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海底冷泉区沉积物-水界面甲烷通量原位观测研究进展

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海洋地质与第四纪地质 2023年第4期43卷 167-180页

作者：吕泰衡孙治雷耿威曹红张喜林张现荣徐翠玲徐昊翟滨张栋周渝程曹又文李鑫海中国地质大学(武汉)海洋学院武汉430074 自然资源部天然气水合物重点实验室中国地质调查局青岛海洋地质研究所青岛266237 崂山实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室青岛266237 青岛海检集团有限公司技术中心青岛266237

海底沉积物-水界面作为冷泉跨圈层活动最关键的界面,近年来已成为冷泉区碳循环研究调查的重点目标。为准确获取海洋沉积物-水界面的流体通量,客观重建界面环境过程,评估环境效应,必须发展一整套精确、高效、科学的水下原位甲烷通量测量... 详细信息

海底沉积物-水界面作为冷泉跨圈层活动最关键的界面,近年来已成为冷泉区碳循环研究调查的重点目标。为准确获取海洋沉积物-水界面的流体通量,客观重建界面环境过程,评估环境效应,必须发展一整套精确、高效、科学的水下原位甲烷通量测量技术。综述了当前海洋冷泉区沉积物-水界面甲烷通量研究的意义与价值,详细介绍了多种较为成熟的海洋沉积物-水界面甲烷原位通量测试技术工作原理、使用方法和优缺点等,如测试游离气泡态甲烷通量的渗漏帐篷、声学反射、时序影像等技术方法,原位溶解态甲烷膜脱气技术的甲烷传感器、激光拉曼光谱测量方法等,同时对全球该领域已经调查的地区、研究现状和进展进行了详细的介绍。最后从技术层面对这一研究领域未来的发展方向和趋势进行展望,以期为未来国内海洋冷泉区沉积物-水界面甲烷通量原位观测研究提供思路与方向借鉴。

关键词：冷泉沉积物-水界面甲烷通量原位观测技术发展趋势

单环刺螠生物扰动对沉积物-水界面氮磷扩散通量的影响

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水产学报 2023年第9期47卷 102-112页

作者：贾彦杜美荣李文豪姜娓娓蔺凡姚亮吴玉萍蒋增杰上海海洋大学水产与生命学院中国水产科学研究院黄海水产研究所海水养殖生物育种与可持续产出全国重点实验室崂山实验室海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室

为了解单环刺螠生物扰动作用对沉积物-水界面氮磷扩散通量的影响及其持续性，于2020年11—12月，采用室内实验生态学的方法，设置低密度(LD,500尾/m2)、中密度(MD,2 500尾/m2)、高密度(HD,8 300尾/m2)处理组和1个对照组(CO,0尾/m2)，进... 详细信息

为了解单环刺螠生物扰动作用对沉积物-水界面氮磷扩散通量的影响及其持续性，于2020年11—12月，采用室内实验生态学的方法，设置低密度(LD,500尾/m2)、中密度(MD,2 500尾/m2)、高密度(HD,8 300尾/m2)处理组和1个对照组(CO,0尾/m2)，进行了2 d为一个实验时段，为期20 d的模拟实验。结果显示，处理组溶解无机氮(DIN)扩散通量变化范围为10.6～765.3μmol/(m2·d)，与对照组相比，低、中、高处理组的DIN通量分别提高了57%、76%、88%。NH4+是DIN的主要贡献者，对DIN的贡献在低、中、高处理组中分别占55%、65%和80%。与对照组相比，低、中、高密度组的平均NH4+通量分别提高了39%、111%和257%，与低、中密度处理组平均NH4+通量相比，高密度处理组分别提高了43.7%和23.6%。在第2～10天，NH4+通量处于持续增加的趋势。处理组PO43-通量变化范围为-7.85～6.42μmol/(m2·d)，第2～6天，处理组PO43-通量持续增加。研究表明，单环刺螠的生物扰动能够持续地促进DIN由沉积物向水体中扩散，且存在明显的密度效应。研究结果将为深入认识单环刺螠在水层-底栖系统耦合过程中的生态作用提供基础数据。

关键词：单环刺螠沉积物-水界面生物扰动溶解无机氮扩散通量

环境因子对密云水库消落带沉积物-水界面氮交换通量的影响研究

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农业环境科学学报 2022年第4期41卷 849-856页

作者：刘亚贺王晓燕许康丽首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 首都师范大学首都圈水环境研究中心北京100048

为探究不同环境因子对水库消落带沉积物中氮迁移释放的影响,以密云水库消落带为研究对象,采用原状泥柱静态培养实验,并通过单一影响因素法,开展了温度、上覆水pH、溶解氧对沉积物-水界面氮交换通量的影响研究。结果表明:消落带上覆水和... 详细信息

