太湖沉积物-水界面生源要素迁移机制及定量化——2．磷释放的热力学机制及源-汇转换

室内静态模拟不同温度下太湖15个湖区柱状沉积物磷酸根释放,分析了相应表层沉积物形态磷,以及梅梁湾间隙水中相关离子Al(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)和PO43-含量的季节变化．研究表明,受陆源影响较大的泥区通常是太湖内源磷的稳定源;而在开敞度较大的湖区,由于表层沉积物胶体的物化吸附,使得温度对底泥磷释放的影响作用减弱,并易产生磷的“内汇”现象;在梅梁湾区成汇区,还加上春夏季藻类的局部超负荷需磷这一控制因素,从而使得太湖大部分泥区在一年中至少发生一次源-汇转换过程．化学热力学分析揭示,Al-P较之Fe-P和Ca-P更易在界面发生溶解可能是太湖表层沉积物Al-P与PO43-P释放速率呈显著相关(r=0．3858>r1-0．01,n=45)的内在原因．虽然沉积物中Fe-P有较高的释磷潜力,但浅水湖所营造的沉积物表层氧化层和广泛覆盖的无机胶体及粘土矿物的强吸附介质,可能是抑制沉积物中Fe-P释放成为优势的主要因素．估算太湖沉积物-水界面磷的净通量为899．4±573．6 t／a,约占太湖磷入湖量的1／4-1／2,其中成汇通量约为-91．2±42．4 t/a．

太湖沉积物-水界面生源要素迁移机制及定量化——1.铵态氮释放速率的空间差异及源-汇通量

采集柱状芯样,室内静态模拟不同温度下太湖沉积物铵态氮释放.结果表明,经面积加权,5℃、15℃和25℃下氮的交换速率分别为-16.0±17.6mg/穴m2·d雪、12.6±6.9mg/穴m2·d雪和34.1±20.8mg/穴m2·d雪,不同湖区其释放速率差异极大.受外源污染影响较大的水域,氮释放量随温度的升高而增加;受死亡残体沉降和分解影响明显的草藻型湖区,氮的年释放通量较大.全太湖沉积物-水界面NH4+-N的年净通量为9960.3±4960.0t,其中成汇的通量值约为-911±637.9t/a,大部分泥区在一年中至少经过了一次的源-汇转换过程.

湖泊沉积物氮磷内源负荷模拟

在对骆马湖沉积物及其间隙水物化性质、空间分布等分析基础上 ,在实验室控制的恒温静态条件下 ,模拟了软性富泥区柱状芯样在不同季节温度下的沉积物 水界面氮、磷交换过程。根据模拟不同温度下的柱状沉积物氮、磷释放速率及其代表时段下的物质释放量计算 ,以及应用孔隙水物质扩散模型进行的计算 ,全湖内源氮、磷负荷分别约为 ( 1 1 1 3.2± 71 .3)t/a和 ( 1 2 .5 0± 0 .95 )t/a,分别占骆马湖年氮、磷入湖量的 7.4%和 1 .2 %。沉积物中氮、磷含量差异大及铁含量较高可能是氮释放通量偏高和磷释放通量较小的主要因素。

太湖宜溧河水系沉积物的重金属污染特征

用ICP方法分析了太湖宜溧河水系沉积物中主要重金属含量 ,以太湖宜溧河口下层沉积物作背景样品 ,用均方根法对沉积物中重金属进行了污染综合指数计算 ,并根据划分的污染等级对宜溧河水系沉积物污染状况进行了分析和评价 .结果表明 :宜溧河及其入湖口沉积物平均呈轻污染状态 ,北部支流未受污染 ,南部支流和太湖沿岸呈轻污染 ,干流河段污染最为严重 ,呈偏中度污染水平 ,在个别测点综合评价已达到重度污染状态 .全水系Cu、Zn、Cd和Pb的污染指数略高 ,其中仅有Cd含量高出我国土壤一级自然背景值 ,表现为Cd污染型 ,其原因可能与该地区水泥制造业和有色金属冶炼的污染排放有关 .

