藻源性黑水团环境效应Ⅲ:对水-沉积物界面处Fe-S-P循环的影响

利用静态模拟实验装置研究了藻源性黑水团发生过程中沉积物表层上覆水和沉积物间隙水中Fe-S-P的变化过程.结果表明:加入藻细胞后很快形成厌氧、还原环境,使得沉积物中Fe-S-P发生强烈的生物地球化学变化;实验第1d,表层上覆水中的Fe2+、SO42-、S2-含量高达4.993,242.0,387.57mg/L,为对照样柱中的1.8倍、2.2倍和18.8倍;在沉积物4cm处其浓度分别为8.5,40.0,65.3mg/L.随后,沉积物表层上覆水中Fe2+、S2-含量表现出一个先快速增加、随后降低的趋势,其浓度分别在实验的第3,2d达到最大值为11.1,634.6mg/L.沉积物中PO43--P浓度受Fe-P解析等具有滞后性,从实验的第2d后开始直至实验结束时表现为其含量持续增加,到实验结束时其浓度为39.450mg/L,为对照样柱中的242倍.上覆水和间隙水中Fe-S-P含量的变化,反映了藻华聚集形成的厌氧环境中发生了剧烈的生物地球化学反应,从而使得沉积物中形成的Fe2+、S2-和PO43--P不断向上覆水体中扩散,对形成黑水团的水体生态系统的恢复造成阻碍和不良影响.

金属盐比值对Fe-Ni-P-B合金化学镀层的影响

在铜基上化学镀Fe Ni P B四元合金,研究了FeSO4/(FeSO4+NiSO4)金属盐比值对沉积速率、镀层结构的影响,测试了镀层在不同介质中的电化学稳定性。结果表明,镀层沉积速率随FeSO4/(FeSO4+NiSO4)金属盐比值的增加先增后减,金属盐比值为0.5时,沉积速率达到极大值。镀层沉积速率影响镀层的结构,沉积速率增大,镀层出现非晶结构。镀层在不同介质溶液中的稳定性不同,在酸性介质中,由于镀层的溶解,电极电位向正方向移动;而在中性和碱性介质中,由于氧的扩散缓慢,体系的电极电位会随时间负移。

太湖马来眼子菜(Potamogeton malaianus)生物量变化及影响因素

2006年5月和10月在太湖马来眼子菜分布区进行了定点采样,分析了马来眼子菜的生物量在不同水域变化特征及影响其生物量主要因素。结果表明:不同水环境中,马来眼子菜的生物量变化较大,介于526～4843g/m2,个体植株生物量依次为叶>根>茎,其中叶的生物量占总生物量的55%～80%。水深增加能促进植株高度和生物量的增加,但单位面积生物量变化不明显。群落的自疏效应使马来眼子菜生物量与资源供应维持在一个动态平衡的水平上。马来眼子菜的生物量与水体中TN呈显著正相关,P是影响其生物量变化的间接限制因子,根、茎、叶的N/P介于16.92～59.88之间,叶片的N/P达到42.33。马来眼子菜对水环境的形态可塑性响应是其在水环境长期变化中逐步成为幸存者和优势种的重要原因之一。底泥的深度和营养含量对其分布和生物量具有显著影响。围网捕捞、养殖以及航运的发展是造成局部地区马来眼子菜生物量急剧下降的主要人为因素。不同水域的生物量的差异是水深、水体营养盐、底质特征、水体透明度、人类活动等因素综合作用的结果。同时,对水环境变化在形态上较强的可塑性响应,也是马来眼子菜生物量变化的重要原因之一。

铁磷共沉淀去除水中磷酸根的效果及机制

【目的】探究环境条件改变对铁盐除磷的影响及潜在机理,为污水除磷方法的开发和应用提供理论基础。【方法】利用宏观除磷试验探明不同pH、铁磷摩尔比对水体磷酸根去除的影响;结合X-射线衍射(XRD)及热力学模型,探究化学沉淀和吸附过程中磷的去除机制。【结果】随着pH升高,磷去除率先上升后下降;随铁磷摩尔比升高,磷的去除率呈现上升趋势;当反应条件为pH=5、铁磷摩尔比3∶1时,磷的去除率最高,为89.42%。XRD和热力学模型结果表明,磷主要通过形成铁-磷沉淀,如FePO4,或被铁氧化物吸附,达到从水体中去除的目的。【结论】在铁盐除磷的过程中,共沉淀和吸附两种机制并存。pH对这两种机制均有影响,而铁磷摩尔比则主要通过调控磷的吸附过程来改变磷的去除效率。

