水丝蚓(Tubificid worms)扰动对磷在湖泊沉积物-水界面迁移的影响

为探讨水丝蚓(Tubificid worms)扰动对磷在湖泊沉积物-水界面间迁移的影响,选取太湖梅梁湾与大浦口两富营养化湖区为研究对象,通过室内培养实验,利用Rhizon间隙水采样器等技术,研究了水丝蚓扰动对太湖沉积物-水界面理化性质及溶解活性磷(SRP)在界面通量的影响.结果表明水丝蚓扰动能够增大表层沉积物含水率、氧化还原电位,减小间隙水中Fe2+浓度.水丝蚓没有显著改变梅梁湾间隙水中SRP浓度,同时促进了梅梁湾沉积物中SRP向上覆水的释放;但水丝蚓显著减小了大浦口间隙水中SRP浓度,并抑制了大浦口沉积物中SRP向上覆水的释放.水丝蚓扰动对磷在沉积物-水界面间迁移的不同影响可能是由沉积物中Fe2+含量差异较大造成的.     

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.     

水丝蚓生物扰动对东洞庭湖沉积物氮释放的影响

研究了不同投放密度和不同环境条件下水丝蚓的生物扰动对东洞庭湖沉积物氮释放的影响.研究表明:水丝蚓的生物扰动作用对沉积物氮释放有明显的促进作用,水丝蚓生物扰动促进下的NH4+-N释放构成沉积物氮释放的主要动因.与未投放水丝蚓的空白组相比,当水丝蚓密度为1和2 ind./cm2时,上覆水中总氮的浓度分别增加了15％和32％...     

河蚬(Corbicula fluminea)对霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)生物扰动的抑制效应

近年来太湖局部区域水体富营养化仍有加剧趋势,这可能与底栖动物生物扰动促进沉积物营养盐释放有关.耐污种霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)与常被用于生态修复的河蚬(Corbicula fluminea)均为太湖底栖动物优势种类,本文设计了双因素4组处理(对照组、河蚬组、霍甫水丝蚓组和混合组(霍甫水丝蚓和河蚬))的室外受控实验,研究在太湖2种种群分布交错区,河蚬能否对霍甫水丝蚓的生物扰动产生抑制效应.结果表明:霍甫水丝蚓扰动能显著增加水体总氮、总磷浓度,同时促进浮游植物生长;河蚬通过滤食和生物沉降作用显著降低水体总氮、总磷和悬浮物浓度,抑制浮游植物生长,从而促进了底栖藻类的生长;河蚬对霍甫水丝蚓生物扰动效应有抑制作用.     

太湖藻型湖区沉积物中生物易降解物质组成及分布规律

为研究富营养化湖泊藻型湖区沉积物中生物易降解有机质的组成及其垂向分布特征,选取太湖竺山湾湖滨带和开敞湖区采集沉积物柱状样,利用微电极技术测定沉积物-水界面理化指标的剖面特征,并对沉积物中含水率、烧失量、色素含量、总有机碳、总氮以及生物易降解物质（总蛋白、总糖和总脂）进行测定.结果表明：藻型湖区沉积物-水界面处溶解氧、pH和氧化还原电位在垂向剖面上呈现出随深度增加而下降的趋势,空间上存在明显的异质性,湖滨带沉积物-水界面溶解氧、pH和氧化还原电位显著低于开敞湖区,而沉积物-水界面H₂S浓度在垂向上则表现为随深度先降低而后升高的趋势.此外,藻型湖区沉积物中生物易降解有机质的组成和分布同样存在明显的空间异质性.组成上以脂类（7.7 mg/g）为主,其次是糖类（4.5 mg/g）,蛋白质（0.8 mg/g）含量最低;空间上,湖滨带沉积物中生物易降解有机质含量显著高于开敞湖区,表层15 cm以上沉积物含水率和烧失量较高,有机质含量丰富.     

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.     

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.     

