生物扰动对沉积物中污染物迁移转化影响的研究进展

生物扰动可以改变沉积物的理化性质和生物地球化学作用,从而促进或减弱污染物从沉积物向水中的释放,而沉积物中污染物的迁移转化规律对于指导环境修复以及评价污染物的潜在风险均大有裨益.本文介绍了生物扰动的定义,并综述了近年来关于生物扰动对沉积物中污染物迁移转化影响方面的研究.     

颤蚓及其生物扰动对表层沉积物微环境pH和溶解氧的影响

以颤蚓为扰动生物,通过室内模拟实验,借助微电极研究颤蚓孔穴附近沉积物微环境pH和溶解氧(DO)的高分辨率分布及变化规律.结果表明:沉积物的pH值随扰动时间延长先升高后降低,颤蚓扰动对pH值的降低有抑制作用;当扰动时间相同时,颤蚓使沉积物表面的pH值以颤蚓孔穴为中心出现下降(最多达0.3pH单位),该下降作用可影响孔穴周围半径1mm的范围;无生物体系中的水-沉积物界面附近DO值随时间延长逐渐降低,但颤蚓的扰动作用使孔穴附近沉积物表面的DO值在水平方向上升高(可升高9.2~17.0μmol/L),并增加DO的渗透深度,使最大渗透深度从3mm增加到5mm.因此,沉积物中的颤蚓可通过改变沉积物微环境pH和DO的分布特征,进而影响水-沉积物界面附近污染物的环境行为.     

颤蚓及其生物扰动对表层沉积物微环

以颤蚓为扰动生物, 通过室内模拟实验, 借助微电极研究颤蚓孔穴附近沉积物微环境pH和溶解氧(DO)的高分辨率分布及变化规律. 结果表明: 沉积物的pH值随扰动时间延长先升高后降低, 颤蚓扰动对pH值的降低有抑制作用; 当扰动时间相同时, 颤蚓使沉积物表面的pH值以颤蚓孔穴为中心出现下降（最多达0.3 pH单位）, 该下降
作用可影响孔穴周围半径1 mm的范围; 无生物体系中的水 沉积物界面附近DO值随时间延长逐渐降低, 但颤蚓的扰动作用使孔穴附近沉积物表面的DO值在水平方向上升高（可升高9.2~17.0 μmol/L）, 并增加DO的渗透深度, 使最大渗透深度从3 mm增加到5 mm. 因此, 沉积物中的颤蚓可通过改变沉积物微环境pH和DO的分布特征, 进而影响水 沉积物界面附近污染物的环境行为.     

室内模拟研究颤蚓扰动对污染沉积物中镉形态分布的影响

通过室内模拟颤蚓在镉污染湖泊沉积物中的生物扰动, 采用Tessier连续萃取法对生物扰动后不同深度沉积物中的镉进行形态分析. 通过研究颤蚓扰动对沉积物不同深度的氧化还原电位及上覆水pH值的影响, 进一步分析其对沉积物中镉形态分布的影响. 结果表明, 颤蚓扰动可以改变其活动区域内沉积物的微环境（如pH值、 氧化还原电位等）, 进而对沉积物中镉的主要存在形态产生影响; 颤蚓扰动可提高镉从沉积物内部微孔向溶液中扩散的速率, 进而提高沉积物中镉的纵向迁移能力, 促进镉从铁锰氧化物结合态向可交换态的转移; 颤蚓扰动还能增加沉积物表层碳酸盐结合态及可交换态镉的质量比, 影响水/沉积物界面镉的交换; 有机/硫化物结合态及残渣态镉的质量比较低, 受颤蚓生物扰动影响不显著.     

沉积物中持久性有机物吸附解吸过程研究

持久性有机污染物因其高毒性、难降解性、生物累积性和长距离迁移等特性已成为沉积物中一类重要污染物,沉积物对它们的吸附-解吸行为是控制和调节水体和沉积物之间物质输送和交换的重要途径,决定了其对环境和人类的潜在威胁。本文综述了沉积物对持久性有机物的吸附解吸理论以及影响吸附-解吸行为的主要因素,包括天然有机物、有机物分子结构、pH和离子强度以及沉积物粒径等,并对当前研究中存在的问题及未来研究趋势提出建议。     