湖泊底泥环保疏浚决策研究进展与展望

环保疏浚的决策研究主要涉及"是否疏浚"、"疏浚多少"、"如何疏浚"、"能否疏浚"等问题,关系到工程是否立项、资金投入、工艺选择和疏浚效果等.本文首先简要回顾了50年来环保疏浚研究和发展历史,系统总结了国内外在针对湖泊富营养化、潜在生态风险以及湖泛污染控制方面开展环保疏浚的研究进展,分析了疏浚决策理念的差异和需要完善的问题.然后就疏浚工程量设计,分析了湖泊环保疏浚区域的选定和疏浚面积的确定方法和实例,围绕环保疏浚深度的确定,介绍和分析了视觉分层法、拐点法、背景值法、标准偏差倍数法、频度控制法、生态风险指数法、分层释放法和吸附解析法等方法及其优缺点.接着总结了应用不同工艺疏浚过程中产生的底泥扩散、泄漏和残留原因及影响方面的研究成果,提出了疏浚决策对疏浚工艺的选用要求.最后从重视疏浚后环境效果的过程回溯、悬浮态颗粒物影响以及实质性融入生态风险理念等方面,对湖泊环保疏浚决策的研究进行了展望.本文认为,湖泊的疏浚效果未达到预期多与忽视决策研究有关.决策上的主观性和任意性,不仅可能造成资金的浪费,还容易造成生态环境效益的损害.湖泊的环保疏浚不可能一劳永逸,也不是每个污染的湖泊都需要或可以采用疏浚方式来改善水环境,即使达到了环保疏浚的必要性研究和工程量设计水平,仍需要外源的有效控制和高精度、低扩散、低泄漏的疏浚工艺作为保证.

太湖底泥及其间隙水中氮磷垂直分布及相互关系分析

对太湖主要湖区柱状样底泥的总氮、总磷含量及其间隙水铵态氮 (NH+4 N)、磷酸根磷 (PO3- 4 P)和二价铁 (Fe(Ⅱ ) )含量进行了分析 ,并对底泥和间隙水中相应物质含量进行了比较 .结果表明 :太湖近表层 10cm内底泥TN、TP赋存含量较之下层高 12 %— 2 0 %左右 ,间隙水中PO3- 4 P和NH+4 N含量随深度增加而大致呈上升趋势 ,表层未见高浓度层存在 .各湖区底泥间隙水中PO3- 4 P和NH4 + N浓度与底泥中TP含量未发现有明显的相关关系 .但间隙水中Fe(Ⅱ )含量与NH+4 N含量呈显著的正相关 (R =0 .92 34 ) .

贡湖水质富营养化综合评价及初步预测

对1996年7月贡湖三次调查资料进行的水质和富营养化现状综合评价显示：贡湖水质以Ⅲ-Ⅳ类为主，局部已出现V类，凯氏氮、非离子氨和总磷为主要污染物；营养类型以中营养和中富营养类型分布面积较广，富营养化水域出现在与梅梁湖相邻区，中营养水域则多位于水草生长茂盛的东部区域。从1987—1996年间夏季总磷、氨氮、CODMn、叶绿素a和藻类生物量变化趋势分析认为：贡湖氮、磷和有机物污染程度呈上升态势，水华渐增，且近期明显。用线性回归关系式预测2005年夏季，贡湖氨氮、CODMn和藻类生物量将分别达0．569mg／L、7．36mg／L和16．7mg／L，相当于或超过目前梅梁湖含量水平。

太湖底泥蓄积量估算及分布特征探讨

根据1997～1999年现场调查资料,分析了太湖污染淤泥平面和垂直分布特征,估算了太湖各湖区及不同泥厚的底泥淤积面积和蓄积量。结果表明:全湖有69.83％面积为污染淤泥所覆盖,厚度最大达5m以上,底泥总蓄积量为19.15亿m^3,全湖平均底泥厚度为0.82m。淤泥分布湖西部较湖东部分布区域大,且泥层较厚;湖心区底泥分布少且薄;近80％的底泥分布在2m厚度以内。研究还表明:湖流作用、入湖河道位置和古河道分布是太湖底泥分布的主要影响因素。

江苏湖泊富营养化特征、成因及解决途径

应用湖泊营养类型评价标准对江苏省主要湖泊富营养化进行了评价,以区域环境特征对苏南和苏北湖群及城郊湖泊富营养化现状、发生原因及对策进行了探讨。分析表明:城郊湖泊全部为富营养和重富营养水平,苏北湖群营养程度已接近苏南湖群,呈中富营养中期,太湖东部营养程度较之太湖西部高出一个营养级别以上。苏北湖群多为过水性湖泊,易受高浓度工农业污水脉冲式入湖影响;苏南湖群污染成因则相对较复杂,主要受城镇生活和工农业生产高污染负荷的氮磷排放影响。严格控制流域内各类污染源的源头污染物排放量、充分利用河网湿地净化功能、适度进行湖内污染底泥疏浚和生态重建工程,对控制江苏湖泊富营养化将是较有效的途径。

