太湖水体氮素污染状况研究进展

氮是引起湖泊富营养化的关键要素之一.传统观点认为氮缺乏时,湖泊生态系统可以通过生物固氮作用从大气中获取氮来满足自身的需求,因此认为淡水湖泊水体的生产力主要受磷限制.但随着进一步的研究,发现氮限制与氮和磷共同限制更为普遍,且氮的限制常常伴随着水体的富营养化,因此了解富营养化湖泊水体的氮素污染状况具有重要意义.本文介绍了太湖水体氮素的污染状况及其发展趋势,从外源、内源两大方面介绍了太湖水体中氮素的来源,着重分析和比较了河道输入、大气输入以及沉积物释放不同污染源的输入比例.太湖水体氮素污染存在很大的空间差异,其中西部和北部污染较重而东南部相对较轻,入湖河道输入的外源污染是造成太湖水质空间分布差异的主要原因,其中农业面源污染及生活污染在太湖外源污染中占据了相当的比重;湖泊底泥所造成的内源释放也是氮素污染的一个重要原因,但目前对释放量的估算主要是基于底泥悬浮引起的总量估算,关于这些释放量能有多少比例可以被浮游植物利用还不清楚,尤其是有机颗粒物在水体中停留期间的矿化再生值得进一步研究;在氮素的生物转化过程中,生物固氮目前对太湖氮素输入的贡献很小,反硝化作用是太湖水体氮素自净的主要途径.     

湖泊藻型富营养化控制——技术、理论及应用

湖泊富营养化防治走过了从控制营养盐、直接除藻、到生物调控、生态工程及生态恢复等艰难历程,各国为此投入了巨额资金、然而收效甚微,富营养化依然是全球性重大水环境问题。回顾和分析富营养化湖泊治理研究与实践的成功经验与失败教训,无疑将有助于采取更切实可行的技术有效控制湖泊富营养化。综观全球营养养化治理研究成果,不难看出,富营养化是一个典型的生态问题,生态问题只有用生态学方法解决。在全湖性富营养化难以快速根治的情况下,如何集中技术优势和有限财力,优先解决对人类生活影响较大的局部水域富营养化问题,逐步修复受损的湖泊生态系统,提高水体自净能力、改善水体环境质量并建立湖泊健康生态系统。     

生物操纵与非经典生物操纵的应用分析及对策探讨

分析了生物操纵(biomanipulation)和非经典生物操纵(non-traditional biomanipulation)理论的原理、应用条件及局限性,提出了在局部水体治理湖泊富营养化的对策.分析认为:生物操纵的核心内容是利用浮游动物控制藻类;但浮游动物不能有效控制丝状藻类和形成群体的蓝藻水华;我国的大型浅水湖泊浮游动物数量一般并不多,对浮游植物摄食压力不大;在浅水湖泊,浮游动物摄食藻类后很快分解、释放又进入物质循环,因此不能治理湖泊富营养化;浮游动物是浮游植物和鱼类等经济水生动物之间重要的营养通道,过分追求保护浮游动物是值得思考和研究的问题.而非经典生物操纵的核心内容是利用鱼类直接控制蓝藻水华;当鲢、鳙鱼达到阈值密度可以控制蓝藻水华,但很难控制所有藻类和降低N、P治理湖泊富营养化.在局部水体治理湖泊富营养化的对策是:把鱼类控藻、水生植被恢复和局部水域生态系统重建相结合,形成具有利用与控制蓝藻生产鱼类、吸收氮磷净化水质功能的"水质生物调控单元".     

2006-2017年乌梁素海夏季水体营养状态及影响因子

为探明草型湖泊乌梁素海水体营养状态及演变趋势,明确水体富营养化的关键影响因子,本文采用2006-2017年每年7月份湖泊水质监测数据,利用综合营养指数法评价了湖泊不同区域监测点的水体营养状态,模拟分析了湖泊水体营养状态的演变过程及趋势特征,定性分析了湖泊富营养的关键影响因子.研究结果表明：乌梁素海湖区北部、西部和南部监测点处于轻度富营养状态的极限概率分别为0.588、0.633和0.329,而湖泊的中部和东部监测点处于中营养状态的极限概率分别为0.810和0.536,说明乌梁素海湖区北部、西部和南部区域夏季水体营养状态将呈现向轻度富营养化演变的趋势,而湖区中部和东部区域则呈现向中营养化演变的趋势.水环境因子中水体理化指标对湖泊富营养化起决定性作用,且盐度指标响应概率高达55%,是水体理化指标中第1位影响因子,同时pH值与水深指标也是影响乌梁素海水体富营养化程度的重要因子.     

