太湖梅梁湾水源地水质改善工程效果验证与评价

简要介绍了国家"十五"重大科技专项中<太湖梅梁湾水源地水质改善技术>的项目研究内容、示范工程建设和第三方监督监测情况,采用大量的水质、生物等监测数据,全面系统地评价和验证项目实施效果和水质改善程度,并对存在的问题进行了分析,为湖泊生态修复和饮用水源改善提供借鉴.     

人工富集微生物技术对太湖梅梁湾水源地氮磷的去除研究

采用2种载体(PM和ACP)进行人工富集微生物的方法,来去除太湖梅梁湾水源地水中的氮磷污染物。通过研究不同的载体密度和水力停留时间对去除效率的影响,中试结果表明:当载体密度为13.1%,停留时间为7d,源水中ρ(TN)为2.95～6.41mg·L-1,ρ(NH4 -N)为0.49～3.31mg·L-1,ρ(NO2--N)为0.07～0.51mg·L-1,ρ(TP)为0.084￣0.25mg·L-1,ρ(PO4--P)为0.005～0.059mg·L-1的条件下,人工富集微生物技术对TN,NH4 -N,NO2--N,TP,PO4--P的平均去除率最高分别达到22.68%,57.08%,88.83%,45.36%,29.58%,可见利用人工富集微生物技术能有效去除水源地中的氮磷营养盐,对富营养化水源地水体的水质有明显的改善作用。     

特定生态系统对水源地水质改善的研究

通过构建水生动物-人工介质新型生态系统来研究太湖水源地水质改善效果.中试试验结果表明,对比3d和7d的水力停留时间(HRT),当HRT:7d,系统对TN、NO2--N、NO3--N、TP、PO4--P的平均去除率可分别达到79.00%、63.46%、14.57%、67.43%、35.81%;对比空白池,TN、NO2--N、NO3--N、TP、PO4--P的平均去除率仅为9.67%、7.09%、1.30%、9.92%、7.04%.通过该系统中水生动物的吸收和人工介质上微生物降解的协同作用,使得氮磷类污染物的去除效果明显.可见,水生动物-人工介质生态系统对改善太湖水源地水质有良好的效果,对构建安全的水源地生态系统具有积极的意义.     

太湖水源地水质净化的生态工程试验研究

基于生物净化技术与工程措施相结合的思想,在太湖北部的梅梁湾牵龙口水厂水源地实施了净化水质的生态工程试验.该水域位于太湖梅梁湾的东北岸.调查发现,由于这个地区夏季盛行偏南风,吹程长,风浪较大,导致沉积物易于悬浮,且蓝藻也易于在此堆积;同时该水域水较深、透明度较低.为了能够净化水质,在氮磷营养盐浓度依然很高、恢复沉水植物难以奏效的情况下,选择漂浮植物和浮叶植物为主要内容的水生植物恢复手段,结合消浪、挡藻和控藻等技术措施,使得示范区的环境条件得到改善,并达到了净化水源地水质的目的.同时,在试验区内布设大量用于附着生物富集的人工介质,如渔网.结果显示,试验区的水质得到了显著的改善.与示范区外的参照点相比,各项水质参数改善的程度达30%～60%.说明这种新的方法和思路是有效的.     

