洱海沉积物间隙水中溶解有机质的地球化学特性

对洱海沉积物间隙水中溶解有机质(DOM)含量、紫外可见吸收、荧光以及分子量等的垂直分布特征进行了研究。结果表明,DOC含量在沉积物水界面明显富集,随后急剧下降,6cm处达到最小值,随后呈上升趋势。DOC与吸光度值、荧光发射光谱强度之间具有一定的线性相关关系。DOM的E3/E4值范围在1～6之间,绝大多数在1～3 5之间。表征DOM中腐殖质来源的指标荧光指数值处于1 48～1 59之间,说明DOM以陆源输入为主。此外,洱海沉积物间隙水DOM分子量分布呈多峰分布模式,重均分子量(Mw)值在1462～1953Da之间,数均分子量(Mn)值在547～900Da之间,多分散性系数ρ值在2 02～3 05之间。随着沉积深度增大,Mw和Mn有略微的增大趋势,但变化不大。沉积物的氧化还原条件、微生物活动以及铁、锰氧化物等在沉积剖面的差异是控制间隙水中DOM各种地球化学特性的主要因素。

水位波动下的呼伦湖上覆水体与沉积物间隙水之间溶质的运移特征

为了探求内蒙古呼伦湖上覆水体和沉积物间隙水之间溶质运移机制,对呼伦湖的1个沉积物柱芯的间隙水、3个湖泊水体以及湖周边7个地下水体中的氯离子(Cl^-),氢、氧稳定同位素(δD和δ^(18)O)分别进行分析测试,并利用其示踪性对沉积物中溶质运移特征进行研究.结果显示,δD、δ^(18)O和Cl^-浓度在不同水体中的分布具有相似的分布规律,整体上从底部沉积物到上部湖水浓度分布呈现逐渐递减的抛物线趋势,在间隙水中最大值位于所取沉积物柱芯的最深处,Cl^-浓度为306 mg/L,δD和δ^(18)O分别为-58‰和-5.9‰;最小值位于沉积物柱芯上层,并与上覆水体中的值相似,Cl^-浓度为159 mg/L,δD和δ^(18)O分别为-66‰和-7.3‰.为了明确沉积物柱芯中间隙水的高浓度Cl^-和偏正δD、δ^(18)O的来源,比较不同水体的δ^(18)O-δD关系点分布,表明含有偏正值的δD、δ^(18)O和高浓度Cl^-的间隙水与上覆湖水关系密切,可能是由于低水位时期湖水与间隙水相互发生扩散作用而产生的结果.一维对流扩散迁移模型证实扩散作用是控制着沉积物间隙水中溶质浓度在垂向上分布的主要机制,同时湖水水位的变化会影响沉积物间隙水与上覆水体的扩散过程,特别是在水位上升期,富集在沉积物中的溶质可能成为湖水的重要物质来源,影响上覆水体的水质.因此,对于封闭湖泊水位的控制和管理不仅在维持湖泊水量方面有着直接的作用,同时在稳定湖泊水质条件上也有着重要的意义.

厦门湾沉积物间隙水中CDOM的荧光特性及其分布研究

研究了2003年4月从厦门湾九龙江口、西海域及同安湾采集的表层沉积物及柱状样间隙水中有色溶解有机物（CDOM）的荧光特性及其水平与垂直分布特征．结果表明，间隙水CDOM中均观测到类腐殖质与类色氨酸两类荧光．它们在表层沉积物间隙水中的相对含量均以九龙江口靠近浮宫红树林区的站位最高，同安湾及西海域养殖区各站位次之，分别反映了河口区红树林生态系以及养殖活动的影响；西海域靠近东渡码头的站位两类荧光的相对含量最低，系受疏浚活动影响所致．表层沉积物间隙水中两类荧光的相对含量均远高于底层水，暗示表层沉积物可成为上覆水体CDOM的一个重要来源．大多数站位间隙水中类腐殖质荧光的相对含量随深度增加而渐增，反映了CDOM在缺氧环境下的成岩作用过程．多数站位在3—6cm深度处出现类色氨酸荧光峰值，随后递减，反映了近表层沉积物中细菌等微生物活动对蛋白质的降解作用．

