湖泊蓝藻水华对连通河道水质的影响

为认知湖泊蓝藻水华灾害对连通河道的影响强度及其变化因素,以太湖梅梁湾连通河道梁溪河为例,在夏季水华期开展河道蓝藻颗粒物及氮磷和溶解氧等水质指标的逐日监测,结合河道水质指标空间变化调查,以及同期流量、温度和风场特征等水文气象因子数据,分析湖泊蓝藻水华物质对连通河道水质的影响特征.结果发现,夏季蓝藻水华暴发期间,水华颗粒物能够随水流大量进入连通的河道,进入河道的藻颗粒通量总量可观,夏季3个月梅梁湾进入梁溪河的蓝藻水华颗粒物总量达到9 733 t,与当年全湖的工程打捞量相近;由湖泊进入连通河道的水华颗粒物通量日变化很大,夏季调查期间进入梁溪河的藻颗粒通量介于75～496 t·d-1,平均值为105 t·d-1,通量大小主要受水文气象条件控制,水量、温度、风向是最主要的影响因素;携带大量蓝藻水华颗粒物的湖水进入河道后,在显著改善城市河道水体溶解氧、氨氮等指标的同时,也显著增加了河道颗粒态氮、磷等营养盐含量,对溶解态氮磷的影响较小;空间上,因蓝藻颗粒物带来的氮、磷浓度随离湖距离增加而下降,水体叶绿素浓度也迅速下降,汇入7 km之后的运河后,蓝藻颗粒物基本分解,水体颗粒态藻体叶绿素a含量由刚入河的152. 93μg·L~(-1)下降到1. 99μg·L~(-1).结果表明,受蓝藻水华问题困扰的湖泊对周边河道水质影响也很大,河湖连通过程尽管能有效缓解湖泊的湖泛灾害,解决城市河道黑臭的问题,但是对河道的营养盐等指标会产生较大影响;管理上应因河道和湖泊不同的保护目标,充分考虑湖泊水华情势及水文气象因素,制定机动灵活的调水方案,优化湖泊及河道的水生态服务功能.     

黄河干流铀同位素的沿程变化及入海通量

通过分析黄河干流溶解铀的沿程变化特征和下游利津站溶解铀浓度的季节性变化,估算了溶解铀的逐月及全年入海通量。研究结果表明,溶解铀浓度从上游至下游总体呈现出沿程逐步增加的趋势,234U/238U放射性活度比在上游源头附近比较高,其余河段234U/238U放射性活度比维持在较稳定的水平(1.3~1.7)。黄河下游利津站溶解铀浓度的变化范围为2.72±0.18 μg/L至7.57±0.66 μg/L之间,平均值为5.49±0.28 μg/L,并且呈现出夏、秋季低于春、冬季的变化规律。黄河下游水沙、溶解铀的月际入海通量年内变化显著,主要集中丰水期特别是调水调沙时期。利津站的径流量是影响溶解铀入海通量的主要因素。2010年、2013和2014年利津站溶解铀的入海通量分别为1.04×105 kg/a、1.31×105 kg/a和6.41×104 kg/a,占世界河流年入海通量的1%左右。     

太湖梅梁湾不同形态磷周年变化规律及藻类响应研究

以太湖梅梁湾为研究对象,2013年对水体中不同形态磷和藻类进行了逐月观测,探讨了风浪扰动和藻类生长双重影响条件下不同形态磷间转化规律以及藻类生长和不同形态磷含量间的内在联系.结果表明,梅梁湾水体中总磷(TP)、颗粒态磷(PP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性磷酸盐(DIP)和生物有效磷(BAP)均呈现出"夏秋高"、"冬春低"的周年变化规律,藻类生长也呈现了类似规律,而溶解性有机磷(DOP)和可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的变化规律并不规则.颗粒态磷生物有效性(BAPP/PP)在6~10月期间仅为12.75%,显著低于年度平均值37.14%.这可归因于沉积物频繁扰动下内源磷固定效应以及藻类生物吸收作用加快了颗粒态磷向溶解态磷的转化.在此期间,DTP占BAP的质量分数高达69.33%(平均值),明显高于BAPP(30.67%,平均值),也高于DTP的周年平均值(56.63%),其也是藻类生长旺盛季节.     

