太湖流域水污染控制与生态修复的研究与战略思考

为了探明太湖水体中胶体磷含量,更深入认识营养盐在大型浅水湖泊中的循环过程和机理,分别从太湖的梅梁湾和贡湖湾两个不同类型的湖区采集水样,利用切向流超滤方法分离出胶体物质,对太湖水体中胶体磷含量进行了初步研究．结果表明:太湖水体春季胶体磷含量在0．017-0．029 mg／L间,其中梅梁湾藻型湖区胶体磷含量范围是0 023- 0．029 mg／L,贡湖湾草型湖区胶体磷含量在0．017-0．022 mg／L间．梅梁湾水体胶体磷占总磷比例平均为28．6%;而贡湖湾胶体磷占总磷比例平均达到39．3%．梅梁湾水体真溶解态磷含量显著高于贡湖湾水体,达贡湖湾的4倍．与澳大利亚的17个湖泊相比,太湖属胶体磷含量偏低的湖泊,但相对于海洋的研究结果,太湖胶体磷含量明显偏高．     

寡-中营养型水体偶发性蓝藻水华的驱动因素分析——以南京方便水库为例

寡-中营养型水体中,虽然营养盐水平偏低,但仍会偶发性出现较为严重的蓝藻水华现象,其具体机制仍有待深入探索研究.本研究以偶发水华水体方便水库为例,通过历史数据分析和调查研究,探讨了其水华蓝藻的优势类群,并分析了蓝藻水华形成的主要驱动因素.研究发现:方便水库优势的水华蓝藻为浮丝藻和长孢藻,这两种丝状蓝藻是发生偶发性蓝藻水华的潜在风险物种,其中浮丝藻的发生风险最高,风险时段为7-9月.方便水库多年来营养盐浓度呈现下降的趋势,其中总氮浓度的下降趋势快于总磷浓度,整体有利于蓝藻水华的防控,但是营养盐的波动,尤其是随着降雨导致的地表径流入库对水体总磷的脉冲式补充,降低了水体氮磷比,增加了水库偶发蓝藻水华的风险;在营养盐满足的条件下,水温、高锰酸盐指数和氧化还原电位是发生浮丝藻水华的主要驱动因素,氧化还原电位、水温和透明度是发生长孢藻水华的主要驱动因素.本研究结果有助于提升对偶发性蓝藻水华机制的认识和应急处置工作的精准性.     

太湖北部隐藻生物量时空动态

利用2005-2009年每月一次的监测资料,对太湖竺山湾、梅梁湾和贡湖湾理化因子和浮游植物,特别是隐藻生物量周年季节变化进行比较研究,探讨环境因子以及蓝藻变化对隐藻生物量的影响.结果显示,竺山湾内隐藻平均生物量(1.89 mg/L)高于梅梁湾(0.87 mg/L)、贡湖湾(0.43 mg/L).2008-2009年隐藻平均生物量(2.12 mg/L)高于2005-2007年平均生物量(0.28 mg/L).通过与环境冈子的时空差异比较分析,竺山湾内高营养盐浓度、高有机质浓度和高悬浮质浓度使得隐藻更具有竞争优势,而贡湖湾内浮游动物的摄食作用可能限制了隐藻生物量.同时,太湖隐藻与蓝藻的竞争演替趋势明显,春夏季高温和蓝藻的过度繁盛可能对隐藻的生长产生抑制作用.     