为探究不同环境因子对水库消落带沉积物中氮迁移释放的影响,以密云水库消落带为研究对象,采用原状泥柱静态培养实验,并通过单一影响因素法,开展了温度、上覆水pH、溶解氧对沉积物-水界面氮交换通量的影响研究。结果表明:消落带上覆水和沉积物中无机氮含量在夏季(落干期)和秋季(淹水期)存在明显的差异,其中沉积物中NH_(4)^(+)-N含量变化最大,秋季较夏季下降80.4%,NO_(3)-N含量下降59.7%,淹水期间三态氮(NH_(4)^(+)-N、NO_(2)-N、NO_(3)-N)由沉积物释放到水中。温度、pH和溶解氧对消落带沉积物-水界面氮的迁移转化作用存在差异,升温促进NH_(4)^(+)-N释放并抑制NO_(3)-N释放,偏酸和偏碱条件会促进NH_(4)^(+)-N的释放,有氧条件会加剧沉积物-水界面三态氮的交换,促进三态氮的释放。密云水库消落带沉积物C/N为7.51~9.35,其表层水体中的有机质主要来源于水体内部生物残体。因此,未来应关注密云水库消落带沉积物内源释放风险,同时完善消落带湿地建设,减少消落带氮流失对水体的污染。

关键词：消落带沉积物-水界面环境因子氮交换通量

草甘膦对沉积物-水界面藻类群落结构影响研究

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环境科学学报 2022年第12期42卷 402-409页

作者：苏金洙肖宇梅苏玉萍佘晨兴郑璐薇喻光烺福建师范大学环境与资源学院、碳中和现代产业学院福州350007 福建省河湖健康研究中心(福建师范大学) 福州350007

为了探究环境中残留除草剂草甘膦对沉积物-水界面藻类群落结构演替的影响,分别以九龙江两个断面拱桥溪和石龟头的沉积物-水界面藻类群落结构为研究对象,并添加0.05 mg·L^(-1)草甘膦作为磷源进行实验模拟.结果表明:拱桥溪沉积物-水界面... 详细信息

为了探究环境中残留除草剂草甘膦对沉积物-水界面藻类群落结构演替的影响,分别以九龙江两个断面拱桥溪和石龟头的沉积物-水界面藻类群落结构为研究对象,并添加0.05 mg·L^(-1)草甘膦作为磷源进行实验模拟.结果表明:拱桥溪沉积物-水界面藻类生物量占比为蓝藻:绿藻∶硅藻∶甲藻=0.3%∶7.8%∶91.5%∶0.3%,蓝藻生物量占比低于1%,以硅藻门直链藻属为优势种属;石龟头沉积物-水界面藻类生物量起点占比为蓝藻∶绿藻∶硅藻∶甲藻=20.8%∶58.5%∶19.5%∶1.2%,蓝藻生物量占比大于20%,绿藻门栅藻属、蓝藻门微囊藻属和硅藻门直链藻属为优势种属.草甘膦调控15 d后,拱桥溪沉积物-水界面蓝藻生物量占比从0.3%增长到22.6%,生物量是无机磷组的7.6倍,但硅藻仍为优势门类,这与蓝藻生物量占比低于1%的拱桥溪表层水体藻类群落演替结果类似;而石龟头沉积物-水界面蓝藻生物量占比从20.8%增长到57.8%,生物量是无机磷组的近5倍,蓝藻演替为优势门类,这与蓝藻生物量占比大于15%的石龟头表层水体藻类群落演替结果相似.调控实验表明,在草甘膦胁迫下蓝藻门的增殖能力均表现为强于甲藻门和绿藻门.蓝藻门微囊藻属是直接利用草甘膦,或受草甘膦刺激生长并在群落结构中取得竞争优势还有待进一步研究.

关键词：草甘膦蓝藻绿藻甲藻群落结构演替沉积物-水界面

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

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环境科学 2018年第5期39卷 2154-2164页

作者：文帅龙龚琬晴吴涛郑小兰江雪李鑫钟继承中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049 天津市水利科学研究院天津300061

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积... 详细信息

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg^(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4^(3-)-P和NH_4^+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4^(3-)-P和NH_4^+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4^(3-)-P和NH_4^+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4^(3-)-P和NH_4^+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m^2·d)^(-1)和20.6~250.5 mg·(m^2·d)^(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m^2·d)^(-1)之间,NO_2^--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m^2·d)^(-1)之间.PO_4^(3-)-P和NH_4^+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.

