富硫型水库沉积物AVS和SEM空间分布特征及重金属风险评价

随着湖库外源性污染的有效控制,沉积物污染特征成为影响湖库水环境质量的关键因素。本文以富硫型水库——汤河水库为研究对象,分析探讨水库沉积物的理化性质、重金属总量、酸可挥发性硫化物(acid volatile sulfide,AVS)和同步提取重金属(simultaneously extracted metals,SEM)的空间分布特征,采用沉积物基准法(sediment quality guidelines, SQGs)和AVS与SEM关系法对重金属可能诱发的生态风险和毒性效应进行评估。结果表明:汤河水库沉积物中AVS含量在0.03~51.75 μmol/g之间,并呈现坝前深水区>东支流库区>西支流库区的空间分布特征。根据Pearson相关性分析可知,汤河水库沉积物AVS含量与间隙水中SO₄^2-浓度、沉积物烧失量(LOI)含量呈显著正相关,与沉积物间隙水中NO₃^-浓度和沉积物pH呈现显著负相关。间隙水中SO₄^2-浓度和沉积物LOI含量是控制AVS产量的重要因素。水库沉积物中ΣSEM变化范围为0.52~2.75 μmol/g,呈现出东支流库区>坝前深水区>西支流库区的分布规律。水库沉积物中ΣSEM/AVS和ΣSEM-AVS的变化范围分别为0.06~22.73和-49.18~2.44 μmol/g,显示出水库坝前深水区表层0~10 cm沉积物不具有生态风险,而东、西支流库区沉积物中的SEM因为不能完全被AVS所固定而存在潜在生态风险。就单一重金属而言,汤河水库坝前深水区和东西支流中部区域沉积物Ni、Cu、Pb和Zn含量均介于临界效应含量(threshold effects level, TEL)值和可能效应含量(probable effect level, PEL)值之间,可产生低级风险毒性效应,但Ni的毒性效应风险接近中级,今后应予以重点关注。富硫型水库沉积物中容易出现高含量AVS,沉积物间隙水中SO₄^2-和NO₃^-的浓度是决定沉积物AVS净产量的重要因素。流域内重金属土壤背景值以及工业、采矿产业排放的废水类型直接影响着诱发生态风险的重金属种类。     

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.     

三峡库区沉积物还原性无机硫形态的分布特征、控制因素及对内源磷释放的影响

还原性无机硫(RIS)包括硫酸盐还原产物和活性铁(Fe_HR)形成的酸可挥发性硫(AVS)、硫的中间产物元素硫(S⁰)及沉积物中硫铁元素的最终积累物质黄铁矿硫(S_py),RIS不仅可以影响沉积物重金属的生物有效性,还控制铁还原及内源磷的释放等生源要素的地球化学行为。为了研究三峡库区沉积物中RIS分布特征及其环境意义,于2017年7—8月和12月采集三峡库区云阳至秭归段17个点的表层沉积物样品并测定其RIS含量。结果表明:与其他湖泊、河流相比,三峡库区表层沉积物RIS含量较低,其中,AVS的含量为0.06～0.65μmol/g,S⁰为0.50～1.66μmol/g,S_py为0.96～17.54μmol/g.AVS和S⁰含量夏季高于冬季,云阳至秭归段RIS变化趋势大致为先降低后增加再降低,有较明显的季节和地域差异。相关性分析、主成分分析和聚类分析表明,研究区沉积物生物可利用磷(BAP)、Fe_HR及上覆水体SO₄     

