固体介质中的重金属源解析及其在中国近海沉积物中的应用

沉积物中重金属源解析对甄别人为活动与自然变化对近海生态系统演化的影响有重要作用.本文总结了近年来污染物源解析常用的多元统计分析、地球化学方法和地质统计分析3种主要研究方法,剖析了不同方法的优劣及适用性,提出正定矩阵因子分析、Pb同位素示踪在重金属来源定量化研究中具有良好应用前景.梳理了中国近海沉积物中重金属来源的主要研究结果,发现河口和海湾是沉积物重金属受人为来源影响剧烈的典型近海区域,不同定量解析方法(多元统计分析、背景值估算、Pb同位素分析)均表明中国近海沉积物重金属的人为来源贡献率接近或超过50%.当前中国近海沉积物中重金属源解析研究还存在源识别端元模糊、解析结果缺乏相应的可靠性评价等问题.据此提出近海沉积物重金属源解析研究应使用多种解析技术手段综合、集成与优化,提高源解析的准确性;建立完善指标体系,筛选代表特定人为活动和自然过程的指标;甄别人为源重金属入海方式及过程,为沉积物数据信息的解译提供理论基础.     

广东金山温泉沉积物中原核与真核微生物多样性初步分析

[目的]本研究旨在采用不同的PCR引物对广东省恩平市金山温泉的高温水底沉积物微生物多样性进行初步的分析.[方法]采用改进的玻璃珠法抽提温泉沉积物中环境基因组DNA,通过对用4对引物分别扩增得到的原核微生物16S rRNA基因和真核微生物ITS序列的分析,将所得到的数据与国际基因数据库GenBank进行相似性比较并构建系统发育树.[结果]研究发现原核类群G的 14个优势克隆中7个都属于蛭弧菌属(Bdellovibrio).与它们最相似的序列是从海洋中分离到的两个菌株 Bacteriovorax sp. NE1 (EF092445)和Bdellovibrio sp. JS5 (AF084859),相似性分别为96%和99%.原核类群X的4个序列主要属于蓝细菌类群,其中JS-X2与在美国黄石公园温泉发现的Uncultured Cyanobacterium (L35331)有95%的相似性,并且与已经全基因组测序的嗜热蓝细菌聚球藻Thermosynechococcus elongatus BP-1 (47118315)有89%的相似性.真核类群Z有三个类群,分别是Penicillium sp.,Lodderomyces sp.和Gloeotinia sp..其中大部分序列与青霉属相似性在88%～ 90%之间.[结论]所得到的结果显示金山温泉中的微生物多样性十分丰富.     

珠江(广州河段)表层沉积物中重金属的生态风险研究

随着广州市截污工程的实施，珠江（广州河段）外源污染得到有效控制后，沉积物内源污染将成为影响河流水质的重要因素。我们测定了珠江（广州河段）沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg和As 7种重金属的浓度，研究了它们的分布特征和潜在生态风险。结果表明：在主干流河道的顺流断面中，各种重金属元素整体上表现出明显的倒“W”型分布。在各内河涌的各监测断面中，花地涌沉积物中重金属浓度最高，乌涌最低，其余各河涌居中。各种重金属元素的空间分布特征基本相似，除了Hg与Cd、Cr、As之外，其他各元素之间均呈现较明显的正相关关系，尤其是Cr和Cd、Cu和Cd、Cr和Cu之间的相关性显著，表明这些重金属元素在沉积物中的浓度具有共同变化的趋势。潜在生态危害指数法的评价结果显示，7种重金属元素的生态危害系数的大小顺序为：Hg>Cd>Cu>As>Pb>Zn>Cr，其中Hg是最主要的生态风险因子。对单个重金属的潜在生态危害系数（ ）和多个重金属的潜在生态危害指数（RI）的分析，生态风险最大的断面是5#（黄歧）、6#（黄沙）、16#（花地涌北出口）、7#（横滘）和14#（增埗桥）。     

