太湖蓝藻水华灾害灾情评估方法初探

通过对太湖蓝藻水华灾害影响分析,探讨了太湖蓝藻水华灾害灾情评估指标的选取和评价标准的划分,并采用模糊评价模型构建太湖蓝藻水华灾害灾情综合评估方法.评价指标分为影响人口、影响范围、生态环境影响和经济损失四个方面,其中影响人口指标为受灾人口,影响范围指标包括蓝藻水华面积发生百分比和影响时间,生态环境影响指标包括藻细胞浓度、...     

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...     

卫星遥感解译湖泊蓝藻水华的几个关键问题探讨

蓝藻水华是全球性的水环境健康问题,对水华暴发过程信息的快速准确获取是制定有效防治措施的关键.卫星遥感因具有大范围、周期性观测的特点,被广泛地用于湖泊蓝藻水华的时空动态监测.本文指出在利用遥感对湖泊蓝藻水华进行研究时,需要注意的4个问题:(1)湖泊水体中泥沙等信号对藻华存在干扰;(2)大气程辐射及水陆边界影响藻华特征提取...     

太湖蓝藻水华的年度情势预测方法探讨

在太湖、巢湖、滇池、洱海、三峡水库等我国重要湖泊和水库,蓝藻水华时常发生但年际之间藻情往往有较大差异,给蓝藻水华的防控物资及人员投入、湖库水源地水质安全保障带来较大的挑战,亟待探索周年尺度的蓝藻水华强度预测方法.本文收集了太湖连续15年的蓝藻水华情势观测数据和同步的气象、水文数据用于构建蓝藻水华预测模型,提出了利用遥感反演的蓝藻水华面积(A_BL)及人工观测的水体浮游植物叶绿素α浓度([Chl.a]_LB)共同表征的蓝藻水华强度指标(BI).分析了太湖年尺度的BI值与环境条件的关系,提出了基于年初能够掌握的气象、水文、营养盐等综合环境指标进行年度BI预测的统计模型.结果表明,太湖年度BI值与冬季及初春(12-3月)日均水温(WT_12-3)、冬春季有效积温(AT_12-3)、前一年降雨总量(RF_YB)等环境因子呈显著正相关,与冬季及初春的水体总氮(TN_12-3)、溶解性总氮(DTN_12-3)、总磷(TP_12-3)及溶解性...     

基于FAI方法的洱海蓝藻水华遥感监测

利用1999 2014年Landsat卫星遥感影像数据,采用浮游藻类指数(FAI)方法识别、提取洱海蓝藻水华信息,进而获取蓝藻水华时空分布数据,为进一步分析洱海蓝藻水华发生规律及监测预警提供参考.结果表明:1999 2014年洱海夏、秋季多次发生蓝藻水华,以小型水华为主(水华面积在10 km~2以内),大型水华现象主要发生在2003、2006、2013年,其中2006年水华面积最大,达到42 km~2.除近岸湖湾区域容易产生蓝藻堆积外,洱海蓝藻大型水华主要发生在洱海北部和中部区域,南部发生频次较少.近岸区域蓝藻堆积从春季开始,中心水域水华发生在夏末和秋季(8 11月),其中大型水华集中发生在10月左右.     

大型浅水湖泊--巢湖内源磷负荷的时空变化特征及形成机制

通过对大型浅水富营养化湖泊--巢湖湖水、间隙水以及沉积物中磷形态及吸附行为时空变化的研究发现,富营养化较为严重的巢湖西区湖水、间隙水中的正磷酸盐(orthophosphate,Ortho-P)、总磷(total phosphorus,TP)显著高于东湖区,这与西湖区有大量的营养物质通过入湖河道输入有密切关系;此外水柱中颗粒态磷(particulate phosphorus,PP)亦有同样的空间分布规律,且PP的含量与微囊藻的生物量呈显著正相关关系,表明微囊藻在吸收与储藏磷方面比其它藻类更具优势.夏季浮游藻类爆发性增长引起湖水pH的升高以及对磷的大量需求是促使沉积物中的磷(特别是Fe-P)向间隙水中释放的关键因子.沉积物TP、磷形态及吸附行为的空间变化及统计分析的结果表明,沉积物中磷含量的空间异质性与人类活动、土壤地球化学背景及矿物组成等的差异有密切关系.此外,即使沉积物磷含量相同,Fe-P含量的增加将会带来更高的磷释放风险.     