饮用水源地生态防护与水质改善的研究

分析了当前饮用水水源地的水质状况,介绍了3种水源地生态防护与水质改善的方法：生态护坡、人工介质富集微生物、水生植物型人工湿地．并展望了它们的应用前号。     

河蚬对太湖梅梁湾沉积物多环芳烃的生物富集

以采自清洁水体的河蚬(Corbicula flumiaea)为实验生物,利用生物富集实验测试了河蚬对太湖梅梁湾水源地沉积物巾多环芳烃的乍物富集.研究结果表明:将河蚬暴露于多环芳烃污染程度不同的太湖梅梁湾沉积物中(PAHs总含量分别为991.4-1210.9 ng·g-1(以干重汁),平均为1 101.0 ng·g-1),暴露7d后各样点中河蚬对PAHs的富集量为233.5-342.6 ng·g-1,其中2、3、4环PAHs分别占总含量的23.5%±4.9%、26.2%±4.4%和46.6%±8.5%;含量最高的4种多环芳烃依次为芘、萘、菲和荧蒽,它们所占的比例分别为29.4%±8.2%、23.5%±4.9%、14.6%±6.1%和12.5%±3.6%.河蚬对多环芳烃的生物-沉积物生物富集因子(BSAF)为0.09-0.44.低分子鼍多环芳烃的BSAF要比高分子最多环芳烃的BSAF值高,其中芘、萘、菲和荧蒽的BSAF值分别为0.09±0.04、0.24±0.04、0.44±0.23和0.19±0.09.     

湖泊水质模型SALMO在太湖梅梁湾的应用

改进了湖泊水质模型SALMO,针对太湖梅梁湾,利用2005年实测数据进行模型参数率定,并模拟了2006年水质.结果发现,绿藻、蓝藻、硅藻3种藻类的模拟结果与藻类的实测年变化格局一致,反应了3种藻类的季节性演替,其中,硅藻、绿藻在冬末春初占优势,蓝藻在夏秋季占优势;溶解氧模拟结果与实测数据非常一致,年平均相对误差为14.3%;NO-3-N和PO3-4-P的变化趋势与实测结果基本一致.研究结果表明,SALMO能很好地模拟藻类和营养盐的浓度动态,并在一定程度上揭示水华机制.     

太湖梅梁湾全氟化合物污染现状研究

采用超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱/质谱法研究了太湖梅梁湾表层水中全氟化合物(Perfluorinated Compounds,PFCs)的污染水平及空间分布特征.结果表明,梅梁湾表层水中总PFCs浓度范围为50.06～87.53ng·L-1,均值为66.57ng·L-1.PFHxA、PFOA和PFOS是太湖梅梁湾最主要的PFCs,其浓度范围分别为17.34～32.52ng·L-1、7.26～15.57ng·L-1和3.47～8.06ng·L-1.PFHxA、PFOA和PFOS占总PFCs含量的59.33%;梅梁湾表层水中总PFCs含量的空间分布特征总体上呈现东部高于西部的趋势,这可能是由梅梁湾的水动力条件和污染源分布不同所致.     

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.     

太湖梅梁湾水体和沉积物中有机污染物的遗传毒性

采用SOS/umu方法测试了太湖梅梁湾表层水和沉积物有机提取物的直接和间接遗传毒性,并与同期进行的化学分析数据进行了相关分析.结果表明,当暴露体积为40mL水样/孔时,绝大多数样点没有检出遗传毒性;而各样点的沉积物有机提取物表现出间接遗传毒性和显著剂量-效应关系.化学分析结果表明,梅梁湾沉积物中多环芳烃含量与间接遗传毒性之间存在相关性.因此,推测沉积物中存在间接致突变物质的积累,而多环芳烃可能是导致梅梁湾沉积物遗传毒性的主要风险因子之一.     

渔网围栏介质对太湖梅梁湾富营养化水体的改善

在太湖梅梁湾强化净化示范区内布设了渔网围栏工程,研究了围栏介质对水体的净化效果.研究结果表明,围栏介质能显著提高水体透明度,在1月份的试验中水体透明度提高了20cm,在6月份的试验中水体透明度提高了30cm;2次试验中的水体叶绿素a、总磷(TP)和总氮(TN)的削减率分别为62.5%、22.5%、37.8%和43.8%、30.9%、60.5%;据此估算,示范工程区的渔网围栏每年大约能去除TP和TN的量分别为40.5,963.6kg.     

