研究生經(jīng)典開題報(bào)告

山東省南四湖內(nèi)源污染分布特征研究學(xué)生：王志齊指導(dǎo)老師：梁仁君教授

李寶副教授專業(yè)：自然地理匯報(bào)提綱2.1沉積物間隙水采集方法研究進(jìn)展2.2沉積物內(nèi)源估算方法研究進(jìn)展2.3南四湖沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬研究進(jìn)展1選題的背景及意義2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3研究方案4主要參考文獻(xiàn)目錄

城市濕地公園面臨眾多問題近年湖泊水質(zhì)污染嚴(yán)重隨著城市的發(fā)展，湖泊水質(zhì)破壞嚴(yán)重。湖泊水華現(xiàn)在屢次發(fā)生，嚴(yán)重影響人民的健康。南水北調(diào)要求南四湖水質(zhì)2013年穩(wěn)定符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),目前還有很大差距。1.1研究背景一般研究只重視外源污染的控制，而忽視底泥污染釋放問題的嚴(yán)重性，研究表明，內(nèi)源性氮磷營養(yǎng)鹽的產(chǎn)生量占外源性營養(yǎng)鹽的比例均超過50％。南水北調(diào)東線的蓄水地湖泊污染治理存在眾多問題如何有效地改善南四湖水質(zhì)的狀況？選題的背景及意義2007年4月太湖出現(xiàn)了大面積藍(lán)藻水華無錫某大型超市內(nèi)的飲用水被搶購一空

2007年5月31日，無錫市自來水總公司南泉水源廠的工作人員在取水口附近水域打撈藍(lán)藻。

日照旅游區(qū)藍(lán)藻污染，給人們旅游帶來危害生活垃圾造成的污染2007年9月20日，一場(chǎng)突如其來的暴風(fēng)雨過后，干旱的克羅尼亞湖床上，一只水鳥的尸體赫然在目。環(huán)境專家分析說，污染的加劇使得該湖的水位急劇下降，為傳染病的大肆流行提供了條件，并最終導(dǎo)致該地區(qū)魚類和鳥類大量死亡。各級(jí)政府都非常重視湖泊污染的治理。論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容第一局部第二局部第三局部第四局部湖泊是陸地上水交換速度緩慢的水體，一旦污染，污染物可能長期滯留湖中，難以去除。

理論意義加強(qiáng)南四湖內(nèi)源釋放量和釋放規(guī)律的研究，將污染底泥對(duì)上覆水水質(zhì)的影響進(jìn)行定量化，這對(duì)其水質(zhì)的監(jiān)控和治理能夠提供一定的科學(xué)依據(jù)。1.2選題意義南四湖是南水北調(diào)東線工程重要的水源調(diào)蓄地，其水質(zhì)對(duì)湖區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)以及南水北調(diào)的水質(zhì)具有重大影響。