太湖竺山湾藻华黑水团区沉积物中Fe、S、P的含量及其形态变化

对因藻华大量聚集死亡而造成水体呈强还原环境(DO=0.14 mg.L-1,Eh=-89.3 mV)的黑水团区中Fe-S-P的生物地球化学变化特征进行研究.结果表明,藻细胞残体的沉降使得黑水区沉积物表层有机质含量显著增加;因藻细胞残体的贡献,沉积物表层中Org-P含量急剧增加(比非黑水区多72 mg.kg-1);受较低Eh的影响,沉积物中与Fe结合的磷出现解析,使得黑水区沉积物中活性铁和PO43--P含量增加,黑水区中沉积物间隙水PO43--P要远高于非黑水团区,表明其有向上覆水释放的趋势;造成沉积物中Fe-P含量比非黑水区中的要低.在强还原条件下沉积物中铁的氧化物呈现出由结晶态向无定形态转化的趋势(Dithio-Fe比非黑水区高达30μmol.g-1),从而使得可供生物利用的活性铁含量增加,这为藻华再次发生提供了有利条件.黑水区表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)在初始阶段大量增加,但后期由于形成了H2S气体逸散到水体中其含量反而减少;表层沉积物硫化物含量也呈增加现象(比非黑水区表层沉积物中要高50μmol.g-1).

武汉东湖沉积物氮磷形态垂向分布研究

以武汉东湖为研究对象,分析并比较了3个采样点柱状沉积物中各种形态氮、磷的垂向分布,并结合pH进行了研究.结果表明:东湖沉积物pH小于上覆水中pH并随沉积物深度增加呈下降趋势.总氮与总磷均为处于湖湾区的1号点最高,2号点湖心最低,3号点居中.氨氮和硝酸盐氮也表现为1号点远远大于2号点和3号点.随着近年治污力度的加大,1号点的氮磷水平呈下降趋势,但是3号点受面源污染影响,氮、磷水平上升很快,甚至在表层已经和1号点持平.磷虽然仍然是东湖最主要的限制性营养元素,但受硝化与反硝化作用及聚磷菌的影响,近20a来,东湖沉积物总氮含量下降很大,氮磷比仅为3左右.

模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理

通过模拟降雨径流实验 ,在 72mm/h的大暴雨条件下 ,研究侵蚀性颗粒从土壤中的径流流失过程及其对磷的富集作用和机理 .结果表明 ,沉积物中不同粒径团聚体的组成和原来土壤中的组成有很大差异 .径流流失的沉积物主要以 0 2 5mm以下的团聚体为主 .径流中 80 %以上的磷以颗粒态形式流失 ,而颗粒态磷的 6 0 %— 90 %随 0 1mm以下的团聚体流失 .不同粒径团聚体对磷的富集作用和富集系数不同 .模拟实验建立了沉积物富集系数与其累积流失量之间相关关系的经验模型 :ln(ER) =1 15— 0 2 2ln[SL],来预测颗粒态磷的流失 .

规模化浅海养殖水域沉积作用的初步研究

从2001年9月到2002年7月底分5个阶段,使用沉积物捕获器在桑沟湾养殖海区的扇贝区、牡蛎区和海带区进行自然沉积作用的研究。通过对收集的沉积物进行分析,估算该养殖海区的总氮和总磷由海水到海底的通量。估算结果显示,该海区颗粒物质的年平均沉积速率为278.8g/(m2·d),而每克颗粒物质则携带了190.4μg总氮、472.5μg总磷和0.103g有机物质沉入海底。沉积物的总氮和总磷含量显示了较明显的季节性变化。总氮的峰值出现在5月(春季),最低值出现在12月(冬季)。而总磷含量在12月显著高于5月和7月时段。分析表明,下沉的颗粒物质的氮磷摩尔比为0.67～2,而底泥的氮磷摩尔比为0.025～2。研究结果为桑沟湾沿岸海域氮磷营养盐的通量建模提供了重要参数,并为养殖水域环境容量的研究提供了依据。

