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白洋淀入淀河流影响区水体综合耗氧特征及影响因素

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环境工程学报 2024年第5期18卷 1317-1327页

作者：朱子扬曹恩娟温胜芳单保庆中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室中国科学院大学

针对白洋淀入淀河流影响区夏季溶解氧（DO）浓度过低的现象，综合采用水质数据时间序列分析、水体综合耗氧实验模拟和相关性统计分析等方法深入研究了府河影响区的南刘庄国控断面溶解氧逐时变化规律、不同下垫面类型水体耗氧速率以及其... 详细信息

针对白洋淀入淀河流影响区夏季溶解氧（DO）浓度过低的现象，综合采用水质数据时间序列分析、水体综合耗氧实验模拟和相关性统计分析等方法深入研究了府河影响区的南刘庄国控断面溶解氧逐时变化规律、不同下垫面类型水体耗氧速率以及其影响因素。结果表明：1)南刘庄断面DO质量浓度呈现出春秋季高夏季低的趋势，在水质逐年改善的背景下2022年夏季DO质量浓度仍低至1.5 mg·L-1左右；DO质量浓度日变幅在0.5～5.7 mg·L-1之间，均值为2.3 mg·L-1，呈现出夏季>春季>秋季的状态；2)府河影响区水体耗氧速率在0.024 0～0.049 9 mg·（L·h）-1之间，不同下垫面水域类型水体呈现水道≈淀面>沟壕的状态；不同深度水体基本呈现下层>上层和中层的趋势；水体综合耗氧速率中沉积物耗氧速率与水体耗氧速率的比值为1.55，水体和沉积物耗氧均是水体DO较低的重要原因；3)南刘庄断面DO质量浓度年内变化趋势与叶绿素a （Chla）(p<0.01)、浊度（p<0.01）和CODMn质量浓度（p<0.01）呈显著负相关关系；水体耗氧速率与叶绿素a （Chla）(p<0.01)、DOC （p<0.05）和CODMn质量浓度（p<0.05）呈显著正相关关系。降低河流来水浊度、抑制入淀河流影响区域夏季浮游藻类爆发增长、阶段开展生态清淤降低沉积物本身和孔隙水污染物扩散带来的高耗氧本底问题是白洋淀水质稳定达到Ⅲ类的根本保障。

关键词：白洋淀入淀河流影响区溶解氧水体综合耗氧影响因素

白洋淀不同类型水体表层沉积物重金属的赋存形态及风险

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环境科学 2022年第9期43卷 4532-4542页

作者：许梦雅张超单保庆刘操辽宁大学环境学院沈阳110036 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 中国环境科学研究院北京100012

选取白洋淀中水道、沟壕、淀面和鱼塘这4种水体类型,采用改进的BCR提取法分析沉积物中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的形态特征,运用潜在生态风险指数、次生相与原生相(RSP)和风险评估编码(RAC)等方法对白洋淀沉积物重金属含量进行系统性的污... 详细信息

选取白洋淀中水道、沟壕、淀面和鱼塘这4种水体类型,采用改进的BCR提取法分析沉积物中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的形态特征,运用潜在生态风险指数、次生相与原生相(RSP)和风险评估编码(RAC)等方法对白洋淀沉积物重金属含量进行系统性的污染评估和生态风险评价.结果表明:①沉积物中重金属ω(Cd)、ω(Cu)和ω(Zn)均值分别为0.37、28.49和83.08 mg·kg^(-1),分别有94.91%、73.91%和46.39%的点位超过土壤背景值.②Cd以非残渣态(F1+F2+F3)为主,质量分数范围为54%~97%,Cr以残渣态(F4)为主,质量分数为87%~99%.Cu、Ni、Pb和Zn主要以残渣态存在,但在非残渣态中Cu和Ni以可氧化态(F3)为主,Pb和Zn以可还原态(F2)为主.③基于RAC评价结果:Cd在水道、沟壕、开阔淀面和鱼塘分别有68.97%、39.89%、54.84%和49.78%的点位存在风险,而Cu、Ni和Pb等重金属风险较低.总体而言,白洋淀重金属总体污染水平较低,但在南刘庄片区的府河和白沟引河入河口等部分水道区域Cd存在生态风险和较高的生物可迁移性.

