藻类打捞对太湖聚藻区湖泛发生的影响

藻类打捞是多年来控制太湖沿岸藻源性湖泛的主要措施,为科学地指导藻类的打捞、防止湖泛的发生,采用能够模拟太湖风浪与沉积物再悬浮的大型装置,模拟湖泛易发的藻类聚集量下不同打捞频率(1次/d～1次/6 d)对湖泛发生时水体主要视觉指标和敏感指标〔ρ(DO)、E_h、ρ(Fe2+)、ρ(TFe)、ρ(∑S2-)等〕的影响. 结果表明:1次/d和1次/2 d的高打捞频率能够有效预防湖泛的发生,当第4天对照组发生湖泛时,1次/d和1次/2 d打捞频率下ρ(DO)为0.60和0.06,E_h为48和37,ρ(Fe2+)是对照组的79.3%和90.7%,ρ(TFe)是对照组的64.8%和72.3%,ρ(∑S2-)是对照组的62.03%和64.56%;1次/3 d频率虽不能控制湖泛的发生,但能有效推迟湖泛发生时间约2~3 d;而1次/4 d～1次/6 d的低打捞频率既不能预防也不能推迟湖泛的发生. 研究显示,在2.5 kg/(m2·d)鲜藻聚集速率下,1次/2 d的打捞频率是在控制湖泛发生前提下的最经济打捞频率.      

氧化试剂(硝酸钙)控制黑臭底泥营养盐释放的效果研究

通过人工模拟的方法,进行了氧化试剂（硝酸钙）控制黑臭底泥营养盐释放的研究。结果表明,黑臭河道底泥注入氧化剂（硝酸钙）大约30d内,表层黑臭底泥颜色就呈现深黑色-暗灰色-灰黄色的渐变矿化过程;对上覆水体中营养物质的测定表明,氧化试剂（硝酸钙）注入底泥中,有效抑制上覆水体中TN、氨氨、TP和磷酸盐浓度高峰值出现,但对COD浓度没有明显的作用。通过河道污水与黑臭底泥组合中注入氧化试剂（硝酸钙）和清水（自来水）与黑臭底泥组合中注入氧化试剂（硝酸钙）的效果比较,前者对黑臭底泥营养盐释放的抑制效果更好;实验结果显示,硝酸钙作为底泥中污染物释放的抑制剂,可成为底泥就地处理和控制内源污染向水体营养盐释放的一种技术方法和发展方向。     

CaO2原位处理河道黑臭底泥效能研究

CaO₂已广泛应用于黑臭河道底泥原位处理中,但现有研究较多集中于CaO₂对底泥中酸可挥发性硫化物（acidic volatile sulfide,AVS）的去除效果,缺乏对其他污染指标影响的研究。通过小试,考察了CaO₂原位处理黑臭河道底泥AVS和有机物的效果,同时对底泥的颜色、ORP、pH和重金属含量及形态变化进行了检测。结果表明:CaO₂原位处理黑臭河道底泥污染物具有明显的效果,AVS去除率可达98%以上,TOC含量可降低0.4%左右;同时底泥颜色由黑色转变为土黄色,ORP从-150 mV提高至100 mV左右,pH从中性变为碱性（pH=11左右）。投加CaO₂对底泥重金属含量变化无影响,但会将底泥中部分较稳定形态存在的重金属转化为较不稳定化的赋存形态。     

华阳河湖群底泥沉积物特性研究

对华阳河湖群底泥沉积物的粒径、有机质、总磷、总氮含量进行研究,探讨华阳河湖群龙感湖、黄大湖(由大官湖和黄湖组成)、泊湖三大湖区底泥污染物表层及垂向分布规律。结果表明,黄大湖污染程度最大,其底泥中有机质、总磷和总氮含量均比其它湖区要高;有机质,总磷和总氮随着深度而降低,底泥再悬浮释放污染物风险较大;在龙感湖和黄大湖中,总磷和有机质弱相关,总氮和有机质正相关,泊湖则相反,表明3个湖泊底泥沉积物中氮、磷污染负荷的来源有所不同。该研究为研究华阳河湖群内源污染负荷特征和制定湖泊污染综合整治策略提供重要的科学依据。     

