双向环形水槽模拟变化水位和流速下洞庭湖沉积物氮释放特征

浅水湖泊生态系统中的沉积物—水界面是湖泊内源氮释放的重要界面,而水动力因素是改变沉积物氮释放的重要因素.三峡大坝修建以后,长江中下游通江湖泊的水动力条件发生了明显的变化.通过采集洞庭湖湖口区域的沉积物和水样,在双向环形水槽动力模拟装置内模拟湖泊水位和流速的变化,探讨湖泊沉积物氮在沉积物和水系统中的二次释放特征.结果表明,随着扰动强度的增加,上覆水悬浮物浓度增大,上覆水中总氮浓度增加,沉积物向上覆水释放氮的强度增强,水动力条件的改变所引起的沉积物内源氮释放不容忽视.在该模拟实验条件下,沉积物存在最适扰动水位(20cm),此水位下上覆水中悬浮物浓度最低,总氮浓度最小.水动力条件的改变对上覆水和沉积物—水界面处铵态氮和硝态氮浓度的影响并不明显,孔隙水中铵态氮与硝态氮之间发生形态的转化.     

湖泛水体沉积物-水界面Fe2+/ΣS2-迁移特征及其意义

湖泊水底Fe~(2+)和ΣS~(2-)浓度的快速增加是湖泛暴发最早发生于沉积物-水界面的主要前提,缺氧环境下水底扩散层附近Fe~(2+)和ΣS~(2-)的迁移是其在沉积物-水界面处稳定积累的重要原因.以蓝藻聚积水体沉积物-水界面为研究对象,应用湖泊过程模拟装置及间隙水被动采样等技术,重点研究了间隙水和底层上覆水中Fe~(2+)和ΣS~(2-)的垂向分布特征,并定量估算了二者的扩散通量及迁移方向.结果表明:湖泛样品水体沉积物-水界面处于典型的还原性环境,表层沉积物间隙水中Fe~(2+)和ΣS~(2-)浓度显著高于对照样品,二者在表层沉积物中积累趋势明显.湖泛水体沉积物-水界面处Fe~(2+)释放通量较高,表现出较强烈的自沉积物向上覆水方向的释放能力;而湖泛样品ΣS~(2-)在沉积物-水界面处释放通量为负,迁移方向为自上覆水向沉积物扩散.Fe~(2+)和ΣS~(2-)在湖泛水体沉积物-水界面处不同的迁移特征证明:缺氧/厌氧条件下,湖泊水体表层沉积物间隙水中高浓度Fe~(2+)向上覆水的扩散为湖泛致黑物质的形成提供了重要的物质基础;底层上覆水及界面水中SO~(2-)4在表层沉积物中被还原,为终端还原产物ΣS~(2-)为湖泛致黑物质的形成提供了另一重要物质来源.     

水位波动下的呼伦湖上覆水体与沉积物间隙水之间溶质的运移特征

为了探求内蒙古呼伦湖上覆水体和沉积物间隙水之间溶质运移机制,对呼伦湖的1个沉积物柱芯的间隙水、3个湖泊水体以及湖周边7个地下水体中的氯离子(Cl~-),氢、氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)分别进行分析测试,并利用其示踪性对沉积物中溶质运移特征进行研究.结果显示,δD、δ~(18)O和Cl~-浓度在不同水体中的分布具有相似的分布规律,整体上从底部沉积物到上部湖水浓度分布呈现逐渐递减的抛物线趋势,在间隙水中最大值位于所取沉积物柱芯的最深处,Cl~-浓度为306 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-58‰和-5.9‰;最小值位于沉积物柱芯上层,并与上覆水体中的值相似,Cl~-浓度为159 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-66‰和-7.3‰.为了明确沉积物柱芯中间隙水的高浓度Cl~-和偏正δD、δ~(18)O的来源,比较不同水体的δ~(18)O-δD关系点分布,表明含有偏正值的δD、δ~(18)O和高浓度Cl~-的间隙水与上覆湖水关系密切,可能是由于低水位时期湖水与间隙水相互发生扩散作用而产生的结果.一维对流扩散迁移模型证实扩散作用是控制着沉积物间隙水中溶质浓度在垂向上分布的主要机制,同时湖水水位的变化会影响沉积物间隙水与上覆水体的扩散过程,特别是在水位上升期,富集在沉积物中的溶质可能成为湖水的重要物质来源,影响上覆水体的水质.因此,对于封闭湖泊水位的控制和管理不仅在维持湖泊水量方面有着直接的作用,同时在稳定湖泊水质条件上也有着重要的意义.     

