长江口沉积物-水界面砷的迁移转化机制与微生物调控分析

为探析长江口沉积物-水界面砷的迁移转化机制,本文分析了2019年夏季长江口4个站位上覆水和间隙水中总As浓度及形态的剖面变化特征,耦合氧化还原敏感元素(Fe、Mn和S)的剖面变化剖析了沉积物-水界面砷循环的Fe-Mn-S控制机制,同时结合砷相关功能基因探讨了沉积物-水界面砷迁移转化的微生物调控过程,估算了沉积物-水界面总As的扩散通量。结果表明,除A7-4站位外,长江口其他3个站位间隙水总As以As³⁺为主要存在形态,且总As浓度均在上覆水中为最低值(0.748~1.57 μg·L^-1),而在间隙水中随着深度增加而逐渐增加并在6~9 cm深度达到峰值(7.14~26.9 μg·L^-1)。间隙水总As及As³⁺浓度的剖面变化趋势与溶解态Fe²⁺、Mn²⁺相似,其均在中间层出现高值,说明沉积物Fe/Mn还原带砷的释放可能是随固相Fe(Ⅲ)或Mn(Ⅳ)的还原而转移到间隙水中的。氧化层和Fe/Mn还原带过渡区间隙水砷浓度与砷异化还原菌功能基因arrA和arsC丰度存在对应关系(除A1-3站外),说明砷异化还原菌将溶解As⁵⁺或固相As⁵⁺还原为溶解As³⁺可能是该过渡层砷迁移转化的另一重要过程。硫酸盐还原带的间隙水总As和As³⁺浓度降低,但由于间隙水的低S^2-浓度不利于砷硫化物生成,因此深层间隙水砷可能与铁硫矿物结合而被移除。底层环境氧化还原条件是影响沉积物-水界面砷迁移转化的重要因素,随底层水DO浓度的降低,砷迁移转化更倾向于微生物还原控制。长江口沉积物-水界面总As的扩散通量为1.18×10^-7~2.07×10^-7 μmol·cm^-2·s^-1,均表现为沉积物间隙水中总As向上覆水释放,即沉积物是研究区域水体总As的来源之一。     

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.     

沉积物中PCBs分析测定与迁移转化研究进展

多氯联苯(PCBs)是一种具有亲脂性、低水溶性、高稳定性和高生物富集性等特性的持久性有机污染物(POPs),而沉积物作为疏水性有机污染物(HOCs)的重要地质宿体,PCBs在POPs中发生的环境过程是研究的热点。本文综述国内外近几年来沉积物中PCBs分析测定以及迁移转化的研究动态,并对今后PCBs污染的生物修复研究提出了自己的见解。     

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。     

密云水库中总磷迁移转化机制的分析

通过对2001、2002年进行的四次大规模取样测试结果进行分析,认为密云水库目前为中营养型水库,富营养化趋势明显,水中磷的主要来源为以工业、生活污水及水土流失携带进入水体的外源磷和以水库底泥释放为主的内源磷。磷在表层水中浓度小于底层水中的浓度,东西库区的浓度小于内湖的浓度;垂向上由上至下逐渐增高。磷的迁移转化途径为:一部分在水体悬浮物表层吸附或沉积,另一部分被水中的藻类吸收,进入生物作用。对水中磷的迁移转化影响较大的因素为:水中的pH值、溶解氧含量、温度、水动力条件及生物作用。     

河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究进展

河道内水流和泥沙是污染物迁移转化的主要载体,研究河道内污染物迁移转化过程以及水沙运动对其影响对于治理日益恶化的河流水环境非常重要。结合国内外研究最新动态,对水沙运动作用下污染物迁移转化的试验研究、作用机理、理论模式和数学模型等进行了总结和概述,重点对几种典型的理论模式和数学模型进行了比较分析。目前河流水沙运动对污染物迁移转化效应相关研究存在试验方法比较局限、作用机理存在分歧、理论模式和数学模型不完备等问题,需要进一步进行室内和野外试验技术创新、颗粒界面动力学的微观探索以及污染物在上下覆水和界面上迁移转化理论研究。对河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究的研究方向提出了展望。     

