西溪国家湿地公园水质时空分异特征研究

西溪湿地公园作为第一个国家湿地公园和城市湿地公园的代表,具有特殊的功能特征.利用2009年春夏两季对西溪湿地水质的月监测数据,揭示城市湿地公园水质时空分异和污染特征.结果表明,①湿地水质空间分异与公园功能特征密切相关.其中,自然水塘的TN、TP平均值分别为0.78 mg/L和0.07 mg/L;观赏水塘TN、TP平均值分别为1.37 mg/L和0.17 mg/L;自然河溪水质TN、TP的平均值分别为2.91 mg/L和0.18 mg/L;游览水道TN、TP平均值分别为1.91 mg/L和0.09 mg/L;②湿地水体富营养化程度时间变化显著.西溪湿地水质的春季富营养化程度小于夏季,总体处于中度富营养化状态;③不同功能湿地水体富营养化程度差异明显.水塘水体富营养化程度低于河溪富营养化程度,其中,自然水塘水质的富营养化程度低于观赏水塘的水质,相反,游览河溪水质富营养化程度低于自然河溪的水质.因此,加强对观赏水塘和自然河溪的管理,是提高西溪湿地水质的有效方法.     

长江中下游湖泊水体氮磷比时空变化特征及其影响因素

为弄清长江中下游浅水湖泊水体氮磷比(TN/TP)对湖泊富营养化状况及水系连通性的指示意义,对该区域26个湖泊开展了春、夏两季的水质调查,比较了不同水文、水质状况湖泊之间TN/TP差异,探讨了影响湖泊TN/TP的主要因素.结果发现,长江中下游湖泊TN/TP存在较大的时空差异性,春季TN/TP平均值为21.52±14.28,过水性湖泊、深水湖泊以及富营养化湖泊3种类型水体中,富营养化湖泊的TN/TP较低,为14.38±7.40,深水湖泊的TN/TP最高,为40.97±33.37;夏季调查湖库的TN/TP平均值为21.73±23.78,其中深水湖泊的TN/TP仍为最高,达96.38±45.91,富营养化湖泊的TN/TP仍为最低,达10.91±4.44.春、夏相比,过水性湖泊和深水湖泊夏季的TN/TP显著上升,而富营养化湖泊却明显下降,且降幅随富营养化程度升高而加大.相关性分析发现,无论是春季还是夏季,湖泊TN/TP都与水体深度显著正相关.此外,湖泊富营养化程度越高,TN/TP与浮游植物生物量的关系就越弱,富营养化程度越低,TN/TP越高,磷对浮游植物生长的限制越明显.研究表明,长江中下游湖泊富营养化治理营养盐策略上,多数湖泊控磷更为重要,在一些富营养化较为严重的湖泊,局部疏浚、合理挖深、外源控制和调整渔业生产方式等是值得探索的修复途径.     

上海市农村富营养化河道生态修复工程研究

用食藻虫引导沉水植物生态修复工程技术对上海市临港新城果园镇里塘河道富营养化水体进行了工程治理和生态修复,辅以种植沉水植物,采取开放式生态修复和治理。每月水质跟踪检测结果表明:该工程治理方法具有显著生态修复效果,水质得到明显改善;COD_Mn、TN、TP在最低平均值时分别比生态修复前下降了60.67%、85.36%、88.74%;氨氮、亚硝态氮和叶绿素a在生态修复中的最低平均值分别为0.088 mg/L、0.024 mg/L和5.31 mg/m³;试验期间,修复区水体TN、TP、NO₂-N、NH₄-N和COD_Mn显著低于对照区,水体透明度（SD）平均为150～180 cm,水质达到国家Ⅱ～Ⅲ类地表水水质标准。     

