沉积物再悬浮对浮游动物群落结构影响的模拟实验

沉积物再悬浮是浅水湖泊的重要特征之一.通过模拟实验,比较不同再悬浮程度下浮游动物群落结构的变化,以探讨沉积物再悬浮对浮游动物的影响.结果显示,不同处理下总悬浮物与叶绿素a浓度差异显著.再悬浮组中枝角类简弧象鼻溞(Bosmina coregoni)、角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta)和轮虫占优势,而对照组中大型枝角类溞属(Daphniasp.)占优势,再悬浮使浮游动物群落组成趋于小型化.不同再悬浮条件下隆线溞(Daphnia carinata)、简弧象鼻溞(Bosmina coregoni)和轮虫的丰度差异显著,角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta)和桡足类丰度差异不显著.总悬浮物浓度与轮虫和简弧象鼻溞丰度显著正相关,与隆线溞丰度显著负相关,与其它浮游动物种群丰度无显著相关性.本研究显示,沉积物再悬浮是决定浮游动物群落结构变化的重要过程之一.     

模拟扰动条件下太湖表层沉积物磷行为的研究

利用恒温震荡器构筑的模拟扰动环境,研究了太湖水－沉积物界的磷释放和吸附行为。结果表明：表层沉积物的磷酸盐释放作用在模拟扰动条件下并不十分明显,在低强度的扰动条件下未观察到释放现象,模拟高强度扰动后,出现一个相对较强的释放过程,最大释放时沉积物上覆水浓度约为低强度扰动时的3倍,最大释放时间（Tmax)可能受磷酸盐形态分布的不同而有所差异,相比较而言,磷酸盐的吸附作用表现得十分明显迅速,沉积物上覆水磷酸盐浓度在0．5h后分别0229mg/L和l0.215mg／L下降为0．05mg/L和0.013mg/L,可以看出当上覆水磷酸盐浓度较高时,吸附作用的强度远大于释放作用,在25℃,模拟中等强度（100rpm)的模拟扰动条件下,当初始磷酸盐浓度为1．01mg/L时,梅梁湾和五里湖的表层沉积物吸附容量分别为每克千重吸附0．04mg和0.050mg磷酸盐,这种较高的吸附能力对浅水湖泊的磷酸盐缓冲作用能起到积极作用。     

大型表面流人工湿地长期运行下底泥污染特性及氧化层甄别

研究湿地底泥污染特性及水-土界面边界层性质是明确大型人工湿地长期运行下底泥内源污染问题的关键.本文以典型人工湿地为例,通过综合布点垂向分层监测湿地底泥理化性质,明确底泥污染特性,分析水-土界面边界氧化层现象、性质及形成机理,探讨其性质成因.结果表明：与湖泊类似,长期运行人工湿地底泥也会产生氧化层,垂向由上到下分为氧化层、污染层、过渡层和健康层;运行6年的湿地底泥可形成厚约1 cm、无明显臭味、棕黄色可塑状的氧化层;与污染层相比,氧化层色味变淡、流动性减弱,含水率、d（0.9）、亚铁、总有机碳和总氮含量分别降低7.20%、54.04%、54.59%、17.89%和7.00%,氧化还原电位和总磷含量分别升高150.41%和18.17%;氧化层是由氧化、沉降协同作用下形成的底泥表层氧化态微环境,其中上覆水溶解氧水平越高越有利于提高氧化层致密程度,降低氧化层有机质、总氮含量,上覆水悬浮物浓度越高、水深越深越有利于增加氧化层厚度.     

