基于多源数据的巢湖蓝藻水华时空分布及驱动因素分析

富营养化和有害藻类水华暴发是全世界淡水湖泊共同面临的生态环境问题之一.巢湖作为典型的内陆淡水湖泊,其富营养化水平和蓝藻水华暴发面积常年居高不下,且在各湖区表现为一定的时空分布差异.为认识和了解不同阶段巢湖蓝藻水华发生和发展基本规律,利用巢湖水上综合观测平台和卫星遥感等多源数据,获得2015~2020年水体中藻密度和水华面积的时空分布信息,并采用基于增强回归树的机器学习算法,定量评估不同阶段各环境因子对蓝藻水华影响的重要程度及相互作用关系.结果表明：①巢湖蓝藻水华表现出较大的季节变化特征,蓝藻细胞在春季开始复苏,主要在巢湖西半湖和沿岸地区形成轻度水华,水体藻密度在夏、秋季达到最大,该季节发生中等程度以上的水华频率较高.②非暴发期间,巢湖藻密度变化受物理和化学因素影响较大,二者对解释藻密度方差变化的贡献率可达80.3%,水体中高浓度溶解氧、弱碱性pH值（7.2~7.6）和适宜水温（3℃）是藻类细胞生长繁殖的有利环境条件,巢湖蓝藻水华首次暴发一般在气温稳定通过7℃初日11 d前后出现.③暴发期内,巢湖蓝藻水华发生主要受藻类生物量和气象条件的综合影响,气温、藻密度、日照时数和风速的累计贡献率为95%,各因子均存在一个有利于蓝藻水华发生的最适区间.多因子交互作用分析结果显示,在水体藻密度大、气温适宜和微风的综合作用下,巢湖蓝藻水华发生概率较高.上述研究成果分析和揭示了不同阶段巢湖蓝藻水华的时空分布特征及其主导影响因子,可为巢湖蓝藻水华防控和预测、预警提供科学依据.     

巢湖水体氮磷营养盐时空分布特征

在不同汛期对巢湖水体进行了网格化样品采集,研究了巢湖水体中氮磷营养盐的含量与时空分布规律,确定了巢湖水体的主要污染因子.结果表明,巢湖入湖河流中TP、TN和NO-3-N指标均超过了Ⅴ类水标准,南淝河和十五里河中TP、TN、NH+4-N和NO-3-N表现出丰水期低于平水期、枯水期的季节性变化特征,在其他河流则呈现出丰水期高于枯水期、平水期的特征;巢湖湖体氮磷营养盐浓度的分布存在时空差异,西部湖区中氮磷营养盐含量远高于东部湖区;TP、TN和NH+4-N表现出在枯水期高于平水期和丰水期的变化特征,而NO-3-N在丰水期的含量较高;巢湖水体的主要污染因子为TN和NH+4-N,这些污染物从西往东质量浓度不断减少.     

巢湖水体可溶态重金属时空分布及污染评价

为了解巢湖水体中可溶态重金属时空分布特征及污染水平,在不同季节对巢湖水体进行了网格化样品采集,采用电感耦合等离子体发射光谱ICP-OES(ICAP6000 series)测试了水样中可溶态重金属As、Hg、Cd、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni和Co的质量浓度,研究了可溶态重金属的时空分布特征,并采用单因子污染指数法和综合污染指数法对巢湖水体环境质量进行了评价.结果表明,巢湖可溶态As、Cd、Pb和Cr符合《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅰ类水质标准,Cu和Zn为Ⅰ~Ⅱ类,Hg为Ⅰ~Ⅲ类,Ni和Co质量浓度远低于标准限值;不同元素质量浓度存在明显的时空差异,Cu、Zn和Ni在夏季最高,Pb和Cr在秋季最高,Co在春季最高;西部湖区尤其是西北部湖区元素平均质量浓度在秋季、冬季和夏季高于中部和东部湖区;元素Cu、Pb、Zn、Cr和Ni之间呈显著的正相关,可能具有一定的同源性;元素Cu、Pb、Zn、Cr、Ni和Co单因子污染指数和综合污染指数均远小于1,为清洁和无污染水平;全年西湖区综合污染指数最高,各湖区元素综合污染指数丰水期平水期枯水期.     

