太湖北部湖区水体中浮游细菌的动态变化

2003年1月-12月对太湖北部湖区8个采样点进行了每月1次、为期一年的水体中浮游细菌数量的测定,并同步对溶解性有机碳(DOC),总氮,总磷,叶绿素a和温度进行了测定,结果表明:浮游细菌数量存在明显的季前变化和空间差异,夏秋季浮游细菌数量比冬春季高,最高值出现在夏季的7月份,平均值为7．43×106cell／ml,最低值出现在3月份,平均值为3．14×106cells／ml,最低值与最高值差异达73％;污染严重的河口区浮游细菌数量明显高于湖心区,最高值出现在河口的6#点,平均值为5.51×106cells／ml,比湖心区最低值8#点高83．2％,并呈现从河口、湾内至湖心随水体污染程度减轻而逐步递减的趋势;浮游细菌数量与温度和浮游植物量显著相关．而与水体中营养盐无关,预示着太湖水体中的营养盐已处于较高的水平,不再是浮游细菌生长的限制因素,而来源于浮游植物的有机碳可能是其生长的重要碳源．     

长江中下游浅水湖泊沉积物再悬浮对水下光场的影响研究--以龙感湖和太湖为例

基于2003年7月在龙感湖、太湖梅梁湾以及2004年7月在太湖站栈桥的连续不同风浪条件下水下光场原位观测资料,分析风浪作用引起的沉积物再悬浮对PAR衰减,吸收系数及真光层深度的影响.结果表明,在龙感湖,小风浪、中风浪和大风浪的PAR衰减系数分别是1.74,2.02,2.45 m-1,400～700 nm光谱衰减系数变化范围分别为0.98～2.97,1.34～3.95,1.82～5.40 m-1;在太湖梅梁湾,小风浪、中风浪和大风浪PAR衰减系数分别是2.63,3.72,4.37 m-1,从小风浪到、中风浪、大风浪衰减系数分别增加了41％,66％;太湖站栈桥边PAR波段积分CDOM吸收系数在中风浪和大风浪的值分别为0.26,0.28 m-1,浮游植物吸收系数从中风浪到大风浪反而由0.76降低到0.49m-1,沉积物再悬浮引起非藻类颗粒物的吸收则由0.94增加到1.73 m-1,增加了84％,总悬浮物颗粒物吸收由1.70增加到2.22 m-1,增加了30.6％.非藻类颗粒物吸收对总吸收系数贡献最大,中风浪、大风浪下贡献率分别达44.14％,65.05％.龙感湖,梅梁湾,栈桥边3站点从中风浪到大风浪,PAR真光层深度分别降低0.40,0.19,0.20 m.透明度、PAR衰减系数、真光层深度与悬浮物浓度、风速、波高等均存在显著性线性相关,并且与悬浮物中无机颗粒物相关性最好,而与叶绿素a、脱镁叶绿素及溶解性有机碳相关性很低.由此可见,在龙感湖和太湖等长江中下游浅水湖泊,风浪扰动引起悬浮物浓度的增加尤其是无机颗粒物的增加是影响水下光场的主导因素.     

大型浅水湖泊沉积成岩模型不确定性与敏感性分析——以氮为例

随着太湖流域控源截污和面源整治的推行,底泥释放成为太湖不可忽视的污染源.本文基于EFDC模型构建太湖沉积成岩模型以动态模拟底泥释放过程,以氨氮和硝态氮为水质目标,采用拉丁超立方抽样抽取沉积成岩模型的18个参数进行不确定性分析,采用标准秩逐步回归法进行敏感性分析.结果表明:对于大型浅水湖泊,沉积物-水界面的硝化作用、反硝化作用和扩散过程对底泥氮的释放影响很大,太湖氮浓度的不确定性有明显的时空差异,并且受藻类生长影响;随藻类生长生化反应参数的敏感性逐渐减弱,动力参数的敏感性逐渐增强,氨氮的主要敏感参数为孔隙水扩散系数和最优硝化反应速率,贡献率分别是41.68%和37.82%,硝态氮的主要敏感参数为孔隙水扩散系数和表层反硝化作用反应速率,贡献率分别是29.15%和42.34%,这些参数的取值需予以着重考虑.本研究识别出太湖底泥氮释放的关键物化过程,为模型调参提供优先级并给出优化区间,对减小模型的不确定性、提高模型精度有参考意义,为定性指导大型浅水湖泊底泥释放的室内实验模拟提供依据.     

