黄河口泥沙和磷的环境行为研究进展

河口是陆地和海洋环境之间物质流动的重要界面,具有独特的生物地球化学变化特征。河口海岸带生物地球化学条件的剧烈变化会改变入海泥沙和磷复杂的迁移和转化行为过程。黄河是全球主要的含沙河流,深入分析总结河口泥沙和磷的迁移和累积规律,对提高黄河口生态环境质量变化评估和生态修复具有重要的实际意义。文章从新兴文献计量学和传统文献分析2个角度,首先聚焦了全球河口污染物研究热点,对比分析了世界河口泥沙和磷的分布特征;其次归纳了黄河口泥沙沉积及历史反演的研究进展,总结了生物地球化学条件变化(包括盐度、pH、溶解氧、氧化还原条件等)对泥沙和磷迁移转化的影响和规律;最后浅析了当前河口水质模型的研究现状和不确定性,并针对目前研究的不足,提出了未来分析和揭示河口泥沙和磷环境行为的重点。

流域重金属迁移模型研究进展

论述了流域重金属的主要来源和迁移机理,梳理了目前常用的经验模型和机理模型的特点,比较了两类模型在流域重金属迁移模拟中的优缺点.结果表明,从简单线性或非线性的经验模型到考虑随着水文和土壤侵蚀等迁移转化过程的机理模型,流域重金属迁移模型的适用范围逐渐扩大、模拟精度不断提高,在重金属污染负荷估算和水质预测等方面发挥了重要作用.经验模型对基础数据要求较低,计算过程相对简单,适用于数据缺乏流域的重金属污染负荷宏观评估.机理模型对数据量和数据精度要求较高,结构复杂,可实现对重金属迁移过程较为细致的模拟.同时,提出了多模型耦合开发和应用、不同迁移路径的机理研究和重金属污染溯源解析模拟是未来流域重金属迁移模型研究的重点,为流域重金属模型应用、模型改进和重金属污染溯源提供科学依据.

近三十年非点源污染研究发展趋势分析

分析近三十年非点源污染研究发展趋势特征,旨在为下一阶段非点源污染研究提供技术参考。从Web of Science核心合集得到1990—2016年所有非点源污染研究文献,然后进行聚焦分析,确定主要文献来源,对比中外学者H指数。通过CiteSpace的关键词共现网络分析和文献共被引网络分析功能,识别了1990—2016年间三个主要阶段的核心关键词(作者关键词与扩展关键词)的变化,梳理了主要的共被引参考文献,得到非点源污染研究领域发展趋势和知识基础特征。国外和国内非点源污染的最早文献分别在1975年和1992年,1990年后全球范围内非点源相关研究快速发展,中国学者的研究在2005年后发展迅速。中外学者的H指数差距有减小趋势,中国学者在全球非点源污染研究领域的相对影响力不断提升。关键词分布中"流域"与"管理"逐渐凸显,"SWAT(Soil and Water Assessment Tool)"、"中国"、"气候变化"词频进入前30位。研究内容方面,非点源污染研究从点位尺度的观测过渡到流域尺度水质变化、氮磷污染输出规律、模型应用,基于GIS(Geographic information system)空间分析的水文模型在流域尺度的模拟、优化和运用,是非点源污染控制与评估的基础。随着研究的深入,流域尺度的精细管理、非点源污染模型开发与耦合、气候变化效应近期受到更多关注。对1990—2016年间高被引文献特征进行梳理分析可知,高被引文献涉及主题广泛,其中中国学者也有明显贡献,表明中国学者逐步成为非点源污染研究的主力。

