柴达本盆地沙下盐湖的卤水化学及矿物沉积特征——以察尔汗盐湖区北部外围地带为例

对柴达木盆地察尔汗盐湖区外围沙下盐湖的卤水及沉积进行了综合研究。沙下盐湖卤水化学组成与地表径流和开放性盐湖卤水之间存在明显的差异性,具有高Na⁺+Cl^-、低Mg²⁺+Ca²⁺+SO₄^2-、贫K⁺+CO₃^2-+HCO₃^-等特征。沙下盐湖析盐层位含有新生矿物并夹带碎屑矿物,其盐类矿物组合为:石盐+羟氯镁铝石+光卤石。25℃等温蒸发相图表明,其卤水演化方向往光卤石析出区迁移,在穿越上覆盖层通道中卤水发生的物理化学反应与独特的沉积特征,可以作为继续寻找沙下盐湖的指导。     

柴达木盆地一里坪盐湖卤水水化学及夏季蒸发中钾、锂、硼行为

本文综合利用Na⁺,K⁺,Mg²⁺//Cl^-,SO₄^2--H₂O五元体系干基图、水图、钠图,研究柴达木盆地一里坪盐湖硫酸盐型卤水水化学特征受外来淡水补给掺杂、选择性溶解、年温差等多因素影响产生的季节性变化,其中温度为主要因素.当卤水温度降低至0℃,开始析出芒硝,水化学变质系数MgSO₄/MgCl₂比值急剧下降,水化学特征由硫酸镁亚型向氯化物型转化过渡.通过20~25℃晶间卤水L10和L20蒸发实验研究,确定了一里坪卤水蒸发路线、液固相组成、物相鉴定、水化学特征系数、离子行为等变化及成盐特征,并与25℃ Na⁺,K⁺,Mg²⁺//Cl^-,SO₄^2--H₂O五元体系介稳相图理论预测计算综合对比,二者吻合性比较好,整体相对误差能控制在5%范围内,利用相图理论计算能够很好地指导实际硫酸盐型卤水蒸发析盐.利用水化学特征系数KCl/MgCl₂、MgSO₄/MgCl₂,研究了25℃硫酸盐型盐湖卤水钾盐成盐特征,当变质系数MgSO₄/MgCl₂高于0.13时,卤水钾盐矿物析出的同时,伴随有泻利盐共同析出.利用含Li⁺、borate、Mg²⁺水盐体系相图,研究一里坪老卤水深度蒸发中Li、B的行为,理论预测计算结果,剩余老卤水Mg²⁺/Li⁺比值降至27时,卤水中的Li、B始终以离子形式赋存于卤水中继续富集,此时卤水的累积成卤率仅为2.50%~3.20%,须引入新的工艺技术进行Li、B提取.研究结果为极高镁锂比、高镁硼比的硫酸盐型卤水的综合开发利用提供了理论支持.     

生态补水对白洋淀流域地表水和地下水水化学特征的影响

生态补水是维持和改善白洋淀生态环境的重要途径.为研究生态补水对白洋淀水环境的影响,分别在补水前与补水后采集淀水、河水及地下水样品,分析区域地表水和地下水水化学特征.结果表明：（1）白洋淀补水前、后地表水与地下水的水化学组成中Na⁺为主要阳离子,补水后阴离子以HCO₃^-为主,淀区南部地表水电导率高;补水后地表水与地下水Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-浓度显著增加,水体电导率降低.（2）补水前地下水为Na-HCO₃型水,地表水主要为Na-Cl·SO₄及Na-Cl·HCO₃类型;补水后地表水与浅层地下水向Ca·Mg-HCO₃型演化,深层地下水水化学类型基本保持不变.（3）生态补水使白洋淀水位升高,淀区水面积增大,缓解了水资源短缺的问题;同时也使浅层地下水水化学组成发生改变,而深层地下水暂未受到影响.生态补水后,受稀释和混合作用的影响,水体Na⁺、Cl^-和SO₄^2-浓度显著下降,Ca²⁺、Mg²⁺及HCO₃^-浓度增加.在白洋淀生态补水中应"先治污,后补水",以减少补水过程中污染物向淀区的运移,还应注意区域地下水位上升过程中的阳离子交换及水岩相互作用,为合理调配生态补水及改善白洋淀生态环境提供科学依据.     

南极洲万达盐湖水中方解石饱和指数的垂直变化及其控制因素

南极洲万达盐湖为饱和方解石湖水。计算出的方解石饱和指数随水深增加而变化。在Ca²⁺及HCO₃^-活度值均一的上部氧化环境湖水中,pH及溶解氧(DO)是控制该变化的主要因素,在下部还原环境湖水中,Ca²⁺及HCO₃^-的活度对方解石的饱和指数SI的变化起主要作用。这充分揭示了湖底部近代沉积物中分布较多方解石矿物的原因。     