墨水湖上覆水与沉积物间隙水中重金属的分布特征

武汉市墨水湖重金属污染严重,在我国内陆城市受污染湖泊中具代表性。应用ICP-MS对墨水湖上覆水和沉积物间隙水中的主要重金属元素进行了定量测试,并分析了其空间分布特征和变化规律。在此基础上,结合微量重金属界面扩散通量的计算,定量评估了其对上覆湖水水质的影响,以期为浅水湖泊的重金属污染防治提供科学依据。研究结果表明,墨水湖沉积物间隙水中重金属的浓度由高到低依次为:Mn>Fe>Zn>Cu>Cr>Pb;上覆水和沉积物间隙水中微量重金属浓度剖面均表现出明显相似的峰形分布特征,指示了湖泊沉积物中普遍存在微量重金属的沉积后再迁移现象;Fe和Mn在间隙水中的浓度远大于它们在上覆水中的浓度,其剖面分布特征主要是参与氧化还原反应的结果,Cu、Cr、Pb和Zn等的浓度也因受氧化还原过程及矿物平衡作用的影响而波动;微量重金属元素按照浓度梯度经孔隙水从沉积物向上覆水中扩散,并最终影响上覆水。

持续充氧对养殖池塘上覆水—泥水界面—沉积物间隙水中离子垂直分布的影响

为研究底部充氧对养殖系统上覆水—泥水界面—沉积物间隙水中离子垂直分布的影响,在室内条件下构建模拟装置,设充氧组(实验组)和未充氧组(对照组),每组4个平行,利用Peeper技术分别采集各装置中第0、1、4和7天,上覆水—泥水界面—沉积物间隙水整个垂直剖面的原位水样,然后应用微量分光光度法测定样品中的NH_4^+-N、NO_3^-N、NO_2^--N、PO_4^(3-)-P和SO_4^(2-)-S浓度。结果显示:(1)短期充氧对NH_4^+-N在上覆水和沉积物间隙水中的垂直分布特征影响不显著;(2)充氧可使沉积物上覆水和表层沉积物(0~2 cm间隙水中的NO_3^--N浓度大幅升高;(3)硝化作用的中间产物NO_2^--N,由于不能和氧气大量共存,其平均浓度的最大值由未充氧前出现在上层上覆水,逐渐转变为在表层沉积物1 cm深处;(4)充氧促进了沉积物对PO_4^(3-)-P的吸附和固定,显著降低了其在上覆水和表层沉积物(0~2 cm)间隙水中的浓度;(5)充氧通过化学和生物途径氧化了系统中还原性含硫物质,大幅升高了上覆水和表层沉积物(0~2 cm)间隙水中的SO_4^(2-)-S的浓度;(6)主成份分析(PCA)表明,持续充氧1、4和7 d显著改变了上覆水的理化性质,其中第4天和第7天的数据与对照组差异最大,相对于上覆水,充氧对沉积物间隙水的总体影响不显著。研究表明,底部充氧可降低引起池塘富营养化PO_4^(3-)-P的浓度,提高了氧化性离子NO_3^--N、NO_2^--N和SO_4^(2-)-S的浓度,显著改变了上覆水和表层沉积物间隙水的理化性质,是养殖池塘水质调控和环境修复的一种有效方法。

HDTMA改性粘土吸附固定沉积物间隙水中多环芳烃的模拟研究

选用经过十六烷三甲基溴化铵(HDTMA-Br)改性的粘土矿物为吸附剂,探讨其对水中多环芳烃类有机污染物的吸附性能。结果表明,HDTMA改性土吸附固定水中多环芳烃的能力比天然沉积物要高得多且吸附稳定。本文还讨论了环境温度、pH值、盐度、振荡时间、污染物初始浓度以及投土量对吸附性能的影响以确定吸附的适宜条件。根据实验结论,将HDTMA改性土投到实际间隙水样品中,经过充分的吸附,结果显示,经HDTMA改性粘土吸附后的间隙水中多环芳烃的含量均在检出线以下,说明HDTMA改性土可以有效地吸附固定沉积物间隙水中的多环芳烃,降低其迁移性,防止其释放产生二次污染。