大型浅水湖泊沉积物内源营养盐释放模式及其估算方法--以太湖为例

在新的野外调查和室内试验基础上,完善了有关大型浅水湖泊沉积物内源营养盐释放的模式,并在此基础上提出了太湖内源释放的估算方法.通过在太湖开展室内释放模拟实验和风浪期间底泥悬浮及上覆水中营养盐浓度变化的野外观测,提出了静态与动态二种浅水湖泊内源释放模式.静态情况下,营养盐主要通过浓度梯度扩散从沉积物进入上覆水,其释放强度受控于沉积物～水界面的温度,氧化还原环境及营养盐浓度差;动态条件下,沉积物由于动力扰动而发生悬浮,沉积物中溶解性及颗粒态的营养盐随着沉积物的悬浮而释放.虽然动态情况下总的营养盐释放较静态条件下大,但由于湍流导致水体及水土界面充氧,铁,锰等金属元素因氧化而吸附溶解性营养盐(特别是活性磷SRP)的能力增强,所以动力扰动仅引起总的营养盐释放,而不一定导致溶解性营养盐的释放.因此,在动态条件下,营养盐总释放量受控于动力扰动强度,底泥可悬浮量及沉积物中的营养盐含量;对于可溶性的营养盐,特别是SRP,其释放还受控于动力复氧的强度,沉积物中铁的含量及沉积物间隙水与上覆水中营养盐的浓度差.在此基础上,分别估算了静态和动态二种情况下沉积物内源释放量.根据实验室模拟结果,静态条件下太湖全湖一年NH4+-N释放量达1万吨左右,PO43--p释放量达900t左右;结合太湖2001年的风场观测记录,把太湖野外风浪过程分为风平浪静,小风浪,大风浪三种情况,分别占全年总日数的12％,82％,6％.在"风平浪静"条件下,其释放量根据实验室的静态释放试验来估算,而"小风浪"和"大风浪"条件下,其释放量则根据室内水槽试验得到的释放通量来估算.结果显示太湖全年释放量为总氮8.1万吨,总磷为2.1万吨;分别为外源氮磷年输入量的2～6倍.     

太湖浮游细菌种群基因多样性及其季节变化规律

为认识湖泊中浮游细菌的多样性及其变化规律,本研究采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)的方法,研究了太湖梅梁湾和湖心区浮游细菌种群16S rRNA基因多样性以及种群基因组成的季节变化特征.研究结果表明,太湖浮游细菌种群具有丰富的基因多样性.浮游细菌的丰度、DGGE条带数、种群的Shannon-Wiener指数、Simpson 指数和Pielou指数均呈现显著的季节变化规律:夏季及秋季浮游细菌的丰度、基因多样性及种群的均匀度较高,而冬季和春季则较低.浮游细菌种群的基因组成随时间变化.梅梁湾浮游细菌的丰度显著高于湖心.梅梁湾与湖心浮游细菌主要建群种的基因型存在显著差异.     

大型浅水湖泊水体对流混合速率分析

湖泊水体的对流混合是最基本的物理过程,其能显著影响湖泊生态系统温室气体等循环,但浅水湖泊水体对流混合的研究鲜有报道.本研究基于太湖(面积2400 km2,平均水深1.9 m)中尺度通量网的原位、高频、连续和多点的观测数据,分析该大型浅水湖泊水体对流混合速率w*的时空特征.结果表明太湖水体w*的均值为2.49 mm/s,因太湖的风速、水温和辐射等物理参数无空间变化,w*也无明显的空间变化.但是研究表明w*呈现显著的昼夜变化和季节变化,且昼夜变化幅度强于季节变化.总体上夜间w*是白天的4倍多,冬季w*(均值1.79 mm/s)明显低于春季(均值2.42 mm/s)、夏季(均值2.91 mm/s)和秋季(均值2.82 mm/s).太湖w*主要受风速和能量收支影响,白天风速是主要驱动因子,夜晚能量收支是主要驱动因子.     