沉积物-上覆水界面有效铁浓度对内源磷再移动的影响

铁磷耦合关系是控制沉积物磷再移动的主导机制,基于薄膜梯度扩散(DGT)技术测定的沉积物-上覆水界面RFeP(有效态铁磷摩尔浓度比)可反映内源磷再移动潜力.本文总结了有效铁和磷及IF(磷扩散通量)在沉积物-上覆水界面的区域分布差异,探讨了RFeP、沉积特征和外部环境条件对内源磷再移动的影响机制.结果表明:①有效铁和磷浓度变化范围分别为0.08~10.22和0.02~3.35 mg/L,淡水高于海水;有效铁浓度表现为南方高于北方,有效磷浓度呈相反趋势.②RFeP和IF的变化范围分别为0.09~132.38和0.56~903.67 ng/(cm^(2)·d);RFeP表现为淡水高于海水,平原高于高原;IF则表现为淡水高于海水,高原高于平原.③RFeP与IF成反比,沉积物磷的高污染负荷或水生动植物生理活动会影响判别沉积物内源磷再移动潜力阈值(RFeP=2)的准确性.④对于不同的水域类型,沉积物中Fe^(2+)氧化沉淀或铁氧化物还原溶解均是控制沉积物磷再移动的关键过程,扰动、水生植物、微生物等外部环境条件通过改变沉积特征间接影响磷的再移动.为加深对沉积物内源磷再移动机制的认识,未来研究可关注磷再移动过程的多驱动力耦合作用机制及磷的吸附沉积速率.

沉积层结构被动源探测方法及其在典型盆地的应用

准确的沉积层结构,对盆地地区油气资源调查与勘探、地震动场地效应评估和壳幔深部结构成像等研究均具有重要意义.近二十年来,随着地震观测技术的进步和大量流动台阵数据的积累,利用被动源资料探测沉积层结构的地震学方法研究取得了长足的发展.本文对这些主要方法进行了归纳总结,阐述了基本原理及相关进展.其中,基于远震体波数据的研究方法主要有:接收函数和转换函数、波场反延拓的H-β方法、以及P波质点运动分析等.基于近场体波资料约束沉积层结构通常采用的是高频波形拟合方法.此外,还简要介绍了谱比法、背景噪声面波成像和Rayleigh波Z/H幅度比,以及多种方法的联合反演.最后,对我国东部典型盆地地区,如松辽盆地和华北盆地下方沉积层结构已取得的研究进展进行了总结.

长江中下游典型浅水湖泊沉积物-水界面磷与铁的耦合关系

目前普遍认为磷铁耦合关系是P迁移的主要机制,但大部分研究结果并未提供直接的原位证据.为了探索沉积物剖面磷(P)与铁(Fe)的耦合关系,利用Zr O-Chelex薄膜扩散梯度技术(ZrO-Chelex DGT),分别对太湖、巢湖、鄱阳湖和洞庭湖4个浅水湖泊沉积物有效态Fe和P进行高分辨采样和分析.结果表明,不同湖区有效态Fe和P浓度在沉积物-水界面处开始增加,之后波动变化,垂向异质性较强,但两者浓度变化同步.有效态P和Fe浓度的相关分析结果证明两者浓度具有显著的线性相关.室内厌氧培养实验进一步表明,Fe^(3+)的还原性促使Fe^(2+)与铁结合态磷的释放,促使DGT有效态P与Fe同步变化.该结果表明沉积物P的二次迁移和释放受Fe氧化还原过程的控制,为铁磷耦合关系提供了直接证据.

华中地区水旱轮作酸性土磷、铁形态转化及机理

为探讨华中地区水旱轮作体系酸性土壤磷与铁的形态转化以及磷生物有效性变化,本研究于2018年和2019年水稻收获后采集该区域典型酸性红壤(低磷铁比)和黄棕壤(高磷铁比),采用张守敬-杰克逊无机磷分级方法和梯度扩散薄膜(DGT)技术,对干湿交替培养样品磷形态、生物有效性磷(DGT-P)与铁(DGT-Fe)、Fe(Ⅱ)及无定形氧化铁(Fe)等进行定量分析。结果表明:淹水过程中黄棕壤和红壤pH逐渐升高趋于中性;二者氧化还原电势(Eh)在淹水期间降低,土壤环境呈明显的还原条件。淹水过程黄棕壤和红壤中Fe与Fe均增加,干燥后均明显降低。黄棕壤与红壤磷形态以铁结合态磷(Fe-P)与闭蓄态磷(Oc-P)为主,干湿交替过程中黄棕壤Oc-P向Fe-P转化,红壤Fe-P向Oc-P转化。在水-土界面以下120 mm土壤垂直剖面内,黄棕壤DGT-P和DGT-Fe释放水平先增加后减少;红壤DGT-Fe增加,DGT-P减少,黄棕壤P和Fe的同步释放相关性更显著。研究表明,干湿交替条件下酸性土壤磷形态主要是Fe-P与Oc-P之间转化,低P/Fe红壤以磷闭蓄化为主,高P/Fe黄棕壤Fe-P增加,以铁吸附磷为主;淹水导致DGT-P含量增加,生物有效性增加;干燥过程磷闭蓄化加深,但磷有效性并无明显降低,这与土壤磷水平有关。

