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大型浅水湖泊沉积物内源营养盐释放模式及其估算方法--以太湖为例 总被引：27，自引：1，他引：26
在新的野外调查和室内试验基础上,完善了有关大型浅水湖泊沉积物内源营养盐释放的模式,并在此基础上提出了太湖内源释放的估算方法.通过在太湖开展室内释放模拟实验和风浪期间底泥悬浮及上覆水中营养盐浓度变化的野外观测,提出了静态与动态二种浅水湖泊内源释放模式.静态情况下,营养盐主要通过浓度梯度扩散从沉积物进入上覆水,其释放强度受控于沉积物～水界面的温度,氧化还原环境及营养盐浓度差;动态条件下,沉积物由于动力扰动而发生悬浮,沉积物中溶解性及颗粒态的营养盐随着沉积物的悬浮而释放.虽然动态情况下总的营养盐释放较静态条件下大,但由于湍流导致水体及水土界面充氧,铁,锰等金属元素因氧化而吸附溶解性营养盐(特别是活性磷SRP)的能力增强,所以动力扰动仅引起总的营养盐释放,而不一定导致溶解性营养盐的释放.因此,在动态条件下,营养盐总释放量受控于动力扰动强度,底泥可悬浮量及沉积物中的营养盐含量;对于可溶性的营养盐,特别是SRP,其释放还受控于动力复氧的强度,沉积物中铁的含量及沉积物间隙水与上覆水中营养盐的浓度差.在此基础上,分别估算了静态和动态二种情况下沉积物内源释放量.根据实验室模拟结果,静态条件下太湖全湖一年NH4+-N释放量达1万吨左右,PO43--p释放量达900t左右;结合太湖2001年的风场观测记录,把太湖野外风浪过程分为风平浪静,小风浪,大风浪三种情况,分别占全年总日数的12％,82％,6％.在"风平浪静"条件下,其释放量根据实验室的静态释放试验来估算,而"小风浪"和"大风浪"条件下,其释放量则根据室内水槽试验得到的释放通量来估算.结果显示太湖全年释放量为总氮8.1万吨,总磷为2.1万吨;分别为外源氮磷年输入量的2～6倍. 相似文献
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水丝蚓(Tubificid worms)扰动对磷在湖泊沉积物-水界面迁移的影响 总被引：20，自引：6，他引：14
为探讨水丝蚓(Tubificid worms)扰动对磷在湖泊沉积物-水界面间迁移的影响,选取太湖梅梁湾与大浦口两富营养化湖区为研究对象,通过室内培养实验,利用Rhizon间隙水采样器等技术,研究了水丝蚓扰动对太湖沉积物-水界面理化性质及溶解活性磷(SRP)在界面通量的影响.结果表明水丝蚓扰动能够增大表层沉积物含水率、氧化还原电位,减小间隙水中Fe2+浓度.水丝蚓没有显著改变梅梁湾间隙水中SRP浓度,同时促进了梅梁湾沉积物中SRP向上覆水的释放;但水丝蚓显著减小了大浦口间隙水中SRP浓度,并抑制了大浦口沉积物中SRP向上覆水的释放.水丝蚓扰动对磷在沉积物-水界面间迁移的不同影响可能是由沉积物中Fe2+含量差异较大造成的. 相似文献
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富营养化湖泊沉积物有机质矿化过程中碳、氮、磷的迁移特征 总被引：7，自引：2，他引：5
采用室内培养的方法,以富营养化湖泊太湖为例,研究了沉积物有机质矿化过程中碳、氮、磷的迁移特征.结果表明,在沉积物中的有机质矿化过程中,碳以溶解性无机碳释放至水中,同时以CH4和CO2形式释放至大气中,培养结束时,CH4和CO2累积排放含量分别为1492.21和498.96 mg/g(dw),其中CH4占气态碳的89.16%(以C质量计);此外,大量的氮、磷营养盐释放至上覆水体,水中总氮、总磷和铵态氮的最高浓度分别是初始浓度的62.16、28.16和139.45倍,而硝态氮浓度在整个培养过程中逐渐下降,培养末期浓度是初期的0.21倍;厌氧条件下,沉积物有机质的矿化,不仅可以生成大量的CH4、CO2气体,还能够促使沉积物中铵态氮和磷的释放;而沉积物有机质矿化释放的碳、氮、磷营养元素又能加剧湖泊富营养化程度,促进湖泊水体的初级生产力,从而增加湖泊沉积物有机质输入.这样的循环方式可能是湖泊富营养化自维持的重要机制之一. 相似文献
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在浅水湖泊中,沉降在沉积物中的营养盐易受到水流的扰动再释放出来,而沉水植物可以在一定程度减少营养盐的释放.借助自主开发的生态水槽,在40 d的实验周期内检测动、静水条件下有、无苦草(Vallisneria natans L.)时沉积物、上覆水中磷含量变化,旨在为沉水植物对湖泊沉积物营养盐释放量的影响估算及水环境质量评价提供科学依据.结果表明:动水条件下,沉积物在没有苦草的保护下总磷含量下降21.8%,而有苦草的保护下总磷含量下降17.7%.苦草根系从周围沉积物中吸收磷,1~4 cm沉积物层的吸收量高于4~8 cm沉积物层.动水槽的上覆水中总溶解态磷浓度和总颗粒态磷浓度均大量增加,并且总颗粒态磷浓度相对于总溶解态磷浓度占较大比例.苦草减少了沉积物中磷的释放,并对上覆水中正磷酸盐有明显的吸收作用. 相似文献
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白洋淀沉积物氮磷赋存特征及其内源负荷 总被引：11，自引：2，他引：9
