中国地区湖泊沉积物中^137Cs分布特征和环境意义

^(137)Cs是人为放射性核素,长期以来,它在沉积物岩芯剖面中的分布被用作近代沉积物定年的重要手段之一.本文全面收集了关于我国湖泊沉积物中^(137)Cs分布的研究文献,对它们进行了综合分析和对比;试图揭示中国湖泊沉积物中^(137)Cs剖面分布特征和环境意义:结合我国湖泊分区和特点,分别讨论了我国5大湖区^(137)Cs的总体特征和主要影响因素.研究表明:影响^(137)Cs沉积剖面分布的因素,除了纬度和海拔外,还应与当地的地貌特征、降雨量、植被状况和人类活动有关;全球核大气沉降是中国湖泊沉积物的^(137)Cs剖面分布最主要的来源,同时我国早期的大气核试验和前苏联切尔诺贝利核泄漏事件对我国部分地区^(137)Cs分布可能有一定的影响.

光照对湖泊上覆水DON影响机制及环境学意义

利用三维荧光光谱和紫外-可见光谱技术,通过室内模拟实验研究了光照对洱海上覆水溶解性有机氮(DON)影响,经平行因子分析法(PARAFAC)和荧光区域积分法(FRI)解析了DON含量、结构组分变化特征,并探讨了其环境学意义.结果表明:(1)未加汞光照条件下,洱海上覆水DON含量随光照时间延长呈波动上升趋势,NH_4^+与DON含量呈显著负相关(R2=0.94,P<0.05),即NH_4^+与DON之间存在相互转化,且光照可能促进了NH_4^+向DON的转化;(2)加HgCl_2后实验组与对照组SUVA254(1.78、1.85)、A253/A203(0.35、0.34)、E2/E3(5.85、5.77)及SR(1.03、1.14)均值差别不大,未加HgCl_2实验组较对照组SUVA254、A253/A203、E2/E3值有一定差别,表明光照主要是通过微生物作用,进而影响DON特征,表现为光照增强了DON芳香环取代基结构的复杂程度,并且使得羰基、羧基、羟基和酯基种类有所增多;(3)PARAFAC识别出类蛋白质物质(T峰)和类富里酸物质(A峰)两类组分,表明腐殖质类物质与蛋白质类物质之间可能存在相互转化,且微生物所发挥的作用较为明显.以上结果表明,光照可增强生物活性,进而影响对DON的转化和降解.

洋河水库流域土壤与库区沉积物中磷形态特征研究

应用SMT法研究了洋河水库流域土壤、河道及库区沉积物中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)等5种形态,分析了不同区域各形态磷的分布特征.结果表明,洋河水库流域土壤、沉积物中TP、总氮(TN)和有机质(OM)的均值含量总体变化趋势为河道>库区>土壤,其中TP含量变化不大,这说明营养盐不仅通过土壤径流、河道迁移进入库区,而且库区沉积物的释放作用同样明显.库区柱状沉积物有明显的"表层富积"现象,随着沉积物深度的增加,TP、TN和OM含量逐渐减少,在0～16cm下降趋势明显,16cm以下基本保持不变,说明库区沉积物主要以表层污染为主.土壤、沉积物中的磷以IP为主,大约占TP的46%～79%之间,且研究区各磷形态中以Ca-P为主,大约占TP的22%～68%,这与库区地质—地球化学特征有关.土壤中TP的增加主要来自于Ca-P,与该地区土壤的地质背景有关,河道沉积物中TP的增加主要来自于Fe/Al-P,即河道受到人类活动污染的影响较大,而库区TP的增加主要来自于OP,说明洋河水库的富营养化与流域的工业、生活污染以及农业面源污染有关.