太湖沉积物理化性质及营养盐的时空变化

在不同季节,采集太湖梅梁湾和贡湖湾沉积物柱状样,研究沉积物Eh、pH、总氮、总磷以及有机质四季垂向剖面分布变化特征.研究结果表明,在表层下(0-3 cm),Eh随沉积物深度的增加迅速下降,很快进入还原状态.沉积物剖面上pH变化幅度不大,在6.4-7.8之间,冬季沉积物pH均有所降低.太湖沉积物中含有丰富的营养盐,总氮和总磷最高浓度分别为2.68和0.864 mg/g,其剖面分布特征表明,沉积物表层总氮和总磷含量远高于底层,其含量随深度增加而降低,但四季变化趋势不明显.沉积物中有机质含量在10 cm以上变化幅度较大,随着沉积物深度的增加,有机质含量明显减少,季节变化幅度不大.比较不同采样点发现,位于梅梁湾生态系统试验区内的S1位点沉积物氮磷内源负荷最大.     

东太湖水温变化与水-沉积物界面热通量初探

水温对沉水植被的生长和分布具有重要作用,水-沉积物界面热通量对浅水湖泊水温变化的影响值得关注.东太湖是我国东部典型的草型浅水湖区,采用自2013年11月至2015年10月对东太湖湖心进行的不同深度水体及沉积物温度高频观测数据,结合东太湖表层沉积物的热力学性质计算了水-沉积物界面热通量,分析了东太湖水温和水-沉积物界面热通量的变化特征并探讨了其影响因素.结果表明：东太湖各深度水体日升温过程随水深增加后延,升温过程夏季延长,冬季缩短;表层水温日变幅最大,底层水温日变幅次之,沉积物温度日变幅最小,各深度温度日变幅夏季最小、冬季最大;春季和夏季升温过程中各深度日均温变化沿水深存在约1天的延迟,秋季和冬季无此现象;2015年与2014年东太湖温度变化趋势相同,同比月均温差与气温差呈线性相关.沉积物8：00-19：00向水体放热增加或从水体吸热减少,19：00至次日8：00放热减少或吸热增加;3-9月从水体吸热,为热汇,10月至次年2月向水体放热,为热源,沉积物全年为湖泊热源;逐日水-沉积物界面热通量每月6至15日存在相对年变幅较小幅度的正弦式波动.水温和水-沉积物界面热通量的变化主要受太阳辐射和气温的影响,二者对气象参数的响应具有迟滞现象;水-沉积物界面热通量与水温呈负相关,其变化相对水温迟滞,水-沉积物界面热交换的主要作用为缓冲湖泊水体的热量变化;夏季,沉水植物能降低湖泊各层水温和垂向水温差.     

利用GRACE数据反演东海沉积物变化

GRACE卫星的成功发射为海底沉积物的监测提供了新的方法.利用2003-2014年间的GRACERL05数据,采用同期的测高数据对海面高变化进行改正,使用水文模式数据和基于均一假设的尺度因子估计方法处理泄漏误差,反演了东海地区的沉积物变化情况,并对GIA效应进行了改正.结果表明:东海入海口处沉积物的平均变化速率为5.44±0.88mm·a^-1,最大值出现在浙江沿海地区,变化速率为6~7mm·a^-1;在空间分布上,呈现河口处沉积速率大,远离河口的大洋地区沉积速率小的特征.在时空分布上均与实测数据很好的吻合.沉积物变化时间序列的周年项振为6.8cm,周年变化主要与东海泥沙扩散路径相关的海洋环流模式有关;半周年项和两周年项振幅分别为0.6cm和0.7cm,这两项变化主要与长江流域降水引起的土壤侵蚀变化有关.最后,分析讨论了本文沉积物监测方法推广到其他地区的适用性和局限性.     

太湖霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri) NH4+-N和PO43--P的潜在释放量

为了研究太湖底栖动物优势种类——霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)对于湖泊富营养化的影响,以温度和密度为模拟控制条件,对太湖霍甫水丝蚓进行营养盐释放的室内控制实验,研究温度和密度的变化对霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放率的影响,根据霍甫水丝蚓铵态氮(NH_4~+-N)和磷酸盐(PO_4~(3-)-P)释放率与温度的关系方程,结合太湖霍甫水丝蚓2007-2010年的生物量估算其对太湖水体氮磷的潜在贡献.结果表明,随温度升高太湖霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P的释放率均呈现逐渐升高的趋势,而密度变化对霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放率的影响均不显著,太湖霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P年平均释放量分别为1925.5和210.0 t,分别可达到全太湖沉积物-水界面NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P的年净通量的19.3%和23.3%,表明霍甫水丝蚓的营养盐释放对于湖泊生物地化循环和湖泊富营养化具有显著的影响.     