兰州市区臭氧时空分布特征及气象和环境因子对臭氧的影响

s利用2014~2016年兰州市4个监测点O_3、NO_2和CO浓度实时监测数据和日平均气温、相对湿度、气压和风速气象观测数据,统计分析了近3年O_3的时空分布特征以及环境因子(NO_2和CO)和气象因子对兰州市区O_3浓度的影响。结果表明:兰州市区O_3浓度年变化特征呈倒U型结构,夏季最高,峰值出现在5月,为(65.6±16.9)μg/m~3。4个监测点中生物制品所的年平均浓度最高。O_3的日变化为单峰分布,午后浓度较高,兰炼宾馆监测点峰值出现时间比其他区域超前约2 h。NO_2和CO与O_3的年变化相反,均表现出U型结构的年变化特征,都在12月达到峰值,分别为(2.53±0.80)mg/m~3,(78.9±28.2)μg/m~3。而NO_2和CO浓度白天浓度高于夜间。O_3浓度都随着NO_2和CO浓度的增加呈现指数形式下降。兰州市高温低湿气象条件有利于O_3的前体物(NO_2和CO)转化形成O_3。兰州市区发生高浓度O_3的气象和环境条件主要为日均气温高于20℃,相对湿度位于40%~50%以及风速≤5 m/s;NO_2浓度低于20μg/m~3,CO浓度低于0.5 mg/m~3。     

巢湖溶解性有机物时空分布规律及其影响因素

为研究巢湖溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)的时空分布规律及其影响因素,于2013年4月至2014年4月每月在巢湖3个不同湖区17个点位采集表层水样,测定了水体溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)浓度.结果表明,东部、中部和西部这3个湖区DON浓度具有显著差异(P0.01,n=13),这可能与西湖区入湖河流的外源输入以及DON的可利用性有关.水华期间,水体总氮总磷比、总溶解性氮磷比以及溶解性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)与溶解性活性磷(soluble reactive phosphorus,SRP)比值迅速降低,其中西湖区DIN/SRP在2013年8月降至5±7,表明水体出现氮限制.此外,DON浓度迅速降低,西部湖区叶绿素浓度与DON显著负相关(r=-0.265,P0.05,n=91),表明在氮限制条件下,DON具有一定生物可利用性.DOC浓度不存在显著空间差异,水温是控制这3个湖区DOC浓度变化的重要因素.东部和中部湖区DOC浓度还受叶绿素和硝态氮浓度的影响.此外,巢湖DOC/DON变幅较大,由于含氮化合物更易降解,因此DON是影响碳氮比值的主导因子,是表征DOM可利用性的重要组分.     

巢湖蓝藻水华衰亡初期营养盐浓度变化的研究

在巢湖采集泥样进行加藻培养实验,监测培养过程中的藻剩余量、上覆水及间隙水氮和磷浓度、沉积物各胞外酶活性、亚铁和总铁含量及各形态磷含量等相关指标的变化。结果表明,随着培养时间的增加,藻剩余量下降,藻剩余量与时间的关系符合公式:y=2.301 1×e~(-0.054 6x)(R~2=0.898 1,P0.01)。与对照组相比,加藻组间隙水和上覆水氨氮(NH_4~+-N)浓度大幅度上升,说明巢湖蓝藻水华衰亡初期,藻类自身矿化及沉积物均大量释放NH_4~+-N。加藻培养后第4天开始,间隙水溶解反应性磷明显低于对照组相应值,主要是由于微生物已获得充足的碳源和氮源,为了提高微生物生产力需要与之匹配的磷含量而吸收间隙水中的磷。加入藻类碎屑培养后,沉积物碱性磷酸酶活性明显高于对照组相应值,说明藻类有机质和高浓度NH_4~+-N均可诱导微生物分泌碱性磷酸酶,但加藻组酸提取有机磷(磷酸酶的底物)的含量并未明显降低;整个培养过程中,加藻组氨肽酶活性均低于对照组相应值,说明高浓度氨对氨肽酶具有抑制作用。加藻培养后,沉积物脱氢酶活性和亚铁与总铁的比值均低于对照组相应值,但沉积物铁结合态磷(Fe(OOH)-P)含量明显高于对照组相应值。表明藻类碎屑分解过程中,沉积物Fe(OOH)-P厌氧释放的少,且藻类自身矿化产生的磷以Fe(OOH)-P的形式固定在沉积物中。     

