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。

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。

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。

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。

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.

崇明东滩沉积物再悬浮对沉积物-水界面氮、磷交换行为的影响

20 0 2年 7月采集崇明东滩低潮滩沉积物样和水样 ,运用模拟实验研究沉积物再悬浮作用对沉积物 水界面三态氮和可溶磷交换行为的影响 .实验发现 ,在沉积物不断发生再悬浮的过程中 ,水体中三态氮的含量明显增加 ,其中NO- 3 N变化最为显著 ,升高浓度值达 1 1 86 9μmol·L- 1,NH+4 N增长 2 1 71 3μmol·L- 1,NO- 2 N的释放约为0 2 μmol·L- 1,可溶磷的含量也有少量的增加 .同时 ,再悬浮作用对沉积物 水界面三态氮和可溶磷的环境地球化学行为也有一定的影响 ,与静置状态相比 ,NH+4 N和NO- 3 N表现出与静置状态截然相反的变化规律 ,NO- 2 N受多种因素的影响 ,变化比较复杂 ,初期与静置状态相反而后表现一致 .再悬浮颗粒物浓度也是制约沉积物 水界面三态氮和可溶磷变化的主要因子之一 .实验结果显示 ,NH+4 N在前 7h以内的变化和悬浮颗粒物浓度表现出较好的相关关系 ,后 5h呈负相关关系 ;NO- 2 N和可溶磷在整个过程中与悬浮颗粒物浓度的变化都有着很好的相关性 ,只有NO- 3 N的变化与其关系比较薄弱 .

湖泊沉积物-水界面氧气交换速率的测定及影响因素

水流启动-停止法可有效获取体积式氧气交换速率(O2(t)),且该速率与沉积物柱样培养法获得的总氧气交换速率(TOE)之间具显著相关性;与由一维溶解氧剖面计算获得的氧气在扩散界面层中的扩散速率和氧气在沉积物中的扩散速率相比,O2(t)与TOE不仅能代表氧气扩散速率,而且还包括沉积物中生物呼吸以及生物扰动引起的界面氧气交换速率信息.此外,通过比较太湖及南四湖多位点不同沉积物性质条件下界面氧气交换速率,结果表明界面氧气交换速率在空间尺度上的差异性,除与生物因素有关外,还与沉积物有机物质含量显著相关.

大型底栖动物对长江口潮滩沉积物-水界面无机氮交换的影响

基于实验模拟,通过对比分析潮滩无机氮长短期通量交换、循环规律及沉积物中无机氮的剖面特征在有/无底栖动物活动背景下的差异,探讨了双壳类底栖动物河蚬对长江口潮滩沉积物-水界面无机氮交换的影响及其机制.研究发现:潮滩无机氮界面交换中,河蚬的钻穴活动能增加向上覆水方向氨氮和硝氮的通量值;河蚬长期栖息对界面的生物扰动和代谢物排放能促进氨氮向上覆水的释放并逐渐加强沉积物氧化层中的硝化活动;界面附近河蚬的扰动和喷灌活动改变了沉积物中无机氮的垂直剖面特征,加速了沉积物中有机质的矿化分解和两相界面间氨氮的离子交换,促进沉积物氮库向滨岸水体的释放输出.

春季珠江口内营养盐剖面分布和沉积物-水界面交换通量的研究

2005年春季（4月）时珠江口内6个站住的营养盐剖面分布及沉积物-水界面的交换通量进行了全面研究。在获取该海域沉积物间隙水营养盐剖面资料的基础上，估算了沉积物-水界面营养盐的交换通量，并且与实验测定的沉积物-水界面交换通量进行了对比。研究结果表明。珠江口内间隙水营养盐在不同站位间含量差异明显，呈现出由河口向外海逐渐降低的分布趋势。对于大多数站住营养盐，交换实验得到的通量大于利用间隙水浓度梯度法估算的结果，交换实验具有更高的分辨率。应用交换实验测定的沉积物-水界面交换通量，体现了营齐盐扩散和界面反应的综合作用结果。研究区域的NH4^＋，NO3^-，NO2^-，SiO4^4-和PO4^3-的交换通量分别为-1．3184--0．9854，-0．5583～0．4692，-1.5188--0．1438，-1．9673～3．8831和-0.2464～0．0939mmol·d^-1·m^-2．