关键词：于桥水库沉积物-水界面间隙水分布特征释放通量

夏、秋季长江口外海域沉积物-水界面溶解无机碳的交换通量

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环境化学 2023年第3期42卷 931-941页

作者：祝文鑫徐焕志邢志远胡海燕李博浙江海洋大学海洋科学与技术学院舟山316000

沉积物-海水界面是海洋中溶解无机碳(DIC)转移和储存的重要场所,长江口外海域拥有特定的沉积物-水界面交换的空间格局,研究其沉积物-水界面DIC的交换过程对于碳的循环和转化具有重要意义.本研究于2021年8月和2021年10月在长江口外海域... 详细信息

沉积物-海水界面是海洋中溶解无机碳(DIC)转移和储存的重要场所,长江口外海域拥有特定的沉积物-水界面交换的空间格局,研究其沉积物-水界面DIC的交换过程对于碳的循环和转化具有重要意义.本研究于2021年8月和2021年10月在长江口外海域采集沉积物样品及原位底层海水,通过实验室模拟培养法计算了该海域沉积物-水界面DIC的交换通量,并研究了沉积物间隙水-上覆水的DIC浓度差、温度、盐度和pH对DIC交换通量的影响.结果表明,夏季和秋季研究海域沉积物-水界面DIC交换通量平均值分别为(432.45±190.78)μmol·m^(−2)·h^(−1)和(223.05±110.39)μmol·m^(−2)·h^(−1).夏季交换通量高于秋季,DIC扩散方向均由沉积物向上覆水释放,表明沉积物表现为DIC的“源”.此外,交换通量会随着DIC浓度差或温度升高而升高,随着盐度或pH升高而降低.

关键词：长江口外海域溶解无机碳(DIC) 沉积物-水界面交换通量

蓝藻生消对沉积物-水界面磷、铁、硫耦合循环的影响

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环境科学学报 2024年

作者：王计超黄涛孙婷婷包妍陶鹏良孙庆业安徽大学资源与环境工程学院湿地生态保护与修复安徽省重点实验室

通过构建微宇宙实验模拟了为期52 d的蓝藻生长与消亡过程，利用薄膜扩散梯度技术（DGT）分析了蓝藻生消过程沉积物-水界面（SWI）有效态磷、铁、硫的分布及其扩散通量变化.结果表明，实验周期内加藻组上覆水的溶解氧（DO）和pH均高于对... 详细信息

通过构建微宇宙实验模拟了为期52 d的蓝藻生长与消亡过程，利用薄膜扩散梯度技术（DGT）分析了蓝藻生消过程沉积物-水界面（SWI）有效态磷、铁、硫的分布及其扩散通量变化.结果表明，实验周期内加藻组上覆水的溶解氧（DO）和pH均高于对照组，藻类生长和消亡显著改变了界面理化性质.蓝藻萌发期（1～4 d）和快速生长期（15～19 d）SWI有效态磷和有效态铁显著正相关表明，沉积物磷的释放主要受控于铁磷的还原.蓝藻快速生长阶段（15～19 d），有效态铁、有效态硫扩散通量的同步升高指示铁、硫循环耦合了内源磷的释放；此外，沉积物碱性磷酸酶活性（APA）的上升和烧失量（LOI）的下降指示了有机磷矿化释放的另一途径.蓝藻快速衰亡阶段（23 d），藻类有机质降解磷释放导致了沉积物有效态磷和铁的解耦.蓝藻衰亡后期（41～52 d），硫酸盐还原介导的磷释放减弱，有效态磷和有效态铁的显著正相关指示沉积物铁磷的还原再次成为磷释放的主要机制，但释放水平显著降低.本研究表明，蓝藻生消显著影响了沉积物-水界面铁、硫、磷耦合循环，对认识湖泊内源污染释放规律与富营养化治理具有科学参考价值.

关键词：蓝藻水华沉积物-水界面薄膜扩散梯度技术(DGT) 内源磷有机质矿化

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海水多品种养殖池塘沉积物-水界面氮磷通量

水产科学 2024年第3期43卷 461-467页

作者：陈仲辽宁省海洋水产科学研究院农业农村部水产种质资源保护与发掘利用重点实验室辽宁省海洋生物资源与生态学重点实验室辽宁大连116023

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... 详细信息

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。

关键词：综合养殖池塘沉积物-水界面营养盐通量氮磷

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

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水生生物学报 2024年第7期48卷 1183-1192页

作者：杜彦秋吴文广张子军吴桃冯旭张继红上海海洋大学水产与生命学院上海201306 中国水产科学研究院黄海水产研究所青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室青岛266071 鄂尔多斯市农牧技术推广中心鄂尔多斯017000

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... 详细信息

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。

关键词：盐碱水池塘沉积物-水界面氮凡纳滨对虾