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.

洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳氮同位素来源特征及水质指示意义

为探究湖泊水体悬浮颗粒物和沉积物有机碳、氮来源及水质指示意义,分析了2013-2014年洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳同位素(δ^(13) C)、氮同位素(δ^(15) N)和C/N比值时空变化特征及与水质的关系.结果表明:①洱海悬浮颗粒物δ^(13) C、C/N、δ^(15) N在旱、雨季差异显著(P<0.05),旱季变化范围分别为-31.75‰~-18.21‰(均值-25.34‰±4.14‰)、9.1~16.9(均值13.3±2.7)、4.9‰~7.4‰(均值6.4‰±1.3‰),雨季变化范围分别为-14.7‰~-23.8‰(均值-20.2‰±3.3‰)、4.6~8.9(均值7.1±1.6)、7.4‰~10.8‰(均值9.3‰±1.8‰).悬浮颗粒物有机碳来源在旱季以陆源C3植物为主(46.0%±6.9%),转变为雨季以浮游植物为主(43.3%±6.1%);氮来源在旱季以陆源植物为主(40.7‰±6.5%),转变为雨季以湖内水生植物和浮游植物为主(39.9%±6.6%).表层沉积物δ^(13) C(-24.0‰~-14.6‰(均值为-18.7‰±4.7‰))和C/N(9.1~15.5(均值为12.1±3.3))均无显著季节差异(P>0.05),δ^(15) N在旱、雨季差异显著(P<0.05),变化范围分别为1.9‰~4.9‰(均值为3.6‰±1.5‰)和0.7‰~7.8‰(均值为4.2‰±1.8‰).表层沉积物有机碳来源在旱、雨季均以陆源C4植物为主(48.2%±19.1%),氮来源旱季以陆源植物为主(44.3%±10.1%),转变为雨季以化肥为主(30.3%±6.8%).两者有机碳与氮来源差异揭示水生和浮游植物来源的有机碳与氮易降解,对水质影响较大,而陆源C4植物和土壤来源的有机碳和化肥来源氮易沉积,对水质影响相对较小.②随机森林回归分析表明,悬浮颗粒物有机质(POM)来源差异(δ^(13) C、C/N)、氧化还原电位和水温(WT)是影响水体多营养循环指标的重要因子,重要度为4.0%~6.9%;POM、C/N和WT是影响叶绿素a的重要因子,重要度为9.3%~10.7%,说明POM来源特征结合水环境因子显著影响水质,而表层沉积物有机质来源相对稳定,对水质无显著影响.为防控洱海水质持续下降,除了加强外源控制,雨季还应重点采取控藻措施.

洱海水华高风险期水体氮磷变化及其指示意义

为揭示水华高风险期水体氮磷变化对洱海的指示意义,结合洱海2009年、2013年和2018年采样检测数据及三维荧光、紫外光谱技术,研究了洱海上覆水氮磷组成和结构变化及影响因素.结果表明:(1)ρ(TN)和ρ(TP)均先降后升,由2009年氮磷以DON(0.231 mg/L,占36.90%)和DOP(0.016 mg/L,占42.05%)为主,转变为2018年以NH4+-N(0.197 mg/L,占32.89%)和PP(0.033 mg/L,占70.00%)为主,NH4+-N和溶解性有机氮磷质量浓度变化是引起氮磷变化的主要因子.各形态氮磷质量浓度空间变化差异较大,北部和中部湖区ρ(TN)、ρ(TP)及其增幅均大于南部湖区;ρ(DON)在北部和南部湖区总体呈下降的趋势,中部湖区ρ(DON)先降后升,增幅为3.32%;ρ(DOP)在北部和中部呈递减,南部湖区则先升后降,总体增加了70.21%;ρ(NH4+-N)在中部和南部湖区显著增加,北部湖区先降后升.(2)上覆水氮磷质量浓度及形态时空变化受外源负荷、内源释放和藻类生长共同影响,其中入湖河流是影响氮磷质量浓度变化的主因,且农村生活污染和农田面源污染影响也较大;有机氮磷变化主要受外源输入和湖泊微生物代谢影响,而ρ(NH4+-N)变化则主要受沉积物释放和藻类生长影响.(3)洱海水华高风险期上覆水腐殖化程度明显降低,有机氮磷分子量减小,而活性增加,一定程度上可促进藻类生长.研究显示,近10年洱海氮磷质量浓度有增加趋势,有机氮磷质量浓度虽有所下降,但其活性较高,藻类水华风险并未降低,除进一步加强外源负荷控制,关注TN和TP的同时,洱海保护治理还应关注有机氮磷输入以及中部和南部湖区沉积物氮磷释放的水质影响.

近20年来我国沉积物环境与污染控制研究进展与展望

内陆水体(湖泊、水库、沼泽、河流)和河口海洋等底部,广泛且连续分布着沉积物质,在其形成过程中受自然和人类活动影响,具有与污染物有关的环境意义和特征。中国区域差异大,环境问题较为突出,经过近几十年来围绕沉积物环境和污染控制开展的研究,我国相关成果不断涌现。首先介绍了国际上有关沉积物环境的若干里程碑性研究,回顾了前70年我国沉积物研究的发展历程。然后侧重于与人为活动有关的环境污染,分别从沉积物环境和污染控制修复两个方面,总结和归纳了近20年来中国在沉积物水环境中的作用及效应、污染物在沉积物—水界面环境行为与影响因素、沉积物生态风险与质量基准、污染沉积物的原位修复、污染沉积物疏浚及异位处置利用等方面的主要研究进展,评述了其中一些研究成果的联系和差异。最后对我国沉积物环境研究中存在的问题进行了分析,提出关于多学科交叉、复合污染、新兴/非传统污染物、质量基准、治理技术创新等几个亟需和深入开展研究的科学和技术问题,给出了解决的思路和途径,并进行了展望。

湖泊沉积物有机磷释放动力学特征及水质风险

为揭示湖泊沉积物有机磷释放特征及对水质影响,选取我国云南高原及长江中下游6个湖泊沉积物,研究了溶解态有机磷(DOP)和溶解态无机磷(SRP)释放动力学差异及有机磷形态与溶解性有机质(DOM)特征对沉积物磷释放影响,并探讨了沉积物DOP释放的水质风险.结果表明:①沉积物DOP和SRP释放动力学过程相似,均遵循二级动力学模型,首先是快速释放阶段,随后慢速释放,释放曲线逐渐平缓并达到最大释放量.②沉积物有机磷释放与有机磷形态和有机质有关.活性有机磷(LOP)和中活性有机磷(MLOP)是快速释放阶段主要向上覆水释放的DOP形态.释放后期LOP和MLOP占总有机磷(DTP)比例下降,而非活性有机磷(NLOP)比例增加;同时DOM腐殖化程度和芳香性随磷释放过程逐渐升高,DOM活性不断降低,导致DOP释放速率呈先快后慢趋势.③与SRP相比,DOP释放量较大,占DTP总释放量的47%~77%,释放风险较高;湖泊营养水平较高,沉积物DOP释放量较大,水质下降风险也较高.因此,湖泊沉积物磷释放不仅应关注无机磷释放,也应关注有机磷释放,否则会低估沉积物磷释放量及水质风险.