巢湖富营养化的历程、空间分布与治理策略(1984-2013年)

通过文献调研,分析巢湖富营养化的历程及其与合肥市社会、经济与人口发展的关系,同时利用遥感解译和野外调查监测方法分析2012和2013年巢湖主要富营养化指标及蓝藻水华的空间分布特征,并进一步探讨各个阶段湖泊治理措施对巢湖富营养化过程的影响.研究发现:近30年间,1984-1994年是巢湖水质的主要恶化阶段,在1990s中期巢湖的富营养化达到了近30年的峰值,这主要是经济快速发展、污染治理投入有限所致;1995-2007年,巢湖的水质逐步改善,恢复到1980s中期略高的水平,这得益于"九五"和"十五"期间的大量投入,对污、废水进行处理,限制了污染物直接入湖;但是2008年以来,巢湖的水质改善效果并不明显,富营养化维持在较高水平波动,这可能是因为合肥市经济快速发展背景下,原有的污、废水处理后入湖的减排方式已经不能进一步有效削减巢湖的污染负荷.巢湖富营养化在空间分布上呈现西高东低的渐变趋势,这主要是由西部主要入湖河流污染所致.通过对比2012和2013年的空间分布数据发现,2013年主要入湖污染河流河口水质相对2012年均有所好转,其中十五里河河口的好转比南淝河河口明显.综合长期及全湖富营养化水平的变化分析,现阶段巢湖富营养化的治理亟需改变经济发展模式,调整产业结构,实施污废水尾水提标改造、畜禽养殖污染控制和面源污染控制等控源工程,以进一步降低巢湖的富营养化程度.     

西洞庭湖天然和人工改造湿地中克氏原螯虾(Procambarus clarkii)与日本沼虾(Macrobrachium nipponense)的食性差异

栖息地退化和外来物种入侵都是淡水生态系统中的主要威胁因素,因此,量化不同人类活动干扰强度下外来入侵生物和本土生物的食性组成差异,对于明确种间竞争强度,制定适合的管理对策至关重要.本研究应用碳、氮稳定同位素分析技术,比较了长江中下游西洞庭湖湿地受人类活动干扰程度不同的天然湿地和人工改造湿地中的入侵种克氏原螯虾(Procambarus clarkii)与本土种日本沼虾(Macrobrachium nipponense)的食性组成及差异.2017年8月8-18日在西洞庭湖区不同人类干扰强度的栖息地中采集了两种消费者和5种潜在食物来源样品,共计91个.测定碳氮稳定同位素含量后,使用贝叶斯混合模型,估算不同食物来源对消费者的贡献.研究发现:在两种栖息地中克氏原螯虾与日本沼虾食性均有重叠,且在改造湿地中重叠度更大.与克氏原螯虾相比,日本沼虾消费更多的动物性食物.与天然湿地相比,在改造湿地中由于克氏原螯虾数量更多,与本土种竞争食物资源,克氏原螯虾和日本沼虾δ¹³ C比值都显著升高,食性组成均发生了变化,植物性食物来源比重增加.由于食性改变,在改造湿地中仅日本沼虾δ¹⁵ N比值显著下降,克氏原螯虾在两种栖息地中δ¹⁵ N比值无显著变化.本研究证明,随着人类干扰强度增大,受干扰湿地中外来入侵生物对本土生物的影响增大.     

克氏原螯虾(Procambarus clarkii)对新鲜和不同分解腐烂程度的沉水植物摄食选择性研究

原产美国南部和墨西哥东北部的克氏原螯虾是目前全球入侵最广的小龙虾,也是对淡水生态系统最具破坏性的物种之一,其对栖息地沉水植物的现存量构成严重威胁,然而目前对克氏原螯虾摄食沉水植物的机制还知之甚少.本文选择6种沉水植物,研究克氏原螯虾对浅水湖泊常见的沉水植物穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、菹草(Potamogeton crispus L.)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)的新鲜植株和分解腐烂后的植株的摄食偏好及原因,结果表明克氏原螯虾对沉水植物新鲜植株选择逗留偏好为:最偏爱逗留在轮叶黑藻区,在穗花狐尾藻、密刺苦草和马来眼子菜3种植株区逗留频次无区别,而在金鱼藻区逗留频次显著最低,6种植物湿重减少量与逗留偏好趋势相似;相对各新鲜植株,克氏原螯虾均更喜欢逗留在分解腐烂8 d或12 d后的植物碎屑区域,相应分解腐烂8 d或12 d植物湿重降低量也显著更高.6种植物新鲜植株总酚类含量均显著高于分解腐烂后的植株,其中穗花狐尾藻新鲜和分解腐烂后的植株的总酚类含量始终显著高于其他5种植物.结合植物总酚类指标和摄食偏好结果,表明克氏原螯虾对沉水植物的摄食具有选择性,相对新鲜植物更喜摄食腐烂后的碎屑,总酚类不是影响其选择的关键因子.     