黄河泥沙含量对磷迁移过程的影响研究

磷是我国河流主要污染物质之一,泥沙含量对磷的迁移过程具有重要影响,但针对磷在沉积物-水界面的迁移机制理解尚不完全.黄河作为典型的高含沙量和高磷负荷河流,对于磷在河流介质的迁移过程具有重要研究意义.在2019年10月份选取黄河沿程18个水样采集点位和2个沉积柱采集点位,对水样含沙量、总磷含量(TP)和沉积物样磷形态含量(Ca-P、Fe/Al-P、OP)进行测量,结合2000-2019年黄河主要水文站实测输沙量、含沙量、泥沙粒径数据进行分析.从时空尺度上,尽管中游河段输沙量近20年呈显著下降趋势,但下游输沙量仍保持稳定,下游前段水体含沙量呈上升趋势.将水体含沙量与TP含量进行协同分析,下游河段水体含沙量同TP含量呈相反变化规律.对泥沙粒径进行分析,冲刷作用导致较大粒径沉积物再悬浮,这一过程对磷的迁移具有重要影响.对沉积物磷形态进行分析,IP为黄河流域沉积物磷主要赋存形态,Ca-P是IP的主要赋存形态.研究认为,当流速慢时,水体泥沙含量低,沉积物再悬浮作用弱,Fe/Al-P在沉积物-水界面迁移.当流速快时,水体泥沙含量高,沉积物再悬浮作用强,下游地区沉积物和悬浮颗粒物成为磷汇.

黄河口磷和重金属的沉积和污染特征

大型河流河口是陆地和海洋之间水和物质通量输送的重要界面.近几十年来,在人为因素和自然因素的共同影响下,黄河水沙环境的变化加剧了河口的生态风险和敏感性.本研究通过实地采样和历史水文资料相结合的方法,采用多元统计方法综合分析了泥沙的沉积趋势和黄河口磷和重金属的污染特征.结果发现:黄河口区的泥沙主要受陆源输入的控制,粉土是黄河口沉积的主要组分,也是向海洋输送的主要物质.黄河口表层沉积物中As、Cd、Cr和P含量平均值分别为12.38、0.15、57.08和495.76 mg·kg^(-1).As和Cd的含量空间分布模式表现出相似的趋势,高值集中分布在研究区东南部.Cr和P的平均含量空间分布模式表现出较为相似的趋势,高值主要集中分布在黄河的入海口和沿岸区.Mantel test相关性分析表明,具有较大比表面积的小颗粒对重金属和磷具有较高的吸附量.重金属和磷同样作为典型的面源污染物,特别是在农业为主导的黄河流域,与大多数沉积物的物理化学因子表现出显著的正相关关系.黄河口是弱潮汐河口,相对稳定的环境可以保证从河口污染状况的角度来处理流域面源污染问题的可靠性“.水文历史资料-沉积物地球化学”组合方法不仅适用于黄河的水沙管理和污染控制,而且在其它大流域和河口的综合分析中具有优势.对河口污染历史和未来演变的认识,将为世界大型河口的环境质量控制提出更多的建议.

黄河干流沉积物重金属的赋存形态特征及污染评价

重金属毒性强、在环境中不易降解,可通过食物链在人体累积,进而对流域生态环境及人类健康产生严重影响.2019年9月,沿黄河干流调查了14个断面,分析了沉积物中6种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn)的总量及其赋存形态,采用地累积指数法、潜在生态风险指数法和风险评价编码法对沉积物重金属污染程度和生物有效性进行风险评价,采用主成分分析和冗余分析解析了重金属的主要来源.结果发现,重金属的含量平均值排序为:Cr>Zn>Cu>Pb>As>Cd,相对于各河段的背景值,Cd的超标率最高,达到85.7%.沉积物中As、Zn、Pb和Cu均以可氧化态为主,Cd以弱酸溶解态和残渣态为主,Cr则以残渣态为主.As、Cr、Cu、Pb和Zn的生物有效性均表现出上游最低,中游升高,下游降低的趋势.风险评价表明Cd是黄河干流污染风险级别最高的元素,极易对生态环境造成严重的威胁,应当优先防控,尤其是干流内蒙古段.PCA和RDA分析揭示了细颗粒泥沙和总有机质对重金属污染的主控作用,因此在黄河流域应重点防控随土壤侵蚀和泥沙迁移流失的重金属污染.