不同上覆水氟浓度对湖泊沉积物氟释放与微生物群落的影响

通过模拟沙湖沉积物-水系统,以沙湖原水氟离子（F^-）浓度为1倍浓度（0.69 mg/L）,设置0.5倍浓度、1倍浓度、1倍浓度灭菌、2倍浓度和4倍浓度共5个实验组,探究不同上覆水F^-浓度背景下沙湖沉积物中F^-的迁移.结果表明,沉积物F^-的释放量随上覆水F^-浓度的增加而呈下降的趋势,其中2倍和4倍浓度组的沉积物由释放F^-转变为吸附F^-.碱性水体有利于沉积物F^-的释放,即随着pH增大,F^-释放量也会增加.微生物的Beta多样性层次聚类分析表明,F^-会抑制Paenisporosarcina与Thiobacillus的相对丰度,但对Fusibacter的生命活动具有促进作用.根据各浓度组间优势菌属相对丰度与环境因子的冗余分析可得,Acinetobacter、Thiobacillus相对丰度与pH呈负相关;Fusibacter相对丰度与F^-浓度呈显著正相关,而Thiobacillus的相对丰度则与F^-表现出弱负相关.通过对各浓度组中重要离子的分析发现,0.5倍组和4倍组中F^-的迁移受Ca²⁺、HCO₃^-和SO₄^2-浓度影响较大;相关性分析表明0.5倍浓度组的Ca²⁺、HCO₃^-浓度与F^-浓度呈极显著正相关,而4倍组中F^-浓度和Ca²⁺、HCO₃^-浓度呈负相关,SO₄^2-浓度和F^-浓度的相关性则是0.5倍组呈负相关,4倍组呈极显著正相关.本文在不同上覆水F^-浓度背景下全面探究了沙湖沉积物中F^-释放和迁移机理,为沙湖及其他含氟地表水的氟污染防治提供理论支持.     

湖光岩玛珥湖水体中营养盐的时空分布特征及其影响因素

湖光岩玛珥湖是世界上最大的玛珥湖,它几乎是封闭的,受外界的干扰小.目前有关玛珥湖的研究主要集中在古气候及生态环境研究方面,而有关玛珥湖营养盐在一年中的生物地球化学循环的研究较少,因此研究湖光岩玛珥湖营养盐的生物地球化学过程具有重要意义.于2015年10月-2016年9月对湖光岩玛珥湖全水柱的营养盐及其他相关参数进行逐月调查,分析营养盐的结构特征、垂直分布特征和时间变化情况,并讨论营养盐时空变化的影响因素.结果表明,湖光岩玛珥湖水中的无机氮（DIN）以铵态氮（NH₄⁺-N）为主（>60%）,其次是硝态氧（NO₃^--N）,亚硝态氮（NO₂^--N）所占比利最低.湖光岩玛珥湖水中的硅酸盐（SiO₃^2--Si）浓度较高,水体浮游植物生长受磷限制.冬季风期间,水体垂直混合较均匀,导致营养盐的垂直分布比较均匀;夏季风期间,水体层化,营养盐浓度在浅层水体较低,在深层水体较高.湖光岩玛珥湖表层水中的NO₃^--N、NH₄⁺-N和SiO₃^2--Si具有明显的时间变化规律：NO₃^--N浓度从10月-次年3月升高,从3-9月降低;NH₄⁺-N浓度从10月-次年5月降低;SiO₃^2--Si浓度从11月-次年5月降低,从5-9月持续升高.营养盐浓度的时间变化受有机质的矿化分解、水体的季节性混合、浮游植物的吸收、降雨的输入等多种因素的综合影响.     

基于15N稳定同位素示踪技术的太湖梅梁湾浮游植物群落氮吸收动力学研究

浮游植物对氮的吸收与其生长繁殖密切相关,太湖梅梁湾湖区蓝藻水华频频暴发,对该水域浮游植物氮吸收进行研究具有重要意义.本文分别在冬、春、夏、秋4个季节于梅梁湾采样,对水体常规理化指标和浮游植物群落结构进行分析,并利用¹⁵N稳定同位素示踪技术研究了浮游植物对铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）和尿素态氮（Urea-N）吸收的动力学特征.结果表明,太湖梅梁湾浮游植物群落除了秋季对NH₄⁺-N的吸收不符合米氏方程外,其余均符合.冬季和春季3种形态氮最大吸收速率（V_max）的大小依次为：NH₄⁺-N > NO₃^--N > Urea-N,而夏季为：NH₄⁺-N > Urea-N > NO₃^--N.3种形态氮V_max的季节变化规律为夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季.V_max在不同季节以及不同形态氮之间的差异性可能与浮游植物群落组成以及水体中NH₄⁺-N浓度不同有关.浮游植物对NH₄⁺-N吸收的K_S值在冬、春季高于夏季,对Urea-N吸收的K_s值则在夏、秋季高于冬、春季,而对NO₃^--N吸收的K_s值则在夏季显著高于其他3个季节.冬季和春季梅梁湾浮游植物群落最容易受到NO₃^--N限制,而最不容易受到Urea-N的限制;而夏季,则最容易受到NO₃^--N限制,而最不容易受到NH₄⁺-N的限制,且浮游植物群落对NH₄⁺-N的亲和力最高.与NO₃^--N相比,秋季浮游植物更容易受到Urea-N的限制.不同季节,容易对浮游植物产生限制作用的氮的形态不同.     