关键词：白洋淀沉积物重金属赋存形态生物可利用性

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白洋淀沉积物耗氧速率及氧亏效应研究

环境科学学报 2022年第2期42卷 240-248页

作者：曹阳温胜芳王晓单保庆中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

沉积物耗氧是影响水体溶解氧平衡的重要因素,受到沉积物有机质矿化的影响.本文采用柱培养法测定了白洋淀不同水文地貌分区和生境类型的表层沉积物耗氧速率(sediment oxygen demand,SOD),并基于地表水质量标准评估了白洋淀沉积物耗氧对... 详细信息

沉积物耗氧是影响水体溶解氧平衡的重要因素,受到沉积物有机质矿化的影响.本文采用柱培养法测定了白洋淀不同水文地貌分区和生境类型的表层沉积物耗氧速率(sediment oxygen demand,SOD),并基于地表水质量标准评估了白洋淀沉积物耗氧对水体产生的氧亏效应,探讨了白洋淀SOD与有机质(OM)的关系.结果表明,白洋淀沉积物有机质含量为4~14%,均值为9%;SOD为0.14~0.59 g·m^(-2)·d^(-1),均值为0.28 g·m^(-2)·d^(-1).不同水文地貌分区的SOD顺序为:西南入流区<混流区<北部入流区<南部通道区<西北入流区.各生境顺序为:台田沟壕<鱼塘<开阔水面<水道<沼泽.水质效应分析发现,白洋淀现状SOD水平可导致沉积物-水界面溶解氧(DO)在11.5~29.1 h后由氧饱和状态降到3 mg·L^(-1)(Ⅳ类水质标准),在13.7~34.6 h后降到2 mg·L^(-1)(Ⅴ类水质标准),可能对底栖生物生命活动产生严重影响.相关性分析显示,白洋淀SOD与沉积物有机质无显著相关,白洋淀沉积物有机质含量不能作为表征其沉积物耗氧水平的指标.

关键词：白洋淀沉积物沉积物耗氧速率有机质

白洋淀沼泽区与开阔水域区颗粒物组分特征与沉降通量研究

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环境科学学报 2022年第8期42卷 271-281页

作者：季恺悦李琦单保庆张超中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

选取白洋淀的沼泽区(烧车淀)与开阔水域区(采蒲台)为研究区域,分析了水体中新生沉降颗粒物组分组成、沉降通量及其来源.结果表明,两种典型水域中水体颗粒物组分差异显著,其中,烧车淀水域颗粒物成分以有机质(OM)为主,质量占比达到49.59%~... 详细信息

选取白洋淀的沼泽区(烧车淀)与开阔水域区(采蒲台)为研究区域,分析了水体中新生沉降颗粒物组分组成、沉降通量及其来源.结果表明,两种典型水域中水体颗粒物组分差异显著,其中,烧车淀水域颗粒物成分以有机质(OM)为主,质量占比达到49.59%~74.14%;而采蒲台水域颗粒物以无机组分为主,占比为54.52%~79.27%.烧车淀沉降颗粒物中总碳(TC)、总氮(TN)含量分别为(221.16±39.73)g·kg^(-1)和(21.10±1.67)g·kg^(-1);采蒲台沉降颗粒物中TC和TN的含量分别为(172.28±91.22)g·kg^(-1)和(15.72±8.12)g·kg^(-1).由固相^(13)C CP/MASNMR光谱结果分析出白洋淀沉降颗粒物中碳组分以烷基碳、烷氧基碳为主,其中,烧车淀淀面水域颗粒物中以易分解碳烷氧基碳为主(65.65%),采蒲台淀面水域颗粒物中以较稳定烷基碳为主(50.76%).开阔水域区颗粒物沉降通量高于沼泽化区,均值分别为10.63 g·m^(-2)·d^(-1)和6.07 g·m^(-2)·d^(-1);开阔水域区不同水域类型颗粒物沉降通量排序为水道((19.91±8.87)g·m^(-2)·d^(-1))>沟壕((7.06±2.94)g·m^(-2)·d^(-1))>淀面((4.92±3.48)g·m^(-2)·d^(-1)).沉降颗粒物的C/N和C/P比值结果表明,白洋淀沉降颗粒物中有机质主要来源可能为维管束植物和浮游植物.颗粒物沉降通量与组分特征研究有利于剖析白洋淀典型区域湖泊沉积和物质转化过程,为白洋淀能量流动和物质流动研究提供支撑.