夏季短期调水对太湖贡湖湾湖区水质及藻类的影响

贡湖湾作为"引江济太"工程长江来水进入太湖的第一站,湖湾水体生态环境的变化是对调水工程净水效果的最好响应,因此本文针对贡湖湾一次夏季短期调水展开调查研究,分别取2013年7月24日(调水前)和2013年8月18日(短期调水后)两次监测水样的水体理化指标和浮游藻类群落数据进行了对比分析,并对浮游藻类群落与环境因子做了相关性分析.结果表明:受来水影响,短期调水后监测区水体的p H略有下降,溶解氧、浊度、硝态氮、总氮、总磷以及高锰酸盐指数等水体理化指标浓度均较调水前有所升高;其中受调水影响最为显著的区域为望虞河的入湖口区、湾心区.两次监测调水前后湖区水体优势藻种属未发生变化,仍以微囊藻为主,但蓝藻种属比例有所下降,绿藻和硅藻等种属比例则有所上升.望虞河入湖口区和贡湖湾湾心区的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数受调水的影响升高.同时,浮游藻类群落结构与受水水体理化参数的冗余分析结果表明,此次监测的短期调水后,太湖贡湖湾监测湖区水体p H、溶解氧、硝态氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数等环境因子与浮游藻类的群落分布呈显著相关,是影响受水水体中藻类群落的主要环境因子.     

广东省镇海水库拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)的季节动态及驱动因子分析

拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)是热带地区普遍存在的蓝藻种类,已在广东省很多水库成为优势种类甚至形成水华,作为一种新的有害水华类型,目前对其成因研究甚少.以广东省江门市镇海水库为研究对象,于2014年11月—2015年10月期间对其进行逐月采样,观测理化因子和浮游植物组成,测定拟柱孢藻的丝体长度,初步探讨该水库拟柱孢藻优势形成的原因.数据表明,拟柱孢藻是镇海水库的绝对优势种,常年生物量较高,介于5.9~15.5 mg/L之间,平均生物量为11.3 mg/L,占浮游植物总生物量的93.5%.从季节上看,拟柱孢藻生物量在2—6月相对较高,最高生物量出现在6月,10月和11月生物量最低.拟柱孢藻的丝体长度具有显著的季节变化,与水温呈极显著负相关.相关性分析表明拟柱孢藻生物量与总氮、总磷浓度呈显著正相关,与氮磷比呈显著负相关,而逐步回归分析表明拟柱孢藻生物量的变化主要由总磷浓度决定,推测该藻对磷的超强吸收和储存能力在其生物量季节变动中起重要作用.     

蓝藻水华暴发期间太湖贡湖湾某水厂水源水及出厂水中微囊藻毒素污染分析及健康风险评价

水体富营养化导致的有害蓝藻水华仍是目前全世界普遍面临的水环境问题,而有害蓝藻水华所引起的饮用水安全问题亦受到人们的广泛关注.为了解太湖水源地水源水及自来水厂出厂饮用水中微囊藻毒素(MCs)的污染现状,于2014年8月期间对贡湖湾某水厂水源水及出厂水中浮游植物胞内及胞外MCs浓度进行了调查,并同时检测了相关的理化指标.结果表明,水源水中胞内MCs总浓度平均值为7165.5 ng/L,以MC-LR和MC-RR为主,平均浓度分别为3408.7和3398.8 ng/L,其中MC-RR占总MCs比例的平均值为56.1%;而胞外溶解性MCs浓度相对较低,平均浓度为142.6 ng/L,最高浓度仅为512.8 ng/L.水厂出厂水中胞内MCs的检出浓度(平均值为0.77 ng/L)和检出频率都很低,去除率达99.8%以上;而胞外溶解性MCs的检出浓度(平均值为21.71 ng/L)和检出频率相对较高,但浓度仍远低于国家标准1.0μg/L,其去除率相对较低,仅为62.9%~81.8%.数据分析发现,水源水中胞内与胞外MCs浓度之间呈显著正相关,胞内MCs浓度与总氮(TN)浓度、铵态氮(NH+4-N)浓度、总磷(TP)浓度、高锰酸盐指数(CODMn)和浊度呈显著相关,而胞外MCs浓度与TN浓度、TP浓度、CODMn、浊度和叶绿素a浓度呈显著正相关;逐步回归结果显示,TP对胞内MCs浓度变化的解释率最高,而胞外MCs浓度变化主要与胞内MCs浓度相关.最终,通过对出厂饮用水中MCs浓度非致癌风险指数的计算发现,出厂饮用水对人类健康的威胁较小,但致癌风险相对较高.     