白洋淀环境整治对区域生态文明建设具有重要意义，然而，目前对加剧白洋淀富营养化的内源氮、磷污染负荷依然缺乏系统的研究.本研究以野外调研和室内培养实验相结合形式，在白洋淀主要水域内采集原位柱状沉积物样品，详细地研究了白洋淀沉积物中氮、磷赋存形态、间隙水中氮、磷剖面特征以及沉积物-水界面氮、磷交换特征.结果表明，白洋淀沉积物总氮、总磷含量分别为1230.8~9559.0 mg/kg（均值2379.5 mg/kg）和344.4~915.4 mg/kg（均值608.4 mg/kg），氮、磷累积污染量大.沉积物中铵态氮赋存量大（3.2~175.8 mg/kg），由此导致间隙水中铵态氮浓度较高，最高达到28.8 mg/L.沉积物磷形态以Ca-P和Fe-P为主，分别占总量的38.3%~76.1%和3.98%~18.0%，间隙水中磷酸盐浓度已接近甚至高于国内外典型富营养湖区.间隙水中高浓度的铵态氮和磷酸盐导致沉积物-水界面氮、磷交换通量较高，铵态氮平均释放和扩散通量分别为106.37和12.42 mg/（m2·d）；磷酸盐平均释放和扩散通量分别为15.06和2.33 mg/（m2·d），沉积物内源氮、磷污染负荷较高，已严重威胁到白洋淀水环境质量，迫切需要整治.其中，北部河口区域以及中部府河入湖区和人口密集活动区沉积物氮、磷内源负荷尤为突出，应成为白洋淀沉积物内源污染整治的关键区域. 相似文献
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选取贵州红枫湖为研究对象,在实验室条件下模拟了自然、好氧和厌氧条件下沉积物内源磷的释放过程,联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对沉积物—水界面开展了微尺度观测与研究.结果表明,厌氧条件下红枫湖沉积物总磷含量显著降低,且主要是NaOH提取态磷(NaOH-P)和残渣态磷(rest-P)含量降低所致,厌氧条件下沉积物孔隙水中磷酸盐浓度明显升高,而好氧条件下沉积物孔隙水磷酸盐浓度显著降低,反映厌氧条件显著促进了红枫湖沉积物磷释放.厌氧条件下沉积物内部溶解氧浓度下降、硫还原活动增强可能是导致NaOH-P释放的主要原因.O_2浓度的降低加速了沉积物还原作用并产生大量H2S,进而与二价铁离子形成硫化亚铁沉淀,最终导致NaOH-P(Fe-P)释放到孔隙水中.好氧条件向厌氧条件的转换可通过改变沉积物内部pH值分布和微生物活动促使rest-P释放:厌氧条件下,厌氧微生物不仅可以消耗硫酸根产生H_2S,导致pH值降低,还可消耗有机质,将有机磷转变为无机磷.上述研究结果表明,沉积物—水界面氧化还原环境可影响沉积物氧渗透深度、pH值分布、微生物活动、硫循环以及有机质降解过程,进而控制沉积物磷的形态转化与释放.联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对湖泊沉积物—水界面开展微尺度观测研究是揭示沉积物内源磷释放机制与控制因素的有效途径. 相似文献
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不同密度藻屑堆积下沉积物碳氮磷释放特征 总被引：2，自引：2，他引：0
蓝藻碎屑分解引起氮磷释放已受到广泛关注,但堆积的藻屑与沉积物交互作用引发污染物释放的效应知之甚少.采集于桥水库沉积物柱状样,设置5个藻屑添加组和对照组(无藻屑添加),恒温培养(27±1℃),模拟夏季温度条件下不同密度藻屑堆积下沉积物中碳氮磷释放特征.结果表明:藻屑堆积后加强了上覆水中溶解氧与硝态氮的消耗,5个藻屑添加组18小时后上覆水均处于厌氧状态.各实验组上覆水中的溶解性有机碳(DOC)浓度在第3小时增加,且SUVA254值处于0.54~1.74 L/(mg·m)之间,说明DOC可能来源于藻源性释放.各藻屑添加组培养过程中上覆水的溶解性有机氮(DON)、铵态氮和正磷酸盐浓度持续增加,最高平均释放速率分别达4.44、0.20和0.03 mg/(L·h),分别为对照组的21.73、1.76和67.58倍;其中DON为溶解性总氮主要存在形态,在实验结束时DOC/DON比值降低,说明藻屑或者沉积物有机质短期内并未完全矿化,且DOC优先DON被微生物利用.因此蓝藻碎屑堆积增强了沉积物需氧量,加快沉积物与水之间的氮磷营养盐、DOC循环,从而对沉积物中污染物地球化学循环过程造成进一步的影响. 相似文献
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模拟扰动条件下太湖表层沉积物磷行为的研究 总被引：75，自引：8，他引：75
利用恒温震荡器构筑的模拟扰动环境，研究了太湖水－沉积物界的磷释放和吸附行为。结果表明：表层沉积物的磷酸盐释放作用在模拟扰动条件下并不十分明显，在低强度的扰动条件下未观察到释放现象，模拟高强度扰动后，出现一个相对较强的释放过程，最大释放时沉积物上覆水浓度约为低强度扰动时的3倍，最大释放时间（Tmax)可能受磷酸盐形态分布的不同而有所差异，相比较而言，磷酸盐的吸附作用表现得十分明显迅速，沉积物上覆水磷酸盐浓度在0．5h后分别0229mg/L和l0.215mg／L下降为0．05mg/L和0.013mg/L，可以看出当上覆水磷酸盐浓度较高时，吸附作用的强度远大于释放作用，在25℃，模拟中等强度（100rpm)的模拟扰动条件下，当初始磷酸盐浓度为1．01mg/L时，梅梁湾和五里湖的表层沉积物吸附容量分别为每克千重吸附0．04mg和0.050mg磷酸盐，这种较高的吸附能力对浅水湖泊的磷酸盐缓冲作用能起到积极作用。 相似文献