太湖梅梁湾有色可溶性有机物的光化学降解

经0.22μm孔径过滤的太湖梅梁湾水样在UV-B辐射的照射下,有色可溶性有机物(CDOM)吸收和荧光强度明显下降,且与UV-B光源距离、辐射时间及辐射剂量呈正相关关系.拟合结果表明,CDOM吸收系数和荧光值的下降随时间符合一阶动力学方程,距光源5,15,25,35,45cm处时,CDOM吸收系数[a(280)]光化学降解的一阶动力学常数分别为0.0156,0.0116,0.0060,0.0051,0.0029;对应的荧光值F_n(355)的一阶动力学常数分别为0.0256,0.0198,0.0141,0.0102,0.0055.CDOM光化学降解过程中吸收系数与定标后的荧光值存在显著的正相关.实验结果用于野外情况可以推导出太湖表层水体中CDOM在夏季也会发生明显的光化学降解.     

太湖梅梁湾、贡湖湾和胥口湾水体PAHs的生态风险评价

基于太湖梅梁湾、贡湖湾和胥口湾水体∑PAH8的等效浓度和ΣPAH8对水生生物的无观察效应浓度（NOECs）,分别采用商值法、概率密度函数重叠面积法、安全阈值法和商值概率分布法评价水体∑PAH8对水生生物的生态风险,同时进行方法学比较.商值法评价结果表明∑PAH8对水生生物的生态风险表现为大型蚤（Daphina magn...     

太湖梅梁湾浮游动物群落结构长期变化特征(1997~2017年)

浮游动物作为水体食物链的重要组成部分,在湖泊生态系统中发挥着重要作用.然而,作为水质重要监测指标,由于浮游动物群落结构长期连续监测数据的缺失,导致关于浮游动物群落结构长期变化特征的认识较为缺乏.基于太湖梅梁湾1997~2017年逐月连续监测数据,研究了浮游动物群落结构的长期变化特征,探讨了其与环境因子的关系.结果显示,在此期间,太湖梅梁湾浮游动物丰度和生物量均显著下降（P<0.05）.其中,轮虫和桡足类丰度和生物量均缓慢下降,枝角类丰度处于波动而生物量表现为显著下降（P<0.05）.枝角类生物量对太湖梅梁湾浮游动物生物量的贡献最大.小型的枝角类和桡足类的优势度随着轮虫丰度的降低而增大,浮游动物的平均体型显著减小（P<0.05）,浮游动物呈现出小型化演化特征,并潜在减弱对浮游植物的下行效应.此外,浮游动物丰度和生物量在春季呈上升趋势而在秋冬季呈下降趋势,并在9月达到最大值1406.70 ind.·L^-1和25.64 mg·L^-1.而在夏季它们的变化趋势则相反.Pearson相关性分析显示,浮游动物群落结构主要与水体物理特征（碱度、电导率、水深、悬浮物质和水温）、叶绿素a和氮元素密切相关（P<0.05）,说明太湖梅梁湾水体富营养化对浮游动物的群落结构具有重要影响.     

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.     

太湖梅梁湾和五里湖沉积物磷形态的垂向变化

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT),分析了太湖北部梅梁湾和五里湖沉积物中磷形态的垂向变化.结果表明,在同一湖泊,不同地点沉积物磷形态的垂向变化有差异.五里湖西部沉积物中铁/铝磷、无机磷和总磷在深度7～12cm处含量最高,往深层方向呈先增后减的垂向分布特征,而有机磷和钙磷含量则随深度增加呈减小趋势;梅梁湾小湾里沉积物中铁/铝磷、无机磷、有机磷和总磷含量均随深度增加呈减小趋势,至22cm以下略有增加,而钙磷却在柱样下部随深度增加呈累积趋势.研究还发现,近年来五里湖西部人为源的磷输入逐渐减小,可能得益于污水排放的削减;而梅梁湾小湾里沉积物中人为源的磷含量明显增加,可能与污水和农业径流输入有关.