湖泊生态安全及其评估方法框架

针对目前我国湖泊存在的主要生态安全问题,同时考虑流域人类活动对湖泊的影响,阐述了对湖泊生态系统及湖泊生态安全的深层认识和理解,并在此基础上建立了"4+1"湖泊生态安全评估方法框架.该方法框架包括湖泊水生态系统健康评估、流域社会经济活动对湖泊生态影响评估、湖泊生态服务功能评估和湖泊生态灾变评估,以及在这4项评估的基础上建立的湖泊生态安全综合评估."4+1"湖泊生态安全评估方法框架既可作为对湖泊生态安全进行整体综合评估的方法,又反映了湖泊水生态健康、流域人类活动对湖泊的影响、湖泊生态服务功能以及湖泊生态灾变4个过程对湖泊生态安全的影响关系,识别影响湖泊生态安全的限制性因子.湖泊生态安全评估启示我国湖泊管理应由水质管理向流域生态系统管理转变,其实质是解决好"人湖"关系,实现"人湖"和谐发展.

东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征

以选自东部平原3种不同类型8个浅水湖泊的18个表层沉积物样品为研究对象,运用分级提取法,研究了沉积物中有机磷(OP)质量分数、形态及其分布状况,并探讨了OP组分与湖泊富营养化的关系.结果表明:东部平原湖泊沉积物中w(OP)为65.2～539.2mg/kg,占w(TP)的19.9%～40.6%,污染程度高的沉积物w(OP)高于污染程度较轻的沉积物.沉积物中各形态有机磷主要以中活性有机磷(MLOP)与非活性有机磷(NLOP)为主,不同类型湖泊沉积物中各形态w(OP)顺序均为城市湖泊>大型养殖型湖泊>大型自然湖泊.城市湖泊与养殖型湖泊以NLOP为主,其相对含量达到50%以上;而大型自然湖泊以生物有效性有机磷(LOP+MLOP)为主,其相对含量为54.6%～61.6%,表明沉积物中有机磷分布状况与湖泊污染程度和人类活动紧密相关.酸提取有机磷质量分数〔w(HCl-Po)〕为10.5～200.9mg/kg,在不同污染程度湖泊沉积物中差异明显,其和总有机磷(Po)的比值〔w(HCl-Po)/w(Po)〕与湖泊水质指标呈显著正相关(P<0.01),与沉积物w(TP),w(OP),w(LOP)及w(MLOP)也均呈显著正相关(P<0.01),即沉积物中的HCl-Po可能是湖泊水体磷的重要来源,沉积物中w(HCl-Po)/w(Po)可以反映湖泊的富营养化程度.

沉水植物黑藻早期分解过程及影响因素研究

分析了沉水植物黑藻早期分解过程及影响因素,旨在对衰亡沉水植物分解机理进行研究,同时也为环境条件变化下,沉水植物分解过程的响应研究提供参考。以期为衰亡期沉水植物的管理提供一定的科学依据。以湖泊常见沉水植物黑藻作为实验材料,进行为期64天腐解实验。对黑藻生物量的消减过程,以及黑藻内部碳氮含量的变化进行了分析研究。同时,模拟三个不同梯度的温度及营养条件,研究在环境因子改变的条件下,黑藻消减过程的变化。分析结果表明,黑藻腐烂分解过程具有明显的阶段性,残体内碳氮在分解过程中,表现为碳含量降低而氮含量升高。同时,黑藻分解速率与环境因素温度以及周边营养条件显著相关。

覆盖不同材料对湖泊沉积物磷释放影响机制

为探讨覆盖不同材料对湖泊沉积物磷释放控制机制,通过室内模拟试验,研究了覆盖Fe2O3、Al2O3、Mn O2等3种氧化物及湖沙、蛭石对洱海沉积物磷释放特征、沉积物磷形态、金属形态及环境因子的影响.结果表明:(1)覆盖不同材料均抑制了沉积物磷释放,Fe组、Mn组、Al组、湖沙组和蛭石组沉积物中TP的Qmax分别减少了40.36%、32.07%、26.25%、11.62%和-7.83%.(2)覆盖材料主要是降低了沉积物中NH4Cl-P、BD-P、Na OH-P的含量,其中覆盖金属氧化物降幅均高于湖沙和蛭石,覆盖Fe氧化物降低幅度最大,覆盖Mn氧化物对Na OH-P降幅较高.(3)覆盖材料通过影响Fe、Al、Mn及TOC在各磷形态中含量,进而控制磷的释放,其中Fe组沉积物BD-Fe和HCl-Fe含量分别增加了23.81%、110.76%,Mn组沉积物NH4Cl-Mn增加110.76%,各组沉积物中Na OH-Al均向HCl-Al转化,且使沉积物TOC含量降低,进而增大沉积物w(TTOC/TP)、w(TFe/TP)、w(TMn/TP)、w(TAl/TP)比值,促进活性磷向惰性磷的转化.(4)覆盖材料通过影响沉积物pH和Eh值,进而影响金属离子形态,控制磷的释放.总体来看,覆盖金属氧化物控磷效果高于非金属无机材料,金属氧化物不仅具有吸附磷等物理作用,而且具有金属离子与磷结合转化磷形态含量的化学作用,进而控制沉积物磷释放,其中Fe氧化物控制效果最高.