沉积物再悬浮对食浮游动物鱼类捕食浮游动物的影响

在亚热带浅水湖泊中,由风浪引起沉积物再悬浮是其重要特征之一.沉积物再悬浮一方面直接影响浮游动物群落结构,另一方面通过影响食浮游动物鱼类对浮游动物的捕食而产生间接影响.以食浮游动物鱼类——餐条(Hemiculter leucisculus)为实验对象,通过模拟实验,比较不同再悬浮条件下餐条对浮游动物群落结构的影响.结果显示,在有餐条的处理组中,大型枝角类短钝溞(Daphnia obtusa)只在弱再悬浮条件下出现,并成为枝角类群落的优势种;在无餐条的处理组中,短钝溞生物量随再悬浮强度减弱而增加.强再悬浮(无餐条)和无再悬浮(有餐条)条件下,小型枝角类角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta)和盘肠溞(Chydorus sp.)为优势种.无论有、无餐条条件下,桡足类优势种均为中剑水蚤(Mesocyclops sp.),其生物量随再悬浮强度减弱而增加.所有处理组中,轮虫丰度均低于枝角类和桡足类丰度.研究表明,在亚热带浅水湖泊中,适当的悬浮质浓度既能干扰食浮游动物鱼类对大型浮游动物的捕食,又不影响大型浮游动物的生存,使得它们保持一定的丰度,通过对浮游植物的摄食,降低叶绿素a浓度.     

波浪条件下刚性植被茎干紊流对沉积物再悬浮的促进作用

浅水湖泊沉积物再悬浮过程促进了沉积物内源性物质的释放,造成湖泊水体内源污染,加剧湖泊水质污染与生态恶化.开展刚性植被不同分布格局下的沉积物再悬浮水槽试验,能为浅水草型湖泊、滨海湿地等水环境治理与生态修复提供理论参考.本研究通过开展实验室波浪水槽试验,检验了3种直径12种密度的刚性模型植被对波浪扰动白洋淀沉积物再悬浮的影响,通过测定不同植被情景不同波浪条件下的瞬时速度和沉积物再悬浮浓度,详细阐述了植被产生的紊动能对沉积物再悬浮临界状态的影响,构建并验证了沉积物再悬浮植被紊流模型,预测了沉积物再悬浮的临界速度,为湿地生态恢复与保护提供参考.结果表明：1）植被的存在能有效增加近床面的紊动能;2）紊动能是控制沉积物再悬浮的关键性因素;3）沉积物再悬浮的临界波速与植被的固相体积分数相关.     

垂直流人工湿地对尾水的净化效果及最佳水力负荷

以污水厂尾水为处理对象,研究垂直流人工湿地在4种水力负荷(125、250、375和500 mm/d)条件下的周年净化效果,结果表明:秋季时系统的总氮去除率最高,冬季则显著降低;温度为10℃、溶解氧浓度为1.1 mg/L是反硝化强度显著降低的关键拐点;总磷在冬季较其他季节净化效果高;125 mm/d水力负荷下CODCr去除率显著高于其他水力负荷,冬季CODCr去除率显著降低,而其他水力负荷及季节下的去除效果没有显著差异;当湿地以高去除率为目标时,最佳水力负荷为125 mm/d;当湿地以地表水水环境质量Ⅴ类标准为目标时,最佳水力负荷为375 mm/d;当湿地以污染物去除量为目标时,最佳水力负荷为500 mm/d.综合推荐375 mm/d为最佳水力负荷.     

湖泊底泥疏浚对沉积物再悬浮及营养盐负荷影响的模拟

选取太湖梅梁湾污染底泥为研究对象,利用沉积物再悬浮发生装置,通过室内模拟实验研究太湖夏季常规风情下底泥疏浚对沉积物再悬浮及上覆水营养盐动态变化的影响.结果表明,在模拟的风情扰动过程结束时(5 h),扰动过程未疏浚与疏浚处理水柱总悬浮颗粒物(TSS)含量变化差异显著,未疏浚对照水柱TSS含量是初始值的7.7倍,而疏浚水柱TSS在第2 h达到峰值,为初始值的3.8倍;未疏浚水柱TSS含量沉降过程最初1 h迅速降低了84.0%,而疏浚水柱TSS含量在沉降3 h后趋于平衡.伴随着沉积物的再悬浮过程,疏浚与未疏浚对照水柱中TP含量均在第5 h达到最大,分别增加负荷78.6和92.2 mg/m2.就短时效而言,底泥疏浚后沉积物的再悬浮过程显著受到抑制,并能够显著地减小沉积物再悬浮过程中溶解性磷酸盐的释放;但对水柱中总磷、总氮、铵氮、硝酸盐和亚硝酸盐含量变化影响较小.     