蓝藻暴发对太湖梅梁湾底泥中铁氨氧化速率的影响

作为近年来新发现的氮循环过程,铁氧化物还原耦合氨氧化（Feammox）越来越受到人们的关注.然而,目前鲜有研究报道蓝藻暴发对湖泊底泥中铁氨氧化速率的影响.因此,本研究采集了湖泊聚藻区和无藻区的底泥,对其理化性质进行分析,同时利用稳定同位素示踪技术测定了铁氨氧化速率,并运用高通量测序技术探究了底泥的微生物群落组成.结果表明,无藻区底泥的铁氨氧化速率为0.29 mg·kg^-1·d^-1,显著高于聚藻区底泥（0.01~0.05 mg·kg^-1·d^-1）,而且铁氨氧化速率与pH、Fe（Ⅲ）和TOC（总有机碳）均具有显著的相关性（p<0.05）.此外,高通量测序结果表明,在不同底泥中6种主要的铁还原菌（Thiobacillus、Geobacter、Desulfobacca、Pseudomonas、Anaeromyxobacter和Desulfosporosinus）被检测到,并且铁还原菌的丰度在无藻区底泥中为5.65%,比在聚藻区底泥（3.25%~4.44%）中的高.总之,本研究结果说明蓝藻暴发会减弱湖泊底泥中的铁氨氧化反应.     

苦草(Vallisneriaspiralis)对城市缓流河道黑臭底泥理化性质的影响

以苦草(Vallisneria spiralis)和城市缓流河道黑臭底泥为研究对象采用模拟实验方法,探讨了苦草对城市缓流河道黑臭底泥理化性质的影响.结果表明,苦草可以显著改善城市缓流污染河道底泥氧化还原环境.实验期间表层底泥Eh从-70 mV升高至90 mV;减少致黑物质亚铁的含量,实验组表层底泥降低25%,而对照却升高38%;促进铁、硫的自然循环,防止亚铁、H2S的累积;明显改善底泥黑臭现象,实验组表层底泥第7 d出现约3 mm厚灰黄色氧化层,氧化层随时间推移逐渐增厚,第28 d厚度为11 mm.该氧化层无明显恶臭气味.对照则在实验第14 d出现1 mm氧化层并维持至实验结束,期间恶臭气味未消减;种植苦草可显著提高沉积物致密程度,降低底泥含水率,有效改善表层底泥流动状态,且在段头浜、河湾、人工湿地景观等处不影响防汛等功能,对减少河道底泥冲刷迁移和抑制黑臭物质悬浮具有积极的生态学意义.     

呼伦湖水体磷的时空演变及其影响因素

呼伦湖是我国北方第一大湖泊,其水环境质量对区域生态环境调节具有重要影响.针对近年来呼伦湖水体的ρ（TP）超标问题,分别于春、夏、秋、冬四季采集呼伦湖水体样品,结合入湖河流断面多年月均数据对呼伦湖水体ρ（TP）的时空分布、赋存特征、污染来源和影响因素进行分析.结果表明:①秋季、冬季、春季和夏季呼伦湖水体ρ（TP）分别为0.145~0.301、0.090~0.360、0.104~0.434和0.049~0.219 mg/L,总体处于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》V类水质标准;呼伦湖水体ρ（TP）空间分布上季节性差异显著,冬季呈现湖周高于湖心的特征,秋季呈湖心高于湖周的特征,春季和夏季克鲁伦河入湖河口处ρ（TP）均较高.②冬季与其他3个季节水体磷形态组成差异较大,冬季冰封期以DTP（溶解态磷）为主,ρ（DTP）占ρ（TP）的比例为76.2%,春季、夏季和秋季均以PP（颗粒态磷）为主,其占ρ（TP）的比例分别为55.1%、64.1%和58.9%.③呼伦湖3条入湖河流ρ（TP）表现为克鲁伦河>呼伦沟河>乌尔逊河的特征.研究显示,呼伦湖水体ρ（TP）的主要影响因素为水量变化、冰封、入湖河流输入和底泥再悬浮.      