覆盖金属氧化物对湖泊沉积物溶解性有机质特征的影响

为揭示不同金属氧化物对湖泊沉积物DOM(溶解性有机质)影响机制,通过室内模拟试验,在沉积物表层分别覆盖Fe、Al、Mn氧化物及湖沙后培养1 a,并利用三维荧光和紫外光谱方法进行表征.结果表明:(1)覆盖Al、Fe、Mn氧化物和湖沙主要降低了0~3 cm沉积物的w(DOC),降幅分别为8.61%、6.27%、22.38%和0.44%.(2)沉积物中DOM的类络氨酸峰(peak B_1)和类色氨酸峰(peak T_2)均产生较大变化.其中三种氧化物均显著降低了上层沉积物中DOM的peak T_2,使底层DOM的peakT_2显著增加.Mn氧化物使DOM的peak B_1降低,Fe和Al氧化物使DOM的peak B_1增加,湖沙则使两类峰均降低.(3)覆盖金属氧化物改变了沉积物DOM结构特征,其中覆盖Fe氧化物增强了其芳香性,而覆盖Mn氧化物和Al氧化却降低其芳香性,但三者均使DOM腐质化程度及官能团数量增加,并使FI(Fluorescence Index,荧光指数)增大,表明DOM向生物源转化.研究显示,沉积物表层覆盖金属氧化物影响了沉积物中DOM迁移和转化,并促进了其降解,导致其分子量和腐殖化程度增加.

太湖沉积物有机碳与氮的来源

选取太湖梅梁湾和湖心柱状沉积物,研究了其有机碳同位素(δ13C)和氮同位素(δ15N)、C/N、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量,并结合210Pb和137Cs沉积物年代测定技术,探究了近百年太湖沉积物有机质和氮的来源。结果表明:太湖梅梁湾湖区在近百年来,其有机质来源总体以自生为主。20世纪50年代以前,湖区受到人类活动的影响较小,沉积物有机质主要来自于湖泊自身水生植物的沉积;50年代到70年代,湖泊内部环境发生变化,湖区逐渐出现藻类大量死亡并沉积的现象,有机质主要来自于水生植物和藻类的共同沉积;70年代到80年代沉积物机质藻类贡献进一步增大;90年代后到现在,则以藻类的沉积为主要来源方式。梅梁湾湖区沉积物氮素的来源在50年代以前主要以流域土壤流失和大型水生植物的死亡为主;50年代到70年代,人类活动的加剧导致大量工业废水、生活污水的输入,藻类开始大面积爆发,氮主要来自于外源的输入、大型植物和藻类的死亡沉积;90年代后到现在,外源氮的输入得到有效地控制,藻类对沉积物氮的贡献相对显著。湖心区域沉积物有机质和氮的来源主要来自于湖泊内部水生植物的沉积。70年代前,沉积物有机质和氮的来源主要来自于水生植物的沉积和水土流失作用;70年代至今,虽然湖泊受到人类活动外源物质输入影响逐渐增大,但总体来讲贡献较小,沉积物有机质和氮的来源仍以湖泊自生为主。