現(xiàn)實(shí)意義選題意義匯報(bào)提綱2.1沉積物間隙水采集方法研究進(jìn)展2.2沉積物內(nèi)源估算方法研究進(jìn)展2.3南四湖沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬研究進(jìn)展1選題的背景及意義2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展3研究方案4主要參考文獻(xiàn)目錄2.2沉積物內(nèi)源估算方法研究進(jìn)展2.3南四湖沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬研究進(jìn)展2.1沉積物間隙水采集方法研究進(jìn)展2研究進(jìn)展2.1沉積物間隙水采集方法研究進(jìn)展2研究進(jìn)展間隙水剖面的獲得關(guān)鍵在于間隙水的采集。傳統(tǒng)的采集方法主要有離心法、壓榨法、滲析法等，這些方法除了難于現(xiàn)場(chǎng)獲取外，還有一個(gè)共同的缺乏，即垂向分層中控制精度通常較低。新近開展起來的平衡式間隙水采樣器(PoreWaterEquilibrators,Peeper〕較好的解決了間隙水獲取過程中保持原氧化復(fù)原條件以及較高分辨率的要求。2.2沉積物內(nèi)源估算方法研究進(jìn)展2研究進(jìn)展(1)孔隙水?dāng)U散模型法：根據(jù)Fick擴(kuò)散定律，由上層底泥間隙水與上覆水間的濃度梯度進(jìn)行估算。(2)柱狀芯樣靜態(tài)培養(yǎng)法：在不破壞柱狀芯樣底泥原有物理特性及相應(yīng)環(huán)境條件下，通過上覆水中營養(yǎng)鹽濃度隨時(shí)間的變化測(cè)定底泥-水界面營養(yǎng)鹽的通量，進(jìn)行底泥內(nèi)源負(fù)荷的模擬計(jì)算。(3)柱狀芯樣流動(dòng)培養(yǎng)法：該方法實(shí)際與靜態(tài)培養(yǎng)法相差不大，在實(shí)驗(yàn)過程中始終有新鮮的上覆水通過蠕動(dòng)泵進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)體系。(4)原位箱式法：將培養(yǎng)箱放置在底泥外表直接測(cè)定營養(yǎng)鹽的交換速率及通量。(5)質(zhì)量守恒模型：通過對(duì)所有出入湖量進(jìn)行收支平衡，估算來自湖泊內(nèi)源負(fù)荷。Mo＝Mi＋Mf，其中，Mo為營養(yǎng)鹽的輸出量；Mi為營養(yǎng)鹽的輸入量；Mf為底泥向水體中的釋放量。2研究進(jìn)展2.3南四湖沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬研究進(jìn)展?jié)鷮幨兄饕牒恿?007年水質(zhì)狀況一覽表〔張先軍，2021〕2.3南四湖沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬研究進(jìn)展2研究進(jìn)展研究者研究區(qū)主要結(jié)論張祖陸，南四湖底泥污染及其變化過程，1999南四湖南四湖形成以來2000余年的污染變化，大致經(jīng)歷了4個(gè)階段，近20年來湖泊污染最為嚴(yán)重。沉積物中Cd、Hg、Ag、Pb和Cr5項(xiàng)元素的含量呈快速增長趨勢(shì)。張祖陸，近50年來南四湖濕地水文特征及其生態(tài)系統(tǒng)的演化過程分析，2007南四湖南四湖上級(jí)湖流域范圍的土地和農(nóng)田每年向南四湖輸入氮和磷分別為11288t和516.7t。楊麗原，南四湖現(xiàn)代沉積物中營養(yǎng)元素分布特征，2007南四湖總有機(jī)碳、總氮和總磷含量主要集中在沉積巖芯0-8cm內(nèi)，具有明顯三階段分布特征，說明流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致營養(yǎng)元素的釋放量增加，造成了現(xiàn)代沉積物中營養(yǎng)元素的積累。入湖污染物主要集中上級(jí)湖區(qū)。周來，南四湖表層底泥磷的化學(xué)形態(tài)及其釋放規(guī)律，2007南四湖南四湖底泥中無機(jī)磷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，說明南四湖底泥主要以無機(jī)相沉積，底泥中的磷極易釋放進(jìn)入水相。底泥中鐵結(jié)合態(tài)磷占總磷的90%左右，可作為判別底泥污染程度的重要標(biāo)志之一。楊麗原，南四湖表層沉積物營養(yǎng)元素分布特征，2007南四湖南四湖底泥與湖水中的總磷在來源和遷移轉(zhuǎn)化途徑上是相同的，主要來自主要流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)和生活污水。2.3南四湖沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬研究進(jìn)展2研究進(jìn)展研究者研究區(qū)主要結(jié)論李高金，環(huán)境因子對(duì)南四湖沉積物中磷釋放的影響，2006南四湖隨著pH的升高而沉積物內(nèi)源磷釋放量增加。環(huán)境溫度的不斷升高,沉積物釋磷量顯著增加。安文超，南四湖及主要入湖河流表層沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附特征，2008南四湖沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附量在前十個(gè)小時(shí)基本達(dá)到平衡。劉恩峰，南四湖及主要入湖河流沉積物中磷的賦存形態(tài)研究，2008南四湖老運(yùn)河表層沉積物中磷的含量最高，主要是與來自濟(jì)寧市的廢水污染有關(guān)。獨(dú)山湖及微山湖沉積巖芯6-0cm和5-0cm較高的NaOH-P及OP含量，指示了20世紀(jì)80年代中期以來磷的人為污染過程。汪艷雯，山東南四湖底泥中磷的形態(tài)分布特征，2010南四湖表層沉積物中各形態(tài)磷的空間分布規(guī)律不明顯，且含量存在較大的差異。其中活性磷的含量占41%-65%，提示磷的生物可利用性較高。劉恩峰，南四湖表層沉積物重金屬的賦存形態(tài)及底部界面擴(kuò)散通量的估算，2010南四湖南陽湖沉積物重金屬含量高于獨(dú)山湖，指示了較重的人為污染。積物間隙水及界面上覆水中的重金屬亦如此，且與重金屬有效結(jié)合態(tài)磷含量變化一致。匯報(bào)提綱2.1沉積物間隙水采集方法研究進(jìn)展2.2沉積物內(nèi)源估算方法研究進(jìn)展2.3南四湖沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬研究進(jìn)展1選題的背景及意義2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3研究方案4主要參考文獻(xiàn)目錄3研究方案3.1研究目標(biāo)3.3主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)、先進(jìn)性3.4實(shí)驗(yàn)方案與分析方法3.7論文框架結(jié)構(gòu)3.6進(jìn)度安排3.5技術(shù)路線3.2研究內(nèi)容3.1研究目標(biāo)