蠡湖水体悬浮物的时空变化及其影响因素

根据2012~2013年的现场调查资料和历史监测资料,分析了浅水湖泊蠡湖总悬浮物(TSS)的时空分布特征、组成、变化规律,并探讨了水体悬浮物的影响因素及其与氮、磷的关系.结果表明, ρ(TSS)的年内变化范围在1.00~78.00mg/L之间,平均值为17.35mg/L,空间上呈现东蠡湖大于西蠡湖,沿岸高于湖心区的分布趋势;季节变化表现为秋季>夏季>春季>冬季,且冬季显著低于其他季节;全湖水体中ρ(OSS)和ρ(ISS)所占ρ(TSS)的比例相当,分别为51.52%和48.48%,但组成比例空间差异较大,东蠡湖ρ(OSS)比例较大,而西蠡湖ρ(ISS)的比例较大.线性拟合表明, ρ(TSS)与ρ(PN)、ρ(TN)、ρ(PP)、ρ(TP)均具呈显著正相关(P<0.01).浮游藻类增殖、水生植物的残体以及底泥的再悬浮是影响水体ρ(TSS)的主要因素.     

低剂量硝酸钙联合低氧曝气对黑臭底泥的修复探究

底泥内源污染是导致黑臭水体"反弹"的主要因素.为防止水体黑臭现象反复,以低剂量硝酸钙为修复剂,联合低氧曝气技术修复底泥,降低因ρ（NO₃--N）剧增而造成的生态风险,并对修复过程中菌群转化规律进行探究.结果表明:①当硝酸钙投加量为底泥质量的1.2%、低氧曝气量为0.05~0.10 m3/h时修复效果最佳,其上覆水中ρ（DO）和ORP分别升至4.08 mg/L和119.9 mV,NH₃-N、TOC（总有机氮）去除率平均值分别达42.5%和84.9%.②底泥中NH₃-N和AVS（酸挥发性硫化物）去除率平均值分别达76.8%和97.4%,投加低剂量硝酸钙不会造成NO₃--N在底泥中长期累积.③高通量测序分析表明,底泥优势菌群在纲水平上由梭菌纲（Clostridia）转变为γ-变形菌纲（Gamma-proteobacteria）,其相对丰度达60.0%,且厌氧菌群被有效抑制;在属水平上出现产黄杆菌属（Rhodanobacter）、硫杆菌属（Thiobacillus）和热单胞菌属（Thermomonas）等脱氮菌群.研究显示,低剂量硝酸钙+低氧曝气技术可有效改善底泥-上覆水体系DO条件,加快系统的脱氮速率,抑制AVS的生成,促进底泥优势菌群转化并降低生态风险.      

硝酸钙对河流底泥中含硫化合物嗅味原位控制

以硝酸钙作为氧化剂,对深圳河污染底泥典型嗅味物质AVS（酸挥发性硫化物）和GEM（土臭素）及2 MIB（2 甲基异莰醇）进行原位控制. 结果表明,当硝酸钙投加量（以单位质量AVS所需NO3- N质量计）为1.68 g/g,AVS去除率达到92%,且可有效避免硝酸钙向上覆水释放,适合工程应用. 但是,硝酸钙对河流底泥GEM和2 MIB等典型嗅味物质的原位控制效果较差. 硝酸钙能够引起底泥中微生物多样性增加,16S rDNA指纹图谱显示,优势菌株包括去除AVS的脱氮硫杆菌(Thiobacillus thioparus),反硝化细菌(Simplicispira sp.和Rhodanobacter sp).以及降解有机物的菌株(Simplicispira sp.、Lysobacter sp.、Pseudoxanthomonas sp.)等.      