沉积物再悬浮对浮游藻类影响的模拟实验研究

作为浅水湖泊的重要特性之一,由风浪等动力作用引起的沉积物再悬浮对浮游藻类的初级生产力、群落结构具有重要意义。本研究通过生长季节(5-6月)在太湖梅梁湾湖岸的中宇宙模拟实验,比较在同样的外源负荷下浮游藻类对不同的沉积物再悬浮程度的影响特征,以及其主要的影响因子。实验在约250L的大桶中进行,通过位于沉积物-水界面的水泵的动力作用,模拟了三个不同程度沉积物再悬浮:无再悬浮即对照、弱悬浮和强悬浮程度。实验结果显示:(1)对照、弱悬浮和强悬浮之间悬浮物浓度呈显著性梯度变化,平均值分别为5、30、40 mg L-1,水下20cm光密度分别为表面光密度的80%、35%和25%。TN和TP在悬浮处理组显著高于对照组,但是弱悬浮和强悬浮之间差异不显著。生物可利用的各种溶解性营养盐形式对再悬浮的响应特征不明显。(2)浮游藻类生物量和群落结构对再悬浮的响应显著。对照组的Chla在整个实验阶段都很低,强悬浮组和弱悬浮组的平均Chla分别5倍和2倍于对照组。实验初始浮游藻类群落种类多样性低,优势种群主要为隐藻(隐藻属Cryptomonas spp.和蓝隐藻Chroomonas acuta)。再悬浮处理显著促进了隐藻的生长,但弱悬浮和强悬浮之间差异不显著。对照组优势种群演替为微小型种类蓝隐藻和绿藻门的纤维藻属(Ankistrodesmus sp.)。(3)以相对丰度为统计数据,浮游动物群落结构对再悬浮的响应显著,弱悬浮和强悬浮之间差异不显著。对照组的枝角类大型种类溞属(Daphnia spp.)丰度显著高于再悬浮处理组,枝角类小型种类象鼻溞属(Bosmina spp.)和网纹溞属(Ceriodaphnia spp.)、轮虫丰度则呈相反趋势。可见,再悬浮促进了沉积物营养盐的释放和水下光照的衰减,还影响了浮游动物的群落结构,使其向摄食藻类能力较差的种类演替,从而在上行(bottom-up)和下行(top-down)两个方面影响了浮游藻类的现存量和群落结构。     

长江中下游浅水湖泊沉积物多酚氧化酶与过氧化物酶活性分布

采样分析了长江中下游浅水湖泊(鲁湖、梁子湖、后官湖、牛山湖、三角湖、龙阳湖、墨水湖、月湖以及太湖)沉积物多酚氧化酶与过氧化物酶活性的分布及其与微生物的关系.结果表明,在水平方向上,沉积物有机质含量较高的湖泊酶的活性明显较高,湖内酶的活性亦有明显的异质性,排污口、水生植物凋落区以及未疏浚点的活性明显较高.在垂直方向上,有机质含量较高的表层显示较高的多酚氧化酶活性.因此,不同来源的有机质均能诱导酶的产生;过氧化物酶活性随深度变化的趋势不明显,且在疏浚与未疏浚点显示相近水平,这种现象可能源于酶与腐殖质的结合;多酚氧化酶与过氧化物酶活性显著正相关,初步揭示了二者在有机质降解与腐质化过程中的偶联;细菌和放线菌(而非真菌)似为酶的主要生产者.并讨论了氧化还原酶在湖泊富营养化过程中的作用.     

浴仙湖沉积物记录的云南极端干旱事件与生态响应评价

为评价湖库生态环境对极端气候的响应特征, 以经历水位明显降低的云南浴仙湖为研究对象, 通过沉积物多指标分析并结合多变量统计方法, 识别了2009—2013年极端干旱事件驱动湖泊生态环境变化的模式。其中沉积物粒度显示近百年来湖泊水文条件总体稳定, 但在2011年左右粗颗粒物质和中值粒径增大, 同期沉积物元素、同位素记录表明水体营养水平没有明显变化。硅藻群落近百年来以湖泊底栖物种占绝对优势, 约2011年开始优势种属Fragilaria被Nitzschia、Navicula等河流水体中常见的物种所替代, 且硅藻多样性指标总体增加, 而指示水位变化的PCA主轴一解释了硅藻群落结构的主要变化(约55.8%)。总之, 极端干旱事件的发生与持续明显改变了湖泊生物群落结构与多样性特征, 已成为影响该气候敏感区水资源安全与生态环境功能的重要挑战之一。     