太湖西北湖区表层水体颗粒态有机碳含量的季节变化及其来源解析

以太湖重度蓝藻水华发生的西北湖区为研究对象,从河口到湖心区设置5个采样点,于2012年9月—2013年8月逐月采集表层水体样品,测定了水温、蓝藻生物量和总细菌丰度,并分析了颗粒态有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)含量及颗粒态有机物(POM)的碳稳定同位素特征值(δ~(13)C_(POM))和碳氮比(C/N).结果表明,与DOC相比,太湖西北湖区表层水体POC含量变化范围较大,为(0.49±0.03)~(30.86±2.00)mg·L~(-1),冬季POC含量较低,春季和夏季POC含量达到最大值.降雨冲刷作用产生的悬浮物随着地表径流进入水体可能是引起汛期POC/DOC升高的重要原因.鉴于太湖水体风场影响下表层湖流作用会引起蓝藻在西北湖区堆积,5个采样点的蓝藻生物量没有显著差异.POC含量的差异仅存在于靠近陈东港的河口区S5与湖心S4之间(p0.05,n=10).蓝藻生物量与POC含量(r=0.634,n=48,p0.01)、δ~(13)C_(POM)(r=0.500,n=48,p0.01)均显著正相关,表明蓝藻是太湖西北湖区表层水体POC的来源之一.西北湖区秋、冬季δ~(13)C_(POM)显著低于春、夏季(p0.001,n=57),均值(-25.9‰±6.37‰)介于太湖δ~(13)C微囊藻(-20.9‰)和外源来源端元的碳稳定同位素特征值(-27‰)之间,表明内源和外源来源都是太湖西北湖区表层水体POC的来源,夏季表层水体POC的主要来源是内源,冬季河口区S5的主要来源是外源.POM碳氮比有显著季节变化规律,秋、冬季较春、夏季高(p0.001,n=55),平均值(9.36±2.80)较低,可能是内源来源POC及外源POC被细菌生物降解的结果.     

长江口徐六泾颗粒有机氮的月际变化:以右旋(D)和左旋(L)氨基酸为例

2006年每月在长江口徐六泾采集颗粒态样品,进行颗粒态氨基酸(PAA)、颗粒态有机碳(POC)、颗粒态氮(PN)和叶绿素(Chl-a)的分析测定,以了解长江口徐六泾颗粒态氨基酸的月季变化特征及来源。结果表明,总颗粒态氨基酸(TPAA)与总悬浮颗粒物(TSM)之间是正相关关系(r=0.780,p<0.005)。TPAA在1月份达到最高值3.14μmol/L,在10月份降至最低值1.11μmol/L。各种氨基酸占总颗粒态氨基酸的摩尔百分比及D型对映体的相对比例均无显著变化。其中,天冬氨酸(Asp)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、谷氨酸(Glu)、苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)、丝氨酸(Ser)和亮氨酸(Leu)为优势氨基酸。D型精氨酸(D-Arg)、D型天冬氨酸(D-Asp)、D型谷氨酸(D-Glu)、D型亮氨酸(D-leu)和D型丙氨酸(D-Ala)为主要的D型氨基酸,其主要来自细菌源。POC/Chl-a,TPAA/PN与降解系数(DI)的对比表明:长江口徐六泾颗粒态氨基酸主要来源于陆源输入和新鲜浮游植物,且受到2006特枯年的气候干旱和三峡蓄水等因素的影响。     