Effects of physical and chemical characteristics of surface sediments in the formation of shallow lake algae-induced black bloom

Surface sediments are closely related to lake black blooms. The dissolved oxygen （DO） distribution and its penetration depth in surface sediments as well as the migration and transformation of redox sensitive elements such as Fe and S at the sediment-water interface are important factors that could influence the formation of the black bloom. In this study, dredged and undredged sediment cores with different surface properties were used to simulate black blooms in the laboratory. The Micro Profiling System was employed to explore features of the DO and ∑H2S distribution at the sediment-water interface. Physical and chemical characteristics in sediments and pore waters were also analyzed. The results showed that sediment dredging effectively suppressed the black blooms. In the undredged treatment, DO penetration depth was only 50 μm. Fe^2＋ concentrations, ∑H2S concentrations, and ∑H2S production rates were remarkably higher in surface sediments and pore waters compared to control and dredged treatments. Furthermore, depletion of DO and accumulation of Fe^2＋ and ∑H2S in surface sediments and pore waters provided favorable redox environments and necessary material sources for the blooms. The study results proved that physical and chemical characteristics in surface sediments are important factors in the formation of the black bloom, and could provide scientific guidance for emergency treatment and long-term pre-control of black blooms.     

藻源性黑水团环境效应:对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环影响

通过室内静态实验培养装置模拟了蓝藻细胞大量聚集、沉降死亡后对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环的驱动作用.结果表明,藻细胞沉降到沉积物表面50min内,溶解氧就消耗殆尽,形成厌氧、强还原环境,使得界面处大量的铁锰氧化物和硫化物发生厌氧还原.实验进行到第4d沉积物-水界面处Fe2+、Mn2+含量达到峰值,含量分别为4.40mg/L、2.35mg/L;实验结束时Fe2+含量表现下降,浓度仅为3.37mg/L;Mn2+急剧降低,浓度为0.97mg/L.而S2-含量变化则表现为第2d达到最高,含量为0.63mg/L;此后浓度一直降低,实验结束后浓度为0.12mg/L.在实验结束后测定的0～1cm处沉积物的ORP值为-150mV,表明沉积物处于强还原状态.藻体死亡引起的黑水团现象,在驱动沉积物中Fe、Mn、S发生强烈的生物地球化学过程的同时,也将对水体生态环境产生极大的影响.     

Growth characteristics of algae during early stages of phytoplankton bloom in Lake Taihu, China

Three treatments, sediment plus lake water (S+W), sterilized sediment plus lake water (SS+W), and sediment plus filtered lake water (S+FW), were recruited to investigate the growth characteristics of algae during pre-bloom and the importance of algal inocula in the water column and sediment. The results showed that in the water column, biomass of all algae increased in all treatments when recruitment was initiated, whereas this tendency differed among treatments with further increment of temperature. The process of algal growth consisted of two stages: Stage I, the onset of recruitment and Stage II, the subsequent growth of algae. Compared with S+W, in Stage I, SS+W significantly increased the biomass of cyanophytes by 178.70%, and decreased the biomass of non-cyanophytes by 43.40%; In Stage II, SS+W notably stimulated the growth of all algae, thus incurring the occurrence of phytoplankton bloom. Further analyses revealed that both metabolic activity and photochemical activity of algae were enhanced in SS+W, which resulted from the releasing of nutrients from sediment. These results suggest that algal growth in Stage II and algal inocula in the water column can be important factors for the formation of phytoplankton bloom. In addition, possible mechanisms promoting algal recruitment and subsequent growth of algae were explored.     

