水-沉积物界面重金属迁移转化影响因素研究进展

水-沉积物界面是重金属发生迁移转化的主要场所,环境中各种因素可对其过程产生影响,为探讨这些因素对重金属在水-沉积物界面迁移转化过程的影响,围绕沉积物周围的潜在因素进行全面分析,选择上覆水环境因子(pH值、氧化还原条件、离子强度和温度)、重金属赋存形态和沉积物颗粒大、小分别对重金属迁移转化的影响进行分析,探讨上述各因素对重金属迁移转化的影响机理机制过程,最后对重金属迁移转化方面的研究进行归纳总结和未来展望。

巢湖水华暴发期水-沉积物界面溶解性氮形态的变化

2008年4-10月,连续对巢湖8个样点进行采样,分析了上覆水和表层沉积物间隙水中溶解性氮形态在水华暴发过程中的变化,估算了水-沉积物界面无机氮的扩散通量.结果表明,上覆水中NH4^＋-N含量随水华暴发强度的增加而减小,溶解性总氮（DTN）含量在水华暴发后明显升高,而NO3^--N含量只在水华暴发严重时才明显减少.在大规模水华暴发前（4-5月）上覆水中DTN的主要组成部分是NO3^--N和NH4^＋-N,在水华暴发后则是溶解性有机氮（DON）.间隙水中PDTN以NH4^＋-N为主,其浓度随温度的增加而升高;DON在水华暴发过程中呈先下降后上升的趋势.通量计算结果表明,沉积物作为NH4^＋-N的“源”一直由间隙水向上覆水释放,西半湖扩散通量在13.06-32.94mg/（m^2·d）之间,东半湖扩散通量在4.54-17.41mg/（m^2·d）之间.沉积物-水界面交换是湖泊营养盐重要的补充途径,为水华持续暴发提供营养来源.

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.

夏季太湖浊度分布特征及其在水-沉积物界面识别中的应用

基于2014年8月对太湖61个采样点的浊度和各物理化学指标的测定,分析夏季太湖浊度空间、垂直分布特征及其影响因素,利用实测的湖泊底层浊度垂直分层对水-沉积物界面进行定量识别.结果表明,夏季太湖浊度表、中、底层浊度平均值分别为(28.3±21.4),(23.0±13.3),(31.7±15.0)NTU,总体分布趋势为太湖北部贡湖湾、梅梁湾最大,其次为西部及湖心区,较低值出现在胥口湾及东太湖;线性回归分析表明,表、中、底层浊度分别与叶绿素a、无机悬浮物、总悬浮物浓度的拟合关系最好;基于浊度垂直分层定量识别的太湖水-沉积物界面厚度均值为(156.4±53.5)mm,其中贡湖湾及太湖西部厚度最大,其次为湖心区及梅梁湾,东太湖、胥口湾、竺山湾界面厚度最小,界面厚度与中层浊度存在显著的正相关(R2=0.552),风浪引起的频繁的沉积物再悬浮将增加水-沉积物界面厚度.太湖浊度的垂直分层可用于水-沉积物界面的定量识别,为水-沉积物界面营养盐交换和物质循环研究提供科学依据.

光照与通气方式对蓝、绿藻竞争生长和磷的水-沉积物界面过程的影响

室内模拟研究了太湖普遍存在的浮游藻类蓝藻(铜绿微囊藻)和绿藻(四尾栅藻)在不同光照和通气条件下的生长过程,以及该过程对水体理化性质以及水-沉积物界面磷交换过程的影响.研究结果表明,实验条件下(光照:2500lx;温度:27℃),蓝藻(铜绿微囊藻)具有绝对的竞争优势,成为水体中优势藻类.铜绿微囊藻在通空气和通氮气条件下均可以生长繁殖,在通氮气条件下需要较长时间的适应期,但达到的最大生物量远高于通空气条件.实验过程中,上覆水可溶性无机磷(DIP)浓度的变化为:无光环境>有光环境,通氮气环境>通空气环境,这种变化与有无藻类生长过程密切有关.有光条件下,藻类生长对磷的需求刺激了沉积物中生物可利用磷(AAP)的释放,同时也刺激了沉积物各种不同形态磷之间的相互转化.通氮气条件下,沉积物中磷的释放以Fe-P为主,Ca-P含量有所提高;通空气条件,Fe-P含量变化不大,Ca-P在有光组略有下降,但无光组变化不大;各试验组中有机磷和残渣磷的变化量基本相同;各试验组TP含量的变化不大.