珠江三角洲湖库水体嗅味物质分布及其去除

采用固相微萃取-气质联用技术对珠江三角洲9个城市共48个湖库水体中的土臭素（GSM）、2-甲基异茨醇（MIB）和2,3,6-三氯苯甲醚（TCA）等5种嗅味物质进行检测,并探讨污水处理厂和自来水厂处理工艺中嗅味物质的浓度变化规律,同时研究强化混凝沉淀工艺对嗅味物质的去除效果.结果表明：珠江三角洲湖库水体中嗅味问题最严重的是广州、佛山、肇庆、东莞、惠州和深圳6个城市,各市湖库的嗅味物质平均浓度为70.93~116.61 ng/L;中山、珠海与江门3个城市的嗅味问题不明显,各市湖库的嗅味物质平均浓度为22.78~58.82 ng/L;珠江三角洲的湖库中浓度最高的嗅味物质是MIB、TCA和GSM,这3种嗅味物质占了嗅味物质总浓度的80.18%~100.00%;污水处理厂和自来水厂中的处理工艺对嗅味物质均有一定的去除效果,嗅味物质的去除主要发生在混凝沉淀阶段;污水处理厂对MIB、TCA和GSM的平均去除率分别为53.55%、57.40%和72.90%;自来水厂对MIB、TCA和GSM的平均去除率分别为64.14%、69.63%和36.86%;强化混凝沉淀实验中,当嗅味物质初始浓度为200 ng/L时,Al₂O₃投加量为13.75 mg/L可使得混凝沉淀工艺对嗅味物质的去除效果最佳且保证铝盐不超标,嗅味物质浓度增大时Al₂O₃投加量也需增大;反应体系的pH值处于5~8时,混凝沉淀工艺对嗅味物质的去除效果最佳;混凝搅拌速率越快,嗅味物质的去除率越高且越快达到稳定.     

2007-2019年太湖藻型和草型湖区叶绿素a变化特征及影响因子

基于太湖31个站点的逐月监测数据,分析了2007-2019年太湖藻型湖区和草型湖区的叶绿素a变化特征,并分析研究不同环境因子对不同类型湖区叶绿素a的影响.结果表明,近年来太湖不同类型湖区的总磷浓度和叶绿素a浓度变化基本一致,均呈波动上升趋势.不同类型湖区的总磷浓度拐点均为2015年,叶绿素a浓度拐点均为2016年.最低月平均水温、前冬积温、年平均水温、年均风速与藻型湖区和草型湖区叶绿素a浓度均呈显著相关.沉水植物分布面积与草型湖区叶绿素a浓度之间呈显著相关.湖西区年内和年度降雨剧烈变化,湖西区年降雨量与不同类型湖区当年叶绿素a浓度的关系不明显,5日极端降雨量与不同类型湖区下年度叶绿素a浓度均呈显著正相关.太湖蓝藻水华强度在短期内可能仍会处于较高水平,迫切需要高度重视高温时段太湖蓝藻打捞处置工作,保障饮用水安全;同时,要进一步加强湖西区强降雨期间的非点源污染防控措施研究,推动入湖污染通量稳步降低,并探索东西山之间及东茭咀附近水域沉水植物生态修复技术,降低风浪扰动作用,尽快恢复相关重要水域的沉水植物.     