通過研究南四湖底泥N、P營養(yǎng)鹽和重金屬Cd、Pb、Hg等在沉積物剖面中的分布和沉積物-水界面的交換過程，探討沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬源/匯關(guān)系轉(zhuǎn)化的季節(jié)性特征，為南四湖N、P營養(yǎng)鹽和重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與治理提供科學(xué)依據(jù)?！?〕沉積物物化特性及沉積磷的地球化學(xué)形態(tài)。〔2〕沉積物營養(yǎng)元素和重金屬垂向分布特征?！?〕沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬源/匯關(guān)系轉(zhuǎn)化的季節(jié)性特征及主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制。3.2研究內(nèi)容3.3主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)、先進(jìn)性〔1〕利用Peeper等高分辨率方法研究南四湖沉積物-間隙水剖面垂向分布特征在國內(nèi)很少有文獻(xiàn)報(bào)道，該方法和手段的應(yīng)用將在一定程度上促進(jìn)對(duì)南四湖內(nèi)源污染負(fù)荷研究的開展?！?〕目前國內(nèi)有關(guān)南四湖沉積物N、P營養(yǎng)鹽及重金屬源/匯關(guān)系轉(zhuǎn)化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究幾乎為空白，對(duì)其系統(tǒng)探討將填補(bǔ)這一研究領(lǐng)域的缺乏。樣品采集在GPS系統(tǒng)〔精度10-30m〕定位下進(jìn)行，用柱狀采樣器〔Rigo，內(nèi)徑7.7cm，管長50cm〕在以上樣點(diǎn)采集厚度不少于20cm原位泥樣。投放自制Peeper插入底泥至預(yù)定深度。全年擬采樣四次，分別在1月、4月、7月、11月中旬左右進(jìn)行，每樣點(diǎn)采集2根平行柱樣。3.4實(shí)驗(yàn)方案與分析方法南四湖采樣點(diǎn)位置圖

a〕樣品的采集

野外采樣，采樣前進(jìn)行了攝影，投放Peeperb〕室內(nèi)處理，沉積物原柱狀芯樣靜態(tài)培養(yǎng)。c〕實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)測(cè)試、分析Ⅰ重金屬測(cè)試采用美國瓦立安公司生產(chǎn)的ICP-OES電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀，波長范圍為175-785nm，完全無斷點(diǎn)。四季度的樣品均進(jìn)行重金屬測(cè)試。Ⅱ氮磷營養(yǎng)鹽在山東省水土保持與環(huán)境保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。采用北京普析通用儀器生產(chǎn)的紫外可見分光光度儀測(cè)量。SMT法測(cè)定沉積物總磷及磷形態(tài)。間隙水、上覆水氮磷用納氏比色法和鉬藍(lán)比色法測(cè)定。底泥全氮用開式消煮法。Ⅲ上海飛鴿離心機(jī)，柱狀芯樣的底泥以2cm間距分割后，5000r/min別離出間隙水，與Peeper間隙水作比照。Ⅳ粒度測(cè)試在山東省水土保持與環(huán)境保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用英國馬爾文公司生產(chǎn)的Mastersizer2000激光粒度儀，測(cè)量范圍為0.02μm到2000μm。所有的柱狀芯樣均進(jìn)行粒度測(cè)試。