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.     

底泥疏浚能控制湖泊富营养化吗?

世界上许多湖泊面临着严峻的富营养化问题,富营养化湖泊底泥中的营养盐比水体中要丰富得多,因此,人们常把疏浚底泥作为治理富营养化湖泊的一种重要措施,它需要巨大的资金投入,但尚未见在中等以上湖泊中通过疏浚底控制湖泊富营养化的明显实例,分析 浚底泥作为水利工程和航道工程措施有重要效用,其改善水质效果与疏浚方法有关,适当的疏浚可在短期内改善水质,但从月和季以上长期段持,疏浚底泥不是控制湖泊富营营养化的充要条     

水生植被恢复对城市景观水体磷浓度及沉积物磷形态的影响

以上海市两个水生植被恢复时间为5—10年的城市景观水体为研究对象,通过分析水体理化性质以及水和沉积物磷的含量和形态,研究水生植被恢复对富营养化水体修复的长期生态效应.结果表明,水生植被恢复能有效降低水体氮、磷浓度,对水体富营养化有明显的改善作用.在外源磷的污染源得到控制后,水体磷浓度会随着修复时间的增加而逐渐降低并相对稳定.沉积物磷形态以钙磷为主,随着水生植被恢复时间的增加,生物活性较强的可交换态磷、铝磷和铁磷的含量下降,而相对稳定的钙磷所占的比例增加.研究结果还表明,即使不进行底泥疏浚,长期的水生植被恢复也可以使城市河流沉积物中内源磷释放及水体磷浓度得到有效控制.     

富营养化水体浮游植物遥感监测研究进展

随着湖泊流域经济的快速发展,蓝藻水华频繁暴发的现象越来越严重,水体富营养化已经成为国内外重大环境问题.浮游植物是水体的初级生产者,是衡量水体富营养化程度的主要指标之一,遥感技术则是探测水体浮游植物时空分布的重要手段.在收集整理近千篇国内外水体浮游植物遥感研究论文的基础上,从卫星数据源、研究内容及研究方法等角度,总结了遥感技术在富营养化湖泊浮游植物监测应用的历史进展、研究重点及发展趋势.研究表明,现有的富营养化水体浮游植物遥感研究,以湖泊蓝藻水华问题为切入点,研究视角由水体表层(藻华面积、色素浓度)转至水下三维(藻总量),研究方法从定性识别转向定量反演,研究内容从监测蓝藻水华推进到探测不同类群蓝藻,逐渐形成了以应用为导向,"MODIS/VIIRS大中型湖泊日常监测—GF/Sentinel2小型湖泊针对性监测—无人机应急监测"的浮游植物遥感综合监测体系.上述研究梳理了富营养化水体浮游植物遥感监测湖泊水环境学科的发展动向,以期为从事蓝藻水华生态灾害监测和预警人员提供重要的技术支撑和理论参考.     

福建闽江水口库区飘浮植物覆盖对水体环境的影响

为了探索城市富营养化湖泊生态修复技术,2000年9月在南京市莫愁湖物理生态工程试验区内,开展了隔离外源污染、覆盖底泥和种植水生植物对湖泊水质平均水平和水体脉动强度影响的比较研究．试验结果表明,通过围隔隔离外源污染可在较短时间内迅速改善湖泊TN的平均水平,但难以提高湖泊生态系统的稳定性;通过覆盖底泥控制内源污染难以改善湖泊水质的平均水平,并且难以提高湖泊生态系统的稳定程度;种植水生植物不仅能够全面改善湖泊水质的平均水平,而且可以提高湖泊生态系统的稳定性．此外,富营养化湖泊中,藻类生长与湖水营养盐浓度并不存在正相关的关系．因此,对城市湖泊富营养化的防治,在控制外源污染降低营养盐浓度的同时,应恢复湖泊原有的以水生高等植物为主的生态系统．     

结冰对乌梁素海水体富营养化的影响

为研究结冰对湖泊富营养化状态的影响,以内蒙古乌梁素海为研究对象,用"注射器"式采水器和冰钻分别采集水样和冰样,并测定总氮、总磷、COD_(Cr)、叶绿素a浓度、冰厚、水深和透明度等指标,运用分形理论评价模型对湖泊结冰前、后的富营养化等级进行综合评价.结果表明:乌梁素海湖泊结冰厚度与水深存在较好的负相关性,其相关系数为0.54;湖泊结冰后,水体的富营养化等级由富营养变为重富营养,表明结冰过程中,氮、磷等营养元素被排斥至冰下水体,即结冰过程对湖泊水体中的营养元素具有浓缩效应,导致冰下环境质量恶化,并促进营养元素向沉积物转移;但也可以利用该浓缩效应,从湖泊冰封期富营养化污染的特殊性入手,运用底泥疏浚和冰体-水体分离等工程技术手段,实现湖泊富营养化污染的治理.     