不同水生植物对富营养化水体无机氮吸收动力学特征

采用浓度梯度法,研究了鸢尾(Iris louisiana)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、茭白(Zizania latifolia)和水芹(Oenanthe clecumbens)对硝态氮(NO₃^--N)和铵态氮(NH₄⁺-N)吸收动力学特征.结果表明:4种水生植物对水体NO₃^--N和NH₄⁺-N吸收可用Michaelis-Menten酶动力学方程描述,随溶液NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度增加,植物吸收NO₃^--N和NH₄⁺-N速率增加,当溶液NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度接近于2.0 mmol/L时,吸收速率增加趋缓;4种水生植物对NO₃^--N和NH₄⁺-N的V_max值大小为水芹 >茭白 >鸢尾 >狐尾藻,对NO₃^--N的K_m值大小为水芹 >鸢尾=茭白=狐尾藻,对NH₄⁺-N的K_m值大小为水芹 >狐尾藻 >茭白=鸢尾.根据吸收动力学参数(V_max,K_m)判断水芹适宜于净化NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度较高的水体,茭白、鸢尾和狐尾藻适合净化NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度较低水体;4种水生植物对NO₃^--N、NH₄⁺-N表现出不同的吸收偏好性,鸢尾吸收NO₃^--N的潜力大于吸收NH₄⁺-N的,但对NH₄⁺-N的亲和力大于NO₃^--N,表明能在NO₃^--N浓度较高环境中优先吸收NH₄⁺-N.狐尾藻和水芹对NO₃^--N和NH₄⁺-N能均衡吸收.茭白对NH₄⁺-N具有较高的吸收潜力与亲和力.     

太湖流域降雨和湖水酸根阴离子长期变化及其环境意义

为揭示太湖流域降雨和湖水酸根阴离子长期变化特征及环境意义,通过历史数据收集和采样分析,对太湖流域降雨和湖水中的SO₄^2-、NO₃^-变化特征和来源进行了研究.结果表明：自1990s以来太湖流域降雨中SO₄^2-呈显著下降趋势,年平均下降率为0.28 mg/（L·a）;NO₃^-浓度却呈显著上升趋势,年平均增长率为0.05 mg/（L·a）,降雨中氮污染呈现加重的趋势.与之相反,湖水中SO₄^2-呈显著上升趋势,年平均增长率为1.24 mg/（L·a）;NO₃^-浓度却呈显著下降趋势,年平均下降率为0.02 mg/（L·a）.30年以来,太湖水体SO₄^2-/NO₃^-比值不断升高,远高于降水SO₄^2-/NO₃^-比值.研究认为：流域SO₂排放引起的酸沉降是湖水SO₄^2-浓度增长的最重要原因,但氮氧化物排放并未引起湖水NO₃^-浓度升高,说明太湖流域对大气沉降的氮氧化物有滞留作用,而太湖水体是流域大气沉降硫酸盐的重要汇.综合治理太湖流域酸性物质排放对防止太湖水体酸化和治理富营养化都具有重要意义.     

喀斯特水库水化学特征及对无机碳沉积通量的指示

为探究筑坝后不同水库物理、化学、生物过程对水化学和碳循环的影响,本研究对贵州三岔河流域的平寨水库、普定水库以及猫跳河流域的红枫湖水库进行研究,于2018年3月2019年1月分别在入库河流和库区采集了分层水样和沉降颗粒物,并探究水中主要离子及颗粒物通量的时空变化特征及其控制因素.结果表明,水体主要离子的主要来源受碳酸盐溶解影响,并且离子浓度受光合作用控制.红枫湖水库水体水化学类型为Ca-Mg-HCO₃-SO₄型,普定水库、平寨水库水化学类型均为Ca-HCO₃-SO₄.夏季藻类光合作用诱导碳酸盐沉淀导致水体表层Ca²⁺、HCO₃^-及溶解态Si浓度降低,其降低幅度分别为20.87%~44.25%、33.12%~51.18%、48.55%~96.34%.此外,藻类光合作用也影响C、N、Si等生源要素间的化学计量关系.Mg²⁺/Ca²⁺比值在水体垂向剖面上主要受碳酸钙沉淀的控制,而在不同水库之间则主要受流域岩性的控制.根据沉积物捕获器通量计算的平寨水库、普定水库、红枫湖水库夏季颗粒无机碳沉积通量分别为0.74、1.36、0.27 t/（km²·d）,而根据水体Ca²⁺浓度降低计算的通量分别为0.31~0.64、0.35~0.99、0.09~0.29 t/（km²·d）,根据水体HCO₃^-浓度降低计算的通量分别为0.30~0.65、0.29~1.26、0.12~0.33 t/（km²·d）.其红枫湖水库无机碳沉降通量的实测值与计算值接近,而平寨、普定水库实际沉降通量高于计算值,这可能是有外源输入导致.因此,利用水化学分层数据能对喀斯特水库中的无机碳沉降通量进行合理估算,并且能够得到较好的估算结果,从而指示碳循环的过程.