三峡水库典型支流上游区和回水区营养状态分析

2006年3、5、8月,对三峡水库成库后5条支流的上游区和回水区水质参数及营养因子分布进行了初步研究.研究结果表明,支流高锰酸盐指数范围在1.00-2.50mg/L、COD范围为6.00-26.5mg/L,上游区与回水区有机物含量差异不大,支流目前未受到有机物污染影响.NH_4~+-N范围为0.039-0.367mg/L,各支流含量均为丰水期最大.TN范围在0.58-1.67mg/L,TP范围在0.005-0.133mg/L,支流回水区TN和TP含量均远高于水体发生富营养化的最低限制值,水体存在发生富营养化的风险.大多支流N/P比值处于适宜藻类生长范围.Chl.a浓度范围为0.94-28.9mg/m~3,各支流回水区Chl.a浓度均为5月最大河流回水区Chl.a浓度高于上游区,上游区、回水区Chl.a含量有显著差异.选用修正的Carlson营养状态指数(Trophic State Index)TSI_M法,评价了支流水体营养状态,TSI_M指数范围在36.0-64.2,上游区除龙河、澎溪河5月达到富营养水平外,其余支流均为贫-中营养水平.回水区各支流均达到中-富营养水平.支流回水区营养状态指数均高于上游区,但各支流增加幅度不同.支流回水区水体营养状态明显受三峡水库蓄水水体流速减缓的影响.Chl.a与COD(n=15,P0.01)呈极显著正相关,与其它营养因子无明显相关关系.三峡水库完工后,支流回水区水体流速减缓,富营养化趋势可能加重.     

三峡水库神农溪2008年夏季铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华暴发特性

对三峡水库一级支流神农溪2008年夏季蓝藻水华进行调查,结果表明神农溪蓝藻水华优势种是铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),暴发水域面积约0.2 km2,持续时间约50 d.本次水华暴发与水体总磷浓度呈正相关,温度、降雨、光照和营养盐等对水华暴发具有重要影响.研究发现尽管神龙溪水域总体处于中-富营养状态,但局部水域由于水流缓慢、水体滞留时间长、营养稀释扩散速率小,在夏季出现富营养化状态,这是蓝藻水华暴发的根本原因.建议开展包括流域综合治理在内的环境整治,确保神农溪水体生态环境的稳定.     

三峡水库蓄水后对支流大宁河富营养化特征及水动力的影响

三峡水库蓄水后支流大宁河水华频发,为了揭示水库蓄水以来,大宁河富营养化变化趋势以及水华暴发期间水动力等环境因子的影响特征,自2005年长期跟踪监测大宁河的水质状况,并于2010年针对东坪坝库湾2次典型水华事件,初步探讨了水华暴发期间的主要影响因素.结果表明:2005年以来,大宁河水体处于中度营养状态,水质尚好,但低估了水华敏感期的富营养化状况.东坪坝3月水华暴发期间,叶绿素a浓度与流速呈显著负相关,与pH、DO也呈显著相关,表明在此次水华期间,流速对藻细胞的增殖或聚集产生直接或间接的影响,pH和DO是引起水华暴发的主要水质因子;5月水华暴发期间,叶绿素a浓度与流速呈显著负相关,与流量呈显著正相关,同时与pH、透明度(SD)呈显著相关,表明在这次水华期间,流速和流量都对藻细胞增殖或聚集产生直接或间接的影响,pH和SD成为水质敏感因子.3月和5月水华暴发时间分别处于水库高水位运行期和泄水期,这可能是导致水华影响因子不同的主要原因,但具体机理还有待于进一步研究.本文结果表明在三峡水库调度运行的不同阶段支流库湾水华暴发的机制不同,需要针对不同时段支流库湾水环境特征分别加以调查研究.     