中国中东部PM2.5时空分布变化及气象影响分析

为探究气象条件变化对PM_(2.5)的分布影响,该研究利用CAMx及WRF模型,分别模拟了中国中东部地区2017-2019年第4季度PM_(2.5)浓度(ρ(PM_(2.5)))分布及气象条件变化,并对"2+26"城市、长江三角洲地区的ρ(PM_(2.5))及气象因子进行时空变化分析。结果表明:2017-2019年,太行山东麓沿线污染最为严重,季度平均ρ(PM_(2.5))达150～250μg/m3,长江三角洲地区季度平均ρ(PM_(2.5))为35～115μg/m3;2019年太行山东麓及燕山南麓地区气象条件优势明显,西北气流频次增加,同时相对湿度下降,大气边界层升高,降水量增加,地区ρ(PM_(2.5))下降6～18μg/m3;长江三角洲沿海地区降水量增加,风速增大,ρ(PM_(2.5))下降8～16μg/m3。数值模拟结果显示,2017-2019年,受降水、相对湿度、边界层、风速以及主导风向的影响,2019年中国中东部地区冬季ρ(PM_(2.5))降低6～18μg/m3,不同区域影响ρ(PM_(2.5))变化的气象因子不同。     

基于NOAA/AVHRR卫星资料的巢湖水华规律分析

以卫星遥感2002~2007年NOAA/AVHRR为信息源,统计这一时段内巢湖发生水华的资料,对水华的时空变化规律进行了分析.同时,结合相应的气象要素资料,对水华发生的气象条件进行分析.结果表明,巢湖水华的发生具有明显的时空规律,春、夏季多发,4,8月份的发生概率分别为19%和39%;西半湖多发,年均发生概率最大值均超过8%;气温、日照和风是影响巢湖水华的主要气象因子.     

基于天地协同的巢湖水华分布特征分析

基于MODIS影像监测2016年巢湖蓝藻水华分布,结果表明：水华的频次,持续时间从西北部水域向东南部水域逐渐减弱;西半湖湖心水华开始日期最早（5月19日）,持续时间最长为131d,塘西水华发生频次较多（10次）.进一步将水华遥感监测结果与同步水面实测水质参数数据（藻密度,叶绿素a,总氮,总磷）进行相关性分析,利用Q型聚类分析将水面实测采样点分为东区和西区两部分.西区藻密度,叶绿素a,总氮,总磷和水华面积相关性较强（R²均大于0.6）.     

陕西省雾霾污染时空分布特征及相关性分析

基于陕西省10个地级市2016年PM2. 5浓度数据,分析雾霾污染的时空分布特征,计算雾霾污染与气象及社会经济因素不同指标间的相关性。结果表明:陕西省雾霾污染时空分布差异较大,随季节变化特征明显,冬季污染最严重且范围最广,春秋季次之,夏季最小;关中地区雾霾污染最严重,并且逐渐向南北两边扩散;雾霾污染时空分布与气象因素紧密相关,温度、风力与雾霾污染呈负相关,湿度对其影响较小。社会经济因素中,工业企业生产和能源结构、污染物的直接排放都是影响雾霾污染的重要因素。     

