藻类爆发对太湖梅梁湾水体中NPK含量的影响

1998～2000年对太湖梅梁湾的实测结果表明,在一定范围内叶绿素a的含量与温度呈现明显的正相关;NH4^+-N和总氮(TN)、总磷(TP)含量在每年的八九月份最低,总含量与叶绿素a呈正相关。随着叶绿素a含量上升,N、P含量呈现下降趋势;K的含量与N、P相似．排污口的0号点和6号点的N、P含量相对于湖中心的8号样点来说极高,而且P已不是限制性营养元素,在其它水域,P依然是限制性营养元素,表明微囊藻(Microcystis spp.)只在TN含量为1～4mg·L^-1、TP在0．1～0．3mg·L^-1之间时爆发形成水华．     

太湖梅梁湾夏季水体组分光谱吸收特性

2006年8月16、17日对太湖梅梁湾湖区15个样点水体进行采样,利用分光光度计和定量滤膜技术测量了水体要素CDOM、非藻类颗粒物和浮游植物的吸收系数,同时进行水质参数的测定,分别对各水体要素的光谱吸收特性进行分析,并结合水质参数建立相应的区域模式.其中,分UV-C(250～290nm)、UV-B (290～320nm)、UV-A(320～400nm)和蓝光(400～500nm)4个波段建立CDOM光谱吸收的关系模式,同时发现曲线斜率值S与440nm处吸收系数存在很好的二次函数关系,在紫外和蓝光波段R2分别达到0.958和0.835;总悬浮物的光谱吸收特征在不同深度处有些相近,有些则存在明显差异,主要是由有机和无机颗粒物剖面分布的不确定性和总悬浮物浓度所引起;非藻类颗粒物吸收系数在400～700nm的指数函数拟合斜率值S的变化范围为0.0056～0.0090nm-1(平均值(0.0070±0.0008)nm-1),各样点指数函数拟合的R2在0.91以上.在可见光波段范围各水体要素对总吸收系数的贡献大小顺序是:浮游植物＞非藻类颗粒物＞CDOM.浮游植物在蓝、绿和红光波段的平均贡献率都在0.5以上,是水体吸收的主要贡献者;在蓝、绿和红光波段,非藻类颗粒物的平均贡献率分别为0.350±0.145、0.412±0.162和0.232±0.125,CDOM的分别为0.121±0.052、0.088±0.059和0.050±0.038.     

太湖梅梁湾水体中悬浮质及光谱的分布特征

在研究太湖梅梁湾水体中的悬浮质及水体中光谱分布时发现:总悬浮质中无机悬浮质含量与总悬浮质之间呈现明显的正比线形关系(R²=0.9724),而有机悬浮质与总悬浮质之间的正比线形关系较弱(R²=0.2921);在20cm处以下,总悬浮质中的藻类含量随着水深度的增加呈现下降的趋势,表面略低;有机悬浮质与叶绿素a的含量之间的线形关系较弱(R²=0.1344);光谱的分布特征是:在水体的表面,绿光最强,蓝光较强,而红光最弱;在150cm以下,红光最强,绿光较强,蓝光最弱。     

太湖梅梁湾沿岸带水体生物学与光学特性

基于 1998～ 1999年周年 4季原位水下光场观测资料及中国科学院太湖湖泊生态系统研究站 1992～ 2 0 0 1年悬浮物、叶绿素 a、透明度长期历史观测资料分析了太湖梅梁湾沿岸带第 2号站点水体的生物学与光学特性 ,探讨了水下光合有效辐射(PAR)总量的日变化、垂直分布 ;光衰减系数的季节变化及光谱分布 ;影响光衰减系数的主要水色因子。结果表明 ,无论是 PAR还是光谱衰减系数其值都很高 ,其中 PAR衰减系数在 1.4 0～ 5 .30 / m间变化 ,均值为 2 .4 3± 0 .5 5 / m,秋季最大、夏季最小 ,真光层深度在 0 .87～ 3.2 9m间变化 ,均值为 1.98± 0 .4 1m;水下光谱在蓝光波段衰减最强烈 ,其次是红光、绿光 ,随着深度增加光谱成分出现绿移和红移现象 ,绿红光占得比例越来越大 ;光谱衰减系数随着波长的增加大致呈下降趋势 ,但在 6 70 nm附近有个峰值 ;基于线性相关分析发现在混浊的沿岸带水体中影响光衰减主要因子为水体中的悬浮物和有色可溶性有机物 ,叶绿素 a对 PAR衰减系数的贡献率只占到 1.5 9%～ 14 .2 1%。     