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湖泊水底Fe~(2+)和ΣS~(2-)浓度的快速增加是湖泛暴发最早发生于沉积物-水界面的主要前提,缺氧环境下水底扩散层附近Fe~(2+)和ΣS~(2-)的迁移是其在沉积物-水界面处稳定积累的重要原因.以蓝藻聚积水体沉积物-水界面为研究对象,应用湖泊过程模拟装置及间隙水被动采样等技术,重点研究了间隙水和底层上覆水中Fe~(2+)和ΣS~(2-)的垂向分布特征,并定量估算了二者的扩散通量及迁移方向.结果表明:湖泛样品水体沉积物-水界面处于典型的还原性环境,表层沉积物间隙水中Fe~(2+)和ΣS~(2-)浓度显著高于对照样品,二者在表层沉积物中积累趋势明显.湖泛水体沉积物-水界面处Fe~(2+)释放通量较高,表现出较强烈的自沉积物向上覆水方向的释放能力;而湖泛样品ΣS~(2-)在沉积物-水界面处释放通量为负,迁移方向为自上覆水向沉积物扩散.Fe~(2+)和ΣS~(2-)在湖泛水体沉积物-水界面处不同的迁移特征证明:缺氧/厌氧条件下,湖泊水体表层沉积物间隙水中高浓度Fe~(2+)向上覆水的扩散为湖泛致黑物质的形成提供了重要的物质基础;底层上覆水及界面水中SO~(2-)4在表层沉积物中被还原,为终端还原产物ΣS~(2-)为湖泛致黑物质的形成提供了另一重要物质来源. 相似文献
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波浪水槽中研究了小波掀沙(波高8.77cm,波周期0.8s)和大波掀沙(波高12.31cm和13.29cm,波周期1.0s)对太湖沉积物悬浮及N、P营养盐释放的作用规律.结果显示:小波掀沙时,底泥并未发生大量悬浮,SS浓度最高时仅13.6mg/L;大波掀沙时,底泥大规模悬浮,SS浓度最高达达245.2mg/L水体悬浮物、营养盐浓度变化滞后波高变化1h以上.当波高改变1h后,水体悬浮物、N、P营养盐浓度才改变到相应的平衡浓度.除总磷浓度显著提高外,小波掀沙对水体N、P浓度的影响很小,大波掀沙则显著提高了水体总氮、总溶解氮、总磷、总溶解磷、氨氮(NH4 -N)、溶解性活性磷(SRP),其中NH4 -N、SRP最大增幅达30％和20％.小波和大波掀沙过程中,水体溶解氧浓度均持续增加,掀沙2h后增高2mg/L,溶解性有机碳持续下降,2h后下降33％-51％.试验结果表明,掀沙过程中水体充氧及颗粒物的絮凝、吸附作用可能是限制NH4 -N、SRP浓度增高的重要因素之一. 相似文献
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It becomes increasingly important and challenging for nitrogen pollution prevention to identify key controls for spatial variability of nitrogen in groundwater that could be affected by multiple factors, including anthropogenic input, groundwater flow, and local geochemistry. This study characterized spatial variability of both nitrate and ammonium in the Pleistocene aquifer of central Yangtze River Basin and assessed the effect of various factors in controlling nitrate and ammonium levels based on multiple statistical approaches (correlation, geostatistics, multiple liner regression). The results indicate that nitrate is mostly influenced by Cl− that represents anthropogenic input, while Eh representing local redox state is a secondary variable influencing nitrate concentrations. The groundwater with elevated nitrate concentrations are estimated to occur mainly in areas with higher-permeability near-surface sediments which