水华生消过程对巢湖沉积物微生物群落结构的影响

水华对湖泊水体和沉积物理化和生物学性质的影响已进行了较多研究,但鲜见水华生消过程对湖泊沉积物微生物群落结构的影响.本研究以巢湖为对象,通过PCR-DGGE方法分析了水华形成、持续和消亡阶段对沉积物微生物群落结构的影响.结果表明,巢湖水华形成期为5月15日~6月20日,持续期为6月20日~9月5日,之后进入水华消亡期.PCR-DGGE分析表明,非水华区沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数、Simpson指数随时间变化较小,微生物相似度较高,温度可能是影响非水华区微生物群落结构波动的主要因子;在水华区,沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数在水华形成期和消亡期较低,在水华持续期较高,而Simpson指数则呈相反趋势,微生物相似度相对较低,表明水华形成、持续和消亡过程对微生物群落结构、优势种有不同影响,温度和水华导致的水体性质变化可能是沉积物微生物变化的主要因子.本研究表明,水华生消过程对湖泊沉积物微生物有不同的影响,这对深入评价水华对湖泊水生生态系统的影响和利用微生物防治湖泊水华有重要意义.     

环境因子对水华暴发的影响研究

水华是当水体藻类开始大量生长和繁殖并且聚集,最终达到一定浓度的现象。综述国内大型浅水湖泊及水库中影响水华暴发的环境因素的研究现状,分析水体营养条件以及适宜的气象、水文、生物条件等有利于藻类生长或聚集的环境影响因子,同时简介中国水华污染现状。对水华暴发研究领域的未来发展具有一定参考价值。     

基于宏条形码技术的白洋淀水华藻类识别及其驱动因子分析

浮游藻类是引起水华暴发的主要原因.为筛选潜在水华藻类,评估白洋淀水华风险区域,于2020年8月对白洋淀373点位展开浮游藻类调查.利用宏条形码技术分析,解析水华藻类群落组成,同时采用显微镜计数法统计藻密度.根据总藻密度对白洋淀不同区域的水华程度进行评估,同时进一步针对水华藻类群落,耦合淀区水质条件,探究白洋淀不同区域水华藻类群落空间差异驱动因子,以甄别影响水华藻类群落结构关键环境因子.结果表明,95%以上采样区域无水华风险(藻类密度<2×10⁶个·L^-1),仅5个样点存在轻微水华风险.但水华藻类群落分析共检测到了90种水华藻类,其中优势水华藻种有20种,隶属于以绿藻门、蓝藻门和裸藻门为主.水华藻类群落结构在不同区域上具有显著空间异质性(P<0.05).关键驱动因子解析结果表明,总磷(TP)、总氮(TN)和氨氮(NH⁺₄-N)是造成水华藻类群落结构差异的关键因子.其中,门水平上,蓝藻门水华藻类与以上关键因子显著正相关;种水平上,硅藻门和绿藻门水华藻类与关键因子响应更显著.因此,水华藻类群落...     

大宁河水华敏感期浮游植物与环境因子关系

以三峡支流大宁河水华敏感期(2008年4～5月)水环境状况的监测数据为基础,运用数理统计分析手段,对浮游植物的分布特征及其与环境因子的关系进行了讨论.结果表明,水温、总氮(TN)、硝酸盐氮(NO3--N)、pH和溶解氧(DO)时空分布差异显著(ANOVA,p<0.05).浮游植物细胞密度时空分布差异显著(ANOVA,p...     