太湖蓝藻水样中藻蓝蛋白提取方法比较

以2011年8月20日采集的太湖梅梁湾的夏季蓝藻水华为研究对象,通过12个样点平行样的藻蓝蛋白实验提取,基于光谱吸收特征和浓度值,对反复冻融法、超声波法、溶胀法、丙酮法的提取效果进行比较评价.结果表明:4种方法获取的藻蓝蛋白提取液在620 nm附近出现吸收峰,其中,反复冻融法的峰高最强,超声波法最弱,说明反复冻融法的提取效果优于其他方法;反复冻融法、超声波法、溶胀法获取的部分蓝蛋白提取液在670 nm附近具有次吸收峰,与藻蓝蛋白标样的吸收曲线存在差异;反复冻融法、超声波法提取的藻蓝蛋白浓度值变异系数小于0.6,表明这两种方法较其他方法稳定;反复冻融法提取的藻蓝蛋白浓度值高于其他3种方法,可推荐作为太湖蓝藻水样中藻蓝蛋白的提取方法.     

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.     

基于高分六号数据提取太湖蓝藻方法的对比及适用性分析

以往对太湖蓝藻提取的研究中,较少将国内高分系列卫星影像作为数据源.为此本文基于2019年太湖不同蓝藻暴发时期的高分六号数据,采用随机森林(random forest, RF)法、归一化植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)阈值法和多光谱绿潮指数(multispectral green tide index,MGTI)阈值法对太湖蓝藻进行提取以寻求提取太湖蓝藻的最佳方法,并在此基础之上探讨了RF不同输入变量的适用性.结果表明,2019年太湖南岸和梅梁湖的蓝藻水华富营养化较为严重,NDVI阈值法明显将部分轻度蓝藻漏提,MGTI阈值法对中、重度蓝藻的识别能力不如NDVI法,而RF法能够有效地提取太湖蓝藻.其中将归一化植被指数和归一化水体指数作为输入变量的RF法提取中型暴发期的太湖蓝藻精度最高,总体分类精度和Kappa系数分别为99%和0.97.研究太湖蓝藻的提取方法对太湖的环境治理提供了技术支持,也为其他湖泊蓝藻的遥感监测提供了科学依据.     

地震预警震级计算方法研究综述

地震预警系统是减轻地震灾害的有效手段之一,世界上多个国家和地区都已经建立了地震预警系统,并在实际应用中取得了显著的减灾实效.由于地震预警系统应用中的高度时效性要求,预警震级计算是整个地震预警系统中最重要也是最困难的一部分.本文回顾总结了地震预警研究中采用的一些震级计算方法,并将其归纳为三大类算法:与初始周期相关的算法、与初始幅值相关的算法和与初始强度相关的算法.对每种算法都做了详尽介绍和仔细分析,同时列举出与该算法相关的研究成果.通过对这些算法的分析总结并结合我国地震观测台网的实际情况,作者推荐τc、Pd两种方法作为我国地震预警系统建设中优先采用的两种预警震级算法.     