塘西河颗粒有机碳浓度季节变化及其来源分析

基于2014年塘西河下游水体中颗粒有机碳(POC)、叶绿素a为期1年的野外调查,结合颗粒有机物C/N比值、POC浓度与叶绿素a浓度比值(POC/Chl a)及降雨量等数据,分析了塘西河下游水体中POC浓度的季节变化规律、影响因素及其主要来源。结果表明,塘西河下游水体中POC浓度夏季最高,冬季最低,呈现出夏季春季秋季冬季的变化趋势;POC浓度与叶绿素a浓度呈现基本一致的变化趋势,说明两者具有共同的来源,但陆源输入对POC浓度变化产生一定的影响;水体中颗粒有机物C/N比值在5.11~8.15之间,年平均值6.12,POC/Chl a比值在16.24~32.18之间,年平均值为21.47,说明塘西河下游水体中POC主要来源于内源。通过计算,内源对水体中POC的贡献率在40.4%~80.07%之间,年平均值为62.55%,春、夏、秋、冬季内源贡献率分别是59.95%、70.24%、59.84%和58.48%。     

太湖竺山湾藻华黑水团区沉积物中Fe、S、P的含量及其形态变化

对因藻华大量聚集死亡而造成水体呈强还原环境(DO=0.14 mg.L-1,Eh=-89.3 mV)的黑水团区中Fe-S-P的生物地球化学变化特征进行研究.结果表明,藻细胞残体的沉降使得黑水区沉积物表层有机质含量显著增加;因藻细胞残体的贡献,沉积物表层中Org-P含量急剧增加(比非黑水区多72 mg.kg-1);受较低Eh的影响,沉积物中与Fe结合的磷出现解析,使得黑水区沉积物中活性铁和PO43--P含量增加,黑水区中沉积物间隙水PO43--P要远高于非黑水团区,表明其有向上覆水释放的趋势;造成沉积物中Fe-P含量比非黑水区中的要低.在强还原条件下沉积物中铁的氧化物呈现出由结晶态向无定形态转化的趋势(Dithio-Fe比非黑水区高达30μmol.g-1),从而使得可供生物利用的活性铁含量增加,这为藻华再次发生提供了有利条件.黑水区表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)在初始阶段大量增加,但后期由于形成了H2S气体逸散到水体中其含量反而减少;表层沉积物硫化物含量也呈增加现象(比非黑水区表层沉积物中要高50μmol.g-1).     

丰水期环太湖河流与湖区水质比较研究

鉴于环湖河流水质在汛期对太湖的关键性影响,以藻类对不同形态营养盐的利用程度为标准,2008年丰水期对太湖周边32条主要河流的水质进行了细化研究,旨在为太湖的外源河流综合整治提供依据.结果表明,采样河流中望虞河水体的营养盐和悬浮物（SS）浓度都居于最高,水质为劣Ⅴ类;太湖北部河流水体除了营养盐浓度为劣Ⅴ类外,有机质污染在...     

太湖北部湖区CDOM光学特性及光降解研究

通过对太湖北部不同湖区2005—2006年4个典型月份水体中有色可溶解性有机物(CDOM)的生物-光学特性进行研究,系统分析了太湖北部湖区水体中CDOM的生物-光学特性和时空分布变异规律,并对CDOM在自然光暴晒下的降解特性进行初步研究. 结果表明,湖水中CDOM的分布,空间上竺山湾>梅梁湾>贡湖湾>大太湖,入湖河道附近要高于其他水面,时间上按冬季到次年秋季逐渐递减;表征CDOM 谱形变化的指数函数S值没有显著性时空差异,冬、春季CDOM吸收系数与ρ(叶绿素a)完全没有相关性,夏、秋季CDOM的空间分布则与ρ(叶绿素a)分布较为一致,吸收系数与ρ(叶绿素a)存在正相关;CDOM定标后的荧光值与其吸收系数在4个月内均存在相对恒定的线性关系;在接受自然光特别是紫外辐射暴晒后,CDOM吸收明显降低,发生显著的光化学降解,其降解过程符合拟一阶动力学衰减反应.      