5个湖泊河川沙塘鳢(Odontobutis potamophila)种群线粒体细胞色素b基因的遗传变异分析

通过对5个湖泊的河川沙塘鳢种群的线粒体DNA细胞色素b基因进行PCR扩增、测序,获得1141 bp的序列全长.序列分析显示,cyt b基因序列中A+T含量(55.8%)略高于G+C含量(44.2%),共检测到806个多态位点,115个样本得到87个单倍型,平均单倍型多样性为0.969±0.012,核苷酸多样性为0.20081±0.00742,遗传多样性表现高度多样性.太湖种群与大纵湖种群间的遗传距离最近,为0.137,巢湖种群和大纵湖种群之间遗传距离最远,为0.424.分子方差分析表明,群体间遗传分化系数Fst为0.531,变异来自群体内及群体间.cyt b基因序列构建的UPGMA系统进化树显示,5个种群分化成不同的分支系谱,种群间存在的基因交流较少.     

基于长时间序列水位数据的长江下游菜子湖候鸟越冬期水位特征

湖泊生态水位过程对维持湖泊生态系统结构、过程和功能的完整性具有重要意义,也是当今湖泊科学领域面临的重要科学问题.基于菜子湖湖区水位站(车富岭水位站) 1956-2018年日水位资料,采用pettitt突变检验法分析水位的突变性特征.结合年保证率法得到菜子湖车富岭水位站低水位值,并在此基础上分析了低水位发生时间及历时、候鸟越冬期水位变化速率及其生态水位的区间阈值.主要结论有:菜子湖车富岭水位站1956-2018年年均水位无显著突变.菜子湖车富岭水位站低水位发生时间均值为年内的344 d,年际标准差为27 d,低水位的年均历时为69 d,标准差为49 d,有6年(1978、1997、2015-2018年)未发生低水位事件.菜子湖候鸟越冬期水位变化速率的均值为-0.009 m/d,年均值为-0.034～0.009 m/d,日均值为-0.051～0.016 m/d.菜子湖低水位发生时间的区间阈值为332～351 d,历时的区间阈值为33～98 d,变化速率的区间阈值为-0.070～0.020 m/d.加强菜子湖候鸟越冬期湿地生境保护适应性调度试验研究及生态环境监测,为菜子湖输水水位优化控制和菜子湖湿地生态保护提供科学依据.     

基于主客观赋权模糊综合评价法的湖泊水生态系统健康评价

运用湖泊营养状态指数判断湖泊的富营养化状态,并根据湖泊的水质、沉积物和水生生物群落的现状和特点,运用主观赋权法中的层次分析法和客观赋权法中的熵权法结合模糊综合评价法,对长江中游地区江汉湖群37个湖泊的水生态系统进行健康状态评价.对湖泊富营养化的调查结果表明,海口湖处于中营养状态,18个湖泊处于富营养化状态,18个湖泊处于超富营养化状态.湖泊生态系统健康评价的研究结果表明,37个湖泊中,处于健康状况"优"的湖泊只有海口湖,处于健康状况"良"的湖泊有5个,分别为东西汊湖、花马湖、梁子湖、童家湖和涨渡湖,其余31个湖泊均处于健康状况"差"的状态.经过与湖泊营养状态指数的对照,本研究结果表明,由主观赋权的专家评分的层次分析法结合模糊综合评价法对江汉湖群湖泊水生态健康状态的评价效果相比客观赋权的熵权模糊综合评价法更贴合实际.     

我国典型湖泊及其入湖河流氮磷水质协同控制探讨

入湖河流是外源氮磷输入湖泊的主要途径,是湖泊外源输入控制的关键中间环节.本文主要开展我国一些典型湖泊及其主要入湖河流总氮、总磷浓度对比研究,结合入湖河流氮磷输入对湖体营养水平和富营养化程度的影响分析,初步探讨我国入湖河流与湖体氮磷水质协同控制的必要性和途径.结果表明,目前入湖河流氮磷水平仍然是我国一些典型湖泊水体氮磷水平和富营养化程度的重要影响因素之一;单纯依靠入湖河流氮磷协同控制已经无法较好地实现我国一些湖泊氮磷水平达到Ⅲ类及以下水平和中营养化水平及以下,建议结合内源控制、生态修复等综合治理;除了入湖河流氮磷水质,水量也是湖泊水体氮磷水平和富营养化程度的重要因素之一.进一步结合国际上入湖河流和湖泊氮磷协同控制,以及《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)和相关配套政策、措施等,最终提出我国入湖河流与湖体氮磷协同控制政策建议,以期为富营养化湖泊外源氮磷输入控制,湖泊内源治理和生态修复有效开展等提供支撑和依据.     