关键词：白洋淀颗粒物组分特征沉降通量 ^(13)C CP/MAS NMR

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白洋淀典型水域COD的组成及各组分贡献

环境科学 2023年第9期44卷 4915-4926页

作者：李琦张超张文强温胜芳单保庆季恺悦中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

化学需氧量(COD)是我国评估有机耗氧污染的关键指标,为探究白洋淀湖心区和沼泽区天然水体COD构成组分,通过物理连续分级和三维荧光等方法揭示水体中的耗氧有机物质主要组成、来源和影响因素.结果表明,白洋淀COD主要由类蛋白质和类腐殖... 详细信息

化学需氧量(COD)是我国评估有机耗氧污染的关键指标,为探究白洋淀湖心区和沼泽区天然水体COD构成组分,通过物理连续分级和三维荧光等方法揭示水体中的耗氧有机物质主要组成、来源和影响因素.结果表明,白洋淀COD主要由类蛋白质和类腐殖质溶解性有机物质贡献(59%~93%),无机物(如Cl^(-)和NO^(-)_(3)等)对COD产生的贡献甚微,可忽略不计;上覆水有机物主要受内生植被降解、沉积物释放[TOC释放通量1.55~2.28 mg·(m^(2)·d)^(-1)]等内源[生物源指数(BIX)>0.8]和人为污染、芦苇台田等陆源的共同影响(1.4<荧光指数(FI)<1.9),沉积物有机质以陆源(芦苇台田)为主.研究水域COD的组分主要受难生化降解有机物质(RDOC)控制,RDOC在天然环境中降解周期较长,重铬酸钾法会在短时间内迅速氧化大部分RDOC,因此高估了水体的有机耗氧污染水平.

关键词：白洋淀化学需氧量(COD) 三维荧光光谱有机物质组分贡献率

白洋淀水生植物腐解水质效应与元素去向动态平衡

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环境科学学报 2022年第10期42卷 332-341页

作者：王荣欣温胜芳单保庆闫金霞华北水利水电大学环境与市政工程学院郑州450046 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

采用室内模拟的方法研究了白洋淀典型沉水植物菹草、挺水植物芦苇腐解过程的水质效应,并定量探究了两种植物腐解过程中碳、氮、磷元素在植物残体、水体和沉积碎屑等不同要素中的动态迁移转化规律,旨在为水环境模拟中主导水质过程确定提... 详细信息