松辽盆地地壳精细结构研究

基于东北地区已有的宽频带流动台阵远震数据,利用波场延拓和分解的H-β网格搜索法,对松辽盆地的沉积层及地壳结构进行了深入分析。结果显示:松辽盆地的沉积层厚度为0.2—2.5 km,整体呈现中央坳陷区厚、边缘薄且西南地区最薄的分布特征;研究区地壳较薄,厚度介于24—34 km之间,其横向变化特征与沉积层厚度分布具有一定的对应性。依据沉积层和地壳的厚度计算了地壳伸展系数,其平均值接近于以往接收函数研究估测的岩石圈伸展因子。因此,本文推测松辽盆地在伸展构造过程中,其地壳和岩石圈的减薄以纯剪切模式为主。此外,松辽盆地具有较高的地壳平均波速比v_(P)/v_(S),暗示盆地下方岩石圈地幔的减薄过程中可能存在岩浆的底侵作用。

黄大湖沉积物营养盐分布及来源解析

在黄大湖设置13个采样点,采集表层及柱状沉积物样品,对沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和有机质(OM)浓度进行测定,分析黄大湖沉积物营养盐的空间及垂直分布,研究黄大湖沉积物营养盐来源,并对沉积物污染程度进行评价。结果表明:黄大湖表层沉积物中TN浓度为1112~3277 mg/kg,平均值为2016 mg/kg;TP浓度为547.19~784.43 mg/kg,平均值为651.84 mg/kg;OM浓度为5.21%~11.21%,平均值为8.6%;TN、TP和OM浓度空间分布较为一致,主要表现为西北部>东南部>湖心中部,浓度垂直变化趋势总体表现为随深度增加而下降;沉积物中TN和OM污染比TP严重,且三者污染程度空间分布与浓度空间分布一致。Pearson相关性分析表明,TN和OM显著正相关,二者具有同源性;TP和OM无显著相关关系,二者同源性较差;沉积物中碳氮比(C/N)平均值为25.43,OM主要来自外源颗粒有机物的输入,柱状沉积物-20 cm以上碳磷比(C/P)和氮磷比(N/P)的增加表明沉积物中营养盐受近年来周边人类活动的影响较大。

固相法的制备参数对磷酸铁锂正极材料性能的影响

本文系统介绍了固相法的制备参数对LiFePO_(4)正极材料的电化学性能的影响,阐明了碳源含量、锂铁磷元素配比、合成温度、前驱体这4个工艺参数均会影响LiFePO_(4)材料的性能。较佳的工艺参数为:碳源用量3%~10%,锂铁配比1.0~1.04,铁磷配比0.94~1.00,合成温度500~800℃,以无水FePO_(4)作为前驱体。理论研究与工艺参数调整相结合,仍是未来提升LiFePO_(4)材料结构性能的研究重点。

Fe^(3+)对不同进水氮磷比藻塘水质净化效果研究

铁是动植物进行生命活动不可缺少的元素。在藻塘内,铁能够影响藻细胞生长与繁殖,影响水质净化效果。通过研究不同浓度Fe3+对小球藻生长影响,并设定进水C/N和N/P,确定适宜Fe3+对藻塘出水理化性质及其污染物去除的影响。结果表明:当c(Fe3+)为10 000 nmol/L时,藻细胞质量增加约25%。适宜浓度Fe3+可调节藻塘水体DO、p H及ORP,提高净化效果。Fe3+利用率与COD、TN和TP去除率呈线性正相关,且随进水N/P的提高而增高。当ρ(N)/ρ(P)为50,ρ(C)/ρ(N)=5时,加铁藻塘COD、TN、TP去除率分别为45.34%、77.14%、43.11%,与未加铁藻塘相比,去除率分别提高约3,5.47,9.64个百分点。因此,铁可以促进藻类的生长,当藻塘进水ρ(C)∶ρ(N)∶ρ(P)∶ρ(Fe)为250∶50∶5∶1时,可降低污染物浓度,提高去除效果。