2005-2017年北部太湖水体叶绿素a和营养盐变化及影响因素

利用国家生态观测网络太湖湖泊生态系统研究站对北部太湖14个监测点2005-2017年的营养盐和叶绿素a浓度逐月监测数据,分析了北部太湖2005年以来水体营养盐和叶绿素a变化特征,探讨了叶绿素变化的影响因素.结果表明,2015年以来,北部太湖水体叶绿素a浓度呈现显著增高特征,特别是5-7月的蓝藻水华灾害关键期,水体叶绿素a浓度增幅更加明显;营养盐方面,氮、磷对治理的响应完全不同：水体总氮、溶解性总氮、氨氮的降幅很明显,甚至在春末夏初的蓝藻生长旺盛期出现了供给不足的征兆;但水体总磷降幅却不明显,加之蓝藻水华的磷"泵吸作用",近3 a来水体总磷浓度反而有升高趋势,溶解性总磷浓度也无明显下降趋势.不同湖区的营养盐变化也不相同：西北湖区溶解性总氮、溶解性总磷浓度显著高于梅梁湾、贡湖湾和湖心区,而且后3个湖区的水质呈现均一化趋势.统计分析表明,北部太湖水体叶绿素a浓度与颗粒氮、颗粒磷、总磷、高锰酸盐指数均呈显著正相关,与溶解态氮呈负相关;5-7月水华关键期北部太湖水体叶绿素a浓度与上半年（1-6月）逐日水温积温、总降雨量、年平均水位均呈显著正相关关系.从研究结果可以看出,近年来北部太湖水体叶绿素a浓度的波动很大程度上受水文气象因子的影响;2007年以来太湖流域一系列生态修复工程的实施,虽然明显降低了湖泊氮浓度,但由于流域和湖体的氮磷本底较高,磷的缓冲能力大,致使水体营养盐水平仍未降到能显著抑制蓝藻生长的水平,年际之间的水文气象条件差异成为蓝藻水华暴发强度差异的主控因素.为此,仍需加大对太湖流域氮、磷负荷的削减,使湖体氮、磷浓度降低到能显著影响蓝藻生长的水平,才能摆脱水文气象条件对蓝藻水华情势的决定作用.     

阳宗海砷污染背景下浮游植物的时空分布特征及其驱动因子解析

人类活动导致的重金属污染是湖泊水体面临的主要环境压力之一.云南高原湖泊阳宗海于2008年暴发了砷污染事件且水体砷浓度目前仍然超过生活饮用水卫生标准,严重影响了水安全和生态系统健康.本研究于2015年4月-2016年2月每两月对阳宗海南、中、北部湖区进行采样调查及分析,共鉴定出浮游植物7门44属68种,绿藻门种数最多.蓝藻门占绝对优势,其中伪鱼腥藻（Pseudoanabaena sp.）、浮丝藻（Planktothrix sp.）、束丝藻（Aphanizomenon sp.）为全年的优势种,这与已有调查显示的阳宗海砷污染后浮游植物群落中蓝藻占优的基本特征一致.方差分析结果表明浮游植物生物量在时间尺度上呈现显著的变化特征,最大值出现在8月（14.06 mg/L）,最小值出现在12月（1.23 mg/L）,而空间差异不显著.Pearson相关分析显示,浮游植物总生物量与水温、pH呈显著正相关.而与砷、透明度、锰、钠、钾和总磷浓度呈显著负相关,冗余分析结果表明,水温、砷、钙、锰、钾共同解释了阳宗海浮游植物群落结构变化的57.18%.方差分解的结果进一步表明,水温、钙离子和砷三者作用共同解释了浮游植物群落结构变化的32.05%,其中水温和钙离子分别独立解释了群落变化的12.45%和8.28%,水体砷浓度仅独立解释了2.33%,但与水温共同作用解释了9.46%.因此,我们推测水温的季节性波动导致了湖泊水体热力分层的明显变化,其中水体混合作用的增强可能会促进底泥释放过程并增加表层水体的砷浓度,进而影响了浮游植物群落的季节性变化.研究结果有利于评价重金属污染对湖泊的长期生态效应,并为砷污染湖泊的环境修复提供重要的科学依据.     