高效液相色谱荧光检测湖泊沉积物间隙水中的微量硫醇

提出了测定天然水中微量低分子质量硫醇的灵敏、可靠方法，即采用7-氟苯并-2-氧-1，3-二唑-4-磺酸铵盐（SBD-F）柱前衍生化、逆相高效液相色谱分离和荧光检测技术。文中详细研究了一些洗脱条件，如流动相的组成、pH值和洗脱模式对色谱保留行为的影响，从而获得了最佳的洗脱条件。对于被研究的5种低分子质量硫醇，获得了其浓度在25-250mmol／L范围内的标准曲线和测定限。本方法成功地测定了湖泊沉积物间隙水中的微量硫醇。

利用低层大气和海底浅表层沉积物间隙水烃类检测方法预测北黄海盆地含油气远景

根据低层大气和海底浅表层沉积物间隙水烃类检测结果,结合区域地质及钻井资料,对北黄海盆地含油气远景进行了预测。呈南北向展布的中部区含油气远景最好,该区低层大气和间隙水甲烷含量为连续高值,分布均匀且离散度较小;东部区含油气远景较好,该区低层大气甲烷含量为中-高值,间隙水甲烷含量为中-低值;西部区含油气远景较差,该区间隙水和低层大气甲烷仅呈零星高值出现。

利用半透膜渗透装置富集-超声萃取分析表层沉积物间隙水PCBs的方法

本文建立了半透膜渗透装置(semi-permeable membrane device,SPMD)富集-超声萃取-凝胶渗透色谱净化-气相色谱法测定沉积物间隙水中多氯联苯(PCBs)的方法。比较了有机溶剂透析法与超声萃取法从膜袋内提取PCBs的回收率,发现超声萃取法在节省时间和溶剂方面有明显优势。应用凝胶渗透色谱分离与净化SPMD提取物,收集11—17min的流出液能达到最佳分离效果。基于此方法测定了大连湾沉积物间隙水中自由溶解态PCBs的含量(C_(W-SPMD)),同时又分析了沉积物中PCBs的总量(C_(SED))、间隙水中PCBs的含量(有机碳含量校正法,C_(W-SED))和间隙水中PCBs的总含量(离心法,C_(PW))。结果表明,C_(PW)值显著高于C_(W-SED)和C_(W-SPMD)值。因此,考虑到生物可利用性,无论采用沉积物中或者间隙水中的PCBs总量进行污染物生态风险评价均会造成风险被高估,建议采用间隙水中可溶解态含量。

植物分布对洱海沉积物间隙水DOM光谱特征及对氮磷释放影响研究

沉水植物分解导致大量溶解性有机质(DOM)进入水环境,进而对水质产生重要影响.然而,关于沉水植物分布对沉积物间隙水DOM的变化特征及其对氮磷释放的影响研究较少.本研究利用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和三维荧光光谱结合平行因子(EEMs-PARAFAC)技术对比研究了洱海沉水植物分布/非分布区沉积物间隙水DOM组分变化特征,并探讨DOM变化对氮磷释放的影响.结果表明,沉水植物分布区沉积物间隙水DOM主要以富里酸为主,而沉水植物非分布区DOM则以腐殖酸为主.通过UV-vis分析发现,沉水植物分布区沉积物间隙水DOM a_(355)、a_(440)、SUVA_(254)、A_(253)/A_(203)、S_(R)平均值高于植物非分布区,这表明沉水植物分解作用能够促进沉积物间隙水DOM含量、芳香性、分子量、以及取代基数量增加.沉水植物分布区上覆水和间隙水氮磷浓度均高于沉水植物非分布区,这主要是由于沉水植物衰亡期腐烂分解释放氮磷.此外,DOM中的羟基和羧基能够与磷酸盐竞争沉积物颗粒上的吸附位点,有利于磷酸盐从沉积物颗粒表面解吸和释放,进而促进沉积物磷酸盐向上覆水释放.本研究为增强沉水植物对沉积物DOM特征和氮磷释放机制理解提供有价值的信息,并为通过沉水植物修复和控制湖泊沉积物内源污染提供科学指导.