湖泊水-沉积物界面三相结构模式的初步研究

论述了湖泊水-沉积物界面研究中传统的两相结构模式及其存在的不足,讨论了生物相在湖泊水-沉积物界面中的存在和作用,初步构建了界面三相结构模式,明确了其结构模式和特征,并提出了今后关于界面研究的重点科学问题。

太湖水-沉积物界面磷、pH及碱性磷酸酶的时空特征及相关性

于2011年3、6和9月通过对太湖不同营养化湖区的5个标准采样位点进行采样分析,探讨了界面沉积物间隙水和上覆水中磷含量、pH及碱性磷酸酶活性的时空分布特征及相关性。结果表明,上覆水及沉积物间隙水中的总磷(TP)、可溶性正磷酸盐(SAP)、pH及碱性磷酸酶(ALP)活性均表现出明显的空间异质性和季节变化趋势。间隙水总磷(PW-TP)、间隙水可溶性正磷酸盐(PW-SAP)高于上覆水,分别最高高出0.082、0.042 mg·L-1;上覆水pH值高于间隙水pH值,最高高出0.35个单位;间隙水中碱性磷酸酶(PW-ALP)活性高于上覆水中碱性磷酸酶(W-ALP)活性,最高高出13.244μg·mL·h-1。TP、SAP、pH及ALP活性在3、6、9月份中均以16#样品最高,其中6月份16#样品PW-TP、PW-SAP、上覆水pH及PW-ALP活性分别0.527、0.132、7.46和61.090μg·mL·h-1。参数相关性分析结果表明,W-TP与W-SAP、W-pH显著相关。W-SAP与PW-TP、PW-SAP、W-ALP、PW-ALP均显著相关。PW-TP与PW-pH显著相关性,与PW-ALP活性存在一定的相关性,但不显著。PW-SAP与PW-ALP显著相关。

春季生物膜对营养盐在水-沉积物界面扩散的影响

为了明确春季大沽河河口潮滩养殖功能的退化是否由食物(底栖藻类)匮乏所致,2009年5月在大沽河河口潮滩采集柱状沉积物样,利用氯化汞抑制沉积物表层生物膜的活性,研究生物膜对营养盐在水-沉积物界面迁移扩散的影响程度。结果表明,沉积物既可以是水体中营养盐的"源"也可以是其"汇";在河道的近海侧,沉积物表面的生物膜会促进磷酸盐自沉积物向水体扩散;在其余区域,沉积物表面的生物膜会抑制营养盐自沉积物向水体扩散;在该河口潮滩,沉积物表层的生物膜均会抑制营养盐自沉积物向水体扩散。研究表明,春季大沽河河口潮滩贝类底播养殖功能的退化,并非食物短缺所致。

乌梁素海和岱海水-沉积物界面磷的扩散通量研究

以乌梁素海(WLSH)和岱海(DH)为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了湖泊水-沉积物界面溶解有机磷(DOP)、溶解性总磷(DTP)及溶解性正磷酸盐(DRP)的扩散通量研究。结果表明,乌梁素海2个柱芯中DTP和DOP通过水-沉积物界面向上覆水转移扩散,而岱海3个沉积柱芯中DOP和DTP则由上覆水通过水-沉积物界面向沉积柱芯迁移扩散,并分别符合负的幂指数或对数函数的释放规律。据扩散通量结果估算,在夏季90d的时间内,乌梁素海明水区沉积物约向上覆水体释放了19.81t的DTP和33.43t的DOP,由上覆水体迁移至沉积物中的DRP约为13.95t,明水区沉积物表现为DOP和DTP的源及DRP的汇;由岱海上覆水体迁移至沉积物中的DTP和DOP分别约为13.29t和21.40t,由沉积物释放至上覆水的DRP约为8.69t,岱海沉积物表现为DTP和DOP的汇及DRP的源。揭示湖泊生态系统中,有机磷可以直接或经矿化降解的间接形式参与再循环,成为湖泊初级生产力的重要营养源,表明有机磷作为生物有效磷库的重要性及其在水-沉积物界面的环境地球化学行为对湖泊富营养化的重要影响。