引江济太对太湖贡湖湾氧化亚氮通量的影响

选取引江济太工程中长江来水进入太湖第一站的贡湖湾为研究对象,基于2011年11月~2013年8月在贡湖湾的逐月野外调查,同时以湖心水域为参考,探讨引江济太对湖体N₂O通量的影响.结果表明,贡湖湾N₂O排放通量要显著高于湖心排放量,其N₂O通量均值分别为6.9,2.1μmol/（m²·d）,但在非引水期间2个湖区的N₂O通量无显著差异.贡湖湾和湖心N₂O通量呈现明显的季节变化,且均与水温呈显著负相关关系,但因受外源来水的影响,贡湖湾N₂O通量的温度依赖程度相对较低.另外,2个湖区的N₂O通量还与营养盐等因素有关.总体上,外源引水提高了贡湖湾N₂O排放通量,但考虑到湖泊N₂O通量受到内部和外部因子的综合协同影响,外源引水对湖泊N₂O通量的具体调控机理还需要进一步探讨.     

引江济太对太湖贡湖湾氧化亚氮通量的影响

选取引江济太工程中长江来水进入太湖第一站的贡湖湾为研究对象,基于2011年11月~2013年8月在贡湖湾的逐月野外调查,同时以湖心水域为参考,探讨引江济太对湖体N₂O通量的影响.结果表明,贡湖湾N₂O排放通量要显著高于湖心排放量,其N₂O通量均值分别为6.9,2.1μmol/（m²·d）,但在非引水期间2个湖区的N₂O通量无显著差异.贡湖湾和湖心N₂O通量呈现明显的季节变化,且均与水温呈显著负相关关系,但因受外源来水的影响,贡湖湾N₂O通量的温度依赖程度相对较低.另外,2个湖区的N₂O通量还与营养盐等因素有关.总体上,外源引水提高了贡湖湾N₂O排放通量,但考虑到湖泊N₂O通量受到内部和外部因子的综合协同影响,外源引水对湖泊N₂O通量的具体调控机理还需要进一步探讨.     

太湖北部湖区COD浓度空间分布及与其它要素的相关性研究

利用2004年夏季在太湖北部湖区的采样数据,分析了化学需氧量(COD)浓度的空间分布,建立了COD浓度与有色可溶性有机物(CDOM)吸收、荧光、溶解性有机碳(DOC)浓度之间的定量关系.并以2004-01、2005-01、2007-06的数据探讨了COD的来源.结果表明,夏季COD浓度的变化范围为3.77～7.96 mg·L-1,均值为(5.90±1.54)mg·L-1. COD浓度从梅梁湾内往湾口再往大太湖呈现逐渐降低趋势,梅梁湾和大太湖的均值分别为(6.93±0.89)ms·L-1、(4.21±0.49)mg·L-1,梅梁湾的值显著要高于大太湖开阔水域. COD浓度与CDOM吸收、荧光、DOC浓度存在显著的正相关.通过对光学活性物质CDOM浓度的反演,可以外推水体有机物污染程度,为日后利用遥感影像反演和评估太湖水体有机物污染状况奠定基础.夏季COD浓度与叶绿素a浓度存在极显著正相关,而冬季没有相关或这种相关性很弱,并且夏季的值明显要高于冬季的值,反映了除入湖河流带来外源COD的输入外,夏季浮游植物大量生长死亡腐烂后的降解产物也是水体中COD的重要来源.     

