一种水生态系统中沉积物-水界面的划分方法技术方案

本发明专利技术涉及一种水生态系统中沉积物

A method of dividing sediment water interface in aquatic ecosystem

【技术实现步骤摘要】
一种水生态系统中沉积物
‑
水界面的划分方法


[0001]本专利技术涉及环保
，具体涉及一种水生态系统中沉积物
‑
水界面的划分方法。

技术介绍

[0002]水生态系统中沉积物
‑
水界面(Sediment
‑
water interface，SWI)，是底栖生物的栖息场所和水生生态系统的重要组成部分，也是自然水体在物理、化学和生物特征等方面差异性最显著的环境边界。该界面是物质参与环境地球化学循环和生物耦合的“热区”。在微生物参与下，沉积物
‑
水界面附近物质发生一系列的物理化学及生物反应(如迁移、转化、吸附/解吸、扩散、掩埋以及生物扰动等)，是调节和控制沉积物和水体之间物质交换和输送的重要途径。
[0003]沉积物
‑
水界面宏观上是指沉积物相和上覆水相两种固液体介质因物理接触而形成的“界面”或过渡区，但实际上沉积物相与水相之间并不存在一个接触的“面”，通常将沉积物
‑
水界面定义为具有一定厚度与复杂结构的区层；从微观角度来看，沉积物
‑
水界面是两种介质在一定空间上的相互渗透和包含，从而使“界面”在垂向上进行拉伸，使界面有了立体尺度。但是目前学术界对于此界面的立体尺度还没有一个准确可靠的确定方法，这使得在构建沉积物
‑
水界面一些相关模型时，以及在研究水生态系统中对于界面区域各类物质的物理、化学及生物反应时缺少一定的科学依据。
[0004]因此如何实现对沉积物
‑
水界面的准确划分，对于各类污染物在沉积物
‑
水界面的迁移转化规律及环境行为的深入研究有着重要的意义。