云贵高原典型湖泊富营养化演变过程及特征研究

选取滇池、洱海和抚仙湖3个云贵高原不同营养水平的湖泊,通过对其不同发展阶段的植物群落结构、水质类别、营养水平及流域人口和经济活动等进行研究,总结了云贵高原湖泊发展演化过程中的特征及差异性.结果表明:滇池、洱海和抚仙湖的植物群落结构、水质类别和营养状态均耦合良好,流域人口和经济活动是湖泊富营养化的重要影响因素.流域人口和经济的每一次飞跃,均会导致湖泊水质类别和营养水平明显升高.云贵高原不同类型湖泊的发展过程存在明显的差异性,不仅受控于营养盐的输入,同时也受到湖泊自身特点的影响.滇池是浅水湖泊,其富营养过程与长江中下游浅水湖泊的富营养发生过程基本一致;中等水深湖泊——洱海,其水位变化直接影响了沉水植物的存活,沉水植物的退化和消失与湖泊水质的下降和营养状态的上升关系密切;深水湖泊——抚仙湖,由于水深和基质的影响,大型水生植物很难生长,湖泊水质的下降与藻类数量的增长呈现较好的正向关系.云贵高原湖泊富营养化序列相似,但时间不同步.20世纪70年代是滇池进入中营养水平的关键年代,80年代末是滇池进入富营养化的关键时期;同时,20世纪80年代末也是洱海进入中营养水平的关键转型年代,90年代末期是洱海进入富营养化的加速阶段,同时也是抚仙湖水质下降的加速时期.

铜绿微囊藻生长的营养动力学

应用Monod方程考察氮、磷营养盐对铜绿微囊藻生长的影响 .分别计算得到铜绿微囊藻对总磷的半饱和常数KsP 与对总氮的半饱和常数KsN.结果表明 :KsN>KsP,说明总磷对铜绿微囊藻生长的影响大于总氮 .铜绿微囊藻的现存量 (X)与特定增长率 (μ)随着总磷或总氮浓度的升高而升高 ,但都存在拐点 .当总磷或总氮为单一限制性底物时 ,铜绿微囊藻特定增长率快速增加的总磷与总氮浓度区间分别为 :0 . 0 0 5～ 0 . 2mg/L与 0 . 0 1～ 2mg/L ;由于铜绿微囊藻对氮磷亲和力 (半饱和常数 )的不同 ,氮磷比对铜绿微囊藻生长的影响并不表现在一个确定值上 ,也不能用某一确定比例来衡量一个特定水环境中影响铜绿微囊藻生长的限制性营养元素 ,而应结合氮、磷浓度与氮磷比进行综合考察确定 .

巢湖表层沉积物中重金属污染的时空变化特征及潜在生态风险评价

2008年3月至7月连续对巢湖8个采样点的表层沉积物中Zn、Hg、Cr、Pb、Ni和Cu6种重金属含量进行分析,据此探讨巢湖表层沉积物中重金属污染程度及时空分布特征,评价巢湖重金属污染的潜在生态风险并筛选出主要生态风险因子。结果表明:3月至7月期间,全湖范围内表层沉积物中重金属含量逐渐降低,河流入湖区的污染程度高于其他区域,Zn、Cu、Pb的污染程度高于其他重金属,表层12cm沉积物中的重金属含量随深度增加污染情况呈加重趋势;从潜在生态风险角度分析,巢湖表层沉积物总体只具有轻微潜在生态风险,生态风险指数排名前两位的区域是南淝河入湖区和十五里河入湖区,3月至7月期间重金属潜在生态风险级别逐渐降低,巢湖生态安全主要风险因子为Hg,其次是Pb和Cu。

洱海沉积物有机质、铁、锰对磷的赋存特征和释放影响

利用SMT磷连续提取分级方法研究了洱海表层沉积物中磷的赋存特征,探讨有机质(OM),Fe和Mn对磷赋存形态及释放的影响,同时评估了洱海沉积物磷的释放风险.结果表明:洱海表层沉积物w(TP)为710.3～1 961.2 mg/kg,其中w(Ca-P)最高(占36.9%～59.2%),w(OP)次之(占24.6%～36.9%),w(Fe/Al-P)最低(占9.8%～20.7%);w(OM)为25.0～119.6 mg/g,与w(TP)和w(Ca-P)呈显著负相关;w(总锰)为0.8～3.8 mg/g,w(总铁)为34.3～127.2 mg/g,均与w(TP)及其各形态磷含量呈显著正相关.沉积物中w(Fe/Al-P)/w(Ca-P)比低于0.5,且w(总铁)/w(TP)远大于20,表明磷释放强度小,但w(TOC)/w(OP)<200,说明有机磷的潜在释放风险较大.w(TP)及其各形态磷含量均与无定形铁氧化物(Feo-Fep)含量呈显著正相关,而与结晶态铁氧化物(Fed-Feo)含量的相关性不显著,且全湖沉积物中的铁氧化物以Feo-Fep为主,表明洱海沉积物磷释放主要受Feo-Fep控制.

