黄色人的起源

黄色人的起源 ()华南理工大学 环境科学与工程学院 , 广东 广州 510006 [ 摘 要 ] 为探讨黄沙河滨岸带沉积物中营养盐的释放规律 ,以 3 处不同营养盐水帄的沉积物为研究对 () 象 ,分析其层沉积物 0,15 c m的污染特征及空间分布规律 ,并采用原状泥柱对其营养盐的迁移方向及释 放通量进行了研究 。结果表明 ,沉积物中有机质和营养盐空间分布具有明显差异 ,各采样点总磷和有机质含 量具有自底层向上不断递增的趋势 ,表层 0,5 c m 处沉积物中有机质和总氮在水帄分布上自 S1 、S2 、S3 依次 递减 ;水势决定沉积物中营养盐的迁移方向 ,不管是水势向上或向下 ,沉积物释放的营养盐均以溶解态为主 , 且增大水压会促进营养盐的释放 ;不仅沉积物的营养盐水帄决定其营养盐的释放能力 ,沉积物的理化性质也 是决定其营养物质释放通量的关键因素 。 [ 关键词 ] 滨岸带 ; 沉积物 ; 营养盐 ; 释放通量 [ 中图分类号 ] S962 . 9[ 文献标识码 ] A Di stri butio n Cha ra ct e ri stic s a nd Rele a se Re gula riti e s of Nut ri e nt s in Se dime nt s in Hua ng sha he Rive r Rip a ri a n Zo ne 3 L I We n2ji ng , Z H A N G Tai2pi ng , KU A N G Che n2k un ( Col le ge o f Envi r onme nt a l Scie nce a n d En gi nee r i n g , S out h Chi na U nive rsi t y o f Tec h nol og y , Gua n gz hou , )Gua n g don g 510006 , Chi na Abstract : The poll utio n c ha ract eri stic s a nd sp atial di st ri butio n regula ritie s of n ut rie nt s i n surf ace () sedi me nt col umn s 0,15 cmat t h ree sit e s locat ed i n H ua ngsha he rive r rip a ria n zo ne were st udied a nd t he mi gratio n di rectio n a nd e mi ssio n f l ux of nut rie nt s were al so a nal yzed by u si ng undi st ur bed soil col umn s to k no w t he relea se regula rit y of nut rie nt s i n se di me nt s i n H ua ngsha he river rip a ria n zo ne . The re sult s sho wed t hat di st ri butio n of o r ga nic mat t e r s i n sedi me nt s wa s si gnifica ntl y diff e re nt wit h t hat of n ut rie nt s. The co nt e nt s of to t al p ho sp ho r u s a nd o r ga nic mat t e r s i ncrea sed ve rticall y f ro m t he bo t to m to surf ace of t he sedi me nt col umn s , a nd t he co nt e nt s of to t al nit ro ge n a nd o r ga nic mat t e r s decrea se d ho rizo nt all y f ro m S1 to S3 ; nut rie nt s mi gratio n di rectio n wa s deci ded by wat er po t e ntial , N ut rie nt relea sed f ro m se di me nt s wa s mai nl