水动力作用下河湖沉积物污染物释放研究进展

水动力作用会增强底泥沉积物-水界面的剪切效应,并引起上覆水和沉积物的理化性质(溶解氧、pH、氧化还原电位等)发生变化,从而影响甚至改变污染物的释放规律。鉴于水动力的重要性,对动水作用下营养盐、重金属、持久性有机物的释放机制以及影响释放过程的主要因素进行了阐述,解析了过去研究中存在的不足,指出多次水动力扰动下沉积物再悬浮以及再分配行为响应机制、水动力作用与沉积物中多种污染物释放的协同或拮抗的耦合机制、水动力与水生植物共同胁迫作用下污染物释放的微观机制以及基于复杂条件下的沉积物污染物释放动力学模型构建是本领域需进一步研究的重点。     

颤蚓生物扰动对Cu和Cd从上覆水向沉积物迁移的影响

通过实验室模拟沉积物/水体系中颤蚓的生物扰动过程, 研究颤蚓密度和上覆水pH对颤蚓生物扰动效应及其对Cu和Cd向沉积物迁移速率的影响. 实验结果表明： 颤蚓扰动作用可显著提高Cu和Cd向沉积物迁移的速率, 且Cu受影响的作用大于Cd; 随着颤蚓密度的增加, Cu和Cd的迁移速率均增大; 酸碱胁迫均可促进生物扰动, 碱性条件下生物扰动作用更显著; 生物扰动促进的物质交换作用可显著增强实验体系对酸碱的缓冲能力, 使体系pH趋于中性、 均一; Cu和Cd的迁移速率同时受体系pH和扰动强度的影响, 总体随上覆水pH值的增大而增加; 生物扰动对Cd迁移的促进作用更大.     

上海河流沉积物的有机提取物对3种细胞的毒性效应

河流沉积物是众多有机污染物的最终储存库.采用索氏抽提法提取出黄浦江及支流苏州河沉积物中的有机污染物,用CCK-8法检测沉积物中的有机提取物对正常人肝细胞L02、人肝癌细胞HepG2以及人乳腺癌细胞MCF-7的细胞增殖毒性,综合评价沉积物中有机污染物的综合毒性效应,进而比较沉积物有机提取物对这3种细胞增殖毒性的差异及两条河流沉积物受有机污染物污染的情况差异.结果表明,黄浦江与苏州河沉积物有机提取物对MCF-7细胞和L02及HepG2细胞表现出不同的毒性效应,黄浦江与苏州河沉积物中的大部分样品对L02和HepG2表现出一定的促增殖效应或没有影响;对MCF-7细胞,除个别样品外,大部分样品表现出细胞增殖毒性效应,并且呈剂量效应及时间效应依赖关系,其毒性大小与采样的位置存在很大关联,这说明黄浦江及苏州河沉积物有机提取物一定程度上受到了有机污染物的污染.另外,两条河流对L02和HepG2的促增殖效应和对MCF-7细胞增殖的毒性效应相当,说明两条河流受有机污染物的污染强度接近及污染物类型相似.     

摇蚊幼虫扰动对沉积物-水微界面氧化还原特征的影响

生物扰动是影响沉积物-水微界面反应的重要因素,为了明确生物扰动作用对沉积物-水微界面氧化还原特征的影响机制,从环境微界面角度出发,以摇蚊幼虫为例,借助高分辨率的微电极系统解析沉积物-水微界面O_2、p H、氧化还原电位(Eh)的垂向分布特征。结果表明,摇蚊幼虫的生物扰动作用显著增加了沉积物-水微界面处的溶解氧浓度;降低了上覆水的p H值,提高了沉积物的p H值,且上覆水p H时空变化较大,沉积物p H值变化较小;廊道里O_2增加,使Eh值也相应地提高,而没有生物扰动到的地方Eh值偏低。摇蚊幼虫通过呼吸和摄食作用将富含氧气的上覆水引进廊道,充入的氧气改变了微界面的氧化还原条件。     

生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响

海洋沉积物的侵蚀和沉积过程对海底地形地貌具有重要的作用,侵蚀和沉积速率的相对比值不仅影响沉积层的稳态过程,还能改变沉积层的理化属性。侵蚀和沉积过程涉及因素复杂,不仅包括物理因素(海流、潮汐、沉积物性质)、化学因素(浑浊度、间隙水的离子组成),还包括生物因素(海草、海藻的丰度以及生物扰动作用)。生物扰动是海洋生态学重要的研究内容之一,是水层-底栖界面的耦合过程中的关键生物影响因子。自20世纪50年代以来,生物扰动逐步得到重视,尤其是在水层-底栖界面耦合过程中的作用,并逐步由定性研究过渡到定量研究,进入室内生态模拟、现场测试和构建模型相结合的阶段。但生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响研究起步相对较晚,10余年前才开始得到较多关注。本文综述生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响,包括目前研究状况,常用的研究材料和方法以及研究热点,为今后深入研究关键生物种群的生物扰动对沉积物侵蚀的影响以及地形地貌的形成提供参考。     