河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究进展

河道内水流和泥沙是污染物迁移转化的主要载体,研究河道内污染物迁移转化过程以及水沙运动对其影响对于治理日益恶化的河流水环境非常重要。结合国内外研究最新动态,对水沙运动作用下污染物迁移转化的试验研究、作用机理、理论模式和数学模型等进行了总结和概述,重点对几种典型的理论模式和数学模型进行了比较分析。目前河流水沙运动对污染物迁移转化效应相关研究存在试验方法比较局限、作用机理存在分歧、理论模式和数学模型不完备等问题,需要进一步进行室内和野外试验技术创新、颗粒界面动力学的微观探索以及污染物在上下覆水和界面上迁移转化理论研究。对河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究的研究方向提出了展望。     

湖水-沉积物界面内源物质交换动态复水模拟研究

分布式采集了玄武湖底长期暴露的底泥,分析了底泥营养物的分层分布及其理化特性对湖泊水质的影响强度。通过动态换水试验,研究了复水过程中暴露底泥营养盐的释放过程和上覆水总磷、总氮浓度变化对水土界面物质交换的作用关系以及对水体富营养化程度的影响机制。实验及模拟表明:由于湖泥表层长期暴露,有机及结合态营养盐降解为无机态营养盐,即使复水过程中使用清水,但由于干涸湖床沉积物总磷T-P、总氮T-N的垂直分布,也将严重导致内源营养盐释放总量持续增加,在相对长时间内,上覆水总磷浓度仍维持在较高(01mg/L)水平。研究成果为实施生态修复,治理复水后湖体富营养化提供了理论和实验依据。     

沉积物磷原位钝化技术研究进展

水体磷含量是湖泊富营养化最主要的限制因子之一.伴随着湖泊流域工农业发展,外源污染物的长期输入致使沉积物中蓄积了大量的磷及其他污染物.湖泊沉积物一方面是水体磷重要的汇,但另一方面还是水体磷重要的源.在单纯控制湖泊外源污染条件下,沉积物磷的释放仍可导致水体持续富营养化,湖水水质得到明显改善通常需要数十年,因此控制湖泊沉积物内源污染释放是快速恢复湖泊水质必不可少的措施.沉积物内源污染控制技术包括生物修复、环保疏浚以及原位钝化技术.受水深等环境条件限制,生物修复技术和环保疏浚在深水、亚深水型湖泊难以实施.沉积物磷原位钝化技术具有生态、经济、快速和效果稳定等特点,在控制湖泊底泥内源污染中可望发挥重要作用,尤其适合于深水、亚深水型湖泊内源污染控制.系统阐述了不同沉积物原位钝化剂的钝化原理,对比分析了铝盐、铁盐、钙盐和粘度矿物作为磷钝化剂的优缺点和应用条件,概述了国内外沉积物原位钝化技术的应用现状,在此基础上提出了沉积物原位钝化技术未来的重点研究方向:一是研究发展新型钝化剂;二是因地制宜,探索适合不同类型湖泊的底泥原位钝化技术体系;三是加强底泥原位钝化技术与其他技术的联合应用研究与示范;四是加强钝化剂负面影响评价,建立科学的应用技术方案.     

贵州乌江渡水电站至楠木渡磷迁移转化机制分析

通过2009年3月～4月对排入乌江的废水水质监测结果进行分析,可以看出废水总磷浓度高、强度大且相当稳定,严重污染了乌江的水质.乌江总磷的主要来源是流域内磷化工企业排放的废水废渣且废水中大颗粒总磷含量高.本文通过乌江总磷的分布特征,总磷的存在形态,分析总磷在乌江的迁移转化机制.乌江总磷在迁移转化过程中主要是在水动力条件下...     

深水水库磷的生物地球化学循环

我国水能资源居世界第一。密集的水电开发形成数量庞大的梯级水库群,成为我国淡水资源最重要的存储形式之一。在这些水库中,磷的来源、生物地球化学循环过程与生态环境效应独具自身特点,但相关研究较为薄弱。本文以西南地区典型水库为例,系统地阐明了水库水体和沉积物中磷的赋存形态、时空变化特征、迁移转化规律及生物可利用性。随着国家水环境保护工作的有力推进,我国水库水体总磷(TP)浓度(0.02~0.21mg/L)呈持续降低趋势。统计结果表明,水库水体叶绿素a(Chl.a)与TP浓度呈显著正相关,表明水库藻类生长仍主要受TP浓度的影响。相较于中国东部浅水湖泊,西南地区水库沉积物中TP含量通常更高(均值>1300mg/kg),且活性磷组分(氧化还原敏感态磷：BD-P;Fe/Al结合态磷：NaOH-P;弱吸附态磷：NH₄Cl-P)占比超过50%。高分辨率观测发现,西南水库在夏季分层期显示出更高的内源磷释放速率(0.15~0.29mg/(m²·d)),远高于东部浅水湖泊(0.09~0.15mg/(m²·d))。季节性缺氧诱导的Fe/Mn结合态磷的还原溶解是水库沉积物内源磷释放的关键机制。此外,还论述了加强水库磷生物地球化学循环研究的重要意义,并提出了未来重点研究方向。