can facilitate more anthropogenic nitrate transport and less nitrate removal owing to more oxidized state. Ammonium is mostly correlated to Eh, followed by dissolved organic carbon (DOC), but only DOC improves significantly the accuracy of co-kriging prediction model. The groundwater with elevated ammonium concentrations are estimated to occur mainly in areas with more organic-rich sediments within or around the aquifer which can facilitate more ammonium release owing to natural organic matter consumption accompanying strong reducing conditions. The regional groundwater flow is not a factor significantly controlling nitrate or ammonium levels owing to flat topography and sluggish lateral flow. 相似文献
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东巢湖沉积物水界面氮、磷、氧迁移特征及意义 总被引：2，自引：0，他引：2
以东巢湖近城市湖湾沉积物为研究对象,在沉积物氮、磷营养盐分析的基础上,采用沉积物柱状芯样静态释放模拟法定量评估研究区域沉积物—水界面氨氮、溶解性活性磷酸盐营养盐释放潜力,利用微电极非损伤测定技术获得沉积物—水微界面溶解氧(DO)剖面分布及微界面DO消耗和扩散特征.结果表明:东巢湖近城市湖湾沉积物氮、磷污染物蓄积量较高,受TN、TP污染程度较重.沉积物内源氨氮、磷酸盐释放明显,平均释放速率分别达到32.44 mg/(m~2·d)和1.25mg/(m~2·d),区域内沉积物已成为水柱中氮、磷营养盐的污染源.研究区域上覆水体处于好氧状态,沉积物—水微界面平均DO穿透深度(OPD)达到5.3 mm,平均DO扩散通量为4.56 mmol/(m~2·d),表现出良好的DO扩散能力.沉积物内源氨氮和磷酸盐释放能力与表层沉积物TN/TP物质含量及沉积物—水微界面DO穿透深度有关,在沉积物氮、磷污染较重的情况下,DO穿透深度越低越有利于氮、磷污染物从沉积物向上覆水体释放. 相似文献
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为了探究我国南方地区水库季节性热分层消亡前后沉积物铁和磷的迁移规律,于2019年11月2020年1月对天雹水库多点位(浅水区和深水区)水体理化指标进行原位监测,并利用薄膜扩散梯度技术(DGT)高分辨率获取沉积物有效态铁和磷的浓度分布.结果表明:(1)天雹水库沉积物有效态Fe和P浓度分别为4.67～18.72和0.003～0.073 mg/L,其中有效态Fe浓度较太湖、鄱阳湖和洞庭湖高出一个数量级,且浅水区沉积物中有效态Fe浓度较深水区高;(2)热分层消亡过程,沉积物有效态Fe和P浓度的时空差异大,浅水区有效态Fe浓度表现为Day14Day1Day32Day54,有效态P浓度表现为Day1Day14Day32Day54,而深水区有效态Fe和P浓度变幅较小甚至呈增长趋势,归因于浅水区热分层结构对气象因子扰动的响应速率快,水体垂向混合加剧了沉积物中Fe和P的释放;(3)沉积物水界面处有效态Fe和P的交换通量分别为6.58～31.59和0.008～0.086 mg/(m2·d),均自沉积物向上覆水中不断迁移,由于浅水区的热分层消亡时间早于深水区,浅水区内源Fe2+和PO34-的释放对冬季水质恶化的贡献较大,应密切关注水库浅水区沉积物内源释放对整个库区水质的影响. 相似文献
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贵州草海不同水位梯度下沉积物氮赋存形态及分布特征 总被引：2，自引：1，他引：1
利用分级浸取分离法，分析贵州草海湿地沉积物总氮（TN）与可转化态氮（TF-N）含量及分布特征，试图揭示水位抬升对草海湿地沉积物氮潜在释放风险的影响.结果表明，草海湿地沉积物TN含量在1.94~14.07 g/kg之间，均值为7.76 g/kg；TF-N含量较高，在1.70~7.59 g/kg之间，占TN的68.7%；不同形态氮含量依次为有机态及硫化物结合态氮（OSF-N） > 离子交换态氮（IEF-N） > 铁锰氧化态氮（IMOF-N） > 弱酸可浸取态氮（WAEF-N）；不同水位梯度下各形态氮含量变化规律不同，OSF-N、IMOF-N含量沿着水位升高呈逐渐增加趋势，IEF-N含量呈先增加后降低的趋势，WAEF-N含量变化不大；TN和总非可转化态氮（NTF-N）与有机质（SOM）含量之间呈显著正相关，可能具有相似的来源.总之，草海沉积物TF-N含量及比例较高，潜在释放风险较大，而水位抬升抑制氮的转化，促进沉积物氮积累，增加释放风险.该研究揭示了不同水位梯度下沉积物氮形态分布特征，丰富了水文条件对氮迁移转化影响的理解，为湿地生态补水工程的管理决策提供了科学依据. 相似文献
