综述了三峡水库蓄水运行后库区的水流动力特性和泥沙淤积特性,总结了蓄水后水库的新水沙运动情况;从水库蓄水运行后水质参数特征,营养物质、重金属和典型有毒有机污染物的赋存特征等方面,分析了三峡水库库区新水沙变化条件下的水环境响应特征;基于水库蓄水前后浮游植物、底栖动物等重点生物群落的现存量和群落特征变化规律,探索了三峡水库新水沙变化条件下库区的水生态响应特征;最后对未来三峡水库运行下的水生态环境效应研究提出展望,本文可为三峡水库水生态环境保护科学研究和管理提供新的认识和决策参考。     

Sulfate reduction in natural water bodies. 1. The effect of environmental factors and the measured rates of the process

Sulfate reduction is an important oxidation process involving transformation of organic matter and its components and taking place in the aquatic environment and bottom sediments of water bodies (both fresh and marine) under anaerobic conditions. The intensification of sulfate reduction in water bodies is a sign of a stronger anthropogenic impact on the environment and natural water bodies. The development of sulfate reduction under natural conditions reflects the influence of many environmental factors. The effect of the most important factors (the concentration of organic matter and its components and sulfates, the temperature of aquatic environment, and the abundance and activity of sulfate-reducing bacteria) on the process of sulfate reduction in the aquatic environment and bottom sediments in water bodies is considered.     

Ecogeographical assessment of the possible impact of mariculture on coastal waters in the Eastern Black Sea

Trends in mariculture development in Russia are studied. Global experience in controlling the after-effects of fish farm operation for the marine environment are analyzed. Statistical procesing of the data of field oceanographic surveys, carried out in 1957–1989 in a one-mile coastal zone in the Eastern Black Sea, was implemented. Results of studying natural factors determining the input of organic pollutants and the rate of their biogeochemical transformation, as well as the conditions of sediment accumulation and water aeration in the Russian part of the Black Sea coast were systematized. It was found that powerful natural self-purification mechanisms of aquatic environment act along the North Caucasian coast of the Black Sea. The conclusion on almost complete environmental safety of a marine underwater fish farm, which is under construction in the Sochi Region (Khosta Settl.) was made. Attention is attracted to the need to take into account the high hydrodynamic activity in the investigated region in the process of fixing keepnets on anchors while anchoring the fish farm.     

自然水体中悬浮物对反硝化影响的研究进展

悬浮物在自然水体（池塘、河流、湖泊等）中普遍存在,相较于上覆水,是微生物更为倾向的附着载体。相较于沉积物,更易获取硝酸盐,是水体反硝化发生的热点微区。悬浮物在水体中经历一系列碰撞、絮凝、溶解、离子交换、吸附解吸等物理化学过程,从而会引起颗粒物粒径、营养盐浓度等发生变化;悬浮物的沉降和再悬浮过程也会引起上覆水和沉积物之间的物质交换,并在好氧缺氧过渡过程中对氮转化造成影响,从而直接或者间接影响水体反硝化速率。本文概括了国内外关于悬浮物影响水体反硝化的研究进展和热点,总结了不同浓度、粒径、组成和种类的悬浮物对反硝化作用的影响,从溶解氧、功能微生物、无机氮、有机碳等环境因素重点归纳了悬浮物影响反硝化的过程,比较和分析了悬浮物反硝化的测定方法。结合当前悬浮物反硝化研究现状,建议未来可以从新兴污染物悬浮物、机理模型、测定方法等方面展开深入研究。     

沉水植物附植生物群落生态学研究进展

在高等水生植物表面经常附着生长着藻类、真菌和细菌等,这些有机群体组成附植生物群落,在大中型浅水湖泊中普遍存在.附植生物群落具有特定的物种组成和空间结构,并随季节推移和沉水植物生长表现出一定的动态变化特征.附植生物群落与宿主植物及周围水体环境联系密切,不仅能够表征水体营养盐、光照、温度等环境因子特征,与沉水植物、食草动物、浮游植物等水生生物类群也存在不同的相互作用.水生生态系统中,附植生物群落参与水体营养物质转化,在草-藻型湖泊生态系统的相互转化过程中起重要作用;其较高的初级生产力作为水生动物重要的食物来源,增加了食物网的多样性;同时,附植生物群落因其独特的生理生态特征正逐渐被应用于水质净化和水环境质量监测.本文在综述近年来附植生物群落研究进展的基础上,分析了附植生物群落的组成结构和动态变化特征,阐述了附植生物群落在水生生态系统中的功能,可为湖泊富营养化治理,尤其是沉水植被的生态修复和管理提供科学依据.     

Enhancement of microbial degradation of oil pollutants using lipophilic fertilizers

Lipophilic phosphorus and nitrogen-containing compounds were screened to attain a fertilizing composition to enhance microbial degradation of oil pollutants in the aquatic environment.Soya-bean lecithin and ethyl allophanate have been proved to be good sources of phosphorus and nitrogen, respectively, for oil degrading microorganisms. Enzymedependent mechanisms regulate the release of nutrients according to environmental needs.     