采用室内模拟的方法研究了白洋淀典型沉水植物菹草、挺水植物芦苇腐解过程的水质效应,并定量探究了两种植物腐解过程中碳、氮、磷元素在植物残体、水体和沉积碎屑等不同要素中的动态迁移转化规律,旨在为水环境模拟中主导水质过程确定提供基础.结果显示,菹草、芦苇腐解过程中C、N、P元素释放速率表现为P>C>N,腐解可引起水体C、N、P等指标呈先升高后降低并最终稳定的变化趋势.菹草腐解速率为0.082 d-1,分别在第16、16、8 d对水体C、N、P指标影响达到最大,此时菹草体内40.6%的C、31.8%的N和71.5%的P以溶解态和悬浮碎屑态转移到水体中,导致水体水质劣于地表Ⅴ类标准.菹草44 d的腐解量占总生物量的72.1%;留存在水体中的C、N、P比例分别由最高的33.7%、32.8%和66.8%减小为11.1%、7.2%和8.0%;以气体形式离开水体的C占29.8%、N占16.3%,转变为沉积碎屑的C、N、P占比分别为38.5%、52.7%、76.2%.芦苇腐解的整个过程中,水体中溶解态C占比一直处于1.9%~4.2%的较低状态,溶解态N、P占比最高分别为16.8%和10.0%.芦苇腐解90 d时,腐解量占初始生物质量的18.1%,此时留存在水体中的C、N、P占比不足3%,植物残体C、N、P占比分别为62.8%、73.6%和33.3%.腐解过程中的元素去向动态平衡计算说明,沉水植物菹草腐解对白洋淀水质影响时间相对集中,主要影响途径为植物残体腐解,C、N、P以可溶态和悬浮碎屑态直接进入水体;挺水植物芦苇腐解速度较慢且相对均一,对白洋淀水质尤其是DOC影响持续时间长、累积效应大,通过植物残体腐解和沉积碎屑释放2种途径共同影响水质.

关键词：水生植物菹草芦苇腐解水质效应迁移转化白洋淀

北方典型浅水湖泊沉积物有机碳沉积特征研究—以白洋淀为例

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环境科学学报 2022年第9期42卷 172-181页

作者：卞宏辰张文强白少元单保庆桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心桂林541006 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

湖泊沉积物中有机碳是全球碳库的重要组成部分,为明确浅水湖泊沉积物中有机碳的沉积特征,采集了白洋淀的沉积柱样品,利用连续提取的方法,分析了沉积物自然沉积过程中水溶性有机碳(WSOC)、热解性有机碳(THOC)、酸解性有机碳(HHOC)、碱解... 详细信息

湖泊沉积物中有机碳是全球碳库的重要组成部分,为明确浅水湖泊沉积物中有机碳的沉积特征,采集了白洋淀的沉积柱样品,利用连续提取的方法,分析了沉积物自然沉积过程中水溶性有机碳(WSOC)、热解性有机碳(THOC)、酸解性有机碳(HHOC)、碱解性有机碳(AHOC)和不溶性有机碳(WISOC)的含量变化规律、光谱组分特征及影响因素.结果显示,各有机碳组分垂直方向上含量变化规律一致,均随深度增加呈下降趋势,表层20 cm左右的沉积物中有机碳组分含量普遍较高,含量特征呈WISOC>AHOC>HHOC>THOC>WSOC.用紫外光谱的特征参数SUVA_(254)、SUVA_(280)来分析溶解性有机碳的腐殖程度和分子量大小变化规律,发现腐殖程度与分子量大小变化趋势一致,WSOC和HHOC随深度增加呈增大趋势,THOC随深度增加呈减小趋势,AHOC在0~21 cm阶段随深度逐渐下降,在21~69 cm范围随深度逐渐上升.用A_(300)/A_(400)表征有机碳分子构成,发现THOC、HHOC主要由富里酸构成,WSOC、AHOC主要成分为胡敏酸.用A_(253)/A_(203)表征芳环取代基的种类,发现WSOC、THOC、HHOC苯环上的脂肪链发生聚合反应转化为羰基、羧基等;AHOC的芳香分子上的取代基被微生物代谢分解或转化为脂肪链.相关性分析结果显示,沉积物有机碳及其各组分之间均呈显著正相关,沉积物中的有机碳组分在沉积过程中受到类似的矿化分解作用,且有机碳及其组分含量与C/N值、pH值呈显著负相关.研究成果揭示了白洋淀区域沉积环境中有机碳组分的分布及部分转化规律,可为进一步明确浅水湖泊的碳源-汇的转换关系结构提供数据支持.