y di ssol uble n ut rie nt no mat t er t he wat e r po t e ntial wa s up wa r d o r do w nwa r d , a nd t he nut rie nt s relea se wo ul d i ncrea se wit h t he i ncrea se of wat er p re ssure ; The relea se cap a bilit y of n ut rie nt s wa s no t o nl y det er mi ned by nut rie nt level of sedi me nt , but al so aff ect e d by p hy sico2che mical p rop er t y of sedi me nt s. Key words : rip a ria n zo ne ; se di me nt s ; nut rie nt s ; relea se f l uxe s ( ) ,是陆地生态系统和水生 位 Eh、动力扰动以及沉积物本身的理化特征等因 河岸带即水陆交错带 [ 426 ] 素研究沉积物中营养盐的释放,而很少研究不同 生态系统之间进行物质 、能量 、信息交换的重要生物 [ 1 ] 水势 、不同垂直流方向下沉积物中营养盐的释放规 过滤带,是一个多功能复杂的生态系统 。河岸带 生态系统具有滞纳颗粒物质 、维护地表水的蓄积和律 。研究黄沙河滨岸带沉积物营养盐的空间分布特 征 ,通过改变水势和垂直流方向 ,探讨沉积物中营养 地表及地下水的循环变动 、维护遭受侵蚀的河岸 、维 [ 223 ] 盐的释放规律 ,以期为黄沙河滨岸带的环境保护和持湿地内部的生境结构及其食物链等功能,对陆 源物质有明显的截留作用 。长期以来 ,由于其较强富营养化防治提供理论依据 。 的自净能力 ,而被视为天然净化箱 。近年来 ,随着东 材料与1 江流域经济的快速发展 ,沿岸地区工业废水和生活 样品采集 污水的无序排放 ,以及农业面源污染的加剧 ,使黄沙 1 . 1 河滨岸带生态结构和环境遭到了一定程度的破坏 , 样品于 2010 年 4 月采集 ,根据黄沙河滨岸带特累积在滨岸带沉积物中的营养盐在一定条件下会重 征及周边污染状况 ,共设 3 个采样点 ,分别采集沉积 新释放到水体中 ,使黄沙河水体面临富营养化风险 。 物样品 ,采样点分布见图 1 。其中 , S1 位于狭岸带 , 目前 ,众多研究者开展了对水体2沉积物界面上周边有工业污水排放口 ,河面有黑臭漂浮物 ,河岸带 营养盐释放的研究 ,大多是在实验室条件下控制水2植被茂盛 ,水体流动性差 ,水力滞留时间长 ; S2 位于 ( ) 沉积物界面的温度 、p H 、溶解氧 DO 、氧化还原电流 域交汇口 ,水动力相对较强 ,周边有大量农田 ,河 [ 收稿日期 ] 2011201218 ; 2011203204 修回 ( )[ 基金项目 ] 国家水体污染控制与治理科技重大专项“东江下游优化发展都市区水污染系统控制与工程示范”2008 ZX072112006 ( ) [ 作者简介 ] 李文静 1986 - ,女 ,在读硕士 ,研究方向 :生态工程与环境修复 。E2mail :li wjyx86 @163 . co m ( ) 3 通讯作者 : 张太帄 1967 - ,男 ,副教授 ,从事生态工程与环境修复的教学与研究工作 。E2mail :lckzha ng @scut . edu . cn 图 2 样品采集装置 图 1 黄沙河滨岸带沉积物采样点分布 Fig. 2 Experimental set ting fo r sa mpling collectio n Fig. 1 Di st ributio n of sa mpli ng site s in H ua ngsha he [ 7 ] 等的研究方法 ,即向样品中加入体积 > 30 %的双 river ripa ria n zo ne 氧水数滴至样品刚好被全部淹没 ,待不再冒泡后加 岸边有垃圾 ,植被生长茂盛 ; S3 接近黄沙河出口 ,即 入体积分数为 36 %,38 %的盐酸约 1 mL ,至不再冒 同沙水库入口处 ,为开阔裸露的沙岸带 ,周边植被较 气泡后再用水反复冲洗 、稀释 ,上机测试 。粒径分析 少 ,且没有明显的外源污染排放口与农田 ,但河对岸 所用 的 仪 器 是 日 本 S H IM AD ZU 公 司 产 SAL D2 为居民区 。 