三峡澎溪河高阳平湖高水位时碱性磷酸酶活性及其动力学特征

三峡水库汛末蓄水后易出现支流回水区磷累积现象,并在冬季末期常出现硅藻水华现象.为研究汛末蓄水的磷积累与冬季末期硅藻水华的相互关系,分析2013年1 3月三峡澎溪河高阳平湖库湾水体中碱性磷酸酶活性、磷形态的转化和藻类生长的协同过程.结果表明,总碱性磷酸酶活性(TAPA)及其最大反应速率(Vmax)、特异性碱性磷酸酶活性(PAPA/Chl.a)及PAPA与TAPA的比值(PAPA/TAPA)随着时间推移总体呈先增加后减小而后再增加减小的双峰趋势,分别在2月中旬和3月中旬达到峰值.根据冬季末期水华暴发程的特点将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个阶段.Ⅰ阶段为诱导期,水体活性磷主要来自藻类碱性磷酸酶分解的有机磷,藻类对磷过度摄取.Ⅱ阶段为过渡期,温度低,水体碱性磷酸酶活性相对较低.Ⅲ阶段为水华时期,水中碱性磷酸酶主要来源于细菌,叶绿素a浓度达到最大,溶解态反应性磷浓度达到最低;Ⅳ阶段为水华末期,水体叶绿素a浓度逐渐下降,溶解态反应性磷浓度回升,水中碱性磷酸酶主要来源于细菌.     

三峡水库支流小江富营养化模型构建及在水量调度控藻中的应用

三峡水库蓄水以来,支流小江呈富营养化加重的趋势,且多次暴发春季水华.水库蓄水以后支流流速变缓,水体滞留时间增加,是引发支流水华的主要因素之一.基于MIKE软件,建立小江调节坝下游至河口的二维水动力-富营养化模型,考虑碳、氮、磷3种元素在浮游植物有机体、死亡腐屑和无机盐中的循环转化,模拟小江河段的春季水华过程.分析小江生态调节坝的水量调节抑藻作用,即人为制造"洪水脉冲",增加短时间内的水流流速,对下游流场进行扰动以控制水华.计算结果表明,增大泄水量对调节坝下游的小江河段的春季藻华总体上具有一定的抑制作用.小江上游河段调度作用效果明显,下游高阳至入汇口河段调节作用较小,上游调节坝水力调度可以作为三峡水库支流水华应急治理措施之一.营养盐控制应该是控制支流水华的根本措施.     

太湖梅梁湾中碱性磷酸酶的活性及其与藻类生长的关系

通过对1998年5月-1999年5月的太湖梅梁湾水体中碱性磷酸酶活性及其它水化学因子的同步实地监测,初步探讨了富营养化较严重的太湖梅梁湾湖区的碱性磷酸酶活性的时空变化规律及其与藻类水华的相关性.研究表明,水体中各种形态磷之间的转化非常快.在磷的循环、转化过程中,碱性磷酸酶的作用至关重要.太湖梅梁湾各采样点水体中碱性磷酸酶的最大反应速率(Vmax)的年际变化有着显著的规律性,各点位在春季(3-4月)及夏季(7-8月)均分别出现峰值,与水体中水华出现的峰值相吻合.尤其在水体中水华暴发前的4月份,各采样点中的碱性磷酸酶的活性急剧增加,其Vmax均为年内的最大值或接近最大值,预示着水体中其它形态磷的转化速率加快,为水华的形成提供了充足的活性磷.水体中特异性碱性磷酸酶活性(总碱性磷酸酶活性/Chl.a)与水体中的PO43-存在着较好的负相关.尤其是在春季相关性更加显著,可达-0.9以上;夏季太湖梅梁湾水华暴发时,水体中的磷酸盐浓度远低于碱性磷酸酶的激发阈值,藻类体中的酶被诱导大量产生,从而使得水体中碱性磷酸酶的数量、活性急剧增加,达到较高的水平.这种短时间的有机质快速降解以及由此导致的营养盐释放,维持了水体中藻类的生长.     

北京官厅水库轮虫群落结构与水体富营养化状况

于2007年1-12月对官厅水库上游(北京段)进行调查,利用非生物环境因子对水体的营养状况进行了评价,并通过种类组成、优势种、生物量及多样性指数等指标探讨了轮虫群落结构与水体富营养化的关系.结果表明,官厅水库(北京段)已达到了富营养的水平,在轮虫的种类组成中,10个富营养化的指示种类大部分都有出现,其中螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)和针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)为优势种;轮虫密度均在1000ind./L以上,生物量在1mg/L以上,轮虫的密度、生物量的季节分布与水温显著正相关(P0.05),水平分布与水体的营养状况显著正相关(P0.05),垂直分布没有明显的规律性;轮虫多样性指数较低,但与水体营养水平显著相关(P0.05).证明轮虫群落结构与水体富营养化之间存在着密切的关系,富营养化是导致轮虫群落结构变化的主要动因.     