山东省周村水库季节演替中沉积物上覆水溶解性有机物的紫外-可见与三维荧光光学特征

运用三维荧光光谱（EEMs）技术结合平行因子分析法（PARAFAC）以及紫外-可见光谱技术（UV-vis）,对周村水库季节演替过程中沉积物上覆水溶解性有机物（DOM）的紫外-可见以及三维荧光光谱特征进行分析.结果表明：周村水库上覆水的总氮、溶解性总氮、总有机碳和溶解性有机碳的季节性差异显著,并且冬季总氮浓度最高、夏秋季总有机碳浓度较高;夏秋季上覆水DOM的吸收系数a₂₅₄和a₃₅₅均高于冬春季,与有机物的分布相一致;4个季节上覆水DOM的E3/E4均大于3.5,说明DOM以富里酸为主,E2/E3（富里酸占DOM的比例）在夏秋季低于冬春季,而且各季节S_R均大于1,表明DOM主要为生物源;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分：类腐殖质（C1）、可见区富里酸（C2）和类蛋白（C3）;对3个组分进行相关性分析,结果显示C1、C2、C3之间具有显著的相关性;DOM的总荧光强度以及各组分的荧光强度均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,且各季节间差异显著;周村水库4个季节的DOM生物源指数（BIX）在0.8~1.0之间,表明水库DOM具有较强的自生源特征,与腐殖程度指标（HIX）的结果相吻合;主成分分析显示周村水库上覆水DOM的光谱特征差异明显,夏秋季的DOM光谱特征相近、冬春季的水体DOM特征相似;并且组分C1、C2、C3与DOM特征参数（a₂₅₄、SUVA₂₈₀、HIX、FI、BIX）以及溶解性有机碳呈显著相关.各荧光组分与水质参数（溶解性总氮和溶解性有机碳）的多元线性回归呈现很好的拟合,通过建立回归方程可以为以后研究周村水库水体四季的DOM光谱特征,分析水库水体的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

山东省东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂过程中水体温室气体溶存浓度及扩散通量变化

为了解东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂分解对水体温室气体溶存浓度和界面扩散通量的影响,于2016年5-7月在东平湖菹草腐烂期采集上覆水和沉积物柱样,测定上覆水和孔隙水中温室气体(N_2O、CH_4和CO_2)的溶存浓度,采用Fick第一定律和双层模型计算沉积物-水-气界面扩散通量,同时分析上覆水和沉积物的理化性质,并采用网袋分解法于现场进行菹草腐烂分解试验,以探究东平湖菹草腐烂过程中温室气体溶存和扩散的主要影响因子及其主要来源.结果表明,菹草腐烂符合二次指数模型,分为快速衰减和慢速分解两个阶段;菹草腐烂过程中上覆水pH和亚硝态氮浓度表现为先降低后升高,而溶解氧、氨氮、硝态氮和可溶性正磷酸盐浓度则为先升高后下降,沉积物中铵态氮含量表现为先升高后降低,硝态氮为先降低后显著升高,有机质和p H呈降低-升高-降低的波动变化;上覆水中各温室气体浓度和水气界面扩散通量均表现为CO_2 CH_4 N_2O,其扩散通量分别为5862.9±5441.4、31.15±41.3和0.15±0.57μmol/(m~2·h),整体表现为大气温室气体的"源",并以碳排放为主;上覆水中N_2O浓度和水-气界面扩散通量均先降低后升高,孔隙水中N_2O浓度在快速和慢速分解阶段分别出现极大值(22.7和55.6 nmol/L),而其沉积物-水界面通量前期持续增加至腐烂结束后迅速降低;上覆水和孔隙水中CH_4浓度及其各界面通量均表现为前期略有降低后持续升高;上覆水中CO_2浓度和水-气界面通量表现为持续升高后降低并趋于稳定,而孔隙水中CO_2呈波动变化,在菹草腐烂初期向孔隙水扩散,后期向上覆水扩散.水温是影响上覆水中温室气体浓度和水-气界面通量的主要因素;沉积物是水体N_2O和CH_4的主要来源,孔隙水中浓度是控制其沉积物-水界面扩散的重要因素;而上覆水中CO_2呈现多源性,但以上覆水中有机物质的矿化为主.     