固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定海水和沉积物间隙水中的痕量多环芳烃

建立了固相微萃取(SPME)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用同时测定海水中16种多环芳烃的分析方法,研究了萃取时间、盐度条件的影响．同时用SPME的方法研究了海水中的溶解有机物(DOM)对多环芳烃萃取的影响．计算出不同DOM浓度下多环芳烃KDOM与KOW的关系: CDOM=5 mg／L时,logKDOM=0．7944KOW+0．773(R2=0．91)．CDOM=10 mg／L时,logKDOM= 0．7905KOW+0．668(R2=0．97);CDOM=30 mg／L时,logKDOM=0．714KOW+1．0407(R2=0．91)．该法对16种多环芳烃的检出限为0．1-3．5 ng／L,相对标准偏差(RSD,n=5)为4％-23％．用该法分析海洋环境中的痕量多环芳烃,16种多环芳烃的平均回收率为88.2±20．4％,方法快速、灵敏、简单,适用于快速分析海水和沉积物间隙水样中的痕量多环芳烃．

贵州东风水库沉积物间隙水中溶解态汞及甲基汞的分布特征及界面交换

为弄清水库沉积物间隙水中汞及甲基汞的分布及扩散特征,于2009年春、夏两季对东风水库进行了采样,分别采用两次金汞齐-CVAFS法和蒸馏-乙基化结合GC-CVAFS法测定沉积物间隙水中溶解态(DHg)和甲基汞(DMeHg)浓度。结果表明夏季沉积物间隙水DHg浓度远高于春季,而DMeHg浓度却略低于春季;沉积物间隙水中DHg和DMeHg均有向上覆水体扩散的趋势,其夏季扩散通量高于春季;间隙水中DMeHg对上覆水体的贡献率大于DHg,最高可达30%,再次证明了沉积物间隙水中的DMeHg是其上覆水体的重要来源。

不同水体分层对沉积物间隙水氮素垂向分布影响:以三峡水库和小湾水库为例

为分析不同分层水库沉积物间隙水氮营养盐垂向分布差异的原因,通过监测香溪河库湾、长江干流和小湾水库3种水域上覆水-间隙水环境特征,分析了不同分层水域沉积物间隙水氮营养盐垂向分布特征,并探讨了造成3种水域沉积物间隙水氮营养盐分布差异的原因.结果表明:①长江干流与香溪河库湾沉积物间隙水ρ(TN)随深度逐渐升高,而小湾水库ρ(TN)在12 cm处达到最大,底层呈"C"型分布;长江干流和香溪河库湾沉积物间隙水ρ(NH+4)随深度呈升高趋势,小湾水库底层含量略高于表层,整体上无显著变化,且长江干流与香溪河库湾ρ(NH+4)整体上高于小湾水库,浓度变化范围分别为:0.512~8.289、0.968~9.307和0.950~1.500mg·L^-1;3个水域沉积物间隙水ρ(NO-3)垂向分布特征均与ρ(NH+4)相反,且香溪河库湾与长江干流ρ(NO^-3)高于小湾水库,浓度变化范围分别为:0.143~0.674、0.107~0.647和0.050~0.051mg·L^-1;②3种水体理化指标垂向分布特征也存在明显差异.长江干流水温垂向无明显变化,垂向稳定系数N^2<5×10^-5 s^-2,水体混合均匀,溶解氧垂向变化范围为:6.180~6.318mg·L^-1;香溪河库湾中上游水温垂向上呈降低趋势,下游水温呈阶梯状分布,N2均大于5×10^-5 s^-2,处于稳定分层状态,溶解氧呈"C"型分布特征;小湾水库在水深5~15 m和54~70 m出现明显分层,溶解氧在水温梯度较大处显著降低,80 m后,沿水深无明显变化;③上覆水水动力、溶解氧分布以及沉积物环境差异是造成3种水域间隙水氮营养盐垂向分布差异的主要原因,且香溪河库湾间隙水氨氮和硝氮含量较高,可能提高反硝化速率,进而有助于水域脱氮,减少水域氮负荷.