好氧和厌氧条件对霞浦湖沉积物—水界面氮磷交换的影响

在实验室控制条件下，研究了日本霞浦湖土浦湾和湖心区底泥中形态氮磷，在好氧和厌氧条件下水土界面交换量变化及差异．结果表明：好氧条件下，NO3--N、NO2--N、NH4+-N、和PO43--P均有释放作用产生，量值多数较小．DTN和DTP则净释放作用接近零；厌氧条件下，NO3--N和NO2--N呈负释放状态，NH4+-N和PO43--P的释放速率是好氧条件下的2－8倍．比较实验柱样品中营养物含量和释放结果对应关系表明，沉积物中间隙水与湖水中营养物含量在水土界面所形成的浓度差是决定其在好氧或厌氧条件下释放作用大小的主要因素之一．

梅梁湖和五里湖水-沉积物界面的物质交换

研究了25℃条件下太湖北部湖区水－沉积物界面的物质交换结果表明：五里湖沉积物中的氮、磷和CODMn的释放程度明显高于梅梁湖，其NH4＋－N、DTP和DCOD的平均溶出速率分别为158．2、2．05和27．8mg／（m2·d）；梅梁湖北部湖区形态氮处于“负释放”状态，DTP和DCOD溶出速率分别为0．584mg／（m2·d）和8．9mg／（m2·d）．此外，形态氮、磷和DCOD的水－沉积物界面物质交换量与底泥中总氮、总磷和有机质含量有显著对应关系根据内源负荷分析．认为减少局部湖区沉积物氛、磷和COD的释放。

太湖富营养化现状、趋势及其综合整治对策

在1994～1995年太湖9次富营养化现状调查基础上,评价了太湖各期营养程度,并分析了35年来主要营养物含量发展趋势。结果表明,太湖营养水平处于中富向富营养过渡状态,中富面积约占全湖面积的70％以上;夏季富营养及重富营养水域出现在北部湖区的梅梁湖、五里湖和西部沿岸带,约占全湖面积的10％。30多年来湖体中形态营养元素含量有较大增长,尤其是磷增长最快,使氮磷比下降。太湖水源地梅梁湖营养程度由1981年的中富上升到1994年的富营养,13年增加一个营养级别,发展趋势以近年尤为明显。文章还提出了太湖富营养化综合整治的若干建议措施,包括流域污染源控制,沿湖岸和湖内的综合治理,水利设施优化调度,引江济太工程和水质保护管理与法制建设等。

夏季盛行风对太湖北部藻类水华分布的影响

1996年7月1日至10月17日对太湖北部湖区进行了6次综合调查,重点分析了夏季盛行风向和风力与太湖北部藻类分布的关系。研究表明,持续稳定的风向(SSE至ESE),是表层藻类在下风区和迎风岸产生聚集的重要驱动力,湖流流向影响甚小。当主风向为SE时,表层藻类生物量和chla(叶绿素a)含量,成自东南向西北逐渐增加的倾向性分布。当平均风力在1.5～3.6m/s时,风力大小与藻类在下风区的堆积有关;风力约大于4.0m/s后,藻类水华的平面分布已不明显,垂直分布趋于均一。

太湖湖内综合治理技术探讨

简要介绍和探讨了在太湖已有一定研究基础并可供开展的局部重污染湖区底泥疏浚、湖区北部藻类收集、生态渔业建设、取水口水源净化保护工程和水生植被保护和重建等5种湖内综合治理技术,比较了它们的适用范围和预期效果。

太湖梅梁湾南部水体有机污染物降解表观动力学初步分析

有机污染是太湖水质恶化的重要原因之一．本文在20℃和30℃恒温振荡条件下，应用化学反应动力学原理定量模拟和研究了太湖梅梁湾南部附近水体中，有机污染指标COD（Mn）降解的一级反应过程．应用Arrenius系列公式，分别得到20℃和30℃下的降解速率常数（k20＝0．01856d（－1），k30＝0．0364d（－1））、表观活化能（Eu＝4．9×104J）及指前因子A．提出太湖梅梁湾南部水体COD衰减表达式为：Ct＝C0·exp［－1．49×10e7（－4．9×104／RT）t］．