太湖梅梁湾水体悬浮颗粒物和CDOM的吸收特性

通过测定滤膜上悬浮颗粒物和过滤液中CDOM吸光度的方法计算得到太湖梅梁湾总颗粒物和CDOM的光谱吸收系数,并计算了各吸收组份的贡献份额以及吸收与PAR衰减的比值。总颗粒物的吸收系数从400 nm到600 nm大致呈下降趋势,到675nm附近由于叶绿素a的特征吸收会出现明显峰值,峰值高低随叶绿素a浓度的变化而变化,ap(440)在3.58~9.86 m-1间变化。非藻类颗粒物和CDOM的吸收随波长增加大致按指数规律下降,ad(440)和ag(440)的变化范围分别为2.23~7.07m-1和1.06~1.70 m-1。非藻类颗粒物在400~700 nm波段的指数函数斜率Sd的平均值为(10.91±0.62)μm-1;CDOM在280~500 nm波段指数函数斜率Sg的平均值为(15.52±0.49)μm-1。浮游藻类的光谱吸收表现为在440、675 nm附近存在两个明显的峰值,分别为(2.55±1.14)、(1.34±0.69)m-1。ap(440)与TSS、OSSI、SS均存在显著性正相关,而ad(440)则只与TSSI、SS有显著性相关,aph(440)只与OSS、Chla有显著性相关。CDOM吸收系数与DOC浓度没有显著正相关,但与Chla存在显著幂函数关系,浮游藻类降解产物是水体中CDOM的重要来源之一。水体中物质吸收主要以颗粒物为主,对总吸收的贡献率在70%以上,而颗粒物中又以非藻类颗粒物占主导,一般超过40%,总吸收对漫射衰减的贡献也在40%以上。     

太湖梅梁湾水体中紫外线状况及藻体内MAAs的检测

在对太湖梅梁湾水体中的紫外线状况以及藻体内MAAs的研究时发现：在一年的1～3月,紫外线与有效光合辐射的比值较低,而在7月较高,其余月份相对稳定;可溶性有机碳(Doc)的含量有明显的季节性变化;有色可溶性有机碳(CDOC)对紫外线的衰减作用较为明显;通过紫外分光光度计扫描和高效液相色谱方法对藻类研究时发现,藻体内有含量较高的MAAs类物质,主要为shinorine和porphyra-334。     

太湖梅梁湾冬季浮游细菌的多样性

运用分子生物学方法对太湖梅梁湾2005年3月冬季水体中的浮游细菌多样性进行了研究。提取水样中细菌基因组总DNA,以细菌的16SrDNA通用引物进行PCR扩增,扩增产物经分子克隆、酶切归类分析、测序和序列分析,对水样中的细菌群落建立了针对16SrDNA的克隆文库和系统发生树。基于细菌16SrDNA克隆文库和系统发生树的分析,结果表明,该水域的优势细菌类群为拟杆菌(Cy-tophaga-Flavobacterium-Bacteroides,44.3%)和β、γ变形杆菌(Proteobacteria;β-Proteobacteria,25.3%和γ-Proteobacteria,27.8%),其中大部分细菌与黄杆菌属(Flavobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和食酸菌属(Acidovorax)细菌的关系密切。与国外富营养化湖泊的研究报道相比较,γ-Proteobacteria类群为水体中的优势类群,是严重富营养化的太湖在冬季所具有的独特种群结构特征。     

太湖春季水体固有光学特性及其对遥感反射率变化的影响

吸收特性和后向散射特性是水体重要的光学特性,同时也是建立生物光学模型的基本参数。利用2009年4月太湖春季实测数据,结合生物光学模型推导了太湖春季水体颗粒物后向散射系数,在此基础上分析了太湖春季水体的吸收特性和后向散射特性,并利用经验正交分解方法对遥感反射率变化的影响因子进行了分析。结果表明：（1）非色素颗粒物是影响太湖春季水体吸收特性的主导因子,色素颗粒物和CDOM对总吸收（不包含纯水）的贡献相对较小,且色素颗粒物在梅梁湾湖区的包裹效应明显大于其他湖区。（2）颗粒物后向散射系数与总悬浮物和无机悬浮物具有很强的相关性（相关系数均在0.88以上）,与有机悬浮物的相关性相对较弱（相关系数均在0.73以下）,且水体中多次散射对水面总辐亮度有较大的贡献,平均贡献率高达93.46%。（3）利用经验正交分解方法将遥感反射率变化光谱分解成3个正交因子,3个正交因子总共解释了约99%的遥感反射率变化信息,其中,第一正交因子解释了93%的变化信息,第二和第三正交因子分别解释了5%和1%的变化信息。通过对各正交因子与水体不同组分的吸收和后向散射系数进行相关性分析得出,颗粒物的后向散射对水面反射光谱的形成具有非常重要的影响,太湖春季水体遥感反射率的变化主要取决于无机颗粒物的吸收和后向散射,有机颗粒物对遥感反射率的变化影响较小。     