蓝藻生消对巢湖沉积物phoD碱性磷酸酶基因细菌群落结构的影响

phoD基因编码的碱性磷酸酶驱动沉积物有机磷矿化并释放生物可利用磷,促进了富营养化湖泊蓝藻的生长与暴发,但对富营养化湖泊蓝藻生消周期phoD基因细菌群落动态变化的认识依然有限.本文研究了中国典型富营养化湖泊巢湖蓝藻生消过程沉积物碱性磷酸酶活性（APA）、phoD基因细菌多样性和群落结构的动态变化及其与环境的关系.结果显示：巢湖沉积物APA活性在蓝藻生长与暴发阶段显著升高,且与水温、pH、溶解氧（DO）等环境因子显著相关.蓝藻生消各阶段沉积物phoD基因细菌群落的优势菌属均由Pseudonocardia和Friedmanniella构成;与蓝藻潜伏期和衰亡期相比,生长初期与暴发期大多数样点沉积物Pseudonocardia的丰度显著降低而Friedmanniella显著升高.携带phoD基因的菌属丰度呈显著的时空变化,其中菌属丰度的空间异质性较高.蓝藻生长初期与暴发期的phoD基因细菌群落的Ace指数与Shannon多样性指数显著大于潜伏期与衰亡期.研究表明,携带phoD基因细菌群落结构的变化主要受APA、DO、叶绿素a、水温、总磷以及无机磷的驱动;春季蓝藻的生长消耗大量上覆水溶解性无机磷,激发了沉积物APA活性并诱发Friedmanniella生长从而缓解水体磷限制.     

三峡库区澎溪河典型优势藻细胞N/P比与限制性评价的原位分析

本文通过选取水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、空球藻(Eudorina sp.)和湖北小环藻(Cyclotella hubeiana)为三峡库区流域中典型的优势藻,在澎溪河进行原位培养试验,跟踪监测了三峡水库不同运行时期4种典型优势藻细胞氮(Cell-N)、磷(Cell-P)浓度以及环境水体中的总氮(TN)、总磷(TP)浓度,并且结合团队之前的研究成果,根据临界(供应)N/P摩尔比、细胞N/P摩尔比和Guildford的TN/TP摩尔比评价标准对库区水体的营养限制状态进行了评价,为进一步揭示三峡水库运行下支流水域富营养化过程与生理特征的限制性评价提供研究基础.原位试验结果表明:3个评价标准下水体的营养(氮或磷)限制状态基本相同,低水位时期水体无机磷营养盐比较贫乏,在试验初期没有显著的营养盐限制而在末期受到了磷的相对限制;高水位试验初期和末期均未呈现显著的营养盐限制;泄水期营养盐变动频繁,试验初期表现为氮限制而末期表现为磷限制.虽然各藻种在不同时期会表现出不同的营养盐限制性,但总的来看,临界N/P比和细胞N/P比的阈值范围具有一定指示作用,能够从藻类细胞生理的角度对水体的营养状况作出初步评价.     

洞庭湖流域常德柳叶湖及其邻近水体轮虫群落结构变化及其对环境因子的响应

城市河-湖连通使不同水文特征的水体连通构成多样化水环境,环境异质性为提高浮游动物多样性提供了多样性生境条件.为了解湖南常德柳叶湖及其邻近水体轮虫群落结构变化对不同水体连通性和异质性的响应,于2018年对柳叶湖、穿紫河和沅江常德市区河段共15个站点进行了每季度1次的轮虫群落结构和环境特征调查分析.调查期间,不同水体的营养水平呈现:穿紫河柳叶湖沅江,穿紫河和柳叶湖呈富营养化状态,沅江呈中营养状态.本研究共检出轮虫88种(包括亚种8种和变种1种),其中,长肢多肢轮虫(Polyarthra dolichoptera)为水系第一优势种.轮虫最高丰度为2535ind./L,全年平均丰度空间分布呈现:柳叶湖穿紫河沅江;季节分布呈现:6月 9月 3月 12月.轮虫群落对水体连通性的响应表现为:柳叶湖、穿紫河和沅江3个水体轮虫种类组成具有一定的相似性且第一优势种相同.对异质性的响应表现为:不同水体轮虫群落年平均丰度和多样性指数存在空间差异.典范对应分析表明水温是影响轮虫群落结构变化的主要环境因子.     