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％...     

分级进水对阶梯垂直流人工湿地污水处理效果的影响

本文研究了分级进水对阶梯垂直流人工湿地处理生活污水效果的影响.在保持总水力负荷为100 mm/d的情况下,分别将总进水量的0%、10%、20%和30%用于湿地第2级阶梯的进水,分析了系统对化学需氧量(COD)和氮、磷的总去除率和沿程变化.结果表明,不同分级进水比例条件下人工湿地对COD和总磷(TP)的去除率差异不明显,COD和TP的最高去除率分别为87.80%和81.17%,COD的去除主要集中在第1级,其贡献率平均为82.18%,TP的去除主要集中在第3级,贡献率平均为54.37%.分级进水对总氮(TN)去除率影响显著(P0.05),当2级进水比例为20%时,TN去除率最高,为61.70%±4.48%,且3个梯级对TN的去除贡献率分别为36.52%、42.11%和21.37%.相同组合形式的垂直流人工湿地处理生活污水的工程应用中,可根据需求设置20%左右的2级进水比例,以提高人工湿地对污染物的去除效果.     

添加固体碳源对垂直流人工湿地污水处理效果的影响

以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,探讨了不同位置(表层、上层、中层和下层)添加固体碳源对系统氮、磷及COD_Cr去除效果的影响.结果表明:湿地下层硝态氮去除率低于中层,最适宜碳源添加位置为垂直流人工湿地中、下层.添加碳源系统中,碳源添加位置为表层的系统COD_Cr去除率最高,各系统出水COD_Cr浓度均低于进水,不引起系统出水中COD_Cr浓度的增加.添加碳源显著提高脱氮除磷效果,碳源添加位置为下层的系统TN去除率最高,碳源添加位置为表层的系统氨氧化作用明显,出水铵态氮浓度最高,各系统对亚硝态氮和硝态氮去除率差异不明显,但对硝态氮都表现出良好的去除效果.碳源添加位置为下层的系统硝化作用最完全,TP去除能力也显著优于其他各系统.添加碳源至垂直流人工湿地下层可以达到同步脱氮除磷的效果.     

Rapid shoreline flooding enhances water turbidity by sediment resuspension: An example in a large Tibetan lake

Rapid water level rise due to climate change has the potential to remobilize loose sediments along shorelines and increase the turbidity of nearshore waters, thereby impacting water quality and aquatic ecosystem health. Siling Lake is one of the largest and most rapidly expanding lakes on the Tibetan Plateau. Between 2000 and 2017, this lake experienced an increase in water level of about 8 m and a doubling in water turbidity. Here, using this lake as a study site, we used a wave model and high-resolution remote sensing of turbidity (Landsat-8) to assess the potential connection between water-level rise, enhanced wind-driven sediment resuspension and water turbidity. Our analysis revealed that strong bottom shear stresses triggered by wind-generated waves over newly flooded areas were related to an increase in water turbidity. The spatial variability of Siling Lake turbidity showed a strong dependence on local wind characteristics and fetch. Two factors combined to drive the increase in turbidity: (1) high wave energy leading to high bottom shear stresses, and (2) flooding of unvegetated shallow areas. Using a new relationship between wave energy and turbidity developed here, we expect the increase in turbidity of Siling Lake to taper off in the near future due to the steep landscape surrounding the lake that will prevent further flooding. Our results imply that rising water levels along the coast are not only expected to influence terrestrial ecosystems but could also change water quality. The methodology presented herein could be applied to other shorelines affected by a rapid increase in water level. © 2020 John Wiley & Sons, Ltd.     