富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法——以太湖为例

本文建立了一种富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法.选取表征藻源性湖泛的代表性指标叶绿素a和溶解氧浓度作为预测变量,以天气预报中的风场为驱动力,求解浅水湖泊三维水动力水质耦合数值模型,计算未来3 d浅水湖泊叶绿素a和溶解氧浓度的时空分布,然后结合未来3 d的气象因子信息建立经验公式,计算湖泛易发水域发生湖泛的概率,并进一步确定湖泛发生位置和面积.以太湖为例,采用构建的方法于2013 2014年夏、秋季对太湖7段湖泛易发水域的湖泛发生概率及发生面积进行未来3 d的预测预报,预报正确率在80%以上.     

太湖水体和沉积物细菌群落分布格局及其驱动因素

水体和沉积物是湖泊生态系统中迥异但又紧密相连的两类生境,栖息在这两类生境中的细菌在维持生态系统平衡和驱动元素循环中起着关键性作用。为了探究湖泊水体和沉积物细菌群落的分布格局,本文对太湖四个湖区水体和沉积物中细菌群落进行调查,基于高通量测序技术和统计分析手段,分析这两类生境中的细菌群落组成和多样性水平、分布特征及其驱动因素。结果表明:放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)是水体细菌群落中最主要的细菌门,而沉积物中Proteobacteria占据优势地位。在两类生境中,太湖西部区域细菌群落丰富度和独特性(LCBD)相对较高,各区域群落结构表现出显著性差异。对水体而言,电导率、pH值、PC1(重金属组成)和沉积物孔隙度是驱动细菌丰富度的重要因子,PC1、水温及pH值是影响细菌群落LCBD的重要因子,而细菌网络复杂性随pH值的增加而增加,且在高pH环境中占主导地位;对沉积物而言,其丰富度和LCBD的重要影响因子均是沉积物中总磷和锂,细菌网络复杂性随金属元素施加的环境压力增大而降低,但随总磷、磷酸盐和铵态氮浓度的...     

洞庭湖和鄱阳湖水体细菌空间分布特征及驱动机制

为了探讨洞庭湖和鄱阳湖水体细菌的群落组成、空间分布特征及其驱动机制,于2017年9月,采用高通量测序技术、基于16S rRNA分子标记进行单分子测序,分别对两湖共57个位点的水体细菌群落组成进行了研究,同步监测了水体的理化指标。结果表明：洞庭湖和鄱阳湖共发现水体细菌20门42纲93目191科533属,在门水平上,洞庭湖和鄱阳湖的水体细菌组成均以放线菌门、蓝细菌门和变形菌门为主;主成分分析结果表明,两湖水环境条件有显著性差异,鄱阳湖的空间差异性大于洞庭湖;Mantel分析表明显著影响蓝细菌类群和其他类群组成的因素较为一致,在洞庭湖以物理环境因子和营养盐因子为主,而鄱阳湖以物理环境因子为主;零模型分析结果显示随机性过程为两湖水体细菌的群落构建机制的主要成分,占比分别为58.8%和79.7%。总体来说,鄱阳湖水环境空间异质性更高,水体细菌受到一些水文水动力学因子介导的物理环境因子影响,且其群落构建机制由随机性过程主导;洞庭湖水环境空间异质性较低,水体细菌受到物理环境因子和营养盐因子的共同影响,其群落构建机制由随机性过程和确定性过程共同决定。认识两湖水体细菌在空间上的分布及影响因素差异,对两湖...     

浅水湖泊内源磷负荷季节变化的生物驱动机制

由于磷是重要的生源要素,过量的磷促进浮游植物(包括有毒蓝藻)的生长而使水质恶化,水-泥界面的磷交换机制受到广泛关注.一般认为沉积物的磷释放模式在浅水湖泊和深水湖泊之间有很大的差异.在探讨沉积物中磷释放机制时,人们一直最关注的要素为铁和氧及其相关的环境因子(如扰动、分解),但是浅水湖泊中磷含量变化的大部分结果仍然无法解释.通过对欧洲温带浅水湖泊和亚热带气候的长江中下游浅水湖泊中有关沉积物磷释放模式的野外和实验研究结果的分析,认为在浅水湖泊内源磷负荷季节变动模式的驱动因子中,pH可能比溶氧更为重要,即浮游藻类的光合作用增强时导致水体pH值的上升,这又可改变沉积物表面的pH,从而促进沉积物中磷(特别是铁磷)的释放并基于藻类水华对沉积物中磷的泵吸作用,首次提出了浅水湖泊中内源磷负荷的季节波动与营养水平密切相关主要是由于藻类光合作用驱动的新的观点.此外,浅水湖泊中藻类水华对沉积物磷的选择性泵吸作用,一方面圆满地解释了为何在超富营养的武汉东湖通过非经典的生物操纵于20世纪80年代中期消除了东湖的蓝藻水华后水柱中总磷和活性磷含量均显著下降,另一方面也解释了为何在许多欧洲湖泊的群落季节演替过程中出现的春季浮游植物较少的清水期或通过经典的生物操纵降低浮游植物的现存量均可显著地降低湖水中的磷含量.相对于深水湖泊来说,浅水湖泊生态系统结构的改变引发的浮游植物的兴衰,能对水-泥界面磷的交换能产生更显著的影响.也就是说,生物的生命活动同样可以驱动沉积物中营养盐的释放,而且在浮游植物丰富的富营养化浅水湖泊中,这种静态释放作用更为明显.     