富营养化湖泊沉积物有机质矿化过程中碳、氮、磷的迁移特征

采用室内培养的方法,以富营养化湖泊太湖为例,研究了沉积物有机质矿化过程中碳、氮、磷的迁移特征.结果表明,在沉积物中的有机质矿化过程中,碳以溶解性无机碳释放至水中,同时以CH4和CO2形式释放至大气中,培养结束时,CH4和CO2累积排放含量分别为1492.21和498.96 mg/g(dw),其中CH4占气态碳的89.16%(以C质量计);此外,大量的氮、磷营养盐释放至上覆水体,水中总氮、总磷和铵态氮的最高浓度分别是初始浓度的62.16、28.16和139.45倍,而硝态氮浓度在整个培养过程中逐渐下降,培养末期浓度是初期的0.21倍;厌氧条件下,沉积物有机质的矿化,不仅可以生成大量的CH4、CO2气体,还能够促使沉积物中铵态氮和磷的释放;而沉积物有机质矿化释放的碳、氮、磷营养元素又能加剧湖泊富营养化程度,促进湖泊水体的初级生产力,从而增加湖泊沉积物有机质输入.这样的循环方式可能是湖泊富营养化自维持的重要机制之一.     

氧化还原条件对红枫湖沉积物磷释放影响的微尺度分析

选取贵州红枫湖为研究对象,在实验室条件下模拟了自然、好氧和厌氧条件下沉积物内源磷的释放过程,联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对沉积物—水界面开展了微尺度观测与研究.结果表明,厌氧条件下红枫湖沉积物总磷含量显著降低,且主要是NaOH提取态磷(NaOH-P)和残渣态磷(rest-P)含量降低所致,厌氧条件下沉积物孔隙水中磷酸盐浓度明显升高,而好氧条件下沉积物孔隙水磷酸盐浓度显著降低,反映厌氧条件显著促进了红枫湖沉积物磷释放.厌氧条件下沉积物内部溶解氧浓度下降、硫还原活动增强可能是导致NaOH-P释放的主要原因.O_2浓度的降低加速了沉积物还原作用并产生大量H2S,进而与二价铁离子形成硫化亚铁沉淀,最终导致NaOH-P(Fe-P)释放到孔隙水中.好氧条件向厌氧条件的转换可通过改变沉积物内部pH值分布和微生物活动促使rest-P释放:厌氧条件下,厌氧微生物不仅可以消耗硫酸根产生H_2S,导致pH值降低,还可消耗有机质,将有机磷转变为无机磷.上述研究结果表明,沉积物—水界面氧化还原环境可影响沉积物氧渗透深度、pH值分布、微生物活动、硫循环以及有机质降解过程,进而控制沉积物磷的形态转化与释放.联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对湖泊沉积物—水界面开展微尺度观测研究是揭示沉积物内源磷释放机制与控制因素的有效途径.     