蓝藻水华暴发和衰亡对太湖有色可溶性有机物的影响

利用平行因子分析(PARAFAC)技术对藻华暴发季节太湖梅梁湾和开敞区水样中有色可溶性有机物(CDOM)的三维荧光光谱进行分析,获得代表类酪氨酸、类色氨酸和类腐殖酸等3种荧光组分,这3个组分的荧光得分值均与叶绿素a浓度呈极显著正相关,其中类腐殖酸物质荧光得分值占总分值的比例也与叶绿素a浓度极显著正相关,由此可以推测,蓝藻水华可能是太湖CDOM的一个重要来源,并极大地影响了湖泊CDOM的组成结构.为进一步探索蓝藻水华对湖泊CDOM的影响,于太湖梅梁湾湖岸进行藻华暴发和衰亡模拟试验.PARAFAC结果显示,模拟试验水样CDOM的三维荧光图谱同样含有3个组分,其中类酪氨酸和类色氨酸荧光峰位置与湖泊水样基本相同,而类腐殖酸物质荧光峰则有一定程度的蓝移,表明培养试验中有新的内源类腐殖酸物质产生.利用PARAFAC模型中的得分值计算后发现,初始叶绿素a浓度越高,类腐殖酸物质所占比例越大,而实验结束时添加了高浓度和中等浓度藻的2个处理中类腐殖酸物质对荧光的贡献率也有显著提高.因此,藻华的长期暴发可以显著改变湖泊CDOM的组成,导致类腐殖酸物质比例提高.     

蓝藻水华暴发过程中的浮力调节机制

随着工业和经济的发展,水体富营养化以及由此导致的蓝藻水华现象频发,严重影响水生态安全及健康。蓝藻水华形成过程包括休眠、复苏、生物量增加以及上浮聚集形成肉眼可见的水华4个阶段。蓝藻自身的生长机制是引发水华的重要原因,其中浮力调节机制是其重要的生存策略之一,在春季复苏、夏季大量增长及最终上浮至水体表面形成水华阶段均具有重要作用。了解蓝藻浮力调节机制及其在水华过程中的作用对于了解蓝藻生长特性及水华形成机理具有重要意义。气囊及细胞镇重物是常见的浮力调节机制。除此以外,新的研究发现光照条件下单细胞蓝藻产生的大量氧气泡可促使蓝藻上浮至水面形成水华。同时,野外蓝藻常以群体状态存在,群体内部形成的细胞间隙及光照条件下产生的大量氧气是促使蓝藻上浮至水体表面的另一重要原因。野外蓝藻群体在其内部形成微环境,其理化性质可随外界环境的改变发生快速变化,群体内外微环境相互作用,共同影响群体内部细胞间隙中溶氧浓度及浮力。了解蓝藻浮力调节机制及群体内部微环境理化性质对深入了解蓝藻的生长特性及从微观层面分析水华形成机理具有重要意义。本文综述了水华暴发过程中蓝藻的主要浮力调节机制,以期为从微观层面探明蓝藻水华暴发机理提供...     

Hydrological management strategies for the control of algal blooms in regulated lowland rivers

Reservoirs of lowland floodplain rivers with eutrophic backgrounds cause variations in the hydrological and hydraulic conditions of estuaries and low-dam reservoir areas, which can promote planktonic algae to proliferate and algal bloom outbreaks. Understanding the ecological effects of variations in hydrological and hydraulic processes in lowland rivers is important for algal bloom control. In this study, the middle and lower reaches of the Han River, China, a typical regulated lowland river with a eutrophic background, are selected. Based on the effect of hydrological and hydraulic variability on algal blooms, a hydrological management strategy for river algal bloom control is proposed. The results showed that (a) differences in river morphology and background nutrient levels cause significant differences in the critical threshold flow velocities for algal bloom outbreaks between natural river and low-dam reservoir sections; there is no uniform threshold flow velocity for algal bloom control. (b) There are significant differences in the river hydrological/hydraulic conditions between years with and without algal blooms. The average river flow, water level and velocity in years with algal blooms are significantly lower than those in years without algal blooms. (c) For different river sections where algal blooms occur and to meet the threshold flow velocities, the joint operation of cascade reservoirs and diversion projects is an effective method to prevent and control algal blooms in regulated lowland rivers. This study is expected to deepen our understanding of the ecological significance of special hydrological processes and guide algal bloom management in regulated lowland rivers.     