草型清水态维持与长效运行的营养盐响应机制——以滇池大型围隔试验为例

为探究湖泊水体生态修复工程中草型清水态维持与长效运行的营养盐响应机制,利用滇池草海建立的大型原位试验围隔,采用非参数突变点分析法（nCPA）及临界指示物种分析法（TITAN）,探究了叶绿素a、浊度、透明度和浮游植物的营养盐阈值.结果表明,草型清水态维持与长效运行较为成功的围隔,其藻类的叶绿素a含量虽然明显较低,但在夏季时蓝藻门仍占绝对优势.原位生态围隔叶绿素a响应TN的阈值为1.423mg/L,响应TP的阈值为0.103mg/L.水体透明度响应TN的阈值为1.684mg/L,响应TP的阈值为0.103mg/L.各围隔总磷含量的平均值均大于或等于0.226mg/L,B1、B3、B8围隔后期处于清水态,其TN平均值都低于或等于1.42mg/L,B5、A1、A2、A3、A4围隔后期处于浊水态,其TN平均值都高于或等于1.78mg/L.这表明在滇池水华重灾区实施水体生态修复工程时,应首要考虑TN的影响,在TP含量严重超出阈值的情况下,如果TN处于一个较低水平,也能维持湖泊水体草型清水态的长效运行,并实现湖泊水体由藻型浊水态向草型清水态的转换.     

洞庭湖近20年水质与富营养化状态变化

利用近20年水质监测资料,系统地分析了洞庭湖水质与营养状态的时空变化特征. 结果表明,受流域社会经济发展等因素的综合影响,洞庭湖水质整体呈下降趋势,水体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖. 洞庭湖水体主要污染物为TN和TP, ρ(TN)、ρ(TP)年均值分别为1.08~1.93和0.026~0.203 mg/L. 洞庭湖水体中ρ(Chla)与ρ(TN)呈显著正相关;浮游植物数量与ρ(TN)、ρ(TP)呈显著正相关,与最大流量呈显著负相关. 2007年洞庭湖流域造纸企业污染整治后,洞庭湖水体中ρ(COD_Cr)降低,但ρ(TN)、ρ(TP)仍呈上升之势,浮游植物数量显著增加. 洞庭湖水体富营养化治理应以控制面源污染为重点.      

淀山湖水质富营养化和微囊藻毒素污染水平

研究淀山湖不同季节水体中总磷(TP)、总氮(TN)、pH、水温、透明度(SD)、叶绿素a(Chl-a)含量和优势藻种等富营养化相关指标;在培养条件下,研究不同温度、光照、氮磷浓度对铜绿微囊藻的生长及微囊藻毒素LR(MC-LR)产生的影响;研究藻细胞密度和微囊藻毒素LR浓度的相关关系.结果表明:淀山湖水质已呈富营养化状态,春末和夏季水质和水文条件适合藻类生长.湖水TN和TP年平均值分别达1.93mg/L和0.18mg/L,TN和TP的年超标率达93.5%和92.2%.TP的高峰期比施肥的高峰期延迟出现约一个月,说明沿湖农业对富营养化指标的影响较大.淀山湖常年生长的藻类分别是蓝绿藻、硅藻、隐藻和裸藻等,夏季水华中可见污染指示藻如微囊藻、鱼腥藻和针杆藻等产毒藻.培养条件下,铜绿微囊藻在25℃和3000lx时生长最快,但产毒量却分别在20℃和5000lx时达到最大值;合适其生长和产毒的氮、磷浓度分别为650μmol/L和6.5μmol/L.现场和实验室条件下,均发现磷为藻类生长的限制因子,微囊藻毒素-LR浓度与藻细胞密度或铜绿微囊藻细胞密度之间存在正相关关系,提示可以用藻细胞密度来估算水中毒素的浓度.     