不同类型湖泊水-沉积物界面DIC交换通量研究

以乌梁素海(WLSH)和岱海(DH)为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了2个湖泊水-沉积物界DIC的扩散通量研究。结果表明,在夏季90 d的时间内,浅水草型湖泊乌梁素海明水区沉积物约向上覆水体释放了8 443.63 t的DIC,对上覆水体DIC具有源的功能;而深水藻型湖泊岱海深、浅湖区沉积物对上覆水体DIC分别具有汇和源的功能,总体上岱海DIC在水-沉积物界面的转移扩散的矢量方向指向沉积物,即夏季岱海沉积物表现为上覆水中DIC的汇,约有7 335.52 t的DIC转入沉积物。不同深度沉积柱芯的DIC释放实验表明,疏浚能影响水-沉积物界面DIC的源汇通量方向,使湖泊沉积物作为上覆水体中DIC的源和汇功能发生转换。

湖泊水-沉积物界面SiO_3-Si交换通量研究

以乌梁素海(WLSH)和岱海(DH)为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了湖泊水-沉积物界面溶解性硅酸盐(SiO_3-Si)扩散通量研究。结果表明,在夏季90 d的时间内,浅水草型湖泊乌梁素海明水区沉积物-水界面交换速率约为1.28 mmol·m^(-2)·d^(-1),沉积物约向上覆水体释放了963.07t SiO_3-Si;而深水藻型湖泊岱海深、浅湖区沉积物-水界面交换速率分别为1.10、1.95 mmol·m^(-2)·d^(-1),沉积物约向上覆水体释放了893.41t Si_O3-Si。SiO_3-Si在水-沉积物界面的交换速率与两湖沉积物中粘土矿物含量、生物硅(BSi)含量及沉积物的粒度有较好的相关性。沉积物释放的SiO_3-Si对维持湖泊初级生产力有重要作用,乌梁素海沉积物释放的硅可提供浮游植物所需硅的11.96%,岱海沉积物释放的硅可提供浮游植物所需硅的41.3%。从元素化学计量学角度考虑,结合两个湖泊上覆水营养盐浓度变化,随湖泊富营养化水平的逐渐提高,磷有可能成为乌梁素海初级生产力的潜在限制因子,而Si是岱海初级生产力可能的限制因子。

海水多品种养殖池塘沉积物-水界面氮磷通量

为探明生源要素氮、磷在沉积物与水体间的迁移过程,比较3种不同养殖模式下、不同时间养殖池塘沉积物-水界面的氮、磷通量变化,2014年6—10月,在3种综合养殖池塘:海蜇+凡纳滨对虾+菲律宾蛤仔、海蜇+凡纳滨对虾+缢蛏和海蜇+凡纳滨对虾的整个养殖周期内,采集检测3口池塘沉积物-水界面样品中的亚硝态氮、硝态氮、氨氮和活性磷酸盐含量,分析沉积物-水界面的亚硝态氮+硝态氮、氨氮和活性磷酸盐的通量变化。试验结果显示,6—10月,3种综合养殖池塘沉积物上覆水中亚硝态氮和硝态氮均以向沉积物中扩散为主,仅10月海蜇+凡纳滨对虾池塘沉积物中亚硝态氮和硝态氮向上覆水释放。海蜇+凡纳滨对虾+菲律宾蛤仔、海蜇+凡纳滨对虾+缢蛏池塘沉积物上覆水中氨氮向沉积物扩散,6月海蜇+凡纳滨对虾+缢蛏池塘沉积物中氨氮向上覆水扩散;与海蜇+凡纳滨对虾+菲律宾蛤仔和海蜇+凡纳滨对虾+缢蛏池塘相比,海蜇+凡纳滨对虾池塘氨氮通量变化幅度较大,6—7月上覆水中氨氮向沉积物扩散,且扩散速率逐渐降低,9—10月沉积物中氨氮向上覆水释放,释放速率逐渐上升。6、7、10月海蜇+凡纳滨对虾+菲律宾蛤仔池塘沉积物中活性磷酸盐向上覆水释放,8—9月上覆水中活性磷酸盐向沉积物扩散;6—10月,海蜇+凡纳滨对虾+缢蛏池塘沉积物中活性磷酸盐向上覆水释放;海蜇+凡纳滨对虾池塘上覆水中活性磷酸盐向沉积物扩散,10月沉积物中活性磷酸盐向上覆水释放。试验结果表明,配养底栖贝类,可以通过改变综合养殖池塘沉积物-水界面的氮、磷通量,改善池塘的底质和水质环境。