201V 型激光粒度仪 。 在各采样点用自制采泥器原位采集柱状样 15 cm ,将 PVC 管采集的六柱原状沉积物样品分为两 并按 5 c m 分层切样 ,在每个点取样 3 次 ,同层样品 组 ,每 组 每 个 点 位 各 三 柱 。第 一 组 初 始 水 压 为 均匀混合 ,分别装于洁净广口塑料瓶中 ,带回实验室 2 920. 4 Pa ,从 PVC 管底部注入 700 mL 蒸馏水 ,使其 冷冻保存 。将部分沉积物样品自然风干 ,剔除大小在水压作用下 ,缓慢透过沉积物原状样品 ,待蒸馏水 砾石及动植物残体等杂物 。研磨样品过 100 目筛 , 全部进入沉积物样品后 ,记录时间并取透过的上层水 弃去筛上物 ,筛下物用四分法缩分 ,至获得所需样品 样 。第二组初始水压为 180. 5 Pa ,从 PVC 管顶部即 量后装瓶编号 ,用于分析沉积物有机质 、营养盐及物 沉积物表面处缓慢注入 700 mL 蒸馏水 ,待其全部透 理性质 。过沉积物原状样后 ,从底部收集水样待测 ,记录透过 每个采样点用自制 PVC 管采集六柱 15 cm 岸带湿 () 时间 。两组试验均在相同室内温度 27. 8 ?下进行 。 地沉积物原状样 ,用于沉积物营养盐释放模拟试验 。 1 . 2 样品采集装置 结果与分析2 如图 2 所示 ,沉积物营养盐释放模拟试验装置 沉积物物理特性及营养盐分布特征 2 . 1 (Φ 为双向开口 ,可以封闭的空心 PVC 圆柱体 = 11 cm , 从表 1 可以看出 ,黄沙河滨岸带沉积物主要为) H = 40 c m,采样后立即用一内垫有中速滤纸的盖 砂质粉砂和粉砂质砂 , S1 采样点沉积物以砂质粉砂 子套在 PV C 柱底部 ,并用胶水密封管外沿 。在管底为主 , S2 与 S3 采样点沉积物 5,10 c m 层 、10 , 15 部中心设有出水孔 ,内插一小玻璃管 ,用于连接橡胶 c m 层颗粒较粗 ,主要为粉砂质砂 ,而 0,5 cm 层粒 软管 ,以便于试验取水与进水 。在玻璃管和反应器之 径较小 ,为砂质粉砂 。这是由于 S2 与 S3 采样点位 间涂上玻璃胶 ,以防止漏水以及外部空气的渗入 。于开阔的河岸带 , 水 动 力较 强 , 使得 沉积 物 含砂 量 1 . 3 分析方法大 。此外 ,雨水径流也对沉积物的粒度分布有一定 沉积物中有机质和营养盐的指标分析参照《土 的影响 。降雨量的变化影响地表径流的强度 ,从而() 壤农化分析》第三版,沉积物粒径分析采用王德杰 表 1 样点各层沉积物粒度参数 Table 1 Grain2size pa ra meter s of t he sediment s at diff erent sa mpling plo t 颗粒组分帄均含量/ % Average co ntent of grain f ractio n μ中值粒径 D/m 采样点 沉积物类型 50 Media n p a r ticle dia met e r Sa mpli ng p lo t Sedi ment t yp e 粘土 粉砂 砂 ()砂质粉砂 28 . 09 33 . 310 S1 0,5 cm 62 . 44 9 . 47 () 24 . 79 63 . 84 11 . 37 28 . 632 S1 5,10 cm砂质粉砂 ()24 . 24 60 . 18 15 . 58 22 . 896 S1 10,15 cm 砂质粉砂 25 . 01 67 . 92 7 . 07 34 . 978 () 砂质粉砂S2 0,5 cm (74 . 99 25 . 01 0 157 . 788 ) 粉砂质砂 S2 5,10 cm (70 . 83 29 . 17 0 136 . 177 ) S2 10,15 cm粉砂质砂 48 . 57 7 . 44 (43 . 99 47 . 640 )S3 0,5 cm 砂质粉砂 22 . 78 0 () 77 . 22 145 . 144 S3 5,10 cm粉砂质砂 ( ) 71 . 35 28 . 65 0 120 . 273 S3 10,15 cm粉砂质砂 [ 10211 ] 用的综合结果。S1 > S2 > S3 ,这主要与样点 各点含水率大小关系是 从表 2 可以看出 ,各采样点沉积物中有机质和 所处位置的水文条件和植被分布有关 ,此外 ,沉积物 总磷含量从底部向上有不断递增的趋势 ,但增幅有 的粒径分布也会影响含水率的大小 。 