浅水湖泊中沉积物碱性磷酸酶动力学参数的分布

东湖沉积物磷酸酶在较高的pH范围内表现出较高活性,故为碱性磷酸酶,东湖与严西湖沉积物中碱性磷酸酶的动力学参数表现出明显的空间异质性,且与间隙水和表层水中正磷酸根浓度无明显的对应关系,此外,它们在垂直方向上亦极具变化,除在沉积物表面显示较高催化效率之外,较沉层面（约距表面8－12cm)亦有类似峰值,这一结果补充说明了湖泊沉积物磷循环的另一活跃区域以及相应的生物化学机制。     

太湖流域上游西苕溪支流的营养状态特征及成因分析

为了解太湖流域上游支流水体的营养状态特征及流域附近土地利用对水质的影响,选取了入湖水系西苕溪的10条主要支流进行了野外采样和实验室研究.研究结果表明,支流总磷(TP)、颗粒磷(PP)、总溶解性磷(TDP)、总氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)含量季节间差异较大,TP含量范围为0.033~0.205 mg/L,PP含量范围为0.007~0.104 mg/L,TN含量范围为2.014~5.921 mg/L,NH+4-N含量范围0.021~1.659 mg/L,NO-3-N含量范围1.082~3.415mg/L,COD范围为6.5~15.5 mg/L.总体上呈现为枯水期平水期丰水期.部分支流受到不同程度的氮污染.利用水质参数进行聚类分析,可以将10条支流分成4类,其水体营养特征与周围环境相联系.支流营养盐、COD的通量明显受流量控制,表现为丰水期平水期枯水期.土地利用类型的差异是导致其水质变化的主要原因,耕地和居民地主要起源的作用,林地和草地主要起汇的作用.在丰水期和枯水期,对各指标影响最大的土地利用类型为耕地和林地;在平水期,对TP影响最大的是居民地,而对TN影响最大的是林地.     

富营养水体磷酸酶动力学参数的季节变化——水体酶研究之一

本文报道了武汉东湖富营养湖区(东湖Ⅰ站)水体磷酸酶动力学参数(最大反应速度V_(max)和米氏常数K_m)的季节变化规律,在6月、8月和11月(或邻近时间),湖水溶解正磷酸盐的浓度较低而叶绿素的浓度达到高峰值,同时,V_(max)达到最大值,K_m值明显减小。因此,浮游植物可以通过提高酶的反应速度以及增强酶与底物的亲和能力这两种方式有效地利用有机磷。实验结果表明,湖水中对紫外线敏感的磷化合物可能是磷酸酶的竞争性抑制剂。     

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻(Peridiniopsis)的昼夜垂直迁移行为对碳磷分布的响应

于2015年2月26-27日在香溪河库湾高岚河段拟多甲藻(Peridiniopsis)水华发生地昼夜监测其在水体中的垂直迁移,分别在6个时间段(8:00、12:00、16:00、20:00、0:00、4:00)分层取样分析拟多甲藻在水中的叶绿素a浓度、细胞密度、碳酸酐酶(CA)与碱性磷酸酶(AP)活性;分析总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性反应磷(SRP)与溶解性有机磷(DOP)浓度在水中的垂直分布.结果显示,水华发生期拟多甲藻为绝对优势种,监测的6个时段中,拟多甲藻呈显著的昼夜垂直迁移规律,正午12:00,表层细胞密度最大,可达5.2×10~6cells/L,凌晨0:00表层细胞密度最低,仅为0.4×10~6cells/L;TP与DTP浓度无垂直分布规律,但SRP与DOP浓度呈现显著的垂直分布规律,SRP浓度随水深增加而减小,DOP浓度随水深增加而增加;CA活性日间高于夜间,日间CA活性呈垂直分布规律,随水深增加而减小,但夜间无垂直分布规律;AP活性在水中昼夜呈极其显著的垂直分布规律,随着水深增加逐渐增加.相关性分析结果表明,拟多甲藻细胞密度与水深、DOP浓度呈极显著负相关,水深与CA和AP活性分别呈极其显著负相关与正相关,拟多甲藻细胞密度与CA和AP浓度分别呈极其显著正相关与负相关.因此,拟多甲藻的垂直迁移行为可能是对日间迁移至表层获取光能和无机碳来源、夜间迁移至水下获取磷源的一种适应.     

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.     