丘陵山区水库沉积物-水界面磷源汇转换机制

以东南丘陵山区典型深水水库对河口水库为研究对象,开展了1a的原位调研,在主要水域内采集原位柱状沉积物样品,分析了沉积物磷的含量、赋存形态、间隙水剖面特征以及沉积物-水界面交换通量的时空变化特征.结果表明:对河口水库表层沉积物总磷(TP)含量变化范围为(470.8~1012.3)mg/kg,平均值达到(688.4±186.48)mg/kg,呈现从上游至下游逐渐增加的趋势,下游坝前区域磷污染最为严重;沉积物中各形态磷含量大小顺序依次为:铝结合态磷(352.61mg/kg)>铁结合态磷(Fe-P)(98.10mg/kg)>闭蓄态磷(88.77mg/kg)>钙结合态磷(72.42mg/kg)>有机磷(33.38mg/kg)>可交换态磷(1.64mg/kg).全库沉积物总体表现为磷的释放源,其中,秋季释放风险最高,冬季大部分区域沉积物从磷释放的源转变为汇;全年平均静态释放通量和扩散通量分别为(0.81±2.34)mg/(m^(2)·d)和(2.15±3.47)mg/(m^(2)·d),2种方法所得全年磷释放量分别为1.92和3.67t,秋季释放量最大.铁结合态磷(Fe-P)的转化可能是控制沉积物-水界面磷源-汇转换的重要原因,由氧分层导致的沉积物厌氧及铁结合态磷(Fe-P)溶解释放将增加下层水体磷浓度,并在水体逆温后增加水柱总体磷浓度.在秋季大量磷释放之后,应更加关注随后的逆温对整个水体磷浓度的影响.

凡纳滨对虾盐碱水养殖池塘沉积物-水界面氮元素交换通量的研究

为探究凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)盐碱水养殖池塘沉积物-水界面中氮元素的转化规律,于2019年5—7月测定了山东省滨州市3个不同盐度(28、45和55)的池塘上覆水和沉积物间隙水中各种形态氮的含量。利用Fick第一定律估算了池塘沉积物-水界面氮元素交换通量,分析了环境因素与交换通量的相关性。结果表明:(1)总体来讲,DIN、DON、TN由沉积物向水体扩散,即沉积物为DIN、DON和TN的源;NO_(3)^(-)-由水体向沉积物扩散,沉积物为NO_(3)^(-)的汇。在养殖期间,盐度28、45和55组,DIN总交换通量分别为1.69、23.07和19.36 mg/m^(2),DON总交换通量分别为36.60、27.90和19.98 mg/m^(2),TN总交换通量分别为38.09、43.66和32.56 mg/m^(2)。(2)从季节变化来看,DIN、DON、TN在养殖初期(5月)的交换通量显著高于养殖末期(7月);从盐度组来看,在5月,盐度28、45和55组,DIN平均交换通量分别为2.08、6.37和12.47 mg/(m^(2)·d),7月分别为-0.48、0.06和1.47 mg/(m^(2)·d),盐度55组显著大于其他两组(P<0.05);DON交换通量5月分别为13.91、5.32和6.79 mg/(m^(2)·d),盐度28组显著大于其他两组(P<0.05),7月分别为5.82、10.94和5 mg/(m^(2)·d),盐度45组显著大于其他两组(P<0.05);5月TN平均交换通量分别为15.9、8.79和19.16 mg/(m^(2)·d),盐度45组显著小于其他两组(P<0.05),7月分别为5.31、9.1和3.28 mg/(m^(2)·d),盐度45组显著大于盐度55组(P<0.05)。(3)冗余分析结果显示,盐度与NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N交换通量显著正相关;有机质与NH_(4)^(+)、TN通量显著正相关;温度与NH_(4)^(+)交换通量显著负相关;含水率、孔隙度与NO_(3)^(-)-N、DON交换通量显著正相关。综上所述,沉积物是氮的潜在污染源,此污染潜力在养殖末期显著小于养殖初期;高盐度组有利于释放DIN,中低盐度组有利于释放DON。研究结果将有助于认识盐碱水养殖池塘的氮交换通量,为该种养殖模式的科学管理提供数据支撑。