我国湖泊富营养化效应区域差异性分析

通过分析我国湖泊富营养化相关指标的区域差异性,发现在相同营养物质条件下,浮游藻类生物量却有所差异,说明不同区域浮游藻类对营养物质总氮（TN）和总磷（TP）的利用效率存在显著的区域差异性.利用SPSS中的曲线估计功能,分析我国不同湖泊区域lg Chl-a分别与lg TN和lg TP的线性方程,通过比较线性方程的斜率分析不同湖泊区域浮游藻类对营养物质TN和TP的利用效率,蒙新高原、云贵高原、东北平原-山地、长江中下游平原及华北平原,lg Chl-a与lg TP线性方程的斜率由高到低依次为1.002、0.817、0.761、0.545、0.250.lg Chl-a与lg TN线性方程的斜率由高到低依次为1.401、1.058、0.447、0.239、0.099,分别为长江中下游平原、云贵高原、华北平原、东北平原-山地及蒙新高原.由此可见,东北平原-山地和蒙新高原TP对浮游藻类生长的影响大于TN,而在华北平原、长江中下游平原和云贵高原,TN对浮游藻类生长的影响大于TP.另一方面,通过分析浮游藻类生物量与水体透明度之间的相关性,阐明藻类生长繁殖对不同区域湖泊水体透明度影响的区域差异性,结果表明,湖泊中浮游藻类生长繁殖对水体透明度影响最大的是云贵高原,其次是东北平原-山地、蒙新高原和华北平原,长江中下游平原水体透明度与浮游藻类生物量之间没有显著相关性.     

我国东部与云贵湖区富营养化控制标准对比研究

以我国东部湖区及云贵湖区主要湖泊2005~2008年的监测数据和国际公认的湖泊富营养化叶绿素a 含量分级为基础,通过频率统计方法,对叶绿素a、总氮(TN)、总磷(TP)、透明度(SD)和高锰酸盐指数(CODMn)进行了统计分析,并根据反退化原则,计算了两湖区湖泊富营养化控制指标的建议值.结果表明,东部湖区湖泊富营养化控制标准的建议值为TN:1.65mg/L,TP:0.100mg/L,SD:0.45m,CODMn:4.50mg/L;云贵湖区为TN:1.00 mg/L,TP:0.045 mg/L,SD:1.10m,CODMn:4.00mg/L.云贵高原湖区氮磷营养盐控制指标值绝对值低,相应控制标准比东部平原湖区严,主要原因是东部平原湖区受人类活动影响强烈,目前的水环境总体质量劣于云贵湖区.     

淀山湖氮磷营养物长期变化规律及其对藻类增长影响研究

为深入认识淀山湖生态环境状况,从淀山湖20a的监测数据和藻类增长潜力试验(AGP)的试验结果入手,结合20a的遥感影像资料,采用时间序列分析法、方差分析、概率分布和箱线图等描述统计方法,分析了淀山湖氮磷营养物的长期变化规律及其对藻类演替和增长的影响.结果表明,从1985年第1次大规模藻类水华算起,经过15a的营养物积累,在1999～2000年之间,淀山湖由中度富营养化湖泊逐渐转化为重度富营养化湖泊;1999年之后淀山湖水体氮磷营养物大量聚集,叶绿素a水平迅速提高,分别以1999年前速率的2.25、6.67、3.40倍上升.其中以磷的上升速率为最快;透明度则以平均每年递减5cm的速度下降.藻类群落转化为以绿藻和蓝藻为主,藻类水华的频率为1999年前的2～3倍.当水体TN浓度超过3.5 mg/L时.AGP试验不再有任何显著性反应.氮和铁可能共同限制藻类增长.研究证明,淀山湖已经具备暴发大规模,大面积蓝藻水华的条件,水体TN浓度超过临界值(＞3.5 mg/L)的频次越多,淀山湖暴发蓝藻水华的可能性越大.     

