亚高山湖泊天才湖周边土壤腐殖酸的光降解研究

溶解性有机质(DOM)是湖泊生态系统的物质循环和能量流动的基础.典型亚高山湖泊DOM的主要来源为流域土壤腐殖酸(外源DOM),其具有较强的光吸收特性,光降解是其重要的转化过程,从而改变碳、氮、磷等物质的存在形式.在气候变暖的背景下,亚高山湖泊中DOM的浓度、pH、溶解氧及太阳辐射都可能发生变化;但这些环境变化对亚高山湖...     

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.     

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.     

溶解性有机质与水生生物的直接相互作用研究进展

溶解性有机质广泛存在于天然水体中,具有重要的生态与环境意义.然而在环境科学领域内,天然水体中的溶解性有机质长期以来仅仅被作为惰性的吸附剂对待,其自身的与生物的直接作用却一直被忽视.近年来,越来越多的研究证据表明溶解性有机质自身即具有生物效应.它能在生物表面吸附.并影响细胞膜的电化学性质与膜渗透性,能被生物吸收,进而诱导...     

不同来源有色溶解性有机物光化学/微生物降解过程

城市非点源污染向水生生态系统中输入大量的溶解有机物(DOM),对生态系统健康产生重要影响.有色可溶性有机物(CDOM)是广泛分布于自然水体中的一类成分和结构复杂、含有多种高活性化学官能团的大分子聚合物,是DOM的重要组分,对水生生态系统健康、能量流动及生物地球化学循环有重要影响.光化学反应和微生物代谢过程被认为是控制水体CDOM转化、降解和循环的主要影响因素.然而,对城市化如何影响CDOM组成以及光化学和微生物如何相互作用影响城市水体CDOM动态的理解是不足的.因此,为评估光化学过程和微生物代谢对不同城市水体CDOM降解与转化的贡献,解析不同城市水体CDOM光化学/微生物降解作用机理,本研究在英国伯明翰选择3类具有典型DOM来源的水体样本,通过实验室9 d受控培养实验,对比分析光化学以及微生物影响下CDOM来源和组成的变化.结果表明:(1)城市河流由于接受上游污水排放及较短的水力滞留时间,含有丰富的芳香性碳,其CDOM光化学活性明显高于湖泊,光化学降解率为16.60%;(2)城市湖泊CDOM受人类活动影响,自生源类荧光成分富集,生物活性高,在微生物培养过程中CDOM增加了62.16%,...     

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。     

铁（氢）氧化物介导的溶解性有机质、无机磷的固定及相互作用研究进展

铁(氢)氧化物介导的溶解性有机质(DOM)和无机磷(DIP)的固定在水生态系统中普遍存在,对碳、磷元素的生物地球化学循环有重要的影响.铁(氢)氧化物主要通过吸附和共沉淀两种过程固定DOM和DIP,且铁(氢)氧化物、DOM和DIP三者存在复杂的相互作用.本文主要从铁(氢)氧化物对DOM和DIP的固定,铁(氢)氧化物、DOM和DIP之间的相互影响等方面综述了相关研究进展,梳理了铁(氢)氧化物、DOM和DIP在吸附和共沉淀过程中的相互作用机制与影响因素.DOM的存在会通过占据铁(氢)氧化物表面吸附点位、络合、抑制铁水解沉淀等途径影响铁(氢)氧化物对DIP的固定;且不同机制与DOM的不同性质如分子大小、芳香组分、羧基官能团含量等有关.而DIP的存在会改变铁(氢)氧化物对DOM的固定分馏过程,改变溶液中DOM的组分和性质.在明晰三者相互作用基础上,探讨了铁(氢)氧化物介导的DOM和DIP的固定过程对湖泊内源磷释放和碳埋藏的可能影响,并对未来的研究方向进行了展望.     

珠江口沉积物溶解性有机质来源及光谱特征的空间变化

作为海陆交互作用的重要区域,河口在海洋碳循环中扮演着重要角色.近年来,溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在河口区的来源、降解和保存一直是关注的热点.本研究结合三维荧光光谱和紫外可见吸收光谱,对珠江口3个沉积柱(SI、S2、S3站位,盐度依次增加)孔隙水溶解性有机质的空间分布和来源进...     

新建人工深水湖泊沉积物上覆水和孔隙水中溶解性有机质的光谱特征

为了揭示湖库内源性污染物的分布、来源、组成及垂向分布特征,以新建人工深水湖泊龙景湖为研究对象,采用紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,研究了该湖泊以成湖前用途划分的3个特征区域(原河道底部、新淹没区底部和新淹没区边坡)的沉积物上覆水和孔隙水中的溶解性有机质(DOM)的光谱特征.结果表明,孔隙水中的DOM芳香性和腐殖化程度高于上覆水;孔隙水中疏水组分含量大于上覆水,且水体中可能存在内源孔隙水释放的低分子量DOM.龙景湖上覆水和孔隙水中的DOM主要源于水体自身的微生物,自生源特征明显,且可能存在新近释放到水体的有机质.龙景湖沉积物上覆水和孔隙水中的DOM以类腐殖酸和类蛋白质为主,且随着深度增加,类腐殖酸峰强度增强,与龙景湖的建湖背景有明显联系.     