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太湖西北部典型疏浚/对照湖区内源性营养盐释放潜力对比 总被引：3，自引：1，他引：2
通过采集太湖西北部闾江口、八房港、月亮湾和竺山湾疏浚区与未疏浚对照区8个样点共32根沉积物柱状样于室内进行内源负荷模拟研究和沉积物基本性质分析发现,除闾江口疏浚区沉积物总磷和可交换态磷含量高于未疏浚区外,其余指标如烧失量、总氮、可交换态氮等均表现为未疏浚区沉积物高于疏浚区沉积物的特征,说明疏浚区沉积物营养盐的释放潜力低于未疏浚对照组.八房港、月亮湾以及竺山湾疏浚区沉积物铵态氮、正磷酸盐的潜在释放速率均比相应未疏浚对照区沉积物低,疏浚区沉积物铵态氮的潜在释放速率分别是未疏浚区的65.3%、88.8%和21.9%,正磷酸盐的潜在释放速率分别是未疏浚区的-26.6%、11.3%和50.2%.而闾江口疏浚区沉积物铵态氮和正磷酸盐的潜在释放速率却远高于未疏浚区(疏浚区分别为未疏浚区的2.6倍和6.4倍),这可能与闾江口水体呈现弱还原环境及沉积物中有机质含量高有关,另外也可能与闾江口沉积物污染物的赋存深度和疏浚工程的疏浚深度有关. 相似文献
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Experimental study on phosphorus release from sediments of shallow lake in wave flume 总被引：2，自引：2，他引：2
Influence of wave on sediment resuspension and nutrients release from sediments, collected from Lake Taihu and Lake Chaohu, was studied in flume experiments. Under strong-wave conditions, concentrations of suspended solids (SS), total phosphorus (TP) and dissolved total phosphorus (DTP) in overlying water were increased significantly following the sediments re-suspension. During the experiments on sediments of Lake Taihu and Lake Chaohu, TP concentrations increased 6 times and 3 times, and DTP concentration increased 100% and 70% more than it in presuspension, respectively. Concentration of soluble reactive phosphorus (SRP) of experiment on sediment of Lake Taihu increased 25%. During the massive sediment suspension, the dissolved phosphorus in pore water and much of the phosphorus adsorbed by the sediment particles were released into overlying water. The phenomena in this wave flume experiment are quite similar to the situation observed in situ of Lake Taihu. The critical wave stresses of sediment re-suspension are nearly equal. The change of concentrations of SS, TP, and SRP was the same as that in situ situation. This study showed that concentrations of TP and SRP in lake water could be increased significantly by wave disturbance. Phosphorus release was significantly enhanced by wave disturbance at the beginning of massive sediment re-suspension, but decreased later. 相似文献