反复扰动下加藻对不同形态磷相互转化的影响

以太湖梅梁湾沉积物和上覆水为材料,研究了反复扰动下加藻与否对沉积物中不同形态磷数量分布的影响.试验结束时,对照试验、单纯反复扰动、加藻反复扰动其上覆水中溶解性总磷(DTP)含量依次增加了75%、62.5%和18.8%,单纯反复扰动和加藻反复扰动试验上覆水中溶解性无机磷(DIP)浓度分别增加了300%和100%.加藻反复扰动和单纯反复扰动下,沉积物中钙磷(Ca-P)的净减少量分别为31mg/kg DW和 9mg/kg DW.表明, DTP和DIP的释放主要取决于沉积物中铁铝结合态磷(Fe/Al-P)和Ca-P的减少量.沉积物中Fe/Al-P和 Ca-P的含量有所降低,主要归因于反复扰动和藻类的同化吸收作用.然而,加藻反复扰动和单纯反复扰动下,藻类可利用磷(AAP)却有所增加.这表明藻类浓度较低时,其对磷的吸附同化量明显低于沉积物中Fe、黏土颗粒以及CaCO3的吸附量.尽管AAP的形成与还原速率很难测定,但其却可以很好地表征沉积物中内源磷的生物有效性.加藻反复扰动下,Ca-P的含量持续降低,这表明藻类吸附同化了部分Ca-P.因此,在一定藻浓度条件下,可用沉积物中NH4Cl-P, AAP, %Ca-P的和来表征生物有效磷(BAP)含量.     

滇池福保湾沉积物不同形态磷的垂向分布

应用SMT连续提取法分析滇池福保湾柱状沉积物的磷(P)形态,探讨P形态的垂向分布特征.沉积物中总磷 (TP)含量高,最高达4　200 mg/kg, 无机磷 (IP)是TP的主要部分,占TP的52%～91%, 铁/铝结合态磷 (Fe/Al-P)是IP的主要部分,占IP的55%～94%.同一湖区不同采样点的沉积物P形态的垂向变化不同,湖湾北端近河口处和南端远离河口处的沉积物中Fe/Al-P, IP, 有机磷 (OP)和TP含量随深度增加而增加,6～11 cm 层的含量最高,这与近年来入湖河流污染负荷削减和河堤阻隔导致P入湖量减少有关.河口处沉积物的钙结合态磷 (Ca-P)含量随深度增加而增加,最南端沉积物的Ca-P含量随深度增加而减少.离河口较远的沉积物中,Fe/Al-P, IP, OP,TP和Ca-P均随深度增加而减少.各点沉积物P形态的变化受该点人类活动带来的入湖污染物量的影响较大,距河口最远处的沉积物中P形态随深度变化不如其他点明显.      

Effects of sludge dredging on the prevention and control of algae-caused black bloom in Taihu Lake, China

Algae-caused black bloom (also known as black water agglomerate) has recently become a critical problem in some Chinese lakes.It has been suggested that the occurrence of algae-caused black bloom was caused by the cooperation of nutrient-rich sediment with dead algae,and sludge dredging was adopted to control black bloom in some lakes of China.In this article,based on the simulation of black bloom using a Y-shape apparatus for modeling natural conditions,both un-dredged and dredged sites in three areas of Taihu Lake,China were studied to estimate the effects of dredging on the prevention and control of black bloom.During the experiment,drained algae were added to all six sites as an additional organic load;subsequently,the dissolved oxygen decreased rapidly,dropping to 0 mg/L at the sediment-water interface.Black bloom did not occur in the dredged sites of Moon Bay and Nan Quan,whereas all three un-dredged sites at Fudu Port,Moon Bay and Nan Quan experienced black bloom.Black bloom also occurred at the dredged site of Fudu Port one day later than at the other sites,and the odor and color were lighter than at the other locations.The color and odor of the black water mainly result from the presence of sulfides such as metal sulfides and hydrogen sulfide,among other chemicals,under reductive conditions.The color and odor of the water,together with the high concentrations of nutrients,were mainly caused by the decomposition of the algae and the presence of nutrient-rich sediment.Overall,the removal of the nutrient-rich sediment by dredging can prevent the occurrence and control the degree of algae-caused black bloom in Taihu Lake.     