南极罗斯海表层沉积物中的放射虫组合分布及与其他硅质生物关系和环境生态意义

本文利用中国第31-33次南极科学考察在罗斯海陆架区采取的表层沉积物样品,研究了生物硅含量、硅质微体生物遗骸丰度分布特征和放射虫属种组合及其与海洋环境和生态的关系。研究显示,区域上生物硅含量是硅藻、放射虫和海绵骨针共同沉积的结果。其中,高的硅藻和放射虫丰度指示了罗斯海陆架区西部表层水初级生产力,而高的海绵骨针丰度可能与悬浮食物来源有关。主要放射虫属种的Q型因子分析将37个放射虫优势种归为四类属种组合。其中,以Antarctissa denticulata为优势种的组合代表寒冷的南极表层水;以Plectacantha oikiskos-Antarctissa(?) sp.1为优势种的组合指示水深和地形变化大、高初级生产力的近岸环境,代表罗斯海季节性海冰生成活跃的冰缘区;以Antarctissa strelkovi-Trisulcus borealis为优势种的组合中,A.strelkovi可能指示表层水硅酸盐浓度较高的浅水环境,而Trisulcus borealis和其它优势种可能受到多种环境因素的共同影响;以Lithomelissa setosa为优势种的组合主要受到上层冷暖水团混合的影响较大,可能指示侵入罗斯海陆架中部的变性绕极深层水。     

天鹅洲故道水生态研究进展

20世纪90年代初, 湖北长江天鹅洲故道水质良好, 鱼类资源丰富, 被认为是建立长江豚类半自然保护区和四大家鱼种质资源生态库的理想场所, 而对之开展了水生态研究, 之后由于成功实现了长江江豚的迁地保护而受到越来越多的关注。学者们从水质和沉积物等环境因素, 浮游植物、浮游动物、底栖动物和高等水生植物等生物因素, 水体初级生产力、渔产潜力和鱼类等资源因素多角度开展了天鹅洲故道水生态研究。天鹅洲故道水质呈恶化趋势。浮游植物数量增加了2个数量级, 且从单细胞个体转变为多细胞群体, 同时带有胶被的蓝藻在种类和密度上占有绝对优势; 浮游动物优势种呈小型化趋势; 底栖动物密度有所下降; 高等水生植物呈逐渐衰退趋势。鱼类资源量呈下降趋势。根据水质化学和生物学评价结果, 结合天鹅洲故道受人类活动的影响, 本文指出故道与长江阻隔、渔业活动和环境污染是天鹅洲故道水生态面临的主要问题, 其通过水质、饵料和栖息地等方面影响长江江豚的可持续性生存。同时, 提出5个方面的建议: 首先, 实施通江工程, 恢复故道水文特征, 提高故道理化环境异质性; 其次, 控制外源和内源营养负荷, 提高故道水体水质; 然后, 持续监测水质、沉积物和水生生物状况, 建立故道水生态数据库; 再次, 实施生态修复工程, 提高水生生物多样性; 最后, 规范渔业活动, 优化故道渔业资源, 为保护天鹅洲故道水环境质量和水生态健康, 维持江豚可持续生存提供依据。     

乳山湾东流区沉积物中不同形态磷的分布特征

对2003年8月在乳山湾东流区采集的沉积物样品中的不同形态磷的平面和垂直分布特征进行了分析,并探讨了这些磷的形态分布与贝类养殖的关系,结果表明,不同形态磷在贝类高密度养殖区含量大于低密度养殖区.养殖区的垂直分布比较复杂,在1～20cm范围含量均出现较大波动,这与贝类养殖活动有关.Fe-P、Al-P含量出现较大波动还与污染程度有关,Or-P还与浮游植物活动有关.养殖区Ex-P、Fe-P、NAIP占TP的平均百分含量大于非养殖区,De-P、Oc-P恰好相反.Ca-P是乳山湾沉积物中含量最高的磷形态,Fe-P 和Or-P是最主要的两种生物可获得磷.TP、Or-P含量在养殖区与非养殖区之间没有显著差异,养殖区Fe-P含量高于非养殖区,3种磷的平均含量一般大于其它海区.非生物可获得磷约占TP的60%左右.     

长江口及毗邻海域沉积物生态环境质量评价

采用地质累积指数法、潜在生态危害指数法和生物效应浓度法3种方法,考虑河口的水动力过程、沉积物分布和盐度影响,把长江口及毗邻海域划分为7个区域进行沉积物生态环境质量评价.结果表明,3种方法评价结果基本一致,长江口及毗邻海域的底质生态环境均受到重金属不同程度的污染,属于中低度污染,口外区和舟山海区的沉积物质量较好,口门、最大浑浊带和杭州湾的沉积物质量较差.用同期的底栖动物群落结构参数进行验证,生态响应明显.