典型湖泊天然有机质与四环素的相互作用

采用荧光滴定法研究四环素(tetracycline,TC)与太湖溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)和玄武湖DOM的相互作用.三维荧光光谱结合平行因子分析显示,2个湖泊的DOM含有3个荧光组分:类富里酸组分C1、类色氨酸组分C2和类络氨酸组分C3.其中C2的荧光强度远高于C1和C3,是DOM的主要荧光组成.3个荧光组分与TC发生了不同程度的静态猝灭,特别当TC浓度为45.5μmol/L时,类蛋白组分的荧光强度完全被猝灭(100%),并且猝灭作用改变了DOM分子的微环境极性.同步荧光光谱联合二维相关图谱进一步表明类色氨酸组分优先和TC发生猝灭作用,其次为类络氨酸组分和类富里酸组分.Ryan-Weber方程适于拟合DOM与TC的猝灭过程,2个湖泊的DOM中3个荧光组分的络合常数lg K值范围为5.05~5.85,大小顺序为C2C3C1.因此,类蛋白组分为主的DOM对TC的络合作用大于类腐殖组分为主的DOM,影响抗生素在湖泊水体中的生物有效性和生态毒性.     

滇池流域入湖河流丰水期着生藻类群落特征及其与水环境因子的关系

着生藻类是重要的水环境指示生物,其物种组成、生物密度以及多样性指数等群落特征被广泛用于监测和评价人为活动干扰对水生生态系统所造成的影响.本文根据滇池流域29条入湖河流2009年7-8月着生藻类调查数据,以及2008年9月至2009年8月逐月水环境指标监测数据,通过运用等级聚类分析、因子分析和典型对应分析,来探讨滇池流域...     

水生生态系统蓝藻固氮作用研究进展与展望

固氮蓝藻在水生生态系统中占优势是由多种因素所引起的,如营养盐浓度及形态、氮磷比、水温和微量元素等.一般认为,湖泊中正磷酸盐浓度≥0.01 mg/L、溶解性无机氮浓度≤0.1 mg/L时,固氮蓝藻出现,并且低的氮磷比是表征水体中固氮蓝藻出现的重要指标,但引起固氮与非固氮蓝藻分异的驱动机制还需要深入研究.此外,光照、无机氮浓度与形态、异形胞丰度和溶解性有机物对蓝藻固氮速率有重要影响,进而决定蓝藻氮释放通量及对水体中氮库的贡献作用.固氮蓝藻是贫营养盐海域和海洋生态系统中氮库的重要贡献者,但在富营养化湖泊中,其贡献作用还存在争议.因此就目前国内外对固氮蓝藻相关研究做综述,以期待业界同行能够对蓝藻固氮作用及其氮释放对水生生态系统中氮循环的贡献引起重视.     

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.     

天然胶体的水环境行为

胶体是一种分散相粒子具有特定粒径(通常为1 nm~1μm)的混合物,天然水体中的胶体通常是指水环境中普遍存在,而又符合“胶体”形态定义的物质的总和.因为具有特殊的表面性质以及独特的水动力学特点,天然水体中的胶体被认为是一种重要的污染物载体,尤其在促进重金属类的污染物迁移以及性质转化的过程中具有重要作用.本文归纳总结了水环境研究领域中胶体概念的提出与发展,讨论了现有研究中对胶体的定义与理解,比较了当前几种主要的胶体提取手段的特点.同时,针对胶体在水环境中的环境行为,详细归纳了河湖水体中胶体的物质组成、特征以及相应的检测手段,重点总结了胶体在水环境中对污染物的结合作用、胶体污染物的生物效应、胶体自身的团聚规律以及胶体对污染物迁移的影响机制.本文提出了胶体在水环境中复杂的组成成分与动态变化在胶体研究中的重要性,并对进一步揭示胶体环境效应的研究思路以及方法手段进行了展望.     

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.     