差异 ,有机质和总磷主要在表层富集 ,说明黄沙河流 2 . 2 沉积物营养盐的释放 域外源性污染物的输入在逐年增加 。而各采样点沉 由表 3 可知 ,当水势向上时 ,各点沉积物中总磷 积物中总氮却没有呈现出明显的规律性 ,这可能与 的释放通量自 S1 、S2 、S3 依次递增 ,且增幅有明显差 沉积物中氮循环过程有关 。表层 0,5 c m 处沉积物 异 ,其中 ,S3 处沉积物中总磷的释放通量为 S1 、S2 的 中有机质和总氮在水帄分布上自 S1 、S2 、S3 依次递 两倍 ,S1 与 S2 变化并不明显 。从释放的磷形态构成 减 ,而总磷并没有表现出类似的分布特征 ,在 S2 处 来看 ,以溶解性正磷酸盐的形式为主 。S1 与 S3 沉积 含量最高 ,这主要与各点外源污 染 输入 量有 关 , S1 物中总氮的释放通量基本接近 , S2 沉积物中总氮的 2 ( ) 周边的许多工厂无序排放工业废水 ,河岸带水面常 释放通量最大 ,达 504. 29 mg/ mh?。各点沉积物 有黑臭漂浮物 ,使得 S1 有机污染严重 。S2 附近有 中氮盐的释放通量均远大于磷盐的释放通量 。 制砖厂 ,且分布有大 面积 的 农田 , 农 业面 源污 染 严 当水势向下时 ,各点沉积物的营养盐向水中释 重 ,故 S2 总磷含量最大 。说明 ,沉积物中营养盐的 放的释放通量自 S1 、S2 、S3 依次递减 , 且 S2 、S3 沉 含量不仅与周边人类活动有关 ,还与流域的上下游 、 积物释放通量的递减幅度非常大 ,这并没有与相应 [ 12 ] 来水的好坏 、环境的保护有关。 沉积物中营养盐含量的变化趋势呈现一致性 ,说明 , 含水率反映了底泥沉积物的疏松状况 ,并与其沉积物的营养盐含量并不是决定其释放通量的唯一 因素 。粒径分布及有机质含量等理化性质有关 ,它直接影 表 2 黄沙河滨岸带不同深度沉积物营养盐及有机质含量 Table 2 Co ntent s of o r ga nic mat ter s a nd nut rient s at va rio us dep t hs in H ua ngshahe river ripa ria n zo ne μμ( )()()采样点 含水率/ % 有机质/ % 总氮/ mg/ g 硝态氮/ g/ g 总磷/ g/ g Sa mpling plo t To tal nit ro gen Nit rate nit ro gen To tal p ho sp ho r us Moi st ure co ntent O r ga nic mat ter ()3 . 914 1 . 007 2 . 057 59 . 8 7 . 501 S1 0,5 cm () 2 . 986 2 . 698 1 . 503 47 . 6 5 . 624 S1 5,10 cm()2 . 634 3 . 498 1 . 299 44 . 5 4 . 913 S1 10,15 cm()S2 0,5 cm 3 . 596 1 . 214 3 . 456 38 . 6 5 . 426 1 . 526 0 . 821 1 . 893 36 . 2 2 . 052 () S2 5,10 cm() 2 . 249 2 . 298 1 . 334 37 . 1 1 . 912 S2 10,15 cm() 0 . 786 2 . 912 0 . 712 23 . 7 2 . 116 S3 0,5 cm()0 . 669 1 . 387 0 . 616 22 . 5 1 . 513 S3 5,10 cm ( ) S3 10,15 cm2 . 324 1 . 104 0 . 376 23 . 1 1 . 228 表 3 沉积物2水界面营养盐释放通量 Table 3 Relea se f l ux of nut rient s acro ss t he sedi ment2surf ace water interf ace (())水势向上 初始水压 P = 2 920 . 4 Pa 水势向下 初始水压 P = 180 . 5 Pa 点位 Up wa r d wat e r po t e ntial Do w nwa r d wat e r po t e ntial Sa mpling 溶解性正 溶解性正 plo t 总磷 总氮 硝态氮 氨氮 总磷 总氮 硝态氮 氨氮 磷酸盐磷酸盐 S1 246 . 