太湖宜溧河和西苕溪干流沉积物中形态磷分布特征

分析了太湖宜溧河和西苕溪干流沉0～10 cm积物和0～20cm间隙水中形态磷含量及其分布.结果表明,表层0～2 cm沉积物中总磷含量水平在1208.0～2669.6μg/g之间,是太湖湖体沉积物总磷含量均值的2.12～4.77倍,其中有机磷占总磷含量的65.83%～85.96%.对磷的空间分布规律分析表明,宜溧河沉积物中总磷含量比西苕溪高49.6%,反映了宜溧河磷污染较西苕溪严重,城市化和化学农业的发展对河底沉积物磷污染有重要影响)沉积物中无机磷主要以铁结合磷(Fe-P)和钙结合磷(Ca-P)为主.沉积物中Fe-P含量明显偏低的现象与沉积物有机物含量较高和缺氧有关.入湖河流沉积物也是太湖磷输入的来源之一.

太湖水体有机污染与主要环境因子的响应

根据1987－1988年有关研究资料，分析太湖COD，BOD5和TON的时空变化及其与TOC的关系，研究COD出入湖量和水文气象因子对湖体COD的影响。结果表明，COD是太湖有机污染的重要指标；在不同时期和湖区，其含量差异明显，丰水期低，枯水期高。各湖区污染排列为：五里湖＞梅梁湖＞湖心区＞东太湖。进入太湖有机物量的增减，是COD在湖体中消长的主导因素，但水位和温度等条件因子对有机污染程度亦有重要影响。

滆湖沉积物理化特征及磷释放腄?

对滆湖表层底泥、柱状层祥和间隙水进行理化分析,模拟不同条件下的沉积物磷释放。结果表明,0～20cm深度范围内,各项理化指标变化较大;大于2cm后差异较小。当提高沉积物-水体系温度、降低氧含量(或Eh),提高pH及施以水动力作用时,可促进沉积物磷释放进程。无菌条件对磷释放有抑制作用。采用实验室模拟和间隙水浓度扩散模型计算得到的磷总释放量分别为10.65t/a和9.40t/a,其中湖面网围区释放量占全湖总量的28.2～35.4％。建议适度控制网围养殖规模,以减少内源磷污染。

太湖水体生态环境历史演变

根据1950～1995年期间对太湖水体进行的各次综合性研究结果分析:太湖水质和营养程度大致每10～15年上升一个级别,近期变化尤为明显;COD_(Ma)含量35年来增加了136％,总磷近年来以9.9％速度上升,浮游藻类80年代以来一直以蓝藻和硅藻占优势,但种群数趋于减少,细胞数剧增,局部水域蓝藻水华频发;浮游动物和底栖动物中耐污种类增多,枝角类、桡足类和环节动物、节肢动物数量则降低;鱼类种群效减少,银鱼捕捞量近年来大幅度下降;水生植被严重退化,个别湖区水草萎缩甚至消亡。初步研究表明,太湖40年多来生态环境的变化主要与人类活动关系密切,尤其与湖体污染物排放、围垦、养殖、滥捕水产品等有关。

湖泊沉积物—水界面研究进展与展望

湖泊沉积物-水界面是以水层/沉积层物相为基础、具有一定立体尺度的交接面,界面上所发生的由生物积极参与的物理、化学和生物学微小反应和微环境变化,都会对界面附近物质的状态和迁移转化行为产生着复杂影响.本文首先回顾了沉积物-水界面研究100多年来的发展历程及国内外近20年发展.然后系统介绍了国际上对沉积物-水界面的物理尺度与结构的宏观和微观认识;重点综述了沉积物间隙水的取样、物化性质的多维测定与结构表征、过程的静态和动态模拟等湖泊沉积物-水界面研究技术与方法;分析和展示了氮磷等营养物、重金属和持久性有机污染物在湖泊沉积物-水界面迁移转化过程的研究进展;总结和归纳了在沉积物-水界面过程的模型研究、沉积物-水界面物质交换的定量化、界面过程与湖泊生态环境灾害关系等模型与过程效应方面的研究成果.最后对沉积物-水界面信息获取技术的研发方向、界面物质交换定量化研究的关注点,以及加强模型的应用和构建等方面进行了展望.