滇池水-沉积物界面磷形态分布及潜在释放特征

通过现场调查和室内模拟实验,对滇池35个上覆水-沉积物磷的分布特征以及沉积物中磷释放动力学特征进行研究,结果表明:滇池表层沉积物中不同形态磷含量表现为:有机磷(OP)(1482.49±1156.82 mg/kg)钙结合态磷(Ca-P)(865.54±558.40 mg/kg)金属氧化物结合态磷(Al-P)(463.77±662.18 mg/kg)残渣态磷(Res-P)(218.52±83.11 mg/kg)可还原态磷(Fe-P)(128.13±101.56 mg/kg)弱吸附态磷(NH4Cl-P)(2.26±3.05 mg/kg);滇池上覆水草海总磷浓度处于劣Ⅳ类水平,外海不同湖区总磷浓度介于Ⅳ~Ⅴ类之间;滇池水体中的磷以颗粒态磷含量最高;滇池表层沉积物中磷的释放是由快反应和慢反应两部分组成.释放过程主要发生在前8 h内;不同区域沉积物磷的最大释放速率、最大释放量、磷的释放潜力平均值均表现为:草海外海北部外海南部湖心区;滇池表层沉积物中磷的释放主要由NH4Cl-P、Fe-P、Al-P和OP进行,其中,NH4Cl-P和Fe-P所占比重较大;磷的释放与上覆水中溶解性总磷、溶解态无机磷和溶解态有机磷呈显著正相关,预示着上覆水中磷的迁移转化更多地受到水-沉积物界面浓度梯度的控制,进一步说明不能以总磷含量来评价湖泊磷素释放的状况,需与磷形态及分布特征相结合进行分析.     

非稳沉采煤沉陷区沉积物-水体界面的氮、磷分布及迁移转化特征

以淮南后湖非稳沉采煤沉陷区沉积物-水体界面为研究对象,分析该湖未开发区(A区)、水产养殖区(B区)和水生蔬菜种植区(C区)3个功能区上覆水-间隙水-沉积物体系中氮、磷分布及其迁移特征.结果表明,氮、磷在不同水体界面的分布差异较大.其中上覆水中氮、磷浓度表现为A区B区C区;间隙水中氮、磷分布差异不显著,然而各功能区间隙水的氮、磷浓度明显高于上覆水,氮、磷主要由间隙水向上覆水中移动;沉积物中氮、磷含量以C区最高.后湖采煤沉陷区水体表现出氮污染、磷限制的现象.     

长江中下游湖泊沉积物氮磷形态与释放风险关系

运用聚类分析、主成分分析和相关矩阵的统计分析手段,对长江中下游湖群共18个湖泊的沉积物氮磷释放风险以及湖泊沉积物、间隙水和上覆水中氮磷形态以及其他相关地球化学参数进行分析。草型和藻型湖泊的环境差异是造成氮磷释放风险的主要原因。氮磷释放风险与铁磷、藻类可利用磷、总氮、总磷、上覆水氮磷含量、间隙水氮含量、孔隙度和有机质含量间的关系最为密切。决定磷酸盐释放风险的主要形态磷是藻类可利用磷和铁磷,其他形态磷或者含量较低或者不易被转化释放,对磷酸盐释放风险影响较小。有机磷含量对磷的释放风险没有直接决定作用,但它与有机质含量间呈显著正相关。     

Metal binding by dissolved organic matter in hypersaline water: A size fractionation study using different isolation methods