湖泊沉积物磷钝化材料的研究进展

通常认为,磷是湖泊富营养化的主要限制因子,因此控制湖泊磷浓度和水平被认为是湖泊治理的关键.在外源磷输入得到有效控制之后,湖泊富营养化仍可持续几十年,这主要归咎于内源磷的释放.底泥原位化学钝化控磷技术因其操作性强、控磷效果明显,而被广泛作为湖泊内源磷的控制技术之一,而钝化材料的研发和应用是本项技术的核心.在世界范围内,研...     

长江中下游地区湖泊水和沉积物中营养盐的赋存、循环及其交换特征

回顾了有关长江中下游地区湖泊水、生物、沉积物中营养盐的迁移、转化、循环和交换等研究工作进展.典型湖泊的研究结果显示,历史上长江中下游地区湖泊的营养本底的确较高,处于中营养和富营养状态;人类活动在最近几十年中加快了这些湖泊的富营养化进程.长江中下游地区湖泊的治理不仅要重视外源污染的削减,也要重视湖泊内源污染的控制.长江中下游地区的浅水湖泊沉积物中,一般只有30％以下的磷是以较活跃的藻类易利用态存在的,表层沉积物通过吸附-解吸等交换作用对浅水湖泊水体中磷的浓度有较大的影响.长江中下游浅水湖泊沉积物中的营养盐释放主要有静态和动态二种释放方式.前者是基于化学平衡条件下的水土界面扩散作用.决定其释放量大小的主要因子是孔隙水与上覆水之间的营养盐浓度差.后者是基于水动力扰动对水土界面物理破坏条件下的底泥悬浮释放作用.二种释放模式在浅水水体中都存在.无论是静态或动态,水土界面的氧化还原环境,铁、锰、铝等元素含量,都对释放有影响.动态释放能在短期内大大提高水体颗粒态营养盐的浓度.在动态释放的初期,将有效增加水体可溶性营养盐,但是如果沉积物中铁、铝等金属元素较丰富,水体中的溶解性营养盐将由于吸附等作用而沉淀至湖底,因此,这样的湖泊往往具有较强的自我净化能力.长江中下游地区绝大多数湖泊都属于这种类型的湖泊.用底泥疏浚方法来控制湖泊内源污染的方法只适用湖泊面积较小、还原环境强烈,或者沉积物中铁、锰含量较低、水体去除可溶性营养盐的能力较弱的水体.此外,长江中下游地区的浅水湖泊生态系统对富营养化也具有强烈的反馈作用.水华暴发期间蓝藻的暴发性生长能通过改变水体的pH而引发沉积物中磷释放数量的大幅增加,大量释放的营养盐反过来又会促使蓝藻的大量生长,从而加剧水华的暴发.研究显示污染相对较重的水域水体中营养盐的含量高,微生物的生物量及生产力也高,碱性磷酸酶的活性也高,水体营养盐的循环也就更快.这反过来又促使微生物生产力增加,营养盐循环更快,加剧富营养化的危害.今后的工作应该重点围绕生物参与下营养盐的迁移转化等方面开展工作.     

基于经验频率曲线的湖泊富营养化随机评价方法及其验证

本文提出了基于经验频率曲线的湖泊富营养化随机评价方法.该法通过建立水体富营养化评价标准中各项水质指标和评价级别的经验频率曲线,推求实际水体各项水质指标的经验频率,并采用加权平均法推求湖泊富营养化评价级别的经验频率,从而得出湖泊富营养化的评价级别,具有方法简单、图形直观、计算工作量小的特点.经全国30个湖库湖泊实测水质资料的验证,随机评价方法与模糊评价方法和灰色评价方法的计算精度相当.     