富营养化湖库天-空-地一体化监控平台系统设计与实践

湖泊和水库是我国的主要饮用水源地,但大都处于富营养化状态,蓝藻水华频发,已成为影响社会稳定、制约区域社会经济可持续发展的重大问题.蓝藻水华的整体应对策略,已经从被动应急转变为主动防御;但要做到主动防御,必须有现代化全方位的蓝藻灾害监测监控手段和体系,及时掌握蓝藻水华及其衍生灾害现状和动向,在未发生或者刚发生时及时觉察.本文针对富营养化湖库富营养化引起的蓝藻水华应急监控问题,按照"整个湖体、重点区域、关键位置"3个监测层次,利用中高分辨率卫星、无人机、岸基/平台视频、自动浮标、人工巡测等技术或手段,围绕"现状掌握、异常报警、原因追溯"的建设目标,提出了天-空-地一体化监控系统建设框架,明确了不同手段的协同方式和业务流程,并正在巢湖进行应用实践.相信本文提出的系统架构不仅在巢湖,在更多的富营养化湖库都具有重要的应用和推广价值.     

基于多源遥感数据的巢湖水华长时序时空变化(2009—2018年)分析与发生概率预测

湖泊富营养化导致的水华问题严重影响了淡水资源的利用和保护,快速、全面、准确的监测水华信息对于湖泊水环境的治理具有十分重要的意义.本文以巢湖为研究区域,利用多源光学遥感影像和时空融合技术,采用波段融合的方式将NDVI指数波段加入到遥感影像当中,并通过监督分类解译水华信息,以此揭示2009-2018年10年间巢湖水华的时空变化规律.结果表明：巢湖发生的水华以零星和局部水华为主,2012年巢湖水体首次出现区域蓝藻水华;巢湖水华的季节变化性强,夏、冬半年水华变化差异大,其中2018年季节间的差异最为显著;巢湖水华后五年发生频率明显高于前五年,西半湖水华较东半湖严重,且巢湖西北部是水华的高发区域,2011年水华开始向沿岸蔓延,2014年水华首次出现在西南湖区,2016年巢湖水华高发区域新增巢湖东部和中部地区.另外,本文根据巢湖的相关气象数据,构建了Logistic水华气象风险概率预测模型,模型平均预测准确率高达87.52%.探究巢湖水华长时序的时空变化规律有助于从宏观上把握其动态趋势,为后续湖区治理以及周边生态环境建设提供理论依据,水华气象风险概率预测模型可为巢湖水华的预警和防控提供决策支持.     

长江中下游不同湖泊沉积物中重金属污染物的累积及其潜在生态风险评价

利用富集因子和Hakanson潜在生态风险指数法,结合年代学结果,对长江中下游湖泊太白湖、龙感湖、巢湖和西氿沉积物中重金属元素Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的富集程度进行了评价,并比较分析了上述重金属的潜在生态风险.结果表明,太白湖和龙感湖沉积物中各重金属富集程度均较低;巢湖沉积物中Co、Cr、Ni的富集程度接近中等水平,而Cu、Pb、Zn的富集已经达到中等水平;西氿沉积物中Co的富集非常低,Cr、Ni富集水平较低,Pb达到中等富集,Cu、Zn达到较高的富集水平.对4个湖泊沉积物中重金属的综合污染程度进行比较:巢湖西氿龙感湖太白湖.各湖泊沉积物中单一元素的潜在生态风险都较低,但是,根据多元素潜在生态评价指数,各湖泊沉积物中重金属存在明显不同的潜在生态风险:巢湖西氿龙感湖太白湖.总体上看,太白湖和巢湖沉积物重金属污染以及潜在生态风险自1965年以来一直在加重,而龙感湖和西氿沉积物在表层有下降的趋势.这种差异与各个湖泊流域内人类活动的方式和强度密切相关.巢湖和西氿流域内城市化、工业化发展迅速,人类活动导致大量重金属元素进入湖泊,给湖泊带来明显的污染;而龙感湖和太白湖流域人类活动主要以农业活动为主,人类活动对重金属的贡献相对较小.     