水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响

氧环境决定了水体沉积物中各种生命所需元素的最终归趋,沉积物-水界面是水相与沉积物相氧传递的重要场所,而水动力条件是影响沉积物-水界面氧传递的重要因素.选择三峡库区一级支流御临河为研究对象,根据长年监测数据建立实验室模型,采用声学多普勒流速测试仪及微电极测试系统构建了非侵入式涡度相关测试系统,探究了不同水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响.结果表明：水体静止状态下沉积物-水界面溶解氧浓度随时间的增加而减少,非静止状态下随时间的增加而增加;沉积物-水界面氧通量随水体流速的增加而增加.根据氧通量求解对应流速下垂直涡动扩散系数并进行线性拟合,当水体流速为0.01~0.14 m/s时,垂直涡动扩散系数与水体流速的相关性最好,此时沉积物-水界面氧通量的传递以涡动扩散为主导.     

湖北浮桥河水库底栖动物的群落结构及生物多样性

1997年 4月至 1998年 1月 ,在浮桥河水库 14个采样点调查底栖动物 ,共获 4 7种 .其优势种类为霍甫水丝蚓 (Limnodrilushoffmeisteri)、中国长足摇蚊 (Tanypuschinensis)、前突摇蚊属 (Procladiussp .)和摇蚊属 (Chironomussp .) .水库底栖动物的Shannon指数和Margalef指数偏低 ,上游的指数值最高 .从种类相似性来看 ,底栖动物的季节变化不明显 ;在水平分布上 ,上游与库汊的种类相似性最低 ,库汊与下游的种类相似性最高 .浮桥河水库底栖动物的平均密度为5 2 9.1ind/m2 ,平均生物量为 35 34.1mg/m2 ,均以水生昆虫占优 ,其时空变化主要受水生昆虫控制 .能量估算法估算出浮桥河水库底栖动物的渔产潜力为 1.5× 10 4 kg/a .     

巢湖流域不同水系大型底栖动物群落结构及影响因素

2013年4月对巢湖流域8个水系147个样点的大型底栖动物进行调查,分析其群落结构及与环境因子的关系.共采集到大型底栖动物213种,隶属于3门7纲22目76科177属.8个水系大型底栖动物物种数差异较大,在杭埠河发现172种,而在十五里河仅发现10种.大型底栖动物密度组成呈现出显著的空间差异.南淝河和十五里河的寡毛纲相对密度均超过96%,派河的寡毛纲和摇蚊幼虫的相对密度分别为47.8%和41.1%.裕溪河、白石天河、柘皋河和杭埠河的腹足纲相对密度最大.杭埠河的水生昆虫相对密度达30.6%,是水生昆虫相对密度最大的水系.相似性分析结果表明,8个水系特征种差异明显,霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)是十五里河和派河的最主要优势种,而铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)是兆河、裕溪河、杭埠河、白石天河和柘皋河的最主要优势种,铜锈环棱螺和霍甫水丝蚓是南淝河贡献率较大的两种优势种.生物多样性结果表明,Shannon-Wiener、Simpson及Margalef指数在8个水系间具有显著差异,Pielou指数在8个水系间差异不明显.典范对应分析结果表明,影响大型底栖动物群落结构的主要因素为水体营养状态和底质异质性.高营养盐浓度导致南淝河、派河和十五里河的耐污种密度高、生物多样性低,而相对较高的底质异质性维持了杭埠河大型底栖动物的高多样性和敏感型物种的生存.     

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.     