三峡水库支流营养状态评价方法

综合应用国内外湖库营养控制标准的制订方法的基础上,提出了湖泊富营养化评价的综合营养指数校验法,并对三峡库区支流进行了富营养化评价.结果显示,调查期间,30条支流中,19条支流的平均营养状态指数为富营养化水平,11条支流的平均营养状态指数为中营养水平.4～9月各支流的平均综合营养状态指数值均达到富营养化水平,8月份出现最大值(55.43),显示春、夏季节库区支流发生富营养化的风险较高,应为控制库区富营养化发生的敏感时期.与目前国内传统的由"七五"期间调查的26个湖泊总结得出的"湖库富营养化评价方法及分级技术规定"的评价方法相比,综合营养指数校验法的评价结果比较符合三峡水库支流的实际水质状况,适用于三峡水库支流的富营养化评价.

沉水植物黑藻对上覆水中各形态磷浓度的影响

室内模拟研究了沉水植物黑藻对上覆水中不同形态磷浓度的影响及其季节性变化,并从沉水植物生长、间隙水和碱性磷酸酶活性(APA)三方面进行了讨论,进一步揭示磷在浅水湖泊水-沉积物界面的交换机理。结果表明,在本研究条件下,上覆水中各形态磷以溶解性总磷(DTP)为主,其他形态磷浓度变异较大,黑藻降低了上覆水中总磷(TP)、溶解性活性磷(SRP)和DTP浓度,也降低了DTP和SRP占总磷的比例,从而使颗粒态总磷(PP)和溶解性有机磷(DOP)占总磷比例升高。黑藻主要通过吸收上覆水中的磷和抑止沉积物、上覆水中APA使上覆水中各形态磷浓度保持较低水平,其中对SRP和DTP浓度的影响更明显。上覆水中各形态磷浓度呈现明显的季节性变化。在7～8月,TP、SRP和DTP浓度呈下降趋势,并在8月达到最低值;9～10月间有所升高,但仍然维持在较低水平,不同采样时间存在波动。

海菜花-螺蛳经济湿地对农田低污染水的净化

为研究海菜花水培经济湿地对农田低污染水的净化效能及投放螺蛳对水体净化的影响,在进水ρ(TN)、ρ(NO3--N)、ρ(TP)分别为(5.08±0.14)、(4.71±0.15)、(0.10±0.03)mgL条件下,构建了无螺组(海菜花湿地)、有螺组(海菜花-螺蛳经济湿地)和空白组(无海菜花和螺蛳湿地)3种湿地,对比不同HRT(水力停留时间)对水质处理效果的影响,并考察了其经济效益.结果表明:1HRT为7 d时,无螺组对TN、NO3--N和TP的去除率分别为55.6%±5.8%、62.6%±5.8%和76.3%±4.8%,有螺组分别为50.8%±5.5%、61.2%±6.3%和75.5%±3.9%;HRT为42 d时的污染物去除率与HRT为28 d时相当,并且有螺组和无螺组也相当,对TN、NO3--N和TP的去除率分别在76.8%、92.4%和84.8%以上.2HRT为7和42 d时,投放螺蛳对N、P的去除均表现为抑制作用;HRT为7 d时有螺组浊度显著降低(P<0.05).3HRT为7 d时,有螺组和无螺组对TN、TP的处理量均在800和228 kg(hm2·a)以上,显著高于HRT为42 d〔141、46 kg(hm2·a)〕时.4HRT为7 d的有螺组经济效益最高,为20.3×104元(hm2·a),其中海菜花收益为15.4×104元(hm2·a),投加螺蛳增加经济效益为4.9×104元(hm2·a).综合考虑对农田低污染水的净化效能和经济效益,优选HRT为7 d的海菜花-螺蛳经济湿地处理农田低污染水.