特大洪水对浅水湖泊磷的影响:以2016年太湖为例

2016年太湖发生特大洪水,水位达到历史第二,入湖水量比平均年多60.8亿m3而从2016年开始太湖磷指标改变了2010年以来平缓下降的趋势出现回升,也就是出现所谓"磷反弹"的问题为了研究磷反弹和特大洪水之间的关系,本研究从2016年入湖水量、水质、磷通量、水中磷存量以及磷在太湖中的迁移过程出发,对大洪水前后太湖磷的变化进行分析结果表明:洪水期间入湖河道带来大量的磷是引起磷反弹的主要原因由于洪水的影响,2016年磷净入湖通量比往年平均水平多出579.2 t,约达到1683.0 t其中,两次洪水贡献极大,约占全年水平的50%(6 7月和10月的洪水分别带入580.5和268.2 t磷)磷反弹的另一个原因在于太湖存在较高的磷滞留率,磷在入湖后很难经由出湖河道排出从入湖后磷的归趋上看,洪水过程中高磷浓度水块尽管存在由太湖西北部向东、南部迁移的过程,但途中水体磷浓度出现显著降低(即滞留现象),导致高磷浓度水块未能到达出湖排泄区(太浦港、望虞河等)全年净入湖磷通量中仅有小部分(205.3 t)直接引起水体磷浓度上升,而其余的大部分则滞留于底泥之中,明显高于往年水平2016年滞留在太湖内的磷很可能...     

Effect of sediment resuspension on underwater light field in shallow lakes in the middle and lower reaches of the Yangtze River: A case study in Longgan Lake and Taihu Lake

Based on three continuous in situ underwater light field measurement under different wind waves conditions in Longgan Lake, Meiliang Bay of Taihu Lake in July 2003 and littoral zone near TLLER in July 2004, respectively, the effects of sediment resuspension caused by wind waves on PAR diffuse attenuation, absorption coefficients and euphotic depths are analyzed. In Longgan Lake, PAR diffuse attenuation coefficients during small, middle and large wind waves were 1.74, 2.02 and 2.45 m-1, respectively, and the corresponding PAR spectral diffuse attenuations ranged from 0.98 to 2.97, 1.34 to 3.95 and 1.80 to 5.40 m-1, respectively. In Meiliang Bay, PAR diffuse attenuation coefficients were 2.63, 3.72, 4.37 m-1 during small, middle and large wind waves. PAR diffuse attenuation coefficients increased by 41% and 66% from small to middle, large wind waves, respectively. Absorption coefficients integrated over the range of PAR of CDOM, phytoplankton were 0.26, 0.28 m-1; 0.76, 0.49 m-1, respectively during middle and large wind waves. Absorption coefficients integrated over the range of PAR of non-algal particulate matter and total suspended particulate matter increased from 0.94 to 1.73 m-1, and from 1.70 to 2.22 m-1, respectively during middle and large wind waves. Relative contributions of absorption coefficients of non-algal particulate matter to total absorption coefficient integrated over the range of PAR were 44.14%, 65.05%, respectively, during middle and large wind waves. PAR euphotic depths decreased by 0.40, 0.19, 0.20 m from middle to large wind waves in Longganhu Lake, Meliang Bay and littoral zone near TLLER. Significant correlations were found between transparency, PAR diffuse attenuation coefficients, euphotic depths and total suspended paniculate matter, wind velocity, wave height. Most significant correlations were found between transparency, PAR diffuse attenuation coefficients, euphotic depths and inorganic suspended paniculate matter but low correlations for chlorophyll a, dissolved organic carbon. Increase of total suspended paniculate matter, especially inorganic suspended paniculate matter caused by wind waves was the dominant factor affecting underwater light field in shallow lakes in the middle and lower reaches of the Yangtze River based on observations at three stations.     