闽江口盐淡水湿地沉积物-水界面无机氮交换通量特征

为探索河口区盐淡水湿地潮滩沉积物-水界面无机氮交换通量的空间差异与秋、冬季变化特征及其影响因素,选取闽江河口区内的鳝鱼滩、蝙蝠洲、塔礁洲3个盐淡水差异较为明显的湿地洲滩作为采样断面,对沉积物-水界面无机氮交换通量及其影响因子进行测定与分析,其中3个断面的沉积物与上覆水盐度大小均表现为鳝鱼滩〉蝙蝠洲〉塔礁洲。结果表明：（1）秋、冬季研究区NH＋4-N、NO-3-N和NO-2-N的界面交换通量分别为（-2.174）-1.437mmol/（m2·d）,（-4.113）-0.440mmol/（m2·d）和（-0.152）-0.169mmol/（m2·d）,与国内外一些河口区的研究结果相比处于较低水平;（2）无机氮界面交换通量（除NO-2-N外）存在明显的时空分异特征,从低盐度湿地（塔礁洲）到高盐度湿地（鳝鱼滩）,NH＋4-N界面交换通量秋季表现出由源转化为汇,而冬季则表现为由汇转化为源的特征,鳝鱼滩NH＋4-N的秋、冬季源汇转换表现的最为活跃,NO-3-N的界面交换通量秋季表现为从低盐度湿地到高盐度湿地逐渐减少的特征,而冬季则表现为蝙蝠洲〉塔礁洲〉鳝鱼滩;（3）沉积物盐度与NH＋4-N界面交换通量呈显著负相关（P〈0.01）,与NO-3-N的界面交换通量呈极显著正相关（P〈0.01）;（4）无机氮界面交换通量还受到沉积物粒径、沉积物及上覆水无机氮含量等因素的影响。

Si在胶州湾沉积物-海水界面上的交换速率和通量研究

本文应用实验室培养法研究了 Si O3 - Si在胶州湾 1 6个站位沉积物 -海水界面上的交换速率。考虑培养时间、取样时间和间隔等因素 ,采用连续函数的方法计算了 Si O3 - Si交换速率。结果表明 ,Si O3 - Si在胶州湾沉积物 -海水界面上的交换表现为由沉积物向水体的释放 ,交换速率一般在因为 1～5mmol·m-2· d-1范围内 ,平均为 3.3mmol·m-2· d-1。高含量有机质沉积物 ,特别是生物扰动作用可以增大 Si O3 - Si交换速率。考虑胶州湾各种沉积物类型占胶州湾总面积的权重 ,Si O3 - Si在胶州湾沉积物 -海水界面上的交换通量为 1 .0 6× 1 0 9mmol·d-1 ,是河流输入量的 5.3倍 ,可提供浮游植物生长所需硅的 58%。

春季长江口崇明东滩沉积物-水界面营养盐交换过程研究

2005年3—5月,选取位于长江口崇明东滩的3个典型站点,对沉积物间隙水中营养盐剖面进行了观测;同时,通过模拟现场环境培养的方法测定了营养盐在沉积物-上覆水界面的交换通量。结果表明,间隙水中NH4+和SiO32-浓度比PO34-和NO-2+NO3-一般要高2—3个数量级。沉积物-水界面交换过程在春季表现为对NO3-和SiO32-的吸收,吸收的量在很大程度上取决于上覆水中这两种营养盐的浓度;由上覆水和表层间隙水浓度梯度所决定的分子扩散通量对实际交换通量的控制有限。对NO3-,分子扩散通量占交换通量的比例不到21%;对SiO32-,前者和后者的方向相反;对NH+4,较大的浓度梯度支持显著的释放通量,而在培养过程中并没有发现上覆水中NH+4浓度持续的增长。以上结果都说明其它因素,如浮游植物吸收、颗粒物吸附以及底栖动物扰动在更大程度上决定着崇明东滩沉积物-水界面营养盐的交换过程。