沉水植物对水-沉积物界面各形态氮含量的影响

在室内模拟条件下研究沉水植物对水-沉积物界面的上覆水、不同层次的间隙水和沉积物中不同形态氮含量的影响.结果表明:总体上,上覆水和间隙水中不同形态氮含量的顺序为有机氮>氨氮>硝态氮;沉积物中可交换态无机氮以氨氮为主,沉水植物的存在并没有改变这一格局.不同处理不同层次的间隙水中,各形态氮含量均为下层>中层>上层,但沉积物中氨氮和硝态氮含量变化规律不明显.水-沉积物界面氨氮和硝态氮含量呈现明显季节性变化.总之,水-沉积物界面氨氮是沉积物向上覆水扩散的主要氮组分,沉水植物降低了氨氮和硝态氮的扩散通量.

洱海沉水植物空间分布及生物量估算

为研究洱海沉水植物空间分布特征并估算全湖沉水植物的生物量,于2009年8—9月采用回声测深仪和RTK-GPS定位仪测定了洱海沉水植物分布区面积,通过样方调查研究了不同基底高程下沉水植物的平均生物量.结果表明,洱海沉水植物分布区的面积为19.40 km2,占整个湖泊面积的7.7%;其中东区、南区、西区和北区水生植物分布面积分别占25.1%、7.4%、41.0%和26.5%.沉水植物分布的基底高程范围为1 959.0～1 965.0 m,最深分布线水深的平均值为4.9 m,最大值为6.2 m.其中水深2.0～3.0 m处平均生物量最大.从各区域看,北区沉水植物最深分布线水深平均值(5.2 m)最大,西区(5.0 m)和南区(4.8 m)其次,东部(4.6 m)最小;沉水植物平均分布宽度表现为北区(399.2 m)>南区(213.6 m)>西区(175.0 m)>东区(86.4 m).沉水植物生物量在8—9月达到最大值,为1.60×105t.

不同沉水植物对沉积物磷迁移转化的影响

选择了微齿眼子菜(Potamogeton maackianus A.Benn.)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)3种沉水植物,在温室模拟研究了不同沉水植物对湖泊沉积物磷迁移转化的影响。研究结果表明,随着培养时间的延续微齿眼子菜和穗花狐尾藻对沉积物NaOH-P有明显的吸收和转化作用,分别吸收和转化了36.9%和33.2%,而金鱼藻对沉积物NaOH-P的影响不显著;各处理随着植物的生长,由于根系的吸收作用,沉积物中Olsen-P发生了从非根际→根际→沉水植物的迁移过程,其中微齿眼子菜和穗花狐尾藻更为明显。因此,微齿眼子菜和穗花狐尾藻对沉积物磷释放的控制作用更为明显。

洱海上覆水DOM荧光特征及对富营养化的指示意义

湖泊溶解性有机物(DOM)组成特征对水质具有重要的影响,研究上覆水DOM组成特征对指示湖泊富营养化现状具有重要意义。采用荧光光谱区域体积积分分析法(FRI)定量分析洱海上覆水DOM组分时空变化,以及DOM组分与水质因子间的关系,对比分析不同来源入湖水体、不同富营养化程度高原湖泊上覆水DOM组分荧光特征。结果表明,洱海上覆水体DOM主要以类腐殖酸为主,其次为类富里酸,洱海DOM总量及类腐殖酸组分中部较高,色氨酸和络氨酸等类蛋白质DOM南部较高,类富里酸DOM北部较高。藻华易发期(10月)类蛋白质和类富里酸DOM较低,类腐殖酸DOM显著增加,DOM生物源降低,DOM生物活性降低。洱海沉积物内源释放和入湖河流主要影响上覆水中类腐殖酸DOM,湿沉降主要增加类蛋白质DOM。在湖泊贫营养阶段类富里酸DOM对水质影响较大,在富营养阶段类腐殖酸DOM对水质影响较大。随着湖泊富营养化程度的加剧,上覆水类蛋白质和类富里酸DOM所占比例呈下降趋势,微生物降解产物和类腐殖酸DOM所占比例呈增加趋势。DOM荧光组分占比变化对湖泊富营养化具有指示作用。