亚热带河道型水库沉积物-水界面磷赋存形态与迁移转化机制

由水库建设引起的河流湖库化和富营养化,是全球普遍面临的重大生态环境问题.而内源污染负荷过大会加剧水库富营养化和水质恶化的风险.因缺乏亚热带河道型水库沉积物中内源磷污染解析,本文采用薄膜扩散梯度(DGT)和高分辨率渗析技术(HR-Peeper)以原位、高分辨率技术对河道型深水水库闽江水口水库中磷(P)、铁(Fe)、锰(Mn)、硫(S)进行监测,并研究河道型水库P-Fe-Mn-S的地球化学耦合机制以及磷的赋存形态和迁移释放机制.结果表明:氢氧化钠提取磷(NaOH-P)是沉积物中磷形态的主要形式,铁结合态磷是控制沉积物磷释放的关键因素,水口水库水体和沉积物营养化程度高,沉积物内源磷污染较严重;在垂直剖面上,沉积物中的P与Fe、Mn、S呈显著正相关,铁锰氧化物的还原溶解和硫酸盐还原有利于磷活化和释放;沉积物中P、Fe、Mn、S会形成正释放从而扩散到上覆水中,在水库开闸和泄洪期间,对流会暂时打破分层,内源磷的释放高于多数天然浅水湖库,这突出了河道型水库内源磷污染治理的重要性和紧迫性.

典型城市浅水湖泊沉积物中磷与铁的形态分布及相关关系

应用改进的SEDEX法和BCR法对3个典型城市浅水湖泊（玄武湖、大明湖和莫愁湖）表层沉积物中的磷和铁的形态进行了测定与分析,并探讨了二者之间的相关关系.结果表明,玄武湖、大明湖和莫愁湖沉积物中Al-P含量都较低（〈1%）,Fe-P质量分数分别为17.10%--27.88%、16.68%--27.06%和0.06%--0.17%,分布顺序与湖泊富营养化程度相符.Ex-P和ACa-P、De-P含量的分布顺序均为大明湖〉莫愁湖〉玄武湖,其中钙磷的质量分数为32.51%--75.39%,是湖泊沉积物磷的主要赋存形态;3个城市湖泊沉积物中的铁元素主要以残渣态（F4）存在,占总量的69.17%--99.88%.其中,玄武湖沉积物中的F1和F2态的含量较高,占总量的6.46%--17.35%,可能与玄武湖频繁的蓝藻暴发有密切关系;TP与铁的F1、F2和F3态相关系数分别达到-0.95、-0.94、-0.81,呈极显著负相关（p〈0.01）.Ex-P、Al-P、Or-P与F1、F2态相关显著,与它们性质活泼,易受环境条件影响有关.ACa-P、De-P是生物难利用磷,但二者却与F1、F2和F3态存在显著负相关关系,其反应机制还有待深入研究.

滇池草海间隙水与上覆水氮磷时空变化特征

本文连续12个月监测了滇池草海柱状沉积物间隙水和上覆水不同形态氮磷浓度的垂向变化,揭示了不同季节间隙水与上覆水氮磷浓度差异及其形态组成贡献率,探讨了间隙水氮磷组成及氮/磷比值在湖泊富营养化及内负荷控制中的重要意义.结果表明:(1)草海间隙水NH_4^+-N浓度显著高于上覆水,而上覆水中NO_3^--N浓度显著高于间隙水,春、夏和秋季(2~11月)间隙水SRP浓度显著高于上覆水,而冬季(12月和1月)则与之恰好相反;(2)草海间隙水以NH_4^+-N和SRP贡献为主,分别占DTN和DTP的61%和78%,而上覆水则以DON和DOP贡献为主,分别占DTN和DTP的44%和81%,与春季和冬季相比,夏、秋季间隙水NH_4^+-N和SRP贡献率显著增加,而NO_3^--N、DON和DOP贡献率明显下降;(3)草海间隙水DTN/DTP、(NH_4^+-N+NO_3^--N)/SRP和DON/DOP比值均表现为春季>冬季>夏季>秋季,而上覆水氮/磷比值则以春季较高,夏、秋和冬季相对较低.