技术实现思路

[0005]为解决以上技术问题，本专利技术的主要目的是提供一种水生态系统中沉积物
‑
水界面的划分方法，能够对水生态系统中沉积物
‑
水界面准确划分，对于各类污染物在沉积物
‑
水界面的迁移转化规律及环境行为的深入研究有着重要的意义，为各类污染物在沉积物
‑
水界面的迁移转化规律及环境行为的深入研究提供了科学依据。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以解决。
[0007]一种水生态系统中沉积物
‑
水界面的划分方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，利用重力式沉积物采样器在预设采样点采集沉积物柱状芯样；
[0009]步骤2，将采集的沉积物柱状芯样置于恒温水箱中，并在与采样点温度相近的条件下进行模拟培养；
[0010]步骤3，采用平板型DGT装置获取沉积物柱状芯样中目标物浓度的垂向分布特征，所述平板型DGT装置包括DGT探针和吸附膜，所述DGT探针用于固定吸附膜，所述吸附膜用于吸附并固定目标物；
[0011]步骤4，将吸附膜上目标物浓度与沉积物柱状芯样的沉积物相与水相交汇界面的一维剖面相对应，即得到环境介质或微界面的目标物一维剖面浓度分布；
[0012]步骤5，将目标物的浓度按梯度限值划分区间并标记不同的颜色，完成对沉积物
‑
水界面的划分。
[0013]优选的，步骤3包含以下子步骤：
[0014]子步骤3.1，将DGT探针垂直插入沉积物相与水相交汇界面，并向上突出此界面3～5cm，静置24～48h后，回收DGT探针，取出吸附膜；
[0015]子步骤3.2，将吸附膜横向切割成纵向排列的多个小片吸附膜；
[0016]子步骤3.3，洗脱每个小片吸附膜，得到洗脱液，测定洗脱液中目标物的累积量M；
[0017]子步骤3.4，利用公式(1)换算出DGT测定的浓度或通量，得到DGT测定出的目标物的浓度C
DGT
(mg/L)；
[0018][0019]公式中：
[0020]C
DGT
(mg/L)为DGT测定出的目标物的浓度；
[0021]M是DGT中目标分析物的累积量(mg)；
[0022]Δg是扩散膜和滤膜的总厚度(cm)；
[0023]D是目标物质在扩散膜中的扩散系数(cm2·
s
‑1)；
[0024]A是DGT装置的窗口面积(cm2)；
[0025]T是放置时间(s)。
[0026]优选的，目标物为可溶性磷酸盐SRP和氨氮NH
4+
‑
N。
[0027]优选的，步骤5中目标物浓度梯度限值划分区间的方法如下：当可溶性磷酸盐SRP和氨氮NH
4+
‑
N符合下列三种条件之一的，
[0028]条件1，可溶性磷酸盐SRP≤0.01且氨氮NH
4+
‑
N≤0.1；
[0029]条件2，0.01<可溶性磷酸盐SRP＜5.2且0.1<氨氮NH
4+
‑
N＜30；
[0030]条件3，可溶性磷酸盐SRP≥5.2且氨氮NH
4+
‑
N≥30；
[0031]则目标物浓度梯度限值划分区间如下：
[0032]符合条件1时，为上覆水相，标记为蓝色；
[0033]符合条件2时，为沉积物
‑
水界面区域，标记为黄色；
[0034]符合条件3时，为沉积物相，标记为棕色。
[0035]优选的，步骤5中目标物浓度梯度限值划分区间的另一种方法如下：当可溶性磷酸盐SRP和氨氮NH
4+
‑
N不符合下列三种条件之一的，
[0036]条件1，可溶性磷酸盐SRP≤0.01且氨氮NH
4+
‑
N≤0.1；
[0037]条件2，0.01＜可溶性磷酸盐SRP＜5.2且0.1＜氨氮NH
4+
‑
N<30；
[0038]条件3，可溶性磷酸盐SRP≥5.2且氨氮NH
4+
‑
N≥30；
[0039]则目标物浓度梯度限值划分区间如下：
[0040]当可溶性磷酸盐SRP≤0.01时，为上覆水相，标记为蓝色；
[0041]当0.01＜可溶性磷酸盐SRP＜5.2时，为沉积物
‑
水界面区域，标记为黄色；
[0042]当可溶性磷酸盐SRP≥5.2时，为沉积物相，标记为棕色。
[0043]优选的，所述重力式沉积物采样器的规格为L50cm
×
Φ8.4cm。
[0044]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0045]本专利技术能够对水生态系统中沉积物
‑
水界面的进行准确划分，为各类污染物在沉积物
‑
水界面的迁移转化规律及环境行为的深入研究提供了科学依据。
附图说明
[0046]下面结合附图和具体实施例对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水生态系统中沉积物
‑
水界面的划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用重力式沉积物采样器在预设采样点采集沉积物柱状芯样；步骤2，将采集的沉积物柱状芯样置于恒温水箱中，并在与采样点温度相近的条件下进行模拟培养；步骤3，采用平板型DGT装置获取沉积物柱状芯样中目标物浓度的垂向分布特征，所述平板型DGT装置包括DGT探针和吸附膜，所述DGT探针用于固定吸附膜，所述吸附膜用于吸附并固定目标物；步骤4，将吸附膜上目标物浓度与沉积物柱状芯样的沉积物相与水相交汇界面的一维剖面相对应，即得到环境介质或微界面的目标物一维剖面浓度分布；步骤5，将目标物的浓度按梯度限值划分区间并标记不同的颜色，完成对沉积物
‑
水界面的划分。2.根据权利要求1所述的水生态系统中沉积物
‑
水界面的划分方法，其特征在于，步骤3包含以下子步骤：子步骤3.1，将DGT探针垂直插入沉积物相与水相交汇界面，并向上突出此界面3～5cm，静置24～48h后，回收DGT探针，取出吸附膜；子步骤3.2，将吸附膜横向切割成纵向排列的多个小片吸附膜；子步骤3.3，洗脱每个小片吸附膜，得到洗脱液，测定洗脱液中目标物的累积量M；子步骤3.4，利用公式(1)换算出DGT测定的浓度或通量，得到DGT测定出的目标物的浓度C
DGT
(mg/L)；公式中：C
DGT
(mg/L)为DGT测定出的目标物的浓度；M是DGT中目标分析物的累积量(mg)；Δg是扩散膜和滤膜的总厚度(cm)；D是目标物质在扩散膜中的扩散系数(cm
2.
s
‑1)；A是DGT装置的窗口面积(cm2)；T是放置时间(s)。3.根据权利要求1所述的水生态系统中沉积物
‑
水界面的划分方法，其特征在于，所述目标物为可溶性磷酸盐SRP和氨氮NH
4+
‑
N。4.根据权利要求3所述的水生态系统中沉积物
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张攀，孙亚乔，段磊，王小娟，李旭升，朱思衡，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：