生物扰动下水/沉积物体系中pH,DO和p_(CO_2)的变化规律

利用平面光极技术,制备pH、溶解氧(DO)和CO_2分压(p_(CO_2))荧光传感膜,构建集3种膜于一体的水/沉积物模拟体系,并研究颤蚓扰动作用下体系中pH,DO,p_(CO_2)的二维分布与协同变化规律.结果表明:无生物扰动体系中上覆水和沉积物各参数变化较小;存在颤蚓扰动体系中各参数随时间变化均较显著,随着扰动时间延长,体系中pH,DO,p_(CO_2)呈均一化趋势;在有生物扰动的体系中,3个参数间存在一定的协同变化趋势并相互影响.     

河流潜流带生物扰动对重金属铜(Cu)迁移的影响研究

生物扰动影响潜流带污染物的迁移并对水生生态系统造成威胁。以水丝蚓和摇蚊幼虫为扰动生物,利用21天室内微宇宙模拟实验确定两种生物及其不同密度扰动(0.5,1,1.5条/cm~2)以及组合扰动对上覆水和间隙水中铜(Cu)浓度和沉积物-水界面Cu扩散通量的影响。结果表明,水丝蚓的生物搬运和摇蚊幼虫的生物灌溉作用都促进上覆水和间隙水中Cu浓度显著提高。水丝蚓的生物搬运导致的向上输送促进了Cu由间隙水向上覆水中释放,而摇蚊幼虫的生物灌溉作用促进Cu由上覆水向间隙水迁移。混合组中摇蚊幼虫影响水丝蚓的向上搬运活动,减弱了Cu向上覆水的运动,有利于水体净化。生物密度对重金属Cu浓度和通量影响显著。水丝蚓扰动对重金属Cu的浓度和再分布的影响都与密度相关。间隙水中重金属浓度受水丝蚓和摇蚊幼虫的密度显著影响。研究结果可为潜流带重金属污染的防治提供参考。     

p_(CO_2)平面光极在生物扰动存在下水/沉积物体系中的应用

用内层包埋、外层覆盖的方法制备一种基于TOA+PTS4-离子对的pCO2平面荧光传感膜,并将该传感膜制备的pCO2平面光极系统应用于生物扰动存在的水/沉积物体系,通过连续监测体系垂直剖面pCO2的分布及变化,可得水/沉积物体系中pCO2的原位二维时空分布图.结果表明:在生物扰动作用下,体系中底层上覆水pCO2的变化较大,先上升后逐渐稳定;沉积物表层的pCO2边界扩散层逐渐消失,中层沉积物中pCO2基本不变,深层沉积物中pCO2先增大后逐渐稳定.体系中pCO2的变化是一个复杂的多维变化,涉及CO2产生和消耗的动态过程,是物理混合、颤蚓生命活动及有机质矿化等多种机制综合作用的结果.     

厦门同安湾需氧有机物的去除和释放通量估算

以COD为有机污染物指标 ,在不考虑水动力因素的条件下 ,根据实验室模拟实验的结果和相关的研究结果 ,估算了同安湾海域水体的生化净化作用、悬浮颗粒物沉积作用的去除通量和底质沉积物的再释放通量 .研究结果表明 :同安湾海域生化净化作用对有机污染物的去除通量为 10 42 9t·y-1,悬浮颗粒物沉积作用的去除通量为 4137t·y-1,而底质沉积物COD的最大可能释放通量为 3317t·y-1,说明该海域生化净化作用对有机物的去除占主导地位 ,而底质沉积物COD的释放量与悬浮颗粒物沉积作用的COD去除量大致相等 .因而在考虑同安湾污染物的总允许排放量时 ,可以只考虑水体COD的生化降解作用 ,而忽略悬浮颗粒物沉积的去除作用和底质沉积物释放的二次污染作用     

荧光分析法研究环糊精对蒽在水溶液中光降解的影响

光化学降解是水环境中去除高相对分子质量多环芳烃(PAHs)的主要途径[1].PAHs在有机溶剂中的光降解已得到了广泛的研究,而在水体中的光降解研究较少,对低于溶解度的生物可利用性态PAHs光降解研究则更少.环糊精(cyclodextrins,CD)对弱极性有机污染物有增溶、富集和去除作用;对某些有机污染物水解过程有促进作用;通过提高有机污染物的生物可利用性而促进微生物对有机污染物生物降解等,影响农药的光降解等,为CD用于有机污染物的污染治理和现场修复提供了可能.     