夏季珠江口外近海沉积物/水界面营养盐的交换通量

基于2002年夏季(7月)对珠江口外近海的生态环境调查,获取了该海域沉积物间隙水的营养盐剖面资料,估算了沉积物/水界面的营养盐交换通量,并且与实验测定的沉积物/水界面交换通量进行了对比。结果表明,沉积有机质在厌氧环境下降解大大提高了间隙水中的铵盐、磷酸盐和硅酸盐含量,导致这些营养盐总体上从沉积物内部向沉积物/水界面转移。但在该界面附近,铵盐被不同程度地硝化,所形成的硝酸盐又被不同程度地反硝化;磷酸盐和硅酸盐交换通量则受到自生矿物沉淀与溶解、吸附与解吸作用的影响,因此营养盐的净交换通量是各种物理、化学和生物作用的综合结果。模拟实验研究显示,该海区NH4+、NO3-、NO2-、PO43-和SiO44-的沉积物/水界面交换通量分别为-0.197—1.93、-0.558—0.178、-0.064—-0.009、-0.079—0.126和-6.89—7.00 mmol.(m2.d)-1。根据营养盐剖面资料计算的交换通量不仅很小,交换通量方向也往往与实验结果不符。

九龙江河口区养虾塘沉积物-水界面营养盐交换通量特征

通过对九龙江河口区陆基养虾塘水样和沉积物样品采集分析及结合室内模拟实验,探讨了虾塘在不同养殖阶段沉积物-水界面营养盐通量时间变化特征及其主要影响因素。虾塘沉积物向上覆水体释放NO_x^--N(NO_2^--N和NO_3^--N)、NH_4^+-N和PO_4^(3-)-P能力均呈现随养殖时间推移而降低的特征。沉积物在养殖中期和后期分别呈现对上覆水体NO_x^--N和PO_4^(3-)-P的吸收现象,但总体表现为释放(平均通量分别为(1.87±1.15)、(1.58±0.52)mg m^(-2)h^(-1)和(1.22±0.62)mg m^(-2)h^(-1))。沉积物-水界面溶解无机氮交换以NH_4^+-N为主(沉积物平均释放通量为(46.18±13.82)mg m^(-2)h^(-1))。沉积物间隙水与上覆水间的营养盐浓度差(梯度)及温度对上述交换通量的时间动态特征具有重要调控作用。研究结果表明养殖初期或中期沉积物较高的无机氮(尤其是NO_2^--N和NH_4^+-N)释放是养殖塘水质恶化的一个极具潜力的污染内源,可能会对虾的健康生长产生负面效应,控制沉积物无机氮释放是养虾塘养殖初期和中期重要的日常管理活动之一。

红树林种植:养殖耦合系统沉积物——水界面营养盐扩散通量研究

2010年3月对深圳海上田园红树林种植:养殖耦合系统4个养殖塘沉积物——水界面营养盐的扩散通量进行了全面研究。结果表明:养殖条件改变了底泥环境,进而影响了沉积物间隙水的营养盐垂直分布。各塘的NH4+-N均为正通量,说明底泥有机质在持续矿化,底泥NH4+-N的释放是水体NH4+-N升高的主要原因。红树种植岛的引入对有机物在底泥的积累有一定的控制作用。