355 238 . 985 440 . 069 153 . 708 96 . 857 135 . 245 109 . 118 118 . 852 61 . 304 28 . 859 S2 295 . 836 280 . 076 504 . 290 147 . 392 133 . 705 88 . 369 60 . 578 131 . 305 49 . 337 41 . 827 S3 541 . 138 349 . 529 423 . 225 149 . 497 132 . 653 18 . 346 17 . 438 27 . 909 8 . 265 7 . 702 2 2 μ( ) ( ) 注 : 总磷和溶解性正磷酸盐的释放通量单位是g/ mh?,总氮 、硝态氮和氨氮的释放通量单位是 mg/ mh?。2 μ( ) No te : Relea se f l ux unit of to tal p ho sp ho r us a nd sol uble o rt hop ho sp hate i sg/ mh?,relea se f l ux unit of to tal nit ro gen ,ni22 ( ) t rate nit ro gen a nd a mmo nia nit ro gen i s mg/ mh?. ( ) 总体而言 ,近于室温条件 T = 27 . 8 ?,高低两 ,两组试验中氮盐均主要以无机氮形式存在 ,且硝 看 种水压与水势下 ,沉积物营养盐的释放通量均较大 , 态氮的释放通量高于氨氮的释放通量 。此外 ,各层 各点沉积物样品氮盐的释放通量也远大于磷盐的释 沉积物粒径组成的不同使同一点位的磷盐沿不同方 放通量 。第一组试验中沉积物营养盐的释放通量明 向的释放通量也呈现出一定的规律 。粒径越小 ,含 显较第二组试验大 ,说明 ,沉积物中营养盐随着水势水率越低 ,越不利于间隙水中磷盐的垂直扩散 ,粒径变化 ,既可以向地下水迁移 ,也可释放到上覆水中 。 组成在进入层中对磷盐释放扩散的阻碍作用强于溢 从沉积物样品释放的硝态氮和 氨氮 占总 氮比 例 来 出层 ,但这种作用对氮盐的影响并不显著 。 总的来看 ,具有自底层向上不断递增的趋势 ,但增幅 [ 参 考 文 有差异 ,有机质和总磷主要在表层富集 ,说明黄沙河 献 ] [ 1 ] 戴金水 . 西沥水库构建生态库滨带的实践 [ J ] . 中国水 滨岸带沉积物的污染情况近年来有所加剧 ,这与河 () 利 ,2005 6:32234 . 岸周边工业废水与农业生活污水的无序排放有极大Whigha m D F. Ecolo gical i ssue s related to wetland [ 2 ] 关系 。 p re servatio n , resto ratio n , creatio n and a ssessment ) 2滨岸带沉积物中营养盐的水帄分布情况不 [J ] . The Science of t he To tal Enviro nment , 1999 , 同 ,表层 0,5 c m 处沉积物中有机质和总氮在水帄 240 :31240 . 分布上自 S1 、S2 、S3 依次递减 ,狭岸带沉积物中营 Ma nder U , Kuusement s V , Kri sta L , et al . Efficiency [ 3 ] 养盐和有机质含量要高于河中及入库出水口处 ,这 and dimensio ning of rip a ria n buff er zo ne s in agricul2 主要与河流的水动力学特征有关 。t ural catchment s [ J ] . Ecolo gical Engi neering , 1997 () 8:2992324 . ) 3水势决定滨岸带沉积物中营养盐的迁移方 李文霞 ,冯海艳 ,杨忠芳 , 等 . 水体富营养化与水体沉 [ 4 ] 向 ,但水压大小与水势方向并不能决定沉积物释放 ( ) 积物释 放 营 养 盐 [ J ] . 地 质 通 报 , 2006 , 25 5 : 6022的营养盐存在形态 。不管水势向上或向下 ,水压大 608 . 或小 ,沉积物释放的磷盐均以溶解态为主 ,氮盐以无 杨文澜 ,刘 力 . 地表水体底泥中氮磷及重金属的释 [ 5 ] 机氮形态为主 。