关键词：浅水湖泊白洋淀有机碳沉积物碳库

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巢湖表层沉积物磷的空间分布差异性研究

环境科学 2012年第7期33卷 2322-2329页

作者：温胜芳单保庆张洪中国科学院生态环境研究中心北京100085

通过对巢湖表层沉积物磷形态、有机质及粒径分布特征分析,与沉积物总磷历史数据进行对比,结合不同形态磷的剖面变化,探讨了内源磷释放风险.结果表明,巢湖表层沉积物TP自西向东呈递减趋势,平均含量为790 mg.kg-1,比20世纪80年代平均增加... 详细信息

通过对巢湖表层沉积物磷形态、有机质及粒径分布特征分析,与沉积物总磷历史数据进行对比,结合不同形态磷的剖面变化,探讨了内源磷释放风险.结果表明,巢湖表层沉积物TP自西向东呈递减趋势,平均含量为790 mg.kg-1,比20世纪80年代平均增加了55%,其中东半湖增加211 mg.kg-1、西半湖增加386 mg.kg-1.表层沉积物磷形态含量和分布有较大差别:铁铝结合磷(NaOH-Pi)和活性有机磷(NaOH-Po)含量占TP含量的42%,分别介于55～648 mg.kg-1和27～468 mg.kg-1范围,西半湖平均含量分别为331 mg.kg-1和225 mg.kg-1显著高于东半湖(147 mg.kg-1和91 mg.kg-1,P<0.01);相对而言,钙镁结合磷(Ca-P)和惰性磷(Res-P)含量在东西部湖区没有显著差别,分别占TP含量的18%和40%.沉积物TP含量随深度减少而增加,西半湖增加量高于东半湖,各种磷形态中NaOH-Pi和NaOH-Po的垂直变化规律与TP相似,是沉积物磷增加的主要形态.西半湖高活性磷、高有机质和多砂质粉砂的特征共同作用极大增加了沉积物中磷向上覆水中释放的风险.

关键词：巢湖沉积物总磷磷形态时空变化释放风险

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丹江口水库典型入库支流氮磷动态特征研究

环境科学 2012年第9期33卷 3038-3045页

作者：雷沛张洪单保庆武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

重污染的神定河(接收城市污染)、中污染的大柏河(接收城镇污染)以及轻污染的五龙池(接收轻微农业面源污染)是丹江口水库3条典型入库支流.在2010年4月～2011年4月对这3条入库支流及其河口水质监测的基础上,分析了水中氮、磷的动态变化特... 详细信息

重污染的神定河(接收城市污染)、中污染的大柏河(接收城镇污染)以及轻污染的五龙池(接收轻微农业面源污染)是丹江口水库3条典型入库支流.在2010年4月～2011年4月对这3条入库支流及其河口水质监测的基础上,分析了水中氮、磷的动态变化特征,并利用综合营养状态指数法对其营养状态进行评价.结果表明,神定河的TN、TP全年浓度均值分别为11.63 mg.L-1、0.93 mg.L-1,与五龙池(TN为4.41 mg.L-1,TP为0.076 mg.L-1)相比分别超过3倍和12倍;大柏河的TN、TP全年浓度均值分别为4.79 mg.L-1、0.15 mg.L-1,略高于五龙池中TN、TP浓度均值.3条支流及其河口中营养盐的时间差异为TN浓度在丰水期低于枯水期,而多数支流中TP浓度在枯水期低于丰水期.神定河中NH4+-N占TN的质量分数高达69%,其它支流及河口中NH4+-N占TN的质量分数均低于20%.NO3--N浓度变化范围为1.3～2.7 mg.L-1,SRP占TP的质量分数为30%～45%.神定河及其河口氮、磷营养元素比例关系研究表明神定河总体处于氮限制状态,河口总体处于磷限制状态.综合营养状态指数评价显示3条典型污染入库支流及其河口都处于富营养化状态,轻污染的五龙池的入库河口(东库湾)处于轻度富营养化状态.

关键词：丹江口水库入库支流库湾水质氮磷比富营养化