磷在水和沉积物中的形态

文章介绍了生物可利用态的磷（总磷、有机磷、无机磷）在土耳其奥龙特斯河河水和表层沉积物中的分配结果．通过连续提取方法可获得无机态的磷，每次获得的无机磷有4种形态：松散吸附态的磷、铝绑定态磷、铁绑定态磷以及钙绑定态磷．河水中总磷浓度平均达到3．724mg／L，表层沉积物中总磷干重平均达到312．30mg／kg．表层沉积物间隙水中所含的总磷量不足表层沉积物所含总磷量的1％．无机磷含量最丰富的形式为钙绑定态磷．其他2种形态磷的相对丰度在表层沉积物和河水均遵循铝绑定态磷〉松散吸附态的磷〉铁绑定态磷的顺序．

珠江口及其邻近海域沉积物甲烷-硫酸根界面分布深度及影响因素

利用化学和稳定同位素化学等方法分析研究区沉积物间隙水甲烷和硫酸根、pH和ΣCO2以及δ13C-CH4和δ13C-ΣCO2的垂直剖面分布。结果显示,间隙水硫酸根浓度呈线性梯度减小,至沉积物甲烷-硫酸盐界面(sulfate-methane interface,SMI)附近,硫酸盐几乎全部消耗而甲烷浓度急剧增大;与此同时,间隙水pH和ΣCO2在该深度位置明显升高。间隙水地球化学特征揭示了沉积物发生了AOM作用。在AOM过程中,由于12CH4氧化速率较13CH4快,故引起沉积物间隙水剩余甲烷的碳同位素偏重,而δ13C-ΣCO2值变为极负.珠江口QA11-2、QA12-9、QA12-14和GS-1四个站位SMI对应深度分别为12cm、38cm、50cm和204cm,而南海BD-7站位由间隙水硫酸根剖面变化推算约为600cm。从珠江河口到南海沉积物,由于受陆源输入的减少,表层沉积物有机质含量呈降低趋势。有机质输入量及其活性的高低是制约了沉积物SMI分布深浅的关键因素,这是由于高含量的活性有机质一方面可加速间隙水硫酸根通过有机质再矿化分解作用途径消耗;另一方面可引起向上扩散进入AOM反应带的甲烷通量增大,使得通过AOM作用的硫酸根消耗通量相应增大,其结果造成沉积物SMI的上移。根据沉积物C/N比值以及13C剖面变化,推断AOM作用的可能发生机制是由于在沉积物表层再矿化作用过程中,因一部分活性有机质被大量消耗,导致进入沉积物硫酸根还原带底部的活性有机质数量相应减少,从而引起部分硫酸根转为与甲烷发生反应,并在微生物的作用下完成AOM过程。

珠江口桂山岛沉积物甲烷厌氧氧化作用研究

系统分析了珠江口桂山岛沉积物间隙水甲烷和硫酸盐、pH和溶解无机碳(DIC)以及δ13C-CH4和δ13C-DIC的垂直剖面分布.结果显示:间隙水硫酸盐浓度呈线性梯度减小,至沉积物SMI(sulfate-methane interface)附近,硫酸盐几乎全部消耗而甲烷浓度急剧增大,与此同时,间隙水pH和DIC在该深度位置明显升高.间隙水地球化学特征揭示了沉积物发生了甲烷厌氧氧化(AOM)作用.在AOM过程中,由于12CH4氧化速率较13CH4快,故引起沉积物间隙水剩余甲烷的碳同位素偏重,而δ13C-DIC值变为极负.由扩散公式计算结果可知,AOM消耗沉积物间隙水硫酸盐占总硫酸盐的比例为58.6%,该过程产生的DIC占间隙水总DIC的比例为41.4%.沉积物有机质的活性及含量大小对AOM作用的发生及其强度有重要的影响,该研究区沉积物活性有机质(主要为海洋来源)在沉积物表层通过矿化分解作用消耗,从而导致进入沉积物硫酸盐还原带底部的活性有机质数量减少,在该条件下,部分硫酸盐将转为与甲烷反应消耗,从而引发AOM.