湖北长湖富营养化状况及时空变化(2012-2013年)

为评估长湖水体富营养化程度,2012-2013年分4个季度对全湖区20个采样点的物理、化学和生物要素进行监测,在评价水质现状的基础上采用综合营养状况指数法和浮游植物细胞丰度指数法综合评价水体营养状况,并应用典型相关分析(CCA)方法揭示水体富营养化状况与湖泊理化要素之间的典型相关性.结果显示:4个季节长湖全湖区的水质均处于地表水IV类~劣V类水标准;综合营养状态指数值在49.54~82.55之间,浮游植物细胞丰度在2.88×106~61.73×106cells/L之间,均显示其处于富营养化状态;长湖富营养化状况的分布呈现一定的时空差异性;CCA分析显示,长湖理化要素变量可解释68.6%的水体富营养化状况变量的变异,影响其富营养化状况的主要理化因素有水体总磷、总氮、溶解氧、亚硝态氮、硝态氮浓度,水深和沉积物总磷、总氮含量.长湖水体富营养化主要是由于外源的磷污染,其次是氮污染,富营养化最严重的夏、秋季浮游植物的生长主要受氮营养限制,而冬、春季则部分受磷营养限制,部分属于过渡类型.因此,建议大力削减围网/围栏养殖量,同时考虑结合水生植物栽种等生态工程建设措施以降低长湖水体发生严重富营养化的风险,并进一步改善长湖的水质现状.     

Contributions of phosphatase and microbial activity to internal phosphorus loading and their relation to lake eutrophication

Phosphatase may accelerate the process of lake eutrophication through improving phosphorus bioavailability. This mechanism was studied in three Chinese eutrophic shallow lakes (Lake Taihu, Lake Longyang and Lake Lianhua). Phosphatase activity was related to the concentration of soluble reactive phosphorus (SRP) and chlorophyll a. Stability of dissolved phosphatase in reverse micelles may be attributed to molecular size, conformation and active residues of the enzyme. At the site with Microcystis bloomed in Lake Taihu, dissolved phosphatase activity was higher and more stable in micelles, SRP concentrations were lower in interstitial water, the contents of different forms of phosphorus and the amounts of aerobic bacteria were lower while respiration efficiency was higher in sediments. Phosphobacteria, both inorganic and organic and other microorganisms were abundant in surface water but rare in sediments. Therefore, internal phosphorus may substantially flux into water column by enzymatic hydrolysis and anaerobic release, together with mobility of bacteria, thereby initiating the bloom. In short, biological mechanism may act in concert with physical and chemical factors to drive the internal phosphorus release and accelerate lake eutrophication.     

辽河流域太子河流域N、P和叶绿素a浓度空间分布及富营养化

通过对太子河流域46个采样点溶解性无机氮、溶解性无机磷、总氮、总磷、电导率、p H、溶解氧和叶绿素a浓度及相关环境因子的测定,分析氮、磷浓度与叶绿素a浓度的空间分布特征,利用回归分析判别氮、磷与叶绿素a浓度的相关性,冗余分析判别河流水质与环境因子的关系,并初步评价太子河流域水体富营养化状况.结果表明:太子河流域氮、磷浓度具有明显的空间异质性,表现为上游浓度较低且变化较平稳,辽阳段浓度逐渐上升且波动增大,鞍山段浓度最高.冗余分析显示氮、磷浓度的空间分布特征与土地利用方式、海拔、河岸缓冲带宽度、植被多样性密切相关.叶绿素a浓度与氨氮、硝态氮、溶解性无机氮、溶解性无机磷、总氮、总磷和电导率呈显著正相关,说明营养盐的增多在一定程度上会促进浮游藻类的增长.太子河流域水体富营养化评价综合指数显示,太子河流域"中"营养状态点位有27个,占58.7%,"富"营养状态点位有19个,占41.3%,没有"贫"、"重富"和"极富"营养状态.     

Contributions of phosphatase and microbial activity to internal phosphorus loading and their relation to lake eutrophication

Phosphatase may accelerate the process of lake eutrophication through improving phosphorus bioavailability. This mechanism was studied in three Chinese eutrophic shallow lakes (Lake Taihu, Lake Longyang and Lake Lianhua). Phosphatase activity was related to the concentration of soluble reactive phosphorus (SRP) and chlorophyll a. Stability of dissolved phosphatase in reverse micelles may be attributed to molecular size, conformation and active residues of the enzyme. At the site with Microcystis bloomed in Lake Taihu, dissolved phosphatase activity was higher and more stable in micelles, SRP concentrations were lower in interstitial water, the contents of different forms of phosphorus and the amounts of aerobic bacteria were lower while respiration efficiency was higher in sediments. Phosphobacteria, both inorganic and organic and other microorganisms were abundant in surface water but rare in sediments. Therefore, internal phosphorus may substantially flux into water column by enzymatic hydrolysis and anaerobic release, together with mobility of bacteria, thereby initiating the bloom. In short, biological mechanism may act in concert with physical and chemical factors to drive the internal phosphorus release and accelerate lake eutrophication.