沉积物-水界面污染物迁移扩散的研究进展

污染物在沉积物-水界面的迁移扩散对研究其环境生物地球化学循环过程和评估水生态系统质量具有重要意义.本文回顾了关于沉积物-水界面的基本研究历程,重点介绍沉积物-水界面的垂向结构以及扩散边界层（DBL）的作用,展示污染物在沉积物-水界面的多维度分布（一维垂向、二维平面和三维立体）及其在沉积物-水界面的扩散过程,详细总结影响污染物在沉积物-水界面迁移扩散的环境因素（包括温度、溶解氧或氧化还原条件、pH值、离子强度或盐度、沉积物组成、共存污染物、溶解性有机质、水动力条件、生物扰动、微生物以及其他因素）,讨论当前关于沉积物-水界面污染物扩散通量估算几种方法的优缺点,最后,对沉积物-水界面污染物扩散研究在未来发展需要关注的几个方面进行了展望.     

基于多指标综合评分法筛选地表水环境优先污染物——以湖北涨渡湖为例

人类活动和社会经济迅速发展导致大量化学品排放进入地表水环境,对水生生态系统和人类健康产生诸多不利影响,如何从众多的化学品中筛选识别出具有潜在危害的优先污染物是水污染治理和管控的关键.本研究基于污染物环境暴露水平、持久性、生物累积性、生态风险和人体健康风险5个评价参数,构建多指标综合评分法定量筛选识别地表水环境优先污染物类别,并应用于涨渡湖水体中优先污染物清单的建立.污染物环境暴露水平基于靶向分析综合考虑了污染物环境实测浓度和检出频率.目标污染物持久性和生物累积性毒害性参数分别采用生物降解系数和正辛醇-水分配系数来表征.此外在物种敏感度分布法和评估因子法的基础上计算生态风险熵以定量表征生态风险,人体健康风险则由终生致癌风险指数或危害指数来表征.基于该多指标综合评分法可于涨渡湖水体7类151种特征污染物中筛查出41种优先污染物,主要包括11种多氯联苯、8种有机氯农药、6种多环芳烃、4种邻苯二甲酸酯、4种挥发性有机物和8种金属元素.鉴于不同地表水环境污染状况不同,通过多指标综合评分法可建立因地制宜的优先污染物清单,从而有利于形成以保护水生生物和人类健康为最终目标的优先污染物水质基准,为地表水环境污染物管控及治理提供方法学支撑和科学依据.     

Advances in environmental behaviors and effects of dissolved organic matter in aquatic ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a group of compounds that have complex chemical structures and multiple interactions with their surrounding materials. More than one trillion tons of DOM are stocked in the world’s aquatic ecosystems. DOM is a very important part of aquatic ecosystem productivity and plays a crucial role in global carbon cycling. DOM has rich environmental behaviors and effects such as influencing the bioavailability of contaminants, serving as an important inducer of reactive oxygen species (ROS), and protecting aquatic organisms from the harm of dangerous ultraviolet radiation. There have been many systematic studies on the composition, structure, and sources of DOM because such studies are much easier to conduct than studies on the environmental behaviors and effects of DOM. Due to many factors, the research systems of DOM’s environmental behaviors and effects are still being developed and have become a hotspot of environmental science. This review paper focuses on some critical progress, problems, and trends of DOM’s environmental behaviors and effects in aquatic ecosystems, including mutual exchange mechanisms between DOM and particulate organic matter (POM) with influencing factors, photochemical behaviors of DOM especially inducing ROS, binding interactions between DOM and anthropogenic organic contaminants (AOC), interactions between DOM and microorganisms, effects of DOM on pollutants’ bioavailability, ecotoxicity, and ecological risks. Hopefully, this paper will contribute to a more systematic understanding of the DOM environmental behaviors and effects and to promoting further relevant studies.     

太湖流域浮游植物功能类群分布特征及其与环境因子的关系

太湖流域地处长江下游,水系发达,是典型的平原水网地区,为明确空间和环境因子对太湖流域浮游植物功能类群分布的影响,本研究于2019年8—9月期间比较太湖流域包括河流、湖泊和水库的85个采样点的浮游植物、空间和环境特征. 首次利用“人工智能图像识别技术”,并结合传统人工镜检,共鉴定浮游植物250个分类单位,隶属于9门13纲28目57科110属,以绿藻门(45.6%)、硅藻门(19.2%)和蓝藻门(16.4%)为主. 共划分功能类群31个,包括M、D、J、S1、C、Y、F、P、MP、H1、SN、W1、G、K和TB共15个优势功能类群. 结果表明：1)太湖流域不同水体功能类群组成差异显著,差异主要来自M、J、S1、Y、P、H1类群;2)浮游植物功能类群分布具有一定的空间异质性,以太湖为中心向外形成3个聚类组,物种组成类型依次为蓝藻型、蓝藻-绿藻-硅藻型、绿藻-硅藻-蓝藻型,主要贡献类群依次为M、S1类群,M、S1、P、J类群,P、S1、J、D、C类群;3)在太湖流域,相对于环境因子而言,空间因子对浮游植物功能类群组成的影响更大. RDA分析表明,COD_Mn、NO₃^--N、TN、SD、pH值和DO与太湖流域浮游植物优势功能类群呈显著相关. 过去十年,以控源截污为主导的环境管理政策已在太湖流域取得显著成效,但是对于以M、S1类群水华为特征的夏季太湖流域而言,蓝藻水华防控仍是必须面对的难题,有机污染物和氮的控制仍是关注重点,不同水体类型和浮游植物功能类群因地制宜的管控模式仍是关键.