巢湖流域双桥河底泥疏浚对浮游甲壳动物群落结构的影响

为研究河流底泥疏浚工程对富营养化河流水生生态系统的影响,选取巢湖双桥河开展为期一年的河流生态监测与调查,对比分析了巢湖双桥河疏浚前和疏浚后的水质指标、浮游甲壳动物群落结构及生物多样性指数.研究发现：底泥疏浚后双桥河水质得到明显改善,其中氮、磷营养盐分别削减48.09%和19.09%;底泥疏浚对浮游甲壳动物群落结构影响显著,疏浚后浮游甲壳动物生物量从1.86 mg/L下降到0.25 mg/L,下降了86.40%;疏浚后生物多样性指数高于疏浚前,且受季节影响较大;浮游甲壳动物与水环境因子相关性研究发现：pH、温度、铵态氮、硝态氮、可溶性氮、总氮和氮磷比对浮游甲壳动物总生物量均有极显著影响.研究结果表明,河流底泥疏浚工程能显著削减水体中氮、磷营养盐,并从一定程度上改善河流浮游甲壳动物群落结构,促进河流水生生态系统向健康、安全的方向发展.因此,对于双桥河这种受城市外源污染影响较大的城市污染型河流,在削减外源营养盐特别是氮输入的条件下,实施底泥疏浚工程可以促进其水生生态系统的修复.     

“海洋之肾”面临枯竭危机

正湿地是分布于陆生生态系统和水生生态系统之间具有独特水文、土壤、植被与生物特征的生态系统,湿地在调节气候、涵养水源、蓄洪防旱、控制土壤侵蚀、促淤造陆、净化环境、维持生物多样性和生态平衡等方面均具有十分重要的作用。湿地具有多种类型,按照地貌类型和湿地形成过程     

湖沼学是研究内陆水体的多学科整合科学——兼论我国湖沼学发展面临的挑战与机遇

湖沼学是研究内陆水体的多学科交叉综合性科学,自从Forel F.A.于1892年首次对湖沼学做出定义以来已有近130年历史.湖沼学的主要分支学科包括地质湖沼学(包括古湖沼学)、物理湖沼学、化学(生物地球化学)湖沼学和生物湖沼学.湖沼学的关键自然属性是通过跨学科的整合,从水生态系统水平综合分析相关过程与机理,并对生态系统变化进行预测.因此,湖泊学也是支撑水资源与生态系统保护、管理与修复的核心科学.然而,目前我国湖沼学发展面临分支学科发展不平衡、研究碎片化等问题,而人类活动加剧和气候变化对内陆水体生态系统的影响及管理对策是湖沼学研究面临的挑战与机遇.我国湖沼学研究亟需围绕人类活动、气候变化的影响,重点开展以下几个方面的工作:1)水动力与水文地貌特征变化及其环境生态效应; 2)营养盐和有机质生物地球化学循环及其环境生态效应; 3)食物网结构与功能; 4)外来入侵物种的影响与控制对策; 5)与水环境有关的传染病防治; 6)地表水生态评价; 7)生态系统演变机理与退化生态系统修复等.     

草源型可溶性有机物降解过程中活性氧物种产生过程

活性氧物种(ROS)参与天然水体系统中的光化学反应、氧化还原反应,是影响水体中有机污染物的迁移、转化、环境归宿及生态效应的重要因素.然而目前对草源型可溶性有机物(DOM)分解过程中ROS的产生过程并不清楚.本文通过室内模拟实验首先构建了室内测定3种ROS(~3CDOM~*、~1O_2、·OH)的方法,进而分析草源植物——苔草(Carex tristachya)残体浸出液中DOM光降解过程中ROS的产生过程.结果表明:ROS累积含量的产生随着DOM的降解逐渐升高在3种自由基含量中,~3CDOM*的产生含量最多,·OH产生含量低于另外2种ROS两个数量级.CDOM含量与~3CDOM~*、~1O2、·OH浓度呈现正相关关系,尤其与~3CDOM~*和~1O_2浓度的显著性水平最高,·OH次之.ROS浓度与水质指标呈现出不同的线性相关关系,与硝态氮浓度呈负相关关系,而与亚硝态氮浓度呈现正相关关系,并且亚硝态氮对ROS浓度影响效果极显著.同时类蛋白荧光峰值强度的衰减与ROS累积含量呈现极显著负相关关系,脱明在DOM的光降解过程中蛋白质小分子的降解是产生ROS很重要的一个部分.综上通过对草源型DOM光降解过程中ROS产生过程的研究,增加了对湖泊生态系统中水生植物产生ROS的过程、迁移、转化、归宿及其作用机制的认识.     

白洋淀春季沉积物好氧反硝化菌群落结构特征及对溶解性有机物的响应

好氧反硝化因其独特优势成为近年来生物脱氮的研究热点,溶解性有机物(DOM)作为微生物碳源是造成群落差异的重要原因,为了探究白洋淀不同功能区好氧反硝化菌群落结构对溶解性有机物碳源的响应,本文结合荧光区域积分法以及napA反硝化基因的高通量测序技术,对白洋淀春季沉积物中的好氧反硝化菌群落结构特征以及好氧反硝化菌对溶解性有机...