富营养化湖泊中硫酸盐对蓝藻衰亡产甲烷过程的影响

随着外源性硫酸盐（SO₄^2-）的持续性输入,富营养化湖泊水体的SO₄^2-浓度持续升高.野外长期监测结果表明,近几十年太湖水体的SO₄^2-浓度逐渐升高,达到了96 mg/L的水平.此外,富营养化湖泊中蓝藻水华衰亡会产生并释放大量的甲烷（CH₄）,湖泊水体的SO₄^2-浓度升高是否会对沉积物产CH₄过程造成影响仍缺乏相关研究.本实验构建了蓝藻水体沉积物微宇宙系统,通过添加30、60、90、120和150 mg/L五组浓度的硫酸盐,探究不同SO₄^2-浓度下蓝藻衰亡过程中水体的SO₄^2-、还原性硫化物（∑S^2-）和CH₄的变化规律.结果表明,蓝藻聚积衰亡的第6~9天硫酸盐还原作用最为强烈,此时水体中的SO₄^2-浓度快速下降到最低值,依次为7.65、8.87、21.21、41.14和56.54 mg/L.伴随着硫酸盐还原过程的进行,水柱中∑S^2-的浓度不断上升,并达到最高值,依次为4.77、6.98、7.49、7.49和7.43 mg/L.蓝藻聚积衰亡的第10~21天水体中的SO₄^2-浓度维持在较低水平,∑S^2-浓度逐渐下降,并趋近于0.培养开始时,CH₄增长缓慢,SO₄^2-浓度下降之后,CH₄浓度逐渐上升,并在第6~9天迅速上升,培养结束时,CH₄的最终浓度随着水体初始SO₄^2-浓度的增加而降低,依次为546.39、207.24、79.61、37.25和5.56 μmol/L,CH₄的浓度与初始水体SO₄^2-浓度呈指数型负相关关系.因此,对于精准评估富营养化湖泊的产甲烷过程,需要考虑不断上升的SO₄^2-浓度所带来的影响.     

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。     

乌梁素海盐分在冰-水-沉积物间的分布及迁移特征

盐分是参与湖泊物质循环的重要成分之一,湖泊盐度增加对湖泊生态系统健康造成了严重的威胁.乌梁素海总溶解性固体（TDS）和盐度均处于较高的水平,为揭示盐分在冰-水-沉积物中的分布及迁移规律,冰封期在乌梁素海7个采样点采集冰、冰下水和不同深度沉积物样品,分析样品的TDS、Na⁺和Cl^-浓度,得到各自在冰-水间浓度的比值,即分配系数K,并对水-沉积物界面Na⁺和Cl^-的扩散通量进行估算.结果显示,TDS、Na⁺和Cl^-在冰-水中分配系数K的均值分别为0.02、0.03和0.01,表明在湖水结冰形成冰盖的过程中,随着冰晶的析出,TDS、Na⁺和Cl^-逐渐在水体中浓缩,水体中Na⁺和Cl^-在浓度梯度驱动力作用下,向沉积物间隙水中扩散,估算其扩散通量均值分别为-229和-676 mg/（m²·d）.总之,湖水在冻结过程中,由于冰晶的析出,盐分向冰下水体中迁移,使得盐分浓度在冰下水体中浓缩增加,继而向沉积物中迁移,对湖泊水生态环境构成胁迫.     

青藏盐湖卤水演化及资源

本文通过揭示宵蔵盐湖卤水在浓缩过程中成盐元素的行为以及卤水水化学炎型与PH值等的变化,得出结论如下：1.卤水中主要离子的演化方向是按Ca²⁺→Na⁺→K⁺→Mg²⁺→Ca²⁺（阳离子）和CO₃^2-→HCO₃^-→SO₄^2-→Cl^-（阴离子）顺序进行。2.除了析出固体外,微量元素一般在最后的浓缩卤水和析盐后的残余卤水中髙度富集。已査明盐湖卤水中有63种元素,其中钾、镁、硼、锂、铷、铯、铀、钍、稀土、氘已构成可以综合利用的宝贵资源。     