巢湖、太湖蓝藻湖靛及其提取物的动物毒性初步研究

对国内淡水湖泊巢湖、太湖中的蓝藻湖靛及其提取物（藻胆蛋白）,进行了动物毒性实验。实验动物为昆明种小白鼠,采用灌胃法给药。给药后小白鼠均无中毒症状,一周内无死亡。说明巢湖、太湖中蓝藻湖靛及其提取物,对以小白鼠为代表的哺乳类动物消化系统,基本不产生毒性。这对于开发两湖中的蓝藻作为鱼、家禽等饲料和提取其中的植物蛋白（藻胆蛋白）作为营养食品添加剂等有一定意义。     

基于遥感藻总量和气象因子的巢湖不同湖区藻华预测

湖泊能为人类提供不可或缺的资源,而全球普遍存在的湖泊富营养化导致的藻华频繁暴发正不断损害湖泊生态环境服务功能.为合理保护湖泊环境和防治藻华危害,需预测藻华暴发.以我国富营养巢湖为研究区,本文构建了一种基于遥感藻总量和气象因子的不同湖区藻华暴发概率预测方法.基于MODIS/Aqua数据,研究首先反演了2003—2019年日尺度的藻华分布和考虑垂向结构的水柱藻总量.然后,统计了西、中和东巢湖的藻华面积,判别了藻华/非藻华日,并匹配日平均藻总量和气象因子.最后,筛选出藻华形成的关键影响因子——藻总量、气温和水汽压,并构建了不同湖区日藻华暴发概率的Logistic预测模型.不同湖区月平均藻总量基本一致,但藻华暴发日占比呈“西高东低”特征.对西、中和东巢湖的藻华/非藻华检验样本,模型精度分别为90%、85%和89.5%,模型也适用于2020年夏秋季和冬春季藻华预测.湖泊藻华暴发是藻类大量增殖并在一定气象条件下的产物,故基于遥感藻总量和气象因子的藻华暴发概率预测科学合理,可推广应用于太湖等其他富营养湖泊.     

大型湖库滨岸带蓝藻水华堆积风险评估——以巢湖为例

淡水湖库富营养化与蓝藻水华是全球性的突出水环境问题,尤其是滨岸带严重蓝藻水华堆积甚至造成了水体黑臭、威胁饮用水安全等严重危害,科学评估滨岸带蓝藻水华堆积风险、精准识别蓝藻水华易堆积区域是水环境管理与研究中亟待解决的关键科学问题.本研究以我国长江中下游的大型浅水富营养化湖泊巢湖为研究对象,依托流域水文与湖泊水动力模拟、遥...     

太湖、巢湖、滇池水华与相关气象、水质因子及其响应的比较(1981-2015年)

比较了太湖、巢湖、滇池（"三湖"）1981-2010年间的气象要素,1987-2015年间的水质要素,2000-2013年间的年内水华起始日期与持续时间,以及与水华相关的已有研究情况.其中,气象要素包括气温、日温差、风速、风向、气压、降水、相对湿度等;水质要素包括水温、总氮浓度、总磷浓度、水体综合营养指数等.对比结果表明,云贵高原湖泊滇池因其冬、春季节气温较高且日温差较大等气象特征,以及总磷浓度较高等水质特征,相比于东部平原湖泊太湖、巢湖而言更易发生水华,且在"三湖"中水华年内起始日期最早,持续时间最长.然而,目前有关滇池水华的研究相对于"三湖"中的太湖却远远不足.鉴于滇池所处湖区的独特气象、水质特征,平原水华湖泊的研究结果难以有针对性地指导其水华控制,亟需提高滇池水华研究的系统性与深度.只有因地制宜,方有希望逐步有效控制、减轻、乃至消除滇池水华.     

湖泊中有色可溶性物质对近紫外及蓝光衰减的影响

研究巢湖(藻型湖泊)和龙感湖(草型湖泊)的有色可溶性物质(CDOC)对近紫外及蓝光衰减的影响时发现：巢湖水体中可溶性有机碳含量比龙感湖大。2个湖泊中来源不同的可溶性有机碳对光的吸收极其相似,只是在量上有差异。在巢湖水体中,光的衰减曲线在355—400nm之间有一个峰,且Kd值较大,而在龙感湖水体中,光的衰减曲线在500nm以下时随着波长的递减而增加。从CDOC对Kd的贡献来看,它们之间最大的相关是在355nm左右,这是悬浮质、叶绿素以及CDOC共同作用的结果。     