南四湖出湖口沉积物-水界面中营养盐分布特征分析及释放风险评估

为了解决南四湖出湖口沉积物-水界面中磷酸盐、氨氮和硝态氮等营养盐释放风险控制缺乏科学依据的问题,利用薄膜扩散梯度技术、高分辨率孔隙水采样技术分析南四湖出湖口沉积物-水界面中营养盐浓度的垂直剖面分布特征,并根据有效态磷、有效态氨氮和有效态硝态氮的浓度,计算三者的净扩散通量,评估三者的释放风险。结果表明:非泄洪期南四湖出湖口上覆水中的溶解态磷浓度低于孔隙水中的,表明沉积物孔隙水中的溶解态磷可能会因浓度梯度的存在而向上覆水中扩散;根据连续分级提取法,钙结合态磷是南四湖出湖口沉积物中磷元素的主要赋存形态,表层沉积物中的不稳定磷元素含量高于深层沉积物中的;有效态磷与有效态铁呈显著正相关,说明南四湖出湖口沉积物-水界面中有效态磷的释放受铁氧化物还原释放影响;有效态磷、有效态氨氮和有效态硝态氮的净扩散通量分别为17.58、1.16、-40.72 ng/(cm^(2)·d),说明有效态磷和有效态氨氮有从沉积物向上覆水中释放的潜在风险。

基于响应面法游湖沉积物-水界面溶解性碳交换通量

湿地作为陆地生态系统最重要的碳汇,是减缓全球大气中二氧化碳含量上升和全球气候变暖的重要途径。目前研究多针对于自然湿地中储碳量和碳密度的研究,对于因煤炭开采形成的采煤塌陷湿地碳密度及其变化研究则相对较少。基于对采煤塌陷湿地水体和沉积物中碳含量和影响因子的调查,研究采煤沉陷湿地沉积物-水界面不同形态碳交换通量规律,评估沉积物对于上覆水中碳素的源/汇特征,探讨不同环境因子单一及交互作用下沉积物-水界面各形态碳的交换通量的变化规律。针对徐州九里湖采煤塌陷湿地沉积物和水体进行研究,分别于2020年12月、2021年4月和2021年8月采集沉积物和上覆水,分析沉积物和水体中碳素的赋存特征以及影响碳素含量的关键因子。通过室内模拟试验,进行沉积物-水界面溶解性碳交换通量研究,并探讨主要环境因子对溶解性碳交换通量的影响。最后基于响应面法构建沉积物-水界面溶解性碳交换通量回归模型,预测采煤沉陷湿地溶解性碳最小释放条件,估算采煤塌陷湿地溶解性碳释放总量。结果如下:温度升高会导致溶解性碳交换通量增大,而pH对其影响较小;在高氧(9.0 mg/L)和低氧(3.0 mg/L)条件下,溶解性有机碳(DOC)和溶解性无机碳(DIC)交换通量相对较高,在中氧(6.0 mg/L)条件下,相对较小。得出在环境因子交互作用下的最优化条件,当温度为5.69℃、pH为7.18、溶解氧DO为6.38 mg/L时,DOC和DIC交换通量区的最小值分别为2.32、3.54 mg/(m^(2)·h)。估算出湿地8月沉积物DOC和DIC释放总量最高,分别为1.75、5.76 t;12月沉积物DOC和DIC释放总量最低,分别为0.98、2.01 t。结果表明,环境因子对DOC和DIC交换通量均有不同程度影响,温度通过改变吸附能力和生物活性的方式使DOC和DIC交换通量随温度增加而增大;pH影响着沉积物中碳酸盐的溶解度使得DIC在碱性环境中增加不明显,但对DOC交换通量影响较小。DOC和DIC释放总量变化规律一致,夏季温度较高,沉积物微生物活性强,促进DOC和DIC向上覆水中大量释放,冬季温度低,释放作用显著下降。沉积物-水界面溶解性碳交换通量只考虑了温度、p H和DO三个条件,然而影响物质在沉积物-水界面的迁移转化还包括沉积物自身特性、生物扰动以及重金属等因素,对于因采煤形成的湿地,沉积物中金属离子对溶解性碳的释放更应引起注意,在后面的研究中可以微生物为切入点,探究沉积物碳“源”与“汇”转换的临界条件。

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.