太湖梅梁湾水华蓝藻复苏过程的研究

采用在底泥表面设置藻类细胞捕捉器的方法,测定其中的色素含量变化,并与水柱和底泥中的色素含量变化相比较.结果表明,藻类复苏与底泥环境中的温度、光照、溶解氧、氧化还原电位均有密切关系,叶绿素a、b和藻蓝素所表征的总藻类、绿藻以及蓝藻的上浮率分别为59.84%、76.83%和466.98%,3种藻的上浮量分别占相应浮游藻类最大生物量的7.18%、3.71%和9.33%.蓝藻复苏对太湖水华的形成具有很重要的意义.     

基于感光色素吸收信号的太湖藻类识别

铜绿微囊藻和斜生栅藻是太湖"水华"的主要藻种,基于室内纯铜绿微囊藻、斜生栅藻组成色素的吸收系数,通过四阶微分、标准化系数等方法对太湖水体浮游植物中铜绿微囊藻和斜生栅藻进行识别,并确定其组成比例。结果表明,纯藻组成色素的吸收系数应用于其在太湖水体浮游植物中比例的确定和识别中,能够全面考虑辅助色素的识别作用,较好地避免非色素物质吸收信号的干扰,具有较好的识别效果。太湖水体浮游色素中铜绿微囊藻比例最高,斜生栅藻次之,由夏季向冬季过度中,铜绿微囊藻比例不断减小,斜生栅藻的比例逐渐升高,但铜绿微囊藻比例仍略高于斜生栅藻;铜绿微囊藻的区域分布差异性较小,但时间差异性相对较大,而斜生栅藻恰恰相反,空间分布差异性较大而时间分布差异性较小。       

太湖梅梁湾生态系统健康状况周年变化的评价研究

生态系统健康是生态学和环境管理方面一个新兴的多学科综合性研究领域。湖泊生态系统健康包含两个方面的内涵,满足人类社会合理要求和湖泊生态系统自我维持与更新的能力。湖泊生态系统健康评价是湖泊环境管理和生态系统调控的基础。运用Exergy、结构exergy和生态缓冲容量等指标来评价太湖梅梁湾湖区2001年生态系统健康的周年变化,其健康状况由好到坏依次为3～4>1～2>11～12>9～10>5～6>7～8月份。这和分别应用营养状态指数(TSI)和生物多样性指数(DI)进行评价的结果相似,表明运用Exergy、结构exergy和生态缓冲容量指标对湖泊生态系统健康状况进行评价的方法是可行的。     

太湖梅梁湾冬季水-气界面二氧化碳通量日变化观测研究

应用静态箱式法对太湖梅梁湖区冬季(2003年12月23日8:00~26日6:00)的水气界面CO2通量进行了昼夜连续观测,共测得60组数据,分析了梅梁湾湖区CO2通量的冬季日变化规律。结果表明,在光照条件较好,风速较小情况下,白天梅梁湾湖区为CO2的汇,极大值出现在14:00时,其平均CO2通量为-3.01 mg.m-2.h-1;夜间梅梁湾湖区CO2通量值为-0.897~1.006 mg.m-2.h-1,其平均通量为-0.02 mg.m-2.h-1;在阴天、风速较大时,湖区CO2通量日变化与前面有较大差异,表现为CO2的强源,最大CO2通量达到76.53 mg.m-2.h-1。     

Phosphorus release from cyanobacterial blooms in Meiliang Bay of Lake Taihu, China