Sediment resuspension under action of wind in Taihu Lake,China

A field study was undertaken to investigate the changes of the current speed, wave parameters and sediment resuspension under different wind speeds in the Taihu Lake. The Acoustic Doppler Current Profi...     

太湖沉积物再悬浮模拟方法

由于风浪对浅水湖泊底泥的强烈扰动作用,底泥再悬浮的生态效应研究成为目前国际研究热点之一.但方法的缺乏极大地限制了有关底泥再悬浮环境效应的深入研究.本研究应用一种新的沉积物再悬浮装置,模拟了太湖南部长兜港水域不同风浪影响下悬浮物的垂向分布,获得水柱总悬浮物量(T)与扰动频率(n)的定量关系:T=19.77×exp(n/2.61)-71.7.结合现场实测风情下的水柱总悬浮物量,建立了室内水动力条件、水柱总悬浮物量和现场风情的定量关系.研究2004年10月至2005年10月太湖全年代表性小风、中风及大风与再悬浮装置的扰动频率对应关系,估算了小风、中风和大风常规风情引起的总悬浮物量分别为159、230、425 g/m2.结果表明,模拟获得的太湖悬浮物垂向分布规律与现场状况较为接近,是目前较为适用的浅水水体沉积物再悬浮模拟方法.     

Wind-induced hydrodynamic changes impact on sediment resuspension for large,shallow Lake Taihu,China

The internal sediment release is a key factor controlling eutrophication processes in large,shallow lakes.Sediment resuspension is associated with the wave and current induced shear stress in large,shallow lakes.The current study investigated the wind field impacts on sediment resuspension from the bottom at Meiliang Bay of large,shallow Lake Taihu.The impacts of the wind field on the wave,current,and wave-current combined shear stresses were calculated.The critical wind speed range was 4–6 m/s after which wave and current shear stress started to increase abruptly,and onshore wind directions were found to be mainly responsible for greater shear stress at the bottom of Lake Taihu.A second order polynomial fitting correlation was found between wave(R^2 0.4756)and current(R^2 0.4466)shear stresses with wind speed.Wave shear stress accounted for 92.5% of the total shear stress at Meiliang Bay.The critical wave shear stress and critical total shear stress were 0.13 N/m^2 for sediment resuspension whereas the current shear stress was 0.019 N/m^2 after which suspended sediment concentrations(SSC)increased abruptly.A second order polynomial fitting correlation was found between wave(R^2 0.739),current(R^2 0.6264),and total shear stress(R^2 0.7394)with SSC concentrations at Meiliang Bay of Lake Taihu.The sediment resuspension rate was 120 to 738 g/m^2/d during 4–6 m/s onshore winds while offshore winds contributed ≥ 200 g/m^2/d.The study results reveal the driving mechanism for understanding the role of the wind field in sediment resuspension while considering wind speed and direction as control parameters to define wave and current shear stresses.     

人工湿地复合基质深度净水除磷实验

通过垂直上升流人工湿地模拟柱实验,研究了泥炭、蛭石、砾石以不同体积比(柱1比例1:1:3,柱2比例1:1:2, 柱3比例1:1:1,柱4全为砾石)组成的复合基质对人工湿地出水的深度除磷效果．结果表明,填充复合基质的柱1-3对总磷和正磷酸盐的处理效果较好,去除率分别达到了77％和90％以上,明显优于填充单一基质砾石的柱4(27％和 21％);蛭石、泥炭价格远高于砾石,从经济、有效的原则出发,用蛭石、泥炭、砾石以1:1:3的体积比例混合作为复合填料比较合理;该复合基质适合于水质深度净化,在进水总磷浓度不超过0．1 mg／L的情况下,除磷效果相当稳定,可以保证 0．02mg／L以下的出水浓度(地表Ⅲ类水质标准),并达到80％左右的去除率;遇到高浓度磷污染负荷冲击时,磷去除率会降低;该复合基质的除磷机制主要为吸附净化,单独使用易吸附饱和,而与人工湿地中与湿地植物的吸收净化衔接起来,就能形成稳定持久的除磷效果．