近十年洪泽湖富营养化状态变化趋势及原因分析

通过2011～2020年洪泽湖全湖逐月监测数据的分析,厘清了近十年洪泽湖富营养化状态变化趋势、时空变化特征和驱动要素,为洪泽湖富营养化控制提供针对性建议.作为洪泽湖最主要的入湖河流,淮河近十年来高锰酸盐指数显著上升、 TN显著下降.洪泽湖近十年水体总体透明度、 TP浓度和高锰酸盐指数平均值显著上升,TN和Chl-a浓度的平均值显著下降,富营养化状态指数（TLI）有下降趋势.洪泽湖富营养化状态的变化趋势在空间上存在差异：洪泽湖东区是淮河的过水通道,由于较短的水体停留时间,即使在营养盐浓度较高的情况下,藻类生物量仍显著低于其他区域,同时由于淮河水质的改善,TLI显著下降;北区具有较高的水生植被覆盖度,不仅降低了水体营养盐浓度,并为浮游动物和鱼类提供了栖息地,有效地抑制了藻类的生长,富营养状态要明显低于其余湖区,近十年TLI呈现下降趋势;西区富营养化程度最高,由于内源释放的加剧,藻类生物量最高,富营养化程度并没有得到改善.洪泽湖富营养化状态也存在显著的季节差异,夏季富营养化指数最高,藻类生物量因温度升高而相对较高,同时夏季藻类生物量主要受营养盐浓度影响,其中NO^-     

蠡湖水环境综合整治工程实施前后水质及水生态差异

为探讨水环境综合治理工程措施对蠡湖水生态环境的改善效果,对工程实施前后蠡湖水生态环境的变化及趋势进行了分析. 结果表明,水环境综合治理工程实施后,蠡湖水质明显好转,水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)和ρ(Chla)年均值显著下降(P<0.01),ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(Chla)分别由综合治理前 (1992—2002年平均值) 的5.77、0.19 mg/L和59.90 μg/L降至综合治理后的3.13、0.13 mg/L和27.12 μg/L,ρ(COD_Mn)则由7.09 mg/L降至5.00 mg/L以下;表层沉积物中w(OM)、w(TN)和w(TP)分别由2001年的40.40、1.19、2.61 g/kg降至2012年的19.60、1.16、0.59 g/kg;2012年生态修复工程区内初步形成了一个水生植物较为完整的生态系统. 综合整治后,水质改善效果明显,但部分水体感观指标〔如ρ(TSS)、SD(透明度)〕改善效果不明显,底栖动物优势种群仍为耐污种,生态系统完全恢复还需时日. 因此,有必要进一步开展以提高透明度、恢复沉水植物为核心的生态优化调控,促进蠡湖由藻型浊水稳态向草型清水稳态转变.      

淀山湖营养物输入响应关系的分位数回归分析

采用分位数回归方法研究了淀山湖富营养化输入(总氮和总磷)及响应指标(叶绿素a)之间的关系.结果表明,淀山湖营养物TP和TN(输入指标)对不同分位叶绿素a(响应指标)的影响不同.在低分位(0.10~0.50)时,淀山湖的藻类生物量(叶绿素a)主要受TP的控制;在高分位(0.60~0.90)时,淀山湖的藻类生物量同时受TP和TN的控制;TN对藻类生长的抑制作用随分位数升高而加强.0.60分位时是TP和TN对藻类增长影响发生变化的分位.普通最小二乘法(OLS)方法得到的经验方程,不能估计淀山湖多个因素不同变化速率对湖泊营养物输入响应关系的影响.     

南四湖表层底泥有机质及氮磷时空比较分析

依据2006、2007、2010和2011年4次南四湖水质与底质空间分布监测数据,采用综合统计与比较方法对南四湖表层底泥有机质及氮磷的时空变化特征进行分析研究。结果表明,南四湖湖区底泥有机质、TN和TP含量的平均值依次为4.12%、0.27%和0.088%,南四湖底泥有机质、TN和TP含量总体处于较高水平。2010-2011年比2006-2007年枯水期南四湖湖区底泥有机质和TN含量有所下降,但底泥TP含量有所升高;南四湖分湖区底泥有机质、TN和TP含量的平均值都呈现由北向南递减趋势,但底泥有机质和TN含量在昭阳湖(下)出现最小值而后回升再递减,底泥TP含量递减幅度较小;老运河和洸府河口底泥有机质、TN和TP含量的平均值远高于其它河口及湖区平均值;2011年监测南四湖入湖河口底泥有机质、TN和TP含量的平均值与湖区底泥相应含量的比值依次为0.63、0.50和0.96,湖区平均高于入湖河口底泥的相应含量,说明南四湖湖内底泥对有机质、TN和TP的富集作用比较突出。     