The influence of dissolved organic matter (DOM) on mineral extraction from salt lake brines depend on DOM quality. This study contributes to our knowledge of DOM’s metal binding behavior in hypersaline environments by characterization of DOM from lakes in the Qaidam Basin, i.e., Qarhan Lake (LQDOM), Da Qaidam (DQDOM) and West Ginair Salt Lake (WGDOM). The DOM was fractionated based on solid phase extraction (SPE) and ultrafiltration (UF), and the spectral and metal binding behavior of these fractions were studied by absorption spectroscopy, Pb(II) titration techniques and fluorescence parallel factor (PARAFAC) analysis. The results showed that bulk DOM generally contained more dissolved organic carbon (DOC), lower specific UV absorbance (SUVA₂₅₄), higher fluorescence and biological indices, comparable humification index, and lower condition stability constants compared to the other nature waters. Compared with UF, SPE-derived DOM exhibited higher DOC recovery and aromaticity and lower carbohydrate yield. It appeared that the SPE procedure used affects the spectral composition of bulk DOM to a larger extent than UF. Source and molecular weight (MW)-dependent differences in abundance and quality of brine DOM was indicated by higher SUVA₂₅₄ in high MW DOM, for LQDOM and DQDOM, and humic-like fluorophores were mainly in high MW-DOM in each lake. Moreover, the high MW humic-like component exhibited higher metal binding potential than the bulk and low MW counterparts for LQDOM and DQDOM, while the inverse was observed for WGDOM. This study revealed the effects of isolation techniques on interpretation of DOM characteristics, and meanwhile highlighted the importance of origin- and MW-dependent DOM in manipulating the behavior, fate, and bioavailability of heavy metals in salt lake brine.     

滇池沉水植物的分布格局及其水环境影响因子识别

研究滇池沉水植物的分布及其与水环境因子的关系,对于滇池沉水植物的恢复具有重要的指导意义.2016年4-11月对滇池24个典型点位沉水植物群落特征进行调查,共发现16个调查区存在9种沉水植物,以篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、微齿眼子菜(P.maackianus)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、马来眼子菜(P.wrightii)等为主,沉水植物主要分布在近岸3 m以内水域,盖度在10%左右.主成分分析结果表明,总氮、总磷、悬浮物、化学需氧量和叶绿素a浓度是影响沉水植物种类和生物量的主要因素,透明度是影响沉水植物盖度的主要因素;典范对应分析结果显示,滇池沉水植物的分布主要受水体中营养盐含量和化学需氧量的影响,穗花狐尾藻和轮叶黑藻对有机物和藻类的耐受能力较强,马来眼子菜和篦齿眼子菜适于生长在高营养盐的环境.滇池沉水植物恢复初级阶段的关键是降低水体中化学需氧量、抑制藻类的生长,其次是控制水体营养盐浓度.按照"一区一策"的原则,草海东风坝内和外海南部适于进行沉水植物恢复,外海北部实行控藻治理,外海东部需改善水体有机物浓度和营养盐条件,外海西部以沉水植物自然保育为主.     

Core Sediments from Lake Brollus (Bahra el Burullus), Egypt

Nine short cores were taken from different regions of Lake Brollus, an Egyptian large shallow brackish-water Delta lake connected with the Mediterranean Sea. The core samples were subjected to some investigations in order to know the vertical variations in the values of different constituents of the deposits. The variations of water content of the sediments are mainly due to the nature and type of these sediments. An inverse relation was found between the density of wet mud and the water content of some core samples. The sediments of the lower parts of the cores taken from the central region of Lake Brollus were enriched with organic matter and black in color. These black sediments may be remains of dense land vegetation entered into Lake Brollus by drainage and fresh water. They may be also remains of massive plankton organisms which survived for a long period in this lake under favourable conditions. The amounts of diatom-silica estimated from the sediments can be used as a rough indicator for the amounts of diatoms which were found in the lake at the time of deposition. The allochthonous materials, the organic matter, the calcareous substances and the diatomsilica generally were deposited in variable amounts at various depths of the cores. The quantitative distribution of these components in the core sediments was found to depend mainly upon certain factors which were discussed.     