菹草对湖泊水质及浮游植物群落结构的影响

沉水植物的季节性死亡分解会引起水体环境的巨大改变,如大量释放有机碳和氮磷等植物营养素,进而可能引起浮游植物群落结构的显著变化.本文以菹草为例,调查了我国江淮中下游平原14个浅水湖泊中该物种春季生长期和夏季衰亡期水环境物理化学指标和浮游植物相关参数,并量化了菹草衰亡对水质和浮游植物群落结构的影响.结果表明,在春季,菹草的生长显著抑制了沉积物的悬浮,提高了水体的透明度,同时菹草在生长过程中,吸收了水体中的营养元素并将其储存在植株体内或输送到沉积物中,菹草的光合作用还显著提高了水体的溶解氧和pH.然而,夏季菹草的衰亡使得湖水变得十分浑浊,水体有机质含量显著上升.此外,本研究还发现夏季有草区与无草区浮游植物组成和蓝藻生物量差异显著,对应的蓝藻占总藻生物量的比值分别为18.96%和34.05%.菹草衰亡区的蓝藻表现出更大生物量的原因如下:一是植株体的分解为蓝藻提供了充足的有机质和氮磷物质,为蓝藻的增殖提供了营养来源;二是夏季菹草衰亡导致水体浊度增加,使得蓝藻在竞争中占据了更好生态位,使其具备更大的氮、磷营养盐利用效率.     

太湖蓝藻暴发治理存在的问题与治理思路

2007年5月29日太湖供水危机以来,由于采取了一系列治理措施,太湖治理取得明显成效,但太湖仍存在入湖污染负荷量大幅度超过水环境容量,芦苇湿地面积大幅度减少,蓝藻水华现象频发等问题。总结太湖治理的经验与教训,提出太湖治理应创新三类技术集成思路:“双减双增”技术,即流域点源、面源及湖内底泥与蓝藻造成的内源的“双减”技术,增加环境容量与水体自净能力的“双增”技术;打捞蓝藻和抑藻杀藻的“双除藻”技术;恢复湿地及生物多样性的“双恢复”技术。同时,通过深入推进和全面建立湖长制,加大应用型科技支撑力度和资金投入等保障治理效果,最终达到蓝藻暴发消除、湿地和生物多样性“双恢复”的目标。建议再次修编《太湖流域水环境综合治理总体方案》,设置控制、消除蓝藻水华暴发相关的研究课题,并将消除蓝藻水华暴发目标列入其中。     

水利工程背景下河流水华暴发成因分析及模拟研究

研究发现,河流水华暴发的主要驱动因素除受过量营养盐摄入、气候变化导致的气温上升和降雨等限制外,水文情势的影响尤为显著.在高强度人类活动影响下,水利工程开发导致的水文情势改变是否为河流水华加剧的成因之一,是水与环境学科交叉研究亟待探索的一个重要应用基础问题.通过对近10年来国内外在水利工程背景下河流水华暴发成因研究进展的综述,辨识了河流水华发生的"水循环-水环境-水生态"相互作用关系;对考虑水文变化的河流水华预测统计学模型、智能算法和水质水量耦合机理模型等进行了回顾和总结,并提出了基于水循环物理过程联系的生物及生物地球化学过程、社会经济用水与管理人文过程等与河流水华发生相互作用与反馈的水系统论研究体系.当前我国水利工程调水影响区下的河流水华问题研究仍面临着一些难点和挑战:① 过去关于水利工程调水对河流中下游水生态的影响研究多数是基于情景假设和规划条件下的预断,随着近年来我国多个大型水利工程的正式实施运行,当前以实际工程调水为背景（如南水北调、引江济汉工程等）开展水华模拟的研究成果仍然十分有限;② 水利工程调水影响区下的河流水华发生机理尚不明确,当前多数藻类生长模型并没有将流域水循环过程影响纳入考虑因素,对河流生态水文过程作用机理与耦合及定量关系分析方面的研究相对匮乏;③ 现阶段水利工程背景下的河流水华问题研究多停留在定性分析和宏观定量阶段,缺乏基于以水系统理论为导向的水生态系统与河流水文情势共同作用机制的定量化研究.      

太湖藻源性"湖泛"形成机制的气象因素分析

将蓝藻水华引发的太湖水域黑臭水团现象称为藻源性"湖泛",并将其形成过程分为藻源形成、厌氧反应产物"泛"起、黑臭水团聚积3个阶段.针对2007年5月和2008年5月2次藻源性"湖泛"形成过程中气象要素演变的共同特征,结合水动力模型研究发现,适宜的气象条件提供了必要的热力与动力环境,是诱发"湖泛"形成的必要因素之一.第1阶...