这是因为沉积物表层的溶解氧含量 ( ) 放规律研究 [ J ] . 安 徽 农 业 科 学 , 2009 , 37 17 : 81512 较高 ,好氧微生物大量生长 ,沉积物中的有机质被快 8152 . 速分解成 N H2N ,部分 N H2N 在好氧和微碱的条 3 3 姜敬龙 ,吴云海 . 底泥磷释放的影响因素 [ J ] . 环境科 [ 6 ] 件下迅速硝化 。在沉积物中下层 10 c m 左右 , 还原 () 学与管理 ,2008 ,33 6:43246 . 环境较好 ,有利于沉积物中营养盐的矿化和降解 ,其[ 7 ] 王德杰 ,范代读 ,李从先 . 不同预处理对沉积物粒度分 [ 14 ] ( ) ( ) ( ) 析结果的影响 [ J ] . 同济 大学学报 , 2003 , 31 3 : 3142 中 Fe2P 表面的 Fe O H易转化变成 Fe O H,3 2 318 . 使沉积物中积累更高浓度的溶解性营养盐 。在浓度 Shepa r d F P. No menclat ure ba sed o n sand2silt2clay ra2 [ 8 ] 梯度作用下 ,可溶性磷盐与矿物晶格结合形成较弱 tio s [ J ] . J o ur nal of Sedimenta r y Pet rolo gy , 1954 , 24 : 的磷盐以及可溶性氮盐进入到被水稀释后的间隙水 1512158 . 中 ,顺着水势方向不断进入到间隙水中 ,而后在水压 史小丽 ,秦伯强 . 近百年来长江中游网湖沉积物粒度 [ 9 ] 形成的动力作用下释放和迁移 。特征 及 其 环 境 意 义 [ J ] . 海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质 , ( ) ) 4在不同的外界条件 初始水压和水势方向() 2009 ,29 2:1172122 . 下 ,各采样点沉积物样品中磷盐的释放通量呈现出 Gao S , Collins M . A nalysi s of grain size t rends fo r [ 10 ] 完全相反的变化趋势 。当水势向上时 ,各点沉积物 defining sediment t ra nspo rt pat hways in ma rine envi2 ro nment s [ J ] . J o ur nal of Coa stal Resea rch , 1994 , 10 中总磷的释放通量自 S1 、S2 、S3 依次递增 ; 当水势 () 1:70278 . 向下时 ,则自 S1 、S2 、S3 依次递减 ,而氮盐却没有明 Pedrero s R , Ho wa H L , Michel D. Applicatio n of [ 11 ] 显的反向趋势 ,总体变化相对较为一致 。由此可见 ,grai n size t rend a nalysi s fo r t he deter minatio n of sed2 氮盐受外界条件的影响没有磷盐大 。iment t ranspo rt p at hways i n intertidal area s [ J ] . Ma2 ) 5在相同的外界条件下 ,不同点位的营养盐释 rine Geolo gy ,1996 ,135 :35249 . 放通量呈现出一定的变化规律 。这不仅与沉积物的 张华俊 . 广东省典型供水水库沉积物氮盐及重金属研 [ 12 ] 营养盐水帄有关 ,沉积物的理化性质对其也有一定 究 [ D ] . 广州 :暨南大学 ,2010 . 的影响 。S1 沉积物有机质含量和含水率较 S2 、S3朱广伟 ,高 光 ,秦伯强 , 等 . 浅水湖泊沉积物中磷的 [ 13 ] 相应层高 ,而沉积物中营养物质和腐败性有机质含 ( ) 地球化 学 特 征 [ J ] . 水 科 学 进 展 , 2003 , 14 6 : 7142 719 . 量越高 ,沉积环境还原性越强 ,则越有利于沉积物中 李向梅 ,解 岳 ,黄廷林 . 景观水体底泥释放分析 [ J ] .[ 14 ] 营养盐的释放 。但 S1 沉积物 0,15 c m 各层沉积物 () 水处理技术 ,2010 ,1 1:60263 .粒径均小于 S2 和 S3 沉积物相应层粒径 ,使得 S1 沉 ()责任编辑 : 彭 艳 积物具有相对更大的比表面积 ,增强了其对营养盐 的吸附能力 ,故而减小了 S1 沉积物中营养盐的释放