鄱阳湖外围湖泊水体营养波动周年特征的比较湖沼学研究

近年来,我国最大淡水湖泊湿地鄱阳湖的水体富营养化趋势明显且日益受到各方关注,而对鄱阳湖湖体外围各类浅水湖泊富营养化情况及其动态却了解颇少.为深入了解鄱阳湖外围不同湖泊的富营养化现状、季节动态及驱动机制,于2014-2015年对毗邻鄱阳湖南岸的南昌市大小不同的3个城市或城郊浅水湖泊(青山湖、瑶湖、军山湖)水质参数和营养状态进行周年观测.结果表明,青山湖、瑶湖和军山湖的高锰酸盐指数范围分别在2.6~4.5、2.1~4.6和1.6~1.9mg/L之间,仅军山湖目前未受到有机物污染影响,3个湖泊两两之间均呈极显著差异.青山湖和瑶湖水体总氮(TN)、总磷(TP)浓度远高于湖泊富营养化转换的阈值(TN:0.20 mg/L,TP:0.02 mg/L),且TP污染最为严重,仅达到地表水Ⅳ~劣Ⅴ类标准.在3个湖泊中,水体氮主要以可溶性态氮的形态占优势,水体磷形态除了军山湖外,另外2个湖泊主要以颗粒态磷占优势.青山湖、瑶湖和军山湖的叶绿素a(Chl.a)浓度范围分别为34.65~184.48、7.66~120.67和2.42~17.41μg/L,各湖泊的Chl.a浓度均在冬季达到最低值,且军山湖与其他2个湖泊的Chl.a浓度均呈极显著性差异,青山湖与瑶湖无显著差异.基于综合营养状态指数法对3个湖泊的营养状态进行评价发现,青山湖富营养化程度最高,已达到轻-中度富营养的稳定富营养状态;其次为瑶湖,营养状态不稳定,在中营养-轻度富营养-中度富营养水平之间巨幅波动;军山湖相对最低,全年整体处于贫营养-中营养状态之间,处于波动上升的趋中营养状态.同时发现3个湖泊的水体富营养化程度的年内波动依赖于不同的水温环境,水温是以上3个亚热带浅水湖泊富营养化程度年内季度波动的重要影响因子之一.Pearson相关分析还发现,3个湖泊的Chl.a浓度均与水柱TN和TP浓度呈显著正相关,其中青山湖和军山湖的水柱Chl.a浓度与总溶解性氮和总溶解性磷浓度均呈极显著正相关关系.整体来说,水柱氮是影响3个湖泊水环境特征的主导因子之一,磷是2个富营养化湖泊的主导影响因子,在富营养化湖泊控制和削减磷营养盐输入的同时,应考虑如何有效降低氮的输入,并着力控制中温季节(水温为15~25℃)的营养输入和快速富营养化风险防控;中营养湖泊(军山湖)应在控制磷的输入和消减水柱氮上进行系统调控,尤其重视高温季节(水温25℃)的防控与预警,这将对鄱阳湖外围浅水湖泊的水环境保护和治理提供重点方向与新型管理思路.     

太湖梅梁湾富营养化过程的同位素地球化学证据

以浅水湖泊太湖为研究对象,通过湖泊水体、水生生物同位素以及相应湖泊水体营养指标的比较分析,并根据梅梁湾钻孔沉积物TN,TP,TOC,C/N,δ15N,δ13C等多项指标记录,恢复了湖泊富营养化过程.研究结果表明,不同湖区植物碳、氮同位素值和水体NH4+的δ15N值变化反映了植物组成和营养水平的差异.梅梁湾水体NH4+的δ15N和水环境参数不同月份的变化反映了外部营养载荷的输入对湖泊环境有明显的影响.1950～1990年湖泊沉积物有机质碳、氮同位素同步变化的趋势说明湖泊初级生产力的增长和湖泊逐渐富营养化的过程,而1990年之后二者之间反相关关系的出现表明在富营养条件下,大量浮游植物生长对富15N的无机氮的吸收及表层沉积物有机质分解和反硝化作用,代表湖泊富营养化加剧.以同位素示踪,并结合元素地球化学指标变化,将太湖梅梁湾富营养化过程分为三阶段,以20世纪50年代和20世纪90年代为营养状态的转换时段,揭示了人类活动不断加强的影响,与近50年来的湖泊环境监测结果一致.     