To investigate the relationship between cyanobacterial density and phosphorus release into a lake aquatic environment, in situ experiments with 2.5 L microcosms were conducted in Meiliang Bay, located in the northern part of Lake Taihu, China. The effects of different environmental factors on phosphorus release and the ways changes of water quality indexes are involved in phosphorus release were further examined. It was found that total dissolved phosphorus (TDP) concentration kept to low levels (around 0.488 mg L⁻¹) in the microcosm with the low cyanobacterial density (8.85 × 10⁷ cell L⁻¹) throughout the experimental period, whereas first-order kinetics of TDP release was observed in microcosms with intermediate (7.60 × 10⁸ cell L⁻¹) and high cyanobacterial density (3.65 × 10⁹ cell L⁻¹). Accordingly their TDP release rate constants were both approximately 0.8930 d⁻¹ in the latter two treatments. The dissolved inorganic phosphorus (DIP) concentrations also increased with the increase of cyanobacterial density in 4 days. However, the DIP decreased from 35.52 mg L⁻¹ on day 4 to 6.72 mg L⁻¹ on day 6 in microcosm with the high cyanobacterial density during the experiments. Temperature could remarkably improve phosphorus release, while disturbance and illumination had negative effects on it. In addition, both TDP and DIP concentrations were positively correlated with electronic conductivity, salinity and total dissolved solid, but negatively correlated to chlorophyll-a and cyanobacterial density when cyanobacterial density was more than 7.60 × 108 cell L⁻¹. Thus, more phosphorus can be released from cyanobacterial blooms at higher cyanobacterial densities in Meiliang Bay, which is also determined by high temperature. Higher dissolved phosphorus concentration in cyanobacteria-dominated lakes (regions) is mainly due to the decomposition of cyanobacteria during the outbreak of cyanobacterial bloom in Lake Taihu, especially in Meiliang Bay.     

太湖梅梁湾浮游植物叶绿素a和初级生产力

1998年5月～1999年8月对太湖梅梁湾4站点进行了每季1次、为期1年的初级生产力及相关因子研究,分析了梅梁湾叶绿素a含量和初级生产力的时空分布特征．结果表明,梅梁湾的叶绿素a含量、初级生产力均存在明显的季节变化和空间差异,春、夏季浮游植物叶绿索a含量和初级生产力要比秋、冬季高,空间上位于污染严重的直湖港口6#点叶绿索a含量和初级生产力要高,并大致呈现从湾内向湾口递减的趋势;在春、夏、秋季光照较强时,初级生产力最大指值出现在水下20～50cm处。到冬季垂直差异不明显;10～30℃之间初级生产力基本上随温度的上升而呈指数增加趋势．浮游植物生物现存量与初级生产力存在显著的正相关．营养盐与初级生产力相关性变化很大．光照显著地影响初级生产力的日变化。春、夏季强光作用下表面光抑制现象比较明显．     

Toxicity evaluation of Meiliang Bay, Lake Taihu, China—a drinking water source

In this study, potential toxicity in organic pollutants in Meiliang Bay, Lake Taihu, a drinking water source, was investigated using the comet assay and zebrafish embryo test, and two control sites in Lake Changdang and the Changjiang (Yangtze) River were established. For the genotoxicity assay, results showed that organic extracts from water samples induce DNA damage on human lymphocytes and mouse testicular cells. A statistically significant difference (p < 0.01) was observed versus the solvent control, as shown by multiple comparisons at a dose of 100 ml tube⁻¹. The degree of DNA damage caused by Meiliang Bay water was most serious (human lymphocytes cells—184 arbitrary units (AU); 234 AU on mouse testicular cells). Organic extracts also affected zebrafish embryo development. Embryo coagulation, axis abnormality, slow absorbability of vitellicle, and multi-edema related to teratogenesis at 96 hpf were observed. In the high dose group, there was obvious edema in the hearts and vitellicles for most dysplastic embryos. Toxic potential in organic pollutants in drinking water sources from the Yangtze River and Lake Changdang were less serious than Meiliang Bay. Therefore, the drinking water source in Meiliang Bay was unsafe compared to the Changjiang River and Lake Changdang, and it is exigent that Meiliang Bay water quality should be ameliorated further.     

太湖梅梁湾大型控藻围栏对浮游甲壳动物群落结构的影响

2005年对太湖梅梁湾大型鲢、鳙控藻围栏内外浮游甲壳动物群落结构的季节变化进行了监测.结果表明:围栏内外的环境因子、浮游植物生物量、浮游甲壳动物种类组成无显著差异.但鲢、鳙放养对浮游甲壳动物的生物量产生了较大的影响,围栏内浮游甲壳动物的总生物量和枝角类的生物量显著低于围栏外.总体上,枝角类各种类的生物量受鲢、鳙放养的影响程度大于桡足类的种类.太湖梅梁湾浮游甲壳动物的季节演替明显,大部分种类只是季节性出现.冬季和春季以溞(Daphnia sp.)和近邻剑水蚤(Cyclops vicnus)等大型种类为主,夏季和秋季以象鼻溞(Bosmina sp.)、角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta)和中华窄腹剑水蚤(Limnoithona sinensis)等小型种类为主.典范对应分析表明,透明度、温度和浮游植物的生物量是影响浮游甲壳动物季节变化的主要因素.