巢湖浮游植物叶绿素含量与反射光谱特征的关系

利用高光谱地物光谱仪在巢湖进行了反射光谱测量和同步水质采样分析。在分析巢湖水体反射光谱特征的基础上,通过研究水体光谱反射率与叶绿素浓度之间的关系,利用反射率比值法和一阶微分法分别建立了叶绿素a的遥感定量模型。结果表明反射率比值R705nm/R680nm和690nm反射率的一阶微分均与叶绿素a浓度有较好的相关性,且用反射率比值法估算叶绿素a效果较好。     

巢湖蓝藻水华时空分布(2000-2015年)

巢湖是我国五大淡水湖之一,近年来水体富营养化严重,蓝藻水华频繁暴发.通过收集2000-2015年晴好天气下2478景MODIS Terra和Aqua影像,利用浮游藻类指数,提取巢湖蓝藻水华时空分布数据.结果显示,巢湖蓝藻水华覆盖面积、暴发频率以及持续时间都在增加,每年最初暴发时间提前.从分布上来看,西巢湖依然严重,中巢湖、东巢湖水华暴发面积较以往大大增加;过去16年内巢湖蓝藻水华暴发频率持续增长,其中2007年最为严重,2008-2010年暴发频率出现缓和,此后又出现增长趋势.这些研究结果有助于掌握蓝藻水华的情况,为巢湖科学治理提供了数据支持.     

浅水湖泊植被分布格局及草-藻型生态系统转化过程中植物群落演替特征:安徽菜子湖案例

2005年9月-2009年10月对菜子湖湿地植被分布格局及种类组成进行调查,结合近十年的监测数据.分析了菜子湖水生植物群落的演替过程和驱动因素.结果表明:菜子湖维管植物共有147种,隶属于42科101属.植被分布格局为:①中部水位较深的区域.以马来眼子菜群丛,黑藻群从等沉水植物群落和野菱群丛等根生浮叶植物群落为主;②靠...     

基于水华蓝藻固有光学特性的主要类群定量识别方法

蓝藻水华是湖泊水体富营养化的重要特征之一,不同水华蓝藻类群形成的水华特征、危害及其治理方法差异显著.因此,如何快速、准确地掌握不同蓝藻类群的时空分布特征成为实施富营养化湖泊污染治理与生态恢复、蓝藻生态灾害预测预警中一个亟待解决的科学问题.本研究基于纯藻种实验室培养和室内光学控制实验,在微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Dolichospermum)、束丝藻(Aphanizomenon)3种主要水华蓝藻固有光学特性的基础上,通过甄别不同水华蓝藻的吸收、散射和后向散射光谱的特征波段,构建了基于吸收和散射特性的5种水华蓝藻类群的非线性最优化定量识别模型,其中,基于440、620和675 nm 3个波段吸收的a-CIM 440,620,675具有较为稳定的定量识别能力;并基于野外实测光学特性数据,实现了巢湖主要水华蓝藻类群的定量监测,初步分析了巢湖主要水华蓝藻类群的时空分布特性.研究表明,巢湖的水华蓝藻以鱼腥藻、微囊藻为主,束丝藻较少,鱼腥藻主要出现在温度较低的季节,微囊藻在夏季的西部湖区占优势;巢湖水华主要为微囊藻藻华和鱼腥藻藻华,且浓度较高的蓝藻主要存在于水体表面以下20 cm范围内;微囊藻和鱼腥藻在非藻华断面垂向上均匀分布.本研究可为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警以及相关管理部门决策提供重要的理论依据和科学支撑.     

我国五大湖三角帆蚌群体ITS-1序列变异分析

对我国五大淡水湖:鄱阳湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洪泽湖,鄱阳湖内包括进贤、余干、珠湖、都昌、湖口、永修,合计10个群体三角帆蚌78个个体核糖体DNA基因转录间隔子ITS-1进行PCR扩增、序列测定,获得78条长度为430 bp的同源序列.同源基因序列分析显示,五大淡水湖10个群体三角帆蚌78条ITS-1序列片段,G C的含量都明显高于A T的含量.都阳湖三角帆蚌的核苷酸多态性指数最高,而巢湖的核苷酸多样性指数最低.基于ITS-1序列片段的遗传距离表明,鄱阳湖内六个点群体间遗传距离很小,在0.071到0.0092之间.五大湖间三角帆蚌群体遗传距离较远,在0.0752到O.1381之间.ITS-1序列片段构建系统树显示,鄱阳湖6个群体聚在了一起为单独一支,并与巢湖群体亲缘关系相近.洞庭湖群体和洪泽湖群体亲缘关系相近,单独为一支.太湖群体从都阳湖、巢湖群体分离开来,单独为一支.