太湖贡湖湾虾类种类组成与时空分布特征

分别于2005年4月、7月、10月利用蹦网对贡湖湾虾类种类组成和时空分布进行调查.共采集到虾类9605尾,属于2科3属5种,分别是秀丽白虾(Exopalaemon modestus)、日本沼虾(Macrobrachium nipponense)、锯齿新米虾中华亚种(Neocaridina denticulata sin...     

用稳定同位素方法估算大型浅水湖泊蒸发量——以太湖为例

湖泊蒸发量的准确估算对于水文学、气象学和湖泊学等研究有重要的意义.基于2013-2015年太湖水量收支资料、气象观测数据和稳定同位素观测资料,采用稳定同位素质量守恒模型、水量平衡法和Priestley-Taylor模型估算太湖蒸发量,分析太湖蒸发量的季节变化和年际变化特征,并以Priestley-Taylor模型结果为参考值,评价水量平衡法和同位素质量守恒方程的计算精度.结果表明:5-9月太湖蒸发量较高,冬季最低.2013-2015年太湖年总蒸发量分别为1069、894和935 mm,蒸发量的年际变化受到天气条件的影响.2013年12月2014年11月期间,用Priestley-Taylor模型计算的湖泊蒸发量为885 mm;同位素质量守恒模型的估算结果较一致,为893 mm;而水量平衡方程的估算结果明显偏高,为1247 mm.     

浅水湖泊湖沼学与太湖富营养化控制研究

自2007年无锡暴发饮用水危机事件以来,太湖经历了前所未有的高强度、大规模治理,各种治理措施累计投资已经超过千亿元.监测显示,在治理初期太湖的氮、磷浓度下降明显,水质有所好转,但最近几年关键水质指标总磷与浮游植物叶绿素α浓度出现了波动,蓝藻水华有所反弹.研究表明,太湖的外源负荷并没有减少,这与城镇用水量增加、污水排放标准偏低、面源污染削减不足有很大的关系;同时,内源负荷也因为蓝藻水华的持续而加重,浅水湖泊水深浅、扰动强的特点强化了磷的循环利用效率,加剧了内源负荷对湖泊富营养化和蓝藻水华的影响.气候变暖叠加营养盐富集的复合效应、流域风速下降以及暴雨事件频次和强度增加等气象水文条件变化,都促进了太湖蓝藻水华的暴发;蓝藻水华的时空分布特征则受湖泊水动力的决定性影响.太湖治理的曲折过程,凸显了大型浅水湖泊湖沼学研究的不断深入与发展,未来需要继续加强多学科交叉研究,特别是基于湖泊-流域系统的气象水文、生物地球化学和生物生态学的学科交叉.对于太湖生态环境的综合治理和管理,既要注重湖泊与流域相结合,更需要重视自然科学和人文科学的有机融合,才能真正达到控制太湖富营养化、维护流域水环境安全与社会经济可持...     

近三十年保安湖大型底栖动物群落结构演变及其构建机制

保安湖是江汉湖群的一个典型浅水湖泊。近几十年来,随着经济的快速发展,保安湖面临多重人类压力影响,富营养化问题日趋严重。历史上曾开展过数次的保安湖底栖动物调查,但有关群落结构的长期变化及其驱动机制改变的认知仍为空白。本研究基于30余年（1986 2019）的多次调查数据,探索保安湖底栖动物的群落演变规律及其群落构建机制。研究共记录保安湖底栖动物5门10纲25目49科110属170种（历史记录154种,现场调查51种）。总物种数由1992年的107种降为2019年的51种;平均密度由1992年的433 ind．/m2增加到2019年的2177.6 ind．/m2;平均生物量由2001年的160.6 g/m2降低为2019年的26.7 g/m2。优势种在1987年有寡毛类、水生昆虫和软体动物多个类群,其后逐步演变为现阶段少数几种耐污的寡毛类和摇蚊类,如霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）、中国长足摇蚊（Tanypus chinensis）、红裸须摇蚊（Propsilocerus akamusi）等,而多年生大型软体动物衰退明显。PERMANOVA和SIMPER分析结...