人工纳米颗粒在饱和石英砂介质中的运移行为

以生物炭为代表的人工碳材料广泛应用于环境污染的控制和修复,而其中产生的纳米级颗粒可能会迁移或携带污染物共迁移进入地下水环境而加剧污染风险.通过室内一维砂柱实验,研究离子强度(ionic strength,IS)、pH、流速和共存有机污染物(对乙酰氨基酚(acetaminophen,AP))对生物炭纳米颗粒在饱和多孔介质中运移和滞留行为的影响程度和机理.结果表明,纳米级生物炭颗粒在饱和多孔介质中的运移能力较强.生物炭和石英砂的电负性均随着IS的降低、pH的增加而增强,两者之间的静电斥力作用随之增大,造成生物炭在砂粒表面的附着减少从而促进了运移,降低了生物炭在饱和砂柱中的滞留量.流速的增加同样对生物炭的运移具有促进作用,这主要是由增强的水流剪切作用所致.此外,有机污染物AP的存在对生物炭颗粒的运移性具有抑制作用,其在石英砂介质中的滞留量随AP浓度的升高而增大.     

基于平面光极技术研究颤蚓生物扰动对水中Cd2+向沉积物迁移的影响

制备了一种能够选择性识别Cd~(2+)的平面传感膜;该膜具有响应速度快(20 s)、准确性高及稳定性好等特点。利用该传感膜制备的Cd~(2+)平面光极系统,应用于生物扰动存在的水/沉积物体系中,根据体系垂直剖面Cd~(2+)的分布及迁移情况,研究颤蚓生物扰动对上覆水中Cd~(2+)向沉积物迁移的影响。研究发现:制备的Cd~(2+)平面光极系统可以反映出上覆水中Cd~(2+)向沉积物迁移的过程。无生物扰动时,沉积物仅表层及水/沉积物界面下2 cm深度范围内第1~3 d的Cd~(2+)浓度略有升高,随后趋于稳定;深度超过2 cm的沉积物Cd~(2+)浓度几乎不变(同背景浓度)。有生物扰动时,深度约5 cm范围内的沉积物中Cd~(2+)浓度显著增加,深度越浅的沉积物中的Cd~(2+)浓度增加越快,深度超过5 cm的沉积物中Cd~(2+)浓度基本不变。与无生物相比,颤蚓扰动可以显著促进Cd~(2+)由上覆水中向沉积物的迁移。     

环境因子对周丛生物的影响研究进展

周丛生物在水生生态系统的初级生产、营养循环和食物网中发挥了重要作用.而周丛生物群落的结构和功能受营养、光、大型水生植物、牧食者、沉积物、水力扰动和水位、pH和碱度的影响.其中,营养、光照、牧食者强烈地影响周丛生物的数量和生产.沉积物除直接供给附泥周丛生物营养外,还通过大型水生植物间接影响附植周丛群落.水力扰动和水位可以影响周丛生物群落的空间分布、局域密度和种类结构.pH和碱度变化主要造成周丛群落优势种的变化.展望了周丛生物的应用和研究前景.     

水体疏水性有机污染物的形态和生物有效性?

水体疏水性有机污染物的形态和生物有效性是当前环境领域研究的重点和热点之一.本文概括了水体疏水性有机污染物的存在形态,将其分为自由溶解态、溶解性有机质结合态和颗粒物结合态,并提出可根据有机质的相对分子质量和结构组成以及颗粒物的粒径和组成进一步细分.总结了水体有机污染物生物有效性的研究方法,包括化学方法和生物方法.分析了各种存在形态污染物生物有效性的研究进展,最后探讨了水体有机污染物形态和生物有效性的影响因素,并提出研究展望.     

端足类河蜾蠃蜚生活周期及其沉积物毒理敏感性研究

研究了大连河口底栖端足类河蜾蠃蜚的生活周期、繁殖及其对沉积物中典型污染物的敏感性等特征,并讨论了其作为实验室长期培养的沉积物毒性检测受试生物的适宜性. 结果表明, 河蜾赢蜚在实验室环境下容易培养、繁殖数量多. 其野生个体的毒理敏感性较高, 是沉积物毒性实验较理想的受试生物. 本文结果可为我国海洋底栖端足类的培养和沉积物毒性生物检测工作提供依据.