太湖河蚬时空格局

2006年12月-2007年11月对太湖河蚬种群进行了周年逐月调查.河蚬在分布区的年均密度和生物量分别为265.7ind./m2和100.9g/m2,在夏、秋季均达到高值.根据壳长频数分布的周年变化,太湖河蚬一年一代,繁殖期主要在5-7月份.河蚬主要分布在贡湖湾、马迹山以南区域、西南湖区和小梅港沿岸区域.分析表明,太湖中河蚬的空间分布表现出明显的差异性,这种差异性受到多种因素的综合影响.在北部梅梁湾和竺山湾湖区湖泊中的低溶氧量是限制河蚬生长的最重要因素;在贡湖湾、马迹山以南湖区和西南部湖区,各种生境条件和底质性质适合河蚬的生长繁殖,其密度和生物量的最高值出现在贡湖湾的中心区域(820.0ind./m2,522.9g/m2);在东太湖湖区浮游植物密度较低,底质中有机质较少,食物来源是影响河蚬分布的较重要因素.     

太湖贡湖湾水生植被分布现状(2012年)

贡湖湾是无锡和苏州两市的重要水源地,随着近些年太湖水质的急速恶化,贡湖湾蓝藻暴发现象日益严重,危及饮水安全.为提供贡湖湾水资源管理的理论依据,于2012年开展贡湖湾水生植被野外调查.对8个断面进行为期5天的调查,结果表明:(1)共记录贡湖湾水生植物20科27属34种,单子叶植物和沉水植物分别为优势分类群和生态型;(2)贡湖湾水生植被分布区面积占总水域面积的45.35%,为典型半草型湖泊;(3)共有8种水生植物群落分布,其中马来眼子菜群落分布区面积和生物量最大;(4)贡湖湾水生植被总体表现出北部无水生植被分布,东部生物量高、群落及物种组成复杂,其他区域生物量小、群落组成单一的分布格局.水质恶化和插网捕鱼对贡湖湾水生植被分布现状存在影响,过度清淤可能是造成北部水域裸露的原因.结合贡湖湾水生植被分布现状分析结果,建议在贡湖湾水生植被管理中要开展北部裸水区植被修复,促进湾口区域马来眼子菜群落生长,加强对"引江济太"工程上游来水和贡湖湾水质的监测,并注重外来入侵植物尤其是水盾草群落的监测.     

太湖水体中胶体磷含量初探

室内静态模拟不同温度下太湖15个湖区柱状沉积物磷酸根释放,分析了相应表层沉积物形态磷,以及梅梁湾间隙水中相关离子Al(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)和PO43-含量的季节变化．研究表明,受陆源影响较大的泥区通常是太湖内源磷的稳定源;而在开敞度较大的湖区,由于表层沉积物胶体的物化吸附,使得温度对底泥磷释放的影响作用减弱,并易产生磷的“内汇”现象;在梅梁湾区成汇区,还加上春夏季藻类的局部超负荷需磷这一控制因素,从而使得太湖大部分泥区在一年中至少发生一次源-汇转换过程．化学热力学分析揭示,Al-P较之Fe-P和Ca-P更易在界面发生溶解可能是太湖表层沉积物Al-P与PO43-P释放速率呈显著相关(r=0．3858>r1-0．01,n=45)的内在原因．虽然沉积物中Fe-P有较高的释磷潜力,但浅水湖所营造的沉积物表层氧化层和广泛覆盖的无机胶体及粘土矿物的强吸附介质,可能是抑制沉积物中Fe-P释放成为优势的主要因素．估算太湖沉积物-水界面磷的净通量为899．4±573．6 t／a,约占太湖磷入湖量的1／4-1／2,其中成汇通量约为-91．2±42．4 t/a．     