胶州湾潮滩沉积物-水界面交换对海湾营养盐的影响

2004年9月在胶州湾红石崖(HSY)和河套(HT)潮滩进行了沉积物—海水界面的营养盐交换通量培养实验,结果表明:D IN在胶州湾沉积物—海水界面的交换以NH4-N的扩散为主,交换方向是由上覆水向沉积物迁移,NO3-N的扩散方向与NH4-N的相反;S iO3-S i的交换和PO4-P的相似在潮滩各站位均是由上覆水向沉积物的方向迁移,表明潮滩沉积物是水体中营养盐的汇。NO2-N、NH4-N、PO4-P、S iO3-S i在沉积物—海水界面的交换通量为净吸收,分别为河流输入通量的25、7、9、2倍,但NO3-N的交换是由沉积物向海水方向,通量仅为河流输入通量的20%。潮滩沉积物—海水界面受到大量底栖动物的生理活动及其它作用的影响,因此营养盐培养实验得到的通量与利用间隙水浓度梯度法估算的结果存在明显差异。

东海春季赤潮前后沉积物-海水界面营养盐交换速率的研究

应用实验室培养法现场研究了3~5月东海硅藻赤潮发生前后10个站位的营养盐在沉积物-海水界面的交换,并应用连续函数拟合法计算了营养盐的界面交换速率.结果显示,NO3--N在赤潮前向沉积物中汇聚[-1.33^-0.68 mmol/(m2.d)],赤潮后却基本由沉积物向海水中释放[-0.69~0.82 mmol/(m2.d)].NH4+-N在赤潮前后大都从沉积物中释放[-0.65~1.46mmol/(m2.d)],赤潮后释放速率小于赤潮前.NO2--N赤潮前后除Zc17站外都向沉积物中汇聚[-0.09~0.05 mmol/(m2.d)],赤潮后汇聚速率稍高.SiO23--Si在所有站位都由沉积物向海水释放[0.85~9.23 mmol/(m2.d)],其赤潮后速率高于赤潮前.PO34--P在赤潮前向沉积物中汇聚[-0.06^-0.01 mmol/(m2.d)],在赤潮后却由沉积物向海水中释放[0~1.26 mmol/(m2.d)].NO3--N和PO43--P向东海近海沉积物的汇聚在春季不利于硅藻赤潮的暴发,但其在硅藻赤潮暴发后从沉积物的大量释放为后面紧接的大面积甲藻赤潮的暴发提供了重要的营养物质补充.

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ(TP)的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ(TN)的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO_4^(3-)-P和NH_4^+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO_3^--N的"源",而中上游区域表现为NO_3^--N的"汇";PO_4^(3-)-P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/(m^2·d),NH_4^+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/(m^2·d),NO_3^--N的释放通量范围为-1.109~3.446mg/(m^2·d).研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.

东、黄海沉积物-水界面营养盐交换速率的研究

2000年10月和2001年5月随“东方红2号”考察船在东、黄海进行考察，在A2、E2、E4、E5、E65个站位作了培养实验，研究沉积物-水界面在氧化和还原条件下的交换通量。在东海海域，NO3^-、PO4^3-、总磷（TDP）由水向沉积物中扩散，NH4^＋、SiO3^2-由沉积物向水中扩散，NO3^-、TDP、NH4^＋在还原条件下的交换通量大于氧化条件下的交换通量，PO4^3＋、SiO3^2-在氧化还原条件下的交换通量基本一致。在黄海海域，两站位各溶解态营养盐的迁移方向有较大差异。在距离陆地较近的海域，各溶解态营养盐多由水中向沉积物中扩散，且距离陆地越近，交换通量越大。在东、黄海海域，沉积物释放的SiO3^2对初级生产力的贡献分别为13％、10％～18％，与河流输送和大气沉降相比，沉积物对黄海、东海SiO3^2-的贡献分别占90％、86％，说明沉积物是SiO3^2-的源。而在整个东、黄海海域，对于溶解无机氮（DIN）和PO4^3-来说，它们的交换通量为负值，即沉积物从水体中吸附溶解无机氮和磷，说明沉积物是DIN和PO4^3-的汇。