     

地下水位波动带三氮迁移转化过程研究进展

三氮是我国地下水中典型污染物,其在包气带和含水层中的迁移转化过程受到高度关注。近几年,地下水位波动带中的三氮迁移转化已经成为新的研究领域。在综合运用文献计量分析法,定量分析相关研究趋势的基础上,系统总结地下水位波动带形成及特点,梳理波动带中三氮迁移转化过程及生物地球化学过程最新研究表述及成果,并对今后可能的研究热点和方向进行了展望。现有研究表明:水位波动带中环境指标如土壤含水率、氧化还原电位、溶解氧和有机质含量均表现出一定的分带性规律,微生物菌群结构和功能基因更多样化,并呈现一定的分布特征。随着地下水位波动,包气带中的三氮易浸溶进入地下水并发生迁移。地下水位上升,硝化作用减弱,反硝化作用增强;地下水位下降,硝化作用增强,反硝化作用减弱。为完善水位波动带三氮迁移转化过程研究,应进一步关注:（1）将水化学演化分析与分子生物学高通量测序方法相结合,深入探究水位波动带三氮转化与微生物作用机理;（2）除关注硝化、反硝化作用外,增加异化还原、同化还原和厌氧氨氧化等作用过程的研究;（3）细化分析更多情境、更多影响因素的水位波动过程,识别水位波动带三氮转化的关键影响要素。     

土壤硒的赋存状态与迁移转化

随着硒在生命活动中的重要性被广泛认识,硒在自然界赋存形态的研究也越来越引起人们的关注。本文对土壤中硒赋存状态与转化富集特征进行了归结,并据此分析了影响土壤硒赋存状态的环境因子,可为土壤硒的研究和硒资源开发利用提供参考。     

污染场地六价铬迁移转化机制与数值模拟研究

随着全球工业化迅猛发展,土壤和地下水六价铬污染日益严重。基于某铁合金厂铬渣场地现场调查与采样分析,开展铬渣场地土样吸附、渗透和弥散试验,研究六价铬在粉质黏土土样中的吸附特性和迁移规律,建立考虑对流-弥散-吸附的六价铬迁移三维动力学模型,结合数值软件获取污染源位于场地上、下游时地下水中六价铬迁移分布特征,并揭示弥散度?和分配系数 对六价铬时空分布的影响。试验结果表明,粉质黏土对六价铬吸附符合Langmuir等温吸附模型,最大吸附量为466.6 mg/kg;蒸馏水和160 mg/L 六价铬溶液入渗下粉质黏土渗透系数约为6.5×10–7～6.7×10–7 cm/s,1 000 mg/L六价铬溶液的渗透系数增大至4.4×10–6 cm/s;粉质黏土水动力弥散系数D为1.4×10–4 m2/d,计算得到阻滞因子 为4.2～10。数值模拟结果表明,场地下游受到六价铬污染时,即使不考虑分子扩散作用,上游仍有被污染的风险,污染程度取决于含水层的弥散度;考虑含水层对六价铬吸附时,土体分配系数越大,六价铬污染羽分布范围越小,在预测地下水中六价铬浓度分布时应重点考虑六价铬吸附等转化过程。     

Effects of calculation procedure and sampling site on trap method estimates of sediment resuspension in a shallow lake