三峡库区支流澎溪河水华高发期环境因子和浮游藻类的时空特征及其关系

分别在2014年春季和夏季三峡库区水华高发期,在库区北岸最大支流澎溪河流域从其河口处逆流而上至回水末端共布置8个采样点,对浮游藻类和环境因子进行了监测,运用数理统计分析手段,对浮游藻类的群落结构及其与环境因子的关系进行了分析.结果表明在4月中旬,除河口样点外,其他采样点水体出现分层,但断面多只有温跃层和滞温层,而没有混合层;上游水体层次间温差高于下游水体;各采样点的水深以及表层水体(水面向下至0.5 m深的水层)的水温、浊度、p H、电导率、溶解氧、叶绿素a、总氮和总磷的空间分布差异显著(ANOVA,P0.05);共检测到浮游藻类25种(属),丰度在(2.76~145.8)×10~4cell·L~(-1)之间,以角甲藻(Ceratium hirundinella)为主要优势藻,鱼腥藻(Anabaena sp.)为次优势藻;上游接近支流来水的样点S7(63.4×10~4cell·L~(-1))和S8(145.8×10~4cell·L~(-1))水华最为严重;硝酸盐氮、水温、p H、电导率和溶解氧是藻类生长的决定因子.在7月下旬,水体分层,趋势与春季相似;各采样点深度和0~0.5 m水层的水温、浊度、氧化还原电位、p H、电导率、叶绿素a、氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷的空间分布仍然差异显著(ANOVA,P0.05);共检测到浮游藻类46种(属),丰度在(9.56~278.88)×10~4cell·L~(-1)之间,总体以席藻(Phormidium sp.)为主要优势藻,鱼腥藻(Anabaena sp.)为次优势藻;下游接近澎溪河河口的样点S2(216.44×10~4cell·L~(-1))、S3(278.88×10~4cell·L~(-1))和S4(108.12×10~4cell·L~(-1))水华严重;浊度、水深、总氮、氧化还原电位、电导率和溶解氧是藻类生长的决定因子.水体分层与水华形成有重要关系.     

小型封闭水体环境因子与叶绿素a的时空分布及相关性研究

以崇明岛前卫村的一个小型封闭富营养化水体为对象,自2007年7月~2011年9月进行了约4 a的野外观测,研究了物化因子、水动力因素和叶绿素a(Chl-a)的时空分布特征及其相关性.结果表明,该水体Chl-a含量具有明显的时空差异性.Chl-a含量与水温、浊度、TN和TP均呈显著正相关关系,水温和营养盐是影响浮游植物季节动态的主要因素,浊度的季节变化是浮游植物生长的结果表征.Chl-a的空间差异性与不同水域水动力条件的差异有关,受风影响显著的水域(北河道)流速多分布在0.08~0.22 m·s-1范围内,Chl-a含量显著较低(平均浓度为53.11μg·L-1).从流速与Chl-a的关系分析来看,流速与Chl-a浓度呈显著负相关关系,流速总体分布在0~0.10 m·s-1的水域Chl-a含量显著偏高(平均浓度为35.30μg·L-1).该结果表明较大强度的水动力条件能够对富营养化封闭水体中浮游植物生长产生显著的抑制作用,可为相关水体的水华防治提供有益借鉴.     

丰水期东洞庭湖超微型浮游藻类时空分布特征及其影响因子

超微型浮游藻类(<3μm)主要包括超微蓝藻(PCY)和超微真核藻(PPEs),是浮游生态系统的重要组成部分,在水体物质循环和能量流动中起着重要作用.为了解通江湖泊中超微藻动态变化特征及其关键影响因子,于2019年洞庭湖丰水期(5～8月)每月对东洞庭湖进行采样调查,研究了丰水期间东洞庭湖超微藻生物量和丰度的时空演变规律及其与环境因子的关系.结果表明,东洞庭湖丰水期超微藻生物量和丰度均表现出显著的时空演变规律(P<0.05).整个丰水期间,超微藻Chla平均浓度为8.52μg·L^-1,其对总浮游藻类Chla的贡献率平均为41.6%;从5～8月,随着水温的增加,超微藻Chla浓度不断增加,尤其是东洞庭湖北部湖区和南部湖区;东部行洪道超微藻Chla浓度全湖最低.PCY是东洞庭湖超微藻的主要优势藻,其丰度平均是PPEs的3.4倍.PCY和PPEs丰度表现出相似的时空分布规律:时间上,从5～8月均呈现先增加后降低的趋势;空间上,随着丰水期的推移,超微藻丰度峰值由北部湖区向南部湖区迁移,到8月丰水期末期超微藻丰度逐渐降低,北部湖区超微藻丰度最高.分析结果表明,丰水期...