Controlling cyanobacterial blooms by managing nutrient ratio and limitation in a large hypereutrophic lake: Lake Taihu, China

Excessive nitrogen (N) and phosphorus (P) loading of aquatic ecosystems is a leading cause of eutrophication and harmful algal blooms worldwide, and reducing nutrient levels in water has been a primary management objective. To provide a rational protection strategy and predict future trends of eutrophication in eutrophic lakes, we need to understand the relationships between nutrient ratios and nutrient limitations. We conducted a set of outdoor bioassays at the shore of Lake Taihu. It showed that N only additions induced phytoplankton growth but adding only P did not. Combined N plus P additions promoted higher phytoplankton biomass than N only additions, which suggested that both N and P were deficient for maximum phytoplankton growth in this lake (TN:TP = 18.9). When nutrients are present at less than 7.75-13.95 mg/L TN and 0.41-0.74 mg/L TP, the deficiency of either N or P or both limits the growth of phytoplankton. N limitation then takes place when the TN:TP ratio is less than 21.5-24.7 (TDN:TDP was 34.2-44.3), and P limitation occurs above this. Therefore, according to this ratio, controlling N when N limitation exists and controlling P when P deficiency is present will prevent algal blooms effectively in the short term. But for the long term, a persistent dual nutrient (N and P) management strategy is necessary.     

2009-2018年太湖大气湿沉降氮磷特征对比研究

为了研究太湖2009-2018年大气湿沉降的时空变化特征,于2009年8月-2010年7月及2017年8月-2018年7月进行了两次环太湖大气湿沉降逐月调查,并从降水中ρ（TN）和ρ（TP）、湿沉降率及沉降通量三方面,对比分析了太湖大气湿沉降的时空变化特征.结果表明:①2009年8月-2010年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.170、0.077 mg/L;2017年8月-2018年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.160、0.056 mg/L;T检验结果表明,两次调查ρ（TN）、ρ（TP）污染水平差异显著,主要是由于2017年8月-2018年7月较高污染浓度降水事件的减少,全年降水中ρ（TN）、ρ（TP）变异较小.②与2017年8月-2018年7月相比,2009年8月-2010年7月太湖TN、TP湿沉降率平均值分别下降33%和53%,且TN、TP湿沉降空间分布更均匀.③与2009年8月-2010年7月相比,2017年8月-2018年7月太湖流域大气TN、TP沉降通量分别为7 641和131 t,分别下降30%、47%.研究显示,两次调查降水中ρ（TN）平均值均远高于水体富营养化阈值（0.2 mg/L）,因此大气湿沉降中的营养盐对太湖富营养化的贡献不可忽视.      

基于门限极值理论的湖泊水质参照状态的确定

在前人工作的基础上,利用门限极值的广义Pareto分布理论和超出阈值峰(Peak Over Threshold,POT)方法,提出了一种确定湖泊参照状态浓度的新方法.该方法不仅能够给出更为精确的置信区间,而且克服了广义极值分布理论取用数据浪费等缺陷.将该方法应用到太湖的水质基准参照状态中,通过POT方法对太湖8个站点1995~2006年总氮(TN),总磷(TP)和叶绿素a(Chl-a)的数据进行预处理,分别以-1.0mg/L, -0.05mg/L与-4μg/L作为它们观测值相反数的门限值,结果表明观测值的相反数符合广义Pareto分布,验证了方法的可行性.推荐采用25%分位点的值作为太湖总氮,总磷和叶绿素a的参照状态,即太湖的参照状态是:总氮0.66mg/L;总磷0.023mg/L;叶绿素a为1.27μg/L.最后分别得出了它们各自的95%置信区间,而且其精度明显高于广义极值分布理论结果.     

洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征

为研究洪湖沉积物污染特征及内源营养盐释放规律,在不同季节对洪湖13个沉积物采样点进行调查,并利用柱状沉积物采样器原位采集沉积物开展静态模拟释放试验. 结果表明:①洪湖沉积物有机质、总氮和总磷含量的平均值分别为19%、4 407.4 mg/kg和1421.0 mg/kg,内源污染严重;②洪湖沉积物污染可能是水体中氮磷营养盐的重要来源之一,在5 d的静态释放模拟试验中,夏季上覆水中总氮和总磷平均浓度分别升高1.467和0.042 mg/L,冬季分别升高0.224和0.036 mg/L;③洪湖沉积物中氮磷的释放表现出显著的时空差异,夏季洪湖沉积物总氮、总磷的平均释放速率分别为133.9和4.0 mg/(m2·d),冬季分别为32.1和3.4 mg/(m2·d);④根据试验结果估算,洪湖沉积物氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a,磷的释放潜力为350~400 t/a. 研究显示,在控制流域外源污染输入和减少湖区面源污染的同时,应从根本上改善洪湖水质并重塑洪湖湿地生态系统结构与功能,在科学指导下采取远近结合的方式分区域在洪湖开展受污染沉积物的修复工作.      

东北湖区典型流域生态安全评估

为评估东北湖区湖泊生态安全,在山口湖流域水质特征分析的基础上,分别采用模糊综合评价法、层次分析法和DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）模型对山口湖流域水环境质量、陆域生态系统健康状况和流域生态安全进行综合评估.结果表明:①2014年山口湖水体氮、磷、有机物质量浓度较低,各月营养水平存在较大波动:3月冰封期ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Mn）最低,分别为0.681、0.022、6.31 mg/L;5月冰层溶解时ρ（TN）和ρ（COD_Mn）最高,分别为1.771、8.27 mg/L.在3条入湖河流中,长水河受生活源和农业面源污染较重,ρ（TN）年均值为2.244 mg/L,超出GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准限值;南水河污染较轻,ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为1.061、0.059 mg/L;土鲁木河受人类活动影响较小,污染最轻.②模糊综合评价结果显示,除5月外,2014年山口湖水体总体上处于GB 3838-2002 Ⅲ类水质.③1988-2014年山口湖陆域生态系统处于优秀状态,但健康指数由1988年的90.06降至2014年的87.63,森林覆盖率下降、农田比例增加是陆域生态系统健康状态下降的主要原因.④2014年山口湖流域生态安全指数值为72.61,处于较安全状态,经济发展水平落后、入湖污染物未有效控制、透明度低、水产品供给指标功能较差、污染物处理能力差是影响山口湖生态安全的主要因素.研究显示,需减少农田化肥施用量,加强农村和农业面源污染防治等措施,控制污染物入湖量,加强环境监管能力建设和科技支撑,提高山口湖流域生态安全状态.      

基于分位数回归的洱海藻类对氮、磷及水温的响应特征

基于云南洱海长时间尺度水质观测数据,运用分位数回归方法分析浮游藻类叶绿素a(Chl-a)对氮(N)、磷(P)、水温的定量响应关系.结果表明过去20余年洱海藻类生物量受水温、N、P共同影响,随着洱海富营养化程度的加剧,水温对藻类生物量的相对重要度在持续下降,斜率平均值从2.70下降至0.44.而营养物对藻类的促进效应明显在提升,尤其是TP对藻类的相对重要度持续在攀升,斜率平均值从-0.3增长至0.8.TN对藻类生物量整体表现为较稳定的正效应,但近些年(2008~2013年)TN对藻类正效应达到最低.2002之后,P已逐渐取代N成为最重要的营养物限制因子.在季节方面,春季和秋季以水温和N的共同限制为主导,但春季当Chl-a8 mg·m-3时,N和水温对藻类的正效应逐渐被P取代.夏季完全以N、P共同限制效应占主导,当Chl-a3 mg·m-3时,TP的正效应逐渐超过TN,冬季则以P和水温的共同限制效应为主导.在气候变暖的大背景下,洱海富营养化控制应以"控P"为主和N、P协同削减的策略.当前富营养化控制过程中,应着重监控春、秋两季温度短期快速上升可能引发的全湖藻华风险.