Resuspension estimates given by two different trap methods in a shallow lake were compared. The sensitivity of the methods to errors in estimates of gross sedimentation and organic fraction of trapped material was explored. The methods were label method, in which resuspension is estimated by determining the organic fraction of surface sediment, suspended seston and trapped material, and SPIM/SPM method, where the relationship between settling particulate inorganic matter (SPIM) and total settling particulate matter (SPM) is used. During the whole 111 day study period, according to the label method, at a sheltered station 1949 g m⁻² dry weight of sediment was resuspended, whereas SPIM/SPM gave an estimate of 1815 g m⁻². The difference in the estimates was probably due to mineralization loss of organic material in the traps during the two week exposure periods. Sensitivity analysis showed that of the two methods, the label method was more sensitive to variations in the organic content of trapped material. At a wind-exposed station, the total amounts of resuspended matter given by the label method and by the SPIM/SPM method were 4966 g m⁻² and 4971 g m⁻², respectively. Due to wind effects, escape of trapped material took place, which caused underestimation of gross sedimentation and compensated the effects of mineralization loss to diminish the difference between the methods. Of the two methods, the SPIM/SPM method seems thus more suitable for lakes, where bacterial activity is high. If cyanobacterial blooms take place, the label method is probably more reliable, providing that the exposure time of sediment traps is kept adequately short.     

石英高压相变研究进展

文中总结了前人有关石英高温高压相变的实验结果。根据以前的实验,在静水压条件下,石英-柯石英-斯石英-CaCl2结构超斯石英相-α-PbO2结构超斯石英相之间的相变方程分别是:p(GPa)=(2.11±0.03)+(9.8×10-4±1.2×10-4)×T(℃),p(GPa)=(8.0±0.2)+(1.1×10-3±3×10-4)×T(℃),p(GPa)=(51±2)+(0.012±0.005)×T(K),p(GPa)=98+(0.0095±0.0016)×T(K)。文中还初步探讨了非静水压状态对石英相变的影响。实验结果表明,差应力的出现降低了石英相变所需要的围压,即相变边界向低压方向偏移,在周永胜等人实验数据的基础上,笔者尝试将二维的相图扩展到三维相图以考虑差应力的影响。最后讨论了石英相变在地学研究中的作用,对比不同的观点分析了前人对超高压变质作用过程的解释,希望可以为以后解释地质资料提供较为广泛的可能性,促进我们对地球内部动力学过程的了解。     

强弱风浪扰动下太湖的营养盐垂向分布特征

在一次风速12m/s的强风浪过程中及在连续多天弱风浪之后,对太湖梅梁湾一浅水区营养盐、悬浮物等的垂向分布进行了观测和分析。结果表明,在水底沉积物约20cm的情况下,强风浪期间与弱风浪期间相比,湖水中悬浮物浓度提高了10倍,总磷浓度提高了3 6倍。而强风浪期间与弱风浪期间的水体溶解性总磷(DTP)、溶解性活性磷(SRP)的浓度无显著差异。说明尽管强风浪过程引起沉积物大量悬浮,水体悬浮颗粒态营养盐显著增高,但是由于悬浮过程营养盐释放与沉降机制作用十分复杂,活性营养盐的浓度未必能提高。无论强风浪还是弱风浪期间,水体的表层至水土界面上50cm层的悬浮物浓度、营养盐浓度没有明显的分层现象,但明显低于水土界面上50cm内的悬浮物浓度和总磷浓度。无论是强风浪期间还是弱风浪期间,表层到底层水体SRP浓度无显著差异。     

全氟及多氟烷基化合物前体物质在环境中迁移与转化行为研究进展

全氟及多氟烷基化合物（per- and polyfluoroalkyl substances,PFAS）前体物质是环境中许多PFAS的间接来源,广泛应用于食品包装、消防灭火泡沫、金属电镀、纺织涂料及农药等领域。由于PFAS前体物质能够在环境中发生转化以及分析测试方法的限制,其存在往往被忽视。PFAS前体物质自身的生物学毒性已被证实,如干扰母体内胎儿的正常发育、诱导免疫毒性和细胞凋亡等。深入探究PFAS前体物质在不同环境介质中的迁移转化规律是对其进行污染控制的关键。结合近年来国内外研究,对PFAS前体物质的主要来源、赋存特征及在大气、土壤和水体等环境介质中的迁移和转化行为研究进行了综述。结果表明,前体物质在全球范围内的水体、土壤、悬浮颗粒物、沉积物和大气中均有检出。在迁移过程中,水体是PFAS前体物质污染主要的载体,土壤、悬浮颗粒物和沉积物主要起滞留作用,而通过大气进行的长距离迁移是极端地区污染的重要来源。除此之外,PFAS前体物质在环境介质中的滞留和迁移往往伴随转化行为,生成更稳定的PFAS持续危害生态环境和生物健康。文章可以为PFAS前体物质及PFAS的污染防控提供参考和依据。     

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.