海州湾海洋牧场沉积物-水界面营养盐交换通量的研究

为研究海洋沉积物-水界面间营养盐的交换状况,进一步了解营养物质的循环动力学和水体富营养化的内在机理,采用实验室培养法,对海州湾海洋牧场2014年春季(5月)5个站位、夏季(8月)6个站位和秋季(10月)6个站位沉积物-水界面营养盐的交换速率和交换通量进行了研究。结果表明:海州湾沉积物-水界面上硅酸盐(Si O2-3-Si)、磷酸盐(PO_4^(3-)-P)在春季表现为由水体向沉积物进行迁移,其交换速率平均值分别为-3.27、-0.32 mmol/(m^2·d),夏季和秋季均表现为由沉积物向水体进行释放,夏季二者的交换速率平均值分别为8.53、0.41 mmol/(m^2·d),秋季分别为4.92、0.32 mmol/(m^2·d);溶解态无机氮(DIN)在春、夏、秋季均表现为由沉积物向水体进行释放,交换速率平均值分别为2.86、3.39、13.04 mmol/(m^2·d);海州湾沉积物-水界面SiO_2-3-Si、PO_4^(3-)-P、DIN的交换通量在3个季节的平均值分别为4.56×10~8、1.82×10~7、8.65×10~8mmol/d,沉积物可为海州湾初级生产力提供66%的SiO_2-3-Si、42%的PO_4^(3-)-P、124%的DIN营养供给。研究表明,海州湾海洋牧场沉积物-水界面营养盐的交换速率与国内外近岸海区相比处于中等水平。

长江口沉积物-水界面无机氮交换通量的模拟测定

通过对长江口水下沉积物-水界面可溶态无机氮(DIN=NO3-+NO2-+NH4+)的交换行为研究发现,低潮时近口点(A)沉积物是水体DIN的汇(-2006.99μmol/(m2·h)),而靠近口外点(B)沉积物是水体DIN的源(1848.27μmol/(m2·h))。但高潮时,A点沉积物转变为水体DIN的源(1880.97μmol/(m2·h)),而B点的沉积物转变成为DIN的汇(-956.64μmol/(m2·h))。在距河口较远高低潮盐度变化微弱的地点(P),沉积物始终是水体DIN的源(1872.41μmol/(m2·h))。高低潮海水盐度的变化对沉积物中微生物活动的影响是导致这一变化的主要原因。

长江口北支潮滩沉积物-水界面无机氮的交换通量及季节变化

对长江口北支地区沉积物 -水界面无机氮的交换通量及季节变化进行了研究。由于沉积物 -水界面无机氮的交换行为受到不同环境因子的影响 ,随着季节更替 ,氮的界面交换行为有较大的差异。一方面 ,滨岸地区的沉积物对水体中的氮有着良好的去除能力 ,是水体中硝氮、氨氮的汇 ;另一方面 ,由于河口滨岸生态系统是一个脆弱的并且处于动态变化的系统 ,随着外界条件的变化 ,河口沉积物 -水界面的物质交换会受到很大的影响 ,有可能从营养盐的汇转化为营养盐的源 ,对水体造成二次污染。研究揭示 :生物活动、温度、溶解氧等环境因子在沉积物 -水界面氮的季节交换行为中作用明显 ,而盐度。

潮滩沉积物—水界面NH_3-N交换通量的底栖藻类效应

在考虑底栖藻类效应的基础上,运用实验模拟技术,研究了“有光—无光”和“淹水—暴露”这两个典型潮滩环境条件下沉积物—水界面NH3-N的扩散通量变化,发现光照和暴露时间的长短显著影响沉积物—水界面NH3-N的迁移交换。暴露后淹水初期NH3-N由沉积物向上覆水释放,但在光照条件下由于底栖藻类的光合作用或吸收作用使得释放通量减少甚至改变了扩散方向。随着暴露时间的增加,NH3-N从沉积物向上覆水体释放通量减小。