低氧、高铵和低光对沉水植物苦草(Vallisneria natans)生长与C-N代谢生理指标的影响特征

湖泊富营养化导致沉水植被大面积衰退和群落逆向演替,诱发一系列次生环境问题,并严重影响到水域生态环境质量.为了从对植物表型生长与C-N代谢生理指标影响的角度深度揭示富营养化水体中沉水植被的致衰退机制,本文以我国长江中下游淡水湖泊常见沉水植物优势种群——苦草(Vallisneria natans)为研究对象,利用L_(16)(4~5)正交试验设计方法,实验模拟研究富营养化水体中低氧、高铵和低光3种重要因素对苦草生长与C-N代谢生理指标的胁迫影响特征.本试验设置了3因素4水平,分别为4个低光照强度(50%、40%、30%和20%自然光照)和4个高铵浓度水平(0.5、1、2和4 mg/L)以及4个低氧处理浓度(7.5、6.5、5.5和4 mg/L).结果显示:光照强度低于30%、溶解氧浓度低于5.5 mg/L时,植株生长与C代谢受阻严重,碳水化合物储存量降低;铵态氮1.0 mg/L时,苦草N代谢活跃,游离氨基酸(FAA)含量明显升高,可溶性糖(SC)/FAA比降低,淀粉呈降低趋势.研究表明富营养湖泊中苦草的衰退是多种因素综合作用的结果,低氧、高铵与低光均会对苦草的生长与C-N代谢产生不利影响;受损沉水植被在藻-草稳态转换的富营养化湖泊中应通过控制水体高铵浓度,严控低氧出现,及时提高水下照度或透明度(如控磷)来予以保护和科学管理;而在次生裸地且藻类占优势的富营养化水体中沉水植被的恢复与重建过程不仅要降低水体营养盐水平尤其是氨氮的水平,还应着重考虑如何有效提高水下光强与溶解氧浓度,并将如上环境因子控制在一定变幅范围内,且控制条件应原则上严于保护受损沉水植被所需的条件.     

极大螺旋藻铁型超氧物歧化酶的纯化及性质

将待评价样本作为事件,水质级别作为对策,构造局势。通过用效果测度统一计量评价指标,按级别变量特征值确定最优局势,提出了用改性灰色局势决策法综合评价湖泊水体富营养化状况并结合实例说明该决策法评价湖泊水体富营养化,具有客观性和实用性。     

云贵高原湖泊水质现状及演变

利用2008年云贵高原13个湖泊丰水期的全面水质调查数据,系统分析云贵高原湖泊水质现状,通过与历史资料对比,揭示20年来的水质变化,并分析水质变化的原因.同时利用主成分分析将23个水质参数概括为6个主要成分,除程海外所有湖泊水质均与第一主成分密切相关.人类活动影响下的水体富营养化、有机污染以及农业面源污染等是除程海外湖泊污染的主要驱动因子,程海水质变化主要受水体的矿化度增加所驱动.另外,根据各主成分得分,本文也对13个湖泊水质进行了综合评价,并在评价的基础上就湖泊的保护和治理提出建议.     

城市富营养化湖泊生态恢复--南京莫愁湖物理生态工程试验

在分析了太湖及其流域所面临的水环境质量问题及其原因基础上,回顾总结了“十五”太湖水环境治理经验,认为源头控制需要长期不懈的努力,太湖流域的湖泊治理要针对太湖平原河网与湖荡水系特色,要重视太湖东部草型湖区生态环境恶化的严重性,必须加强生态修复单项技术间的效应优化和有效集成．根据太湖流域的社会经济发展规划,提出了太湖流域水污染控制技术与水体生态修复工程示范的总体思路是:从污染源头到湖泊出口,依次通过污染源控制、河道截污、湖荡调节、河口净化、湖泊生态修复、出湖疏导等多道防线,有效促使太湖水环境向良性方向转化．在此基础上提出了具体实施建议:全流域污染源削减和太湖水源地典型水域生态修复技术集成与工程示范,同时进行全流域水环境治理强化管理政策与决策支持技术的研究与示范．     

三十年来长江中下游湖泊富营养化状况变迁及其影响因素

为弄清长江中下游通江/历史通江湖泊富营养化现状、成因及修复策略,对该区域27个大型湖泊和水库开展了4个季度的水质调查,并结合部分湖泊1988-1992年及2008年两个时段富营养化调查成果,分析近30年来长江中下游地区大型湖泊富营养化关键指标变化的特征及其驱动因素.结果表明,目前该区域绝大多数湖泊处于富营养水平,较1980s有明显加重,浮游植物叶绿素a及总磷是最主要的营养状态指数贡献因子;湖泊的富营养化状况与湖泊的江湖连通状况、换水周期等流动性状况、渔业养殖及管理、流域纳污、治理强度等人类活动方式和强度密切相关;与历史调查结果相比,氮、磷的增幅相对较小,而有机质污染程度明显加重、浮游植物叶绿素a浓度大幅增高,表明营养盐之外的其他因素,如水文节律的变化、江湖阻隔、不合理的渔业养殖活动等,对该区域湖泊的富营养化问题加剧、浮游植物生产力增高起到更为重要的作用.因此,从治理途径和策略上来看,增加湖泊的流通性、恢复部分湖泊的自然水文波动节律、优化湖泊渔业管理、提升湖泊流域营养盐的有效截留能力、实施湖泊生态修复工程是控制长江中下游湖泊富营养化、提升区域湖泊生态质量的关键.