贵州红枫湖近10年来(2009—2018年)水质变化及影响因素

为更好地研究贵州红枫湖的水质变化情况,本文利用贵阳市两湖一库环境保护监测站2009 2018年对红枫湖7个代表性监测点的营养盐、叶绿素a(Chl.a)浓度和水温、气温、透明度、降雨量等水文气象条件逐月监测数据,分析红枫湖10年间水体营养盐和Chl.a浓度以及部分水文气象条件的变化趋势.运用综合营养状态指数(TLI)对红枫湖营养状态进行评价,采用Pearson相关系数法统计分析10年内Chl.a浓度与总磷(TP)、总氮(TN)等水化学组成及水位、气温等水文气象条件的相关性.结果表明,2009—2018年红枫湖水体逐月TN浓度有较大波动(0.56～2.80 mg/L),春、夏季高于秋、冬季;水体逐月TP浓度为0.016～0.103 mg/L,夏季略高于冬季;逐月氨氮(NH3-N)浓度为0.007～0.71 mg/L,春季>冬季>秋季>夏季;水体逐月Chl.a浓度呈季节性波动(0.8～38.9 mg/m3),夏季>春季>秋季>冬季,年内先上升后下降.TP、NH3-N、Chl.a浓度整体呈下降趋势,10年间水质有很大改善.经计算红枫湖在这10年间处于中营养状...     

太湖高等水生植物稳定碳、氮同位素特征

高等水生植物的稳定碳、氮同位素能够反映其生理生态学信息.从太湖贡湖湾和梅梁湾采集高等水生植物,分析两湖湾高等水生植物的稳定碳、氮同位素值时空变化和种类差异.结果显示:水生植物的稳定碳、氮同位素值因时间、空间和种类而发生变化,总体上时间变化规律不明显,空间变化有一定规律性:梅梁湾中穗花狐尾藻、马来眼子菜、苦草、凤眼莲的δ~(15)N明显高于贡湖湾,挺水植物芦苇的δ~(15)N差异不显著,反映了梅梁湾较贡湖湾有较高的营养水平;贡湖湾中穗花狐尾藻、苦草的δ~(13)C显著高于梅梁湾,其它种类没有显著差异.从种类特征来看,贡湖湾和梅梁湾浮叶植物与挺水植物芦苇、凤眼莲、菱的δ~(13)C偏低,而微齿眼子菜、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、伊乐藻、穗花狐尾藻等沉水植物的δ~(13)C值较高,这与它们所处的环境和碳源有关.     

太湖典型区2010-2017年间水质变化趋势及异常分析

自2007年太湖蓝藻水华引起无锡供水危机后,在太湖流域及湖区开展了一系列综合治理措施以改善太湖水环境质量.本研究在太湖梅梁湾和贡湖湾各设置3个采样点,自2010年4月起每月2次监测太湖水质.结合水文气象数据及无锡市环境监测站和太湖局的同期数据,明确太湖自2010年以来,水质整体良好,总氮浓度在波动中呈现下降的趋势,总磷浓度在2014年前也是在波动中呈现下降的趋势,但在2015和2016年有所回升,回升比例约为15%~20%.2015和2016年总磷浓度出现回升的主要原因是这2年的2次大洪水过程携带大量N、P进入太湖湖区,洪水消退过程中,N大多以溶解态排泄出湖区,而P则由于大多数以颗粒态存在,逐渐沉积到湖泊中,随着微囊藻生长消耗水体溶解态P以及水体pH和溶解氧的变化逐渐释放到太湖水体中.     

合肥塘西河异味物质及异味影响因子研究

以合肥市塘西河为研究对象,2014-2015年逐月对其水体水质和异味物质进行监测,同时结合塘西河浮游植物群落结构调查,综合分析塘西河异味物质变化规律及其影响因素.研究发现,塘西河异味暴发集中发生在夏季,夏季二甲基异莰醇浓度可达4909 ng/L,土腥素浓度可达197 ng/L.浮游植物群落结构调查表明,秋、冬季塘西河优势种类为蓝藻,春、夏季为硅藻、绿藻或隐藻.主成分分析得到5种主成分分别解释了光照、有机质、微生物活动、氮、磷等对水质的影响.相关性分析结果表明,氮是塘西河异味的限制因素,水体中氮浓度较高是异味产生的重要原因.