滇池表层沉积物铵态氮吸附特征

为研究滇池内源污染特征,2013年利用GIS软件针对滇池全湖布设36个采样点,采集表层沉积物,研究滇池表层沉积物铵态氮(NH_4+-N)吸附特征,同时分析沉积物的理化性质对NH_4+-N吸附特性的影响.结果表明:滇池表层沉积物对NH_4+-N的吸附量在前2 h之内呈增长趋势,吸附速率较大,之后沉积物对NH_4+-N的吸附量不随时间变化而变化,基本达到平衡,最大吸附速率均发生在0~5 min内;不同区域表层沉积物NH_4+-N最大吸附速率平均值表现为:外海南部湖心区外海北部草海,最大吸附量平均值表现为:湖心区外海南部外海北部草海,吸附效率平均值表现为:外海北部草海湖心区外海南部;沉积物对NH4+-N的吸附量与NH_4+-N的初始浓度大致呈线性关系,并且低浓度下表现出很好的吸附/解吸特征;滇池表层沉积物NH_4+-N的吸附解吸平衡浓度(ENC0)高于上覆水中NH_4+-N浓度,表明沉积物中NH_4+-N有向上覆水中释放的风险,沉积物在很长一段时间内起到水体污染"源"的作用;ENC0与沉积物中总氮、NH_4+-N含量呈显著正相关,本底吸附量和有机质总量呈显著负相关,沉积物吸附NH_4+-N主要受有机质的影响.     

Sudden enhancement of sedimentation flux of~(210)Pb_(ex) as anindicator of lake productivity as exemplified by Lake Chenghai

Recent sediments in lakes and gulfs are a sensi-tive recorder of the information about environmentalchanges in the catchment areas during recent geologi-cal history. Precise determination of the ages of sedi-ments is the key to deciphering the environmental re-cords. The 210Pb dating technique and the markertechnique based on fallout radionuclide 137Cs havefound wide applications in sedimentation rate on atime scale of several tens to one hundred years, as wellas the varve chron…     

太湖草源性"湖泛"水域沉积物营养盐释放估算

于太湖草源性"湖泛"暴发期,采集柱状沉积物并应用peeper被动采样装置获得"湖泛"区原位沉积物间隙水.泥水样品分析表明:"湖泛"发生水域表层(0~7 cm)沉积物的含水率、孔隙度和有机质含量均明显高于对照区,其中有机质含量更是对照区样品的4倍左右,沉水植物残体促使表层沉积物物化性质改变的作用明显;"湖泛"发生水域表层沉积物间隙水中铵态氮(NH+4-N)、溶解性反应磷(SRP)及Fe2+含量远高于未发生区,植物残体降解对沉积物厌氧环境的营造显著.运用分子扩散模型对沉积物释放通量估算:"湖泛"发生区沉积物NH+4-N、SRP和Fe2+的释放速率分别是对照区的49.8、15.3和123.1倍.研究认为,草源性"湖泛"水体氮、磷等营养物含量升高的主要原因是沉积物的释放,而"湖泛"所营造的厌氧环境是氮、磷释放急剧增加的主要驱动因素.     

The optical and molecular signatures of DOM under the eutrophication status in a shallow,semi-enclosed coastal bay in southeast China

We applied stable carbon isotopes, ultraviolet-visible absorption(UV-Vis), fluorescence excitation-emission matrices spectroscopy(EEMs), and Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry(FT-ICR-MS) to investigate the chemical composition and sources of the dissolved organic matter(DOM) in both the water column and pore water in Xiangshan Bay, a representative semi-enclosed and eutrophic bay in Zhejiang Province, China. One protein-like fluorescent component(C1) and two humic-like fluorescent components(C2 and C3) were identified by PARAFAC modeling. The concentration of dissolved organic carbon(DOC), the relative intensities of C2, C3, and black carbon-like compounds are all negatively correlated with salinity, indicating that there is a dilution effect of terrestrial signals by seawater in Xiangshan Bay. The differences in light penetration ability of Xiangshan Bay cause different degrees of photo-degradation, which may play an important role in the transformation of organic matter in Xiangshan Bay. The weak correlation between the C1 fluorescent component and salinity indicates that autochthonous sources cannot dominate the protein-like FDOM in the Xiangshan Bay drainage area. Multiple sources(such as anthropogenic inputs and release of pore water) also affect the distribution of the protein-like fluorescent component under eutrophication conditions. The relative proportion of the protein-like fluorescent component in Xiangshan Bay is on a medium level in China and anthropogenic inputs may be a significant source of DOM in coastal bays.