闸控河流潜流带沉积物-水界面营养盐分布及交换通量研究

为揭示闸控河流潜流带营养盐“源/汇”特征,本研究以淮河流域沙颍河槐店闸河道为研究对象,于2021年1月中旬实施了蓄水调控背景下的原位沉积物采集实验,通过分析氮磷营养盐在沉积物-水界面的分布与扩散通量,识别了潜流带营养盐“源/汇”角色,探明了闸控河道内源风险。结果表明:1)间隙水NH_(4)^(+)-N与TP浓度分别是上覆水体的6.5与1.1倍,表明沉积物-水界面营养盐存在显著浓度梯度,极易造成潜流带NH_(4)^(+)-N、TP向上覆水迁移;2)经综合污染指数评价得出,上覆水与间隙水水质处于重污染或严重污染状态,且闸下污染程度显著大于闸上,表明蓄水调控对闸下水域产生了负面影响;3)沉积物-水界面的NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、TP交换通量分别为0.39~10.07、-3.45~-2.04、-0.09~0.17 mg/(m^(2)·d),表明沉积物为NH_(4)^(+)-N的“源”,NO_(3)^(-)-N的“汇”,TP的“源”和“汇”;4)空间上,S2(闸下消力坎处)、S4(闸下营养盐沉积段)是氮磷营养盐的主要富集场所,其中,S2主要以氨态氮形态存在,对水质影响贡献率(59.03%)最大,氮磷比(13.25)最高,适宜藻类爆发性生长;5)S2内源NH^(+)_4-N释放是蓄水调控背景下槐店闸河道内源防治的关键,减少外源污染物输入、优化闸坝调度对改善闸控型河道水环境至关重要。

冰封期湖泊沉积物-水界面氮磷迁移及源汇特征

以查干湖为研究对象,基于原位-高分辨率被动采样技术(DGT),分析关键营养元素(N和P)亚毫米级空间分布规律及其源汇特征.结果表明,冰封期上覆水中有效态NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N浓度大于沉积物中浓度,而有效态P则呈现相反的趋势.在沉积物-水界面下有效态氮磷表现出不同的分布特征,NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N浓度随着沉积物深度的增加而逐渐减小,P浓度随着沉积物深度的增加呈先增大后减小的趋势.查干湖NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N交换通量均值分别-0.135,-0.333mg/(m^(2)·d),呈现“汇”的特征;而P交换通量均值为0.084mg/(m^(2)·d),呈现“源”的特征.冗余分析(RDA)表明,溶解氧解释了沉积物-水界面氮磷释放通量的32.8%(P<0.05).通过对上覆水贡献率估算发现沉积物中P营养盐扩散对上覆水影响较大,个别采样点达到2297%的贡献率,这可能是由于局部微高值点的存在.

单环刺螠生物扰动对沉积物-水界面氮磷扩散通量的影响

为了解单环刺螠生物扰动作用对沉积物-水界面氮磷扩散通量的影响及其持续性,于2020年11—12月,采用室内实验生态学的方法,设置低密度(LD,500尾/m^(2))、中密度(MD,2500尾/m^(2))、高密度(HD,8300尾/m^(2))处理组和1个对照组(CO,0尾/m^(2)),进行了2 d为一个实验时段,为期20 d的模拟实验。结果显示,处理组溶解无机氮(DIN)扩散通量变化范围为10.6~765.3μmol/(m^(2)·d),与对照组相比,低、中、高处理组的DIN通量分别提高了57%、76%、88%。NH_(4)^(+)是DIN的主要贡献者,对DIN的贡献在低、中、高处理组中分别占55%、65%和80%。与对照组相比,低、中、高密度组的平均NH_(4)^(+)通量分别提高了39%、111%和257%,与低、中密度处理组平均NH_(4)^(+)通量相比,高密度处理组分别提高了43.7%和23.6%。在第2~10天,NH_(4)^(+)通量处于持续增加的趋势。处理组PO_(4)^(3-)通量变化范围为-7.85~6.42μmol/(m^(2)·d),第2~6天,处理组PO_(4)^(3-)通量持续增加。研究表明,单环刺螠的生物扰动能够持续地促进DIN由沉积物向水体中扩散,且存在明显的密度效应。研究结果将为深入认识单环刺螠在水层-底栖系统耦合过程中的生态作用提供基础数据。