3.5技術(shù)路線沉積物理化指標(biāo)分析剖面精細(xì)分析南四湖內(nèi)源污染分布特征及源/匯轉(zhuǎn)化規(guī)律資料整理與數(shù)據(jù)分析氮磷營養(yǎng)鹽有機(jī)質(zhì)重金屬磷形態(tài)微生物活性酶活性源/匯轉(zhuǎn)化季節(jié)性特征源/匯轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)機(jī)制Peeper獲取高分辨率間隙水柱狀沉積物季節(jié)性采樣野外采樣靜態(tài)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)離心法比較進(jìn)行為期一年的四次野外考察與采樣，進(jìn)行與現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)的主體實(shí)驗(yàn)研究?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定其上覆水水體溫度、氧化復(fù)原電位、酸堿度和溶解氧等。(2)2021.7-2021.5室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與分析。對(duì)所采樣品沉積物室內(nèi)靜態(tài)培養(yǎng)，測(cè)定理化指標(biāo)：沉積物孔隙度、密度、含水率、粒度分布、有機(jī)質(zhì)、氮磷營養(yǎng)鹽、重金屬〔Cd、Pb、Hg等〕、磷形態(tài)和微生物活性等，數(shù)據(jù)同步處理與分析等。成果總結(jié)與論文撰寫，完成論文初稿。同時(shí)針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題與缺乏，開展補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，對(duì)不確定的問題和有疑問的現(xiàn)象進(jìn)行深入探討。修改論文，完成論文終稿，準(zhǔn)備辯論。3.6進(jìn)度安排3.7論文框架結(jié)構(gòu)匯報(bào)提綱2.1沉積物間隙水采集方法研究進(jìn)展2.2沉積物內(nèi)源估算方法研究進(jìn)展2.3南四湖沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬研究進(jìn)展1選題的背景及意義2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3研究方案4主要參考文獻(xiàn)目錄秦伯強(qiáng)，楊柳燕，陳非洲等.湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制與控制技術(shù)及其應(yīng)用.科學(xué)通報(bào)，2006，51〔16〕：1857-1866.FangT.,LiuJ.T.,XiaoB.D.etal.Mobilizationpotentialofheavymetals:Acomparisonbetweenriverandlakesediments.Water,AirandSoilPollution,2005,161(1-4):209-225.KuwabaraJ.S.,CarterJ.L.,ToppingB.R.etal.Importanceofsediment-waterinteractionsinCoeurd'AleneLake,Idaho,USA:managementimplications.EnvironmentalManagement,2003,32:348-359.王建軍，范成新，張路等.太湖底泥間隙水中金屬離子分布特征及相關(guān)性.中國環(huán)境科學(xué)，2004，24〔1〕：120-124.賈德旺，孫英波，張敏，等.南水北調(diào)東線工程南四湖調(diào)蓄區(qū)地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及環(huán)境地質(zhì)問題淺析.南水北調(diào)與水利科技2021，6(2):20-22.范成新，王春霞.長江中下游湖泊環(huán)境地球化學(xué)與富營養(yǎng)化.北京：科學(xué)出版社，2007，386-463.張祖陸，辛良杰，梁春玲.近50年來南四湖濕地水文特征及其生態(tài)系統(tǒng)的演化過程分析.地理研究，2007，26〔5〕：957-966.張祖陸，牛振國，孫慶義等.南四湖底泥污染及其變化過程.中國環(huán)境科學(xué)，1999，19〔1〕：29-32.張祖陸，孫慶義，彭利民.南四湖地區(qū)水環(huán)境問題探析.湖泊科學(xué),1999，11(1):86-90.汪艷雯，山東南四湖底泥中磷的形態(tài)分布特征.中國環(huán)境科學(xué)，2021，29〔2〕：125-129劉恩峰，南四湖表層沉積物重金屬的賦存形態(tài)及底部界面擴(kuò)散通量的估算.環(huán)境化學(xué)，2021，29〔5〕870-874.李寶，丁士明，范成新等.滇池福保灣底泥氮磷營養(yǎng)鹽釋放通量估算.環(huán)境科學(xué)，2021，29〔1〕：114-120.李寶，丁士明，范成新等.滇池福保灣沉積物磷的形態(tài)及其與間隙水磷的關(guān)系.湖泊科學(xué)，2021，20〔1〕：27-33.北京：海洋出版社.1993.196-243.張路.太湖水土界面過程與內(nèi)源發(fā)生機(jī)制.南京：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所博士學(xué)位論文.2004，1-20.AndersenF.O.andRingP.1999.Comparisonofphosphorusreleasefromlittoralandprofundalsedimentsinashalloweutrophiclake.Hydrobiologia,409:175-183.4主要參考文獻(xiàn)目錄包先明，陳開寧，范成新.沉水植物生長對(duì)沉積物間隙水中的氮磷分布及界面釋放的影響.湖泊科學(xué).2006，18〔5〕：515-522.包先明.水生植被重建對(duì)五里乎疏浚底泥內(nèi)源控制機(jī)制研究.南京：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所博士學(xué)位論文.2006，1-27.范成新,張路,楊龍?jiān)?湖泊沉積物氮磷內(nèi)源負(fù)荷模擬.海洋與湖沼，200233(4)：370-377.范成新，張路，秦伯強(qiáng)等.太湖沉積物-水界面生源要素遷移機(jī)制及定量化〔I〕－氨態(tài)氮釋放速率的空間差異及源-匯通量.湖泊科學(xué)，2004，16〔1〕：10-20.FanC.X.,ZhangL.andQuW.C.2001.Lakesedimentresuspensionandcausedphosphaterelease--asimulationstudy.J.Environ.Sci.(China),13:406-410.王昕，李龍昌，田守崗.山東省河湖污染狀況及治理對(duì)策.中國農(nóng)村水利水電，2007，(11):81-82.周來，馮啟言，王華等.南四湖表層底泥磷的化學(xué)形態(tài)及其釋放規(guī)律.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2007，30〔6〕：37-40.范成新，王春霞主編.長江中下游湖泊環(huán)境地球化學(xué)與富營養(yǎng)化.北京：科學(xué)出版社.2007，386-463.范成新，張路，王建軍等.湖泊底泥疏浚對(duì)內(nèi)源釋放影響的過程與機(jī)理.科學(xué)通報(bào)，2004，49〔15〕：1523-1528.KuwabaraJ.S.,CarterJ.L.,