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)对沉积物-水界面微观剖面理化参数的影响

水生植物是湖泊生态系统的重要组成部分,沉积物-水界面是湖泊生态系统中营养盐循环的重要界面,因而研究水生植物对沉积物-水界面微观剖面的影响具有重要意义.本文利用轮叶黑藻作为研究对象,研究了来自于香溪河、太湖和东湖3个样点的沉积物及上覆水中N、P等理化性质,并利用微电极研究轮叶黑藻对3种沉积物-水界面微观剖面是否有影响.实验结果表明:轮叶黑藻生长迅速.增长率因沉积物不同而不同,有一定的耐污能力;轮叶黑藻使水体和沉积物中总氮、总磷含量减少,对水体和底泥有一定的净化作用;轮叶黑藻可使水体溶解氧升高,并使沉积物有氧层厚度增加,改变沉积物的氧化还原电位;轮叶黑藻可能改变了根际微环境中微生物的数量和种类,而使沉积物和上覆水中的pH、N₂O和H2S等发生变化.     

三峡水库典型支流库湾沉积物CH4产生和氧化规律

以三峡水库香溪河库湾为研究对象,采用原位加密采样(2021年5月)和室内培养方法,结合沉积物特性与水环境因子分析,探讨了香溪河库湾沉积物甲烷(CH₄)释放潜力、沉积物-水界面CH₄产生和氧化通量空间分布规律及其影响因素。结果表明:三峡水库泄水期间,香溪河库湾沉积物CH₄释放潜力的变化范围是6.35-2029.37 mg/(kg·d),沉积物-水界面CH₄产生通量和氧化通量的变化范围分别为0.04～0.73、0.03～0.62 mmol/(m²·d);空间上,沉积物CH₄释放潜力、沉积物-水界面CH₄产生及氧化通量在香溪河库湾和各典型横切面(XX02、XX05和XX06)间表现出空间差异性,主要受水深、TOC和温度的影响。垂向上,CH₄产生速率随沉积物深度的增加而减小,表层20 cm沉积物CH₄释放潜力占整柱沉积物的70%,可以用于估算库湾沉积物CH₄释放潜力。此外,沉积...     

不同溶解氧水平下湖泊底泥-水界面磷交换影响因素分析

在实验室控制条件下,研究了玄武湖底泥在饱和溶解氧、75%、50%、25%、0%溶解氧水平下底泥-水界面磷交换,探讨了溶解氧对底泥-水界面磷交换的影响途径.结果表明:(1)上覆水溶解氧与玄武湖底泥溶解性磷酸盐、溶解性总磷释放速率呈开口向上的抛物线关系;(2)上覆水溶解氧水平可以决定磷在底泥-水界面交换中的转换方向,而且还影响间隙水中溶解氧扩散深度,25%、50%、75%和饱和溶解氧水平下溶解氧最大扩散深度分别为0.974cm、1.377cm、1.687cm和1.948cm,溶解氧在间隙水中最大扩散深度影响底泥-水界面的磷交换;(3)溶解氧可通过影响底泥-水界面处电位、藻类聚磷作用以及pH来影响底泥-水界面的磷交换.     

Seasonal variation in the toxicity of sediment-associated contaminants in Corpus Christi Bay, TX

Seasonal variation in pore water and sediment-water interface (SWI) toxicity at two sites of suspected contamination was investigated using sea urchin embryological development (Arbacia punctulata) and copepod hatching success (Schizopera knabeni). Site S1, located inside a marina, was fine-grained and S2, located near a neighboring stormwater outfall, was sandy. Both sites were cored in summer and winter, along with reference sites of equivalent grain sizes. Whereas the muddy contaminated site displayed a slight decrease in sea urchin toxicity from summer to winter, pore water from the sandy contaminated site exhibited an increase in sea urchin toxicity. The sandy sites displayed slight toxicity increase to copepod hatching success in winter, which occurred in the SWI of S2 and in the pore water from the reference site, R2, where it coincided with sedimentation. Cu was the most prevalent metal in the sediment samples. Although Cu concentration increased in the whole sediments and pore waters from summer to winter, its concentration in overlying SWI exposure decreased from summer to winter. Organic compounds exhibited opposite behavior, with smaller variety identified in the winter pore water samples, but more chemicals detected in the SWI samples in winter.