三峡大坝上下游水质时空变化特征

为探索三峡大坝上下游（坝上99.9 km、坝下63.0 km、全长162.9 km）水质时空变化特征,运用主成分分析和方差分析对2016年近坝段水质时空变化特征进行了分析.主成分分析表明,水文因子流量（Q）、气温（T）、水位（Z）和水质因子（水温（WT）、pH、电导率（EC）、溶解氧（DO）、悬浮物（SS）、高锰酸盐指数（COD_Mn）、硫酸盐（SO₄^2-）、氟化物（F^-）、总硬度（T-Hard）、硝态氮（NO₃^--N）、总氮（TN）和硒（Se））的变化主导着研究区域水质变化;各采样点主成分得分和双因素方差分析结果显示研究区域水质因子时间变化主要呈现出季节和不同水库运行时期的差异.消落期（2-5月）,T-Hard、F^-、SO₄^2-和EC是影响河流水质变化的主导因子;汛期（7-8月）,Q、SS、COD_Mn、NO₃^--N、TN和Se是影响河流水质变化的主导因子;T和WT主导着汛末（9月）河流水质变化,并引起了DO等理化特性的变化;高水位运行期（12月）,Cl^-是影响河流水质变化的主导因子.现阶段,DO、有机污染物（COD_Mn）、无机盐（SO₄^2-和F^-）、营养盐类（NO₃^--N和TN）、类金属元素（Se）和水体的矿化程度（T-Hard）的变化主导着区域水质的变化,是三峡大坝近坝段水域水质的控制因子.方差分析表明,河流的理化特性（DO、pH和SS）、营养盐组分构成（NH₃-N和NO₃^--N）、无机盐类（EC和Cl^-）、石油类有机污染物及粪大肠菌群（FC）等指标在坝上与坝下断面存在显著性差异.气温、水温、降雨、含沙量的季节性影响因素和水库调度运行模式是影响近坝段水质时间差异的主要因子;空间差异主要受城区污染排放和三峡水库调度引起的坝上和坝下水文和水动力学条件差异影响.因此控制研究区域因人类活动等造成的外源性污染,并针对不同类污染物质的季节变化特征实施合理的水库运行方式是近坝段水质提升的关键.     

淀山湖底泥生态疏浚适宜深度判定分析

通过室内模拟实验,对淀山湖东部湖区的沉积物进行研究,测定沉积物在不同疏浚深度和疏浚温度下的铵态氮(NH₄⁺-N)、正磷酸盐(NH₄^3--P)和溶解性有机碳(DOC)的释放速率,并对该区域沉积物的理化指标进行检测.结果表明:淀山湖表层沉积物近年来总磷和有机质含量有较大增加.淀山湖东部湖区NH₄⁺-N和DOC存在着释放趋势,NH₄^3--P在夏季会从沉积物中向上覆水中释放,在年内会形成"源"和"汇"的转化.整个淀山湖东部湖区按不同研究区域划分,疏浚深度以10~20 cm最佳,疏浚季节以秋季为佳.通过对淀山湖东部湖区的沉积物在不同疏浚深度和疏浚时间下的污染物释放速率的研究,可以为淀山湖和其它类似湖泊的疏浚工作提供相应的科学依据.     

我国南方地区桉树叶浸泡对水库沉积物致黑元素分布及迁移转化的影响

我国南方地区桉树种植区周边水库冬季水体泛黑现象频发,桉树砍伐残体(尤其是叶)浸出液中富含的溶解性有机碳(DOC)、单宁酸与铁、锰、硫化物等一系列反应是其主要致黑原因,然而目前致黑物质对水库泛黑的贡献程度和途径仍不清楚.为了模拟桉树叶浸泡对水库黑水形成的影响机制,研究选取夏季水体未泛黑期(水体热分层稳定)进行室内浸泡实验,测定每6 h上覆水体溶解氧(DO)、氧化还原电位(Eh)、透光度等理化指标,分析DGT有效态铁、锰、硫和DOC、单宁酸浓度分布规律及迁移转化特征,计算沉积物-水界面处Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-表观扩散通量.结果表明:桉树叶浸泡明显消耗水体中的DO,且显著影响水体Eh与透光度.此外,透光度与DO浓度呈显著正相关(相关系数为0.618~0.978).桉树叶浸泡释放大量DOC和单宁酸,其中单宁酸浓度远超有氧马尾松组,其上覆水中浓度分别达到23.9、26.0和34.0 mg/L,说明桉树浸泡为黑水形成提供了重要的DOC和单宁酸来源.桉树叶浸泡后上覆水和表层沉积物中DGT有效态Fe浓度均明显增加,深层沉积物间隙水中DGT有效态Fe浓度明显下降,且其表观扩散通量均为正值,说明深层沉积物中Fe向沉积物-水界面迁移,为黑水形成提供了重要的Fe来源.研究结果可为解决我国南方地区桉树人工林区水库水体突发性泛黑问题提供科学依据.