疏浚对湖泛的影响:以太湖八房港和闾江口水域为例

通过采集太湖八房港和闾江口疏浚后与未疏浚沉积物柱状样于室内模拟“湖泛”的发生与消退过程来研究底泥疏浚对藻源性“湖泛”形成和消退的影响.结果发现,疏浚能有效的延缓“湖泛”发生的时间,八房港和闾江口疏浚后沉积物柱状样水体色度均要低于未疏浚对照样,水体泛黑的时间也分别比未疏浚对照样延迟6d和2d.疏浚沉积物对上覆水柱中营养盐的含量也有较好的控制,试验过程中八房港和闾江口疏浚后沉积物柱状样水体中 NH4+-N的含量仅分别未疏浚对照组的40%和77.1%,PO43--P的含量也仅分别为未疏浚对照组的41.4%和78.1%.值得注意的是,疏浚沉积物所对应的水柱中Fe2+和S2-的含量均要高于未疏浚对照组.八房港和闾江口疏浚沉积物中亚铁的含量分别是未疏浚对照样的78.1%和76.4%,而闾江口疏浚后沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)的含量则是未疏浚对照的1.36倍.沉积物中铁、AVS的含量没有表现出明显的垂向分布特征.     

蓝藻暴发对巢湖表层沉积物氮磷及形态分布的影响

以巢湖表层沉积物及上覆水体为对象,于蓝藻暴发前(4月)和蓝藻暴发期(7月)采集水样及沉积物样品,分析了氮磷及其形态赋存特征,并探讨了沉积物氮磷及其形态与蓝藻暴发的关系.结果发现,蓝藻暴发时,巢湖表层沉积物总磷减少,总氮增加,同时削弱了磷在空间上分布的异质性.从氮磷形态来看,蓝藻暴发未造成巢湖表层沉积物氮形态(NH4+-N、NO3--N和Org-N)含量和比例的明显波动,但却造成了活性磷(弱吸附态磷和铁铝结合态磷之和)含量及比例的下降,钙结合态磷(Ca-P)以及有机磷(OP)含量及比例增加,生物有效性磷(AAP)的含量的减小.相关性分析表明,上覆水中叶绿素a(Chl-a)的浓度与铁铝结合态磷(Fe/Al-P)以及有机磷(OP)的含量显著相关(P<0.05),却与氮形态(铵态氮,硝态氮和有机氮)相关性不显著.巢湖沉积物磷(Fe/Al-P及AAP)对巢湖水体蓝藻暴发具有促进作用,而氮及其形态对蓝藻暴发作用较弱.     

蓝藻水华及其降解对沉积物-水微界面的影响

模拟研究了不同条件下,蓝藻水华及其降解过程对沉积物-水微界面的影响.采用丙酮法测定水体中叶绿素质量浓度,溶解氧微电极测定界面溶解氧质量浓度,毫米级分层测定沉积物中营养盐与金属元素的垂直分布.结果表明,蓝藻水华及其降解过程改变了界面附近溶解氧环境和表层约3 mm深沉积物中营养盐与金属元素的垂直分布.扰动在蓝藻水华降解过程和C、P营养盐与Fe、Ca、Mg、Al和K等金属元素的早期成岩过程中起着重要作用.遮光加速了蓝藻降解,并且削弱了扰动的影响.无处理对照组沉积物表面出现了一层底栖藻,底栖藻的光合作用产生了氧气,造成表层1 mm沉积物中大部分营养盐与金属元素质量浓度和处理组间的显著性差异.相关分析结果表明,沉积物中P的垂直分布与Mn显著相关,其次是C.高分辨率研究结果可见,蓝藻水华及其降解过程在毫米级厚度内即对沉积物-水界面产生了影响.