基于通径分析法的太湖蓝藻水华定量气象评估模型

利用2005-2017年太湖周边区域气象观测资料和基于遥感解译的蓝藻水华信息,基于信息量权数法构建太湖蓝藻水华影响程度指数（简称为蓝藻指数）,应用通径分析法,分析年平均气温（T_y）、1-3月平均气温（T_1-3）、年降水量（R_y）、6-7月降水量（R_6-7）和年高温日数（D_Tmax）5个气象因子对蓝藻水华影响的直接效应和间接效应,在此基础上构建太湖蓝藻水华气象评估模型.结果表明,2007年蓝藻指数值最大,为0.759,2017年其次,为0.709,2009年最小,仅为0.113,蓝藻指数与实际情况基本相符;直接通径系数中T_y和T_1-3为正值,其余为负值,表明T_y和T_1-3对蓝藻水华的发生发展具有正效应,而R_y、R_6-7和D_Tmax具有负效应,总通径系数绝对值排序为：T_y > T_1-3 > R_y > R_6-7 > D_Tmax,由此可以反映各气象因子对蓝藻水华影响程度的权重.根据模型计算的综合气象指数与蓝藻指数之间的相关系数达0.826,通过0.01显著性检验,根据百分位法将蓝藻指数和气象指数进行等级划分,分类总精度为84.6%,其中中度以上达90.9%,表明模型能够较好地反映综合气象因子与蓝藻水华发生发展程度的关系,在水体富营养化程度没有明显改善的情况下,可用于太湖蓝藻水华定量气象评估.上述研究结果有助于更好地理解环境因子、尤其是气象因子在蓝藻生长和水华形成机制中所起的作用,从而为太湖蓝藻水华的监测、预测预警和精细化防控提供理论依据.     

蓝藻碎屑堆积对湖泊沉积物矿化特征的影响

蓝藻水华暴发形成的大量有机碎屑,沉降到沉积物表面,影响沉积物有机质矿化,进而影响碳氮磷循环.本实验选择于桥水库湖心区作为沉积物采样点,通过设置不同密度藻屑添加组(×1倍组和×20倍组)及空白对照组,研究藻屑堆积对沉积物矿化特征的影响及其环境效应,为蓝藻水华影响下的饮用水环境修复和科学管理提供一定的理论依据.结果表明:(1)藻屑添加降低了上覆水pH值,改变了沉积物生物酶活性.藻屑添加密度越大,上覆水pH值越低、波动越大,反映了培养过程异养微生物活性的变化.×1倍组的转化酶活性较高;×20倍组蛋白酶活性和碱性磷酸酶活性较高.(2)藻屑添加对沉积物的矿化途径和沉积物产物的释放速率产生了显著影响.藻屑添加密度越大,有机质矿化速率越大.其中,×1倍组主要增强好氧矿化,释放CO₂;×20倍组主要增强厌氧产甲烷矿化,释放CH₄.(3)不同密度的藻屑添加组,其氮磷扩散、释放通量存在明显差别.×1倍组以沉积物吸附为主,其上覆水NH₄⁺和PO₄^3-平均释放速率与对照组差异较小...     

Influence of nitrate and dissolved organic carbon loading on the interaction of Microcystis aeruginosa and heterotrophic bacteria from hyper-eutrophic lake (Taihu Lake,China)

To investigate the interaction between cyanobacteria and heterotrophic bacteria under gradients of glucose and nitrate, a cyanobacterial strain of Microcystis aeruginosa was grown in microcosms with and without a freshwater bacterial mixture, which was collected from Lake Taihu. Concentrations of glucose (1350, 975, 600, 300, 150, and 37.5 μmol C L⁻¹) and nitrate (150, 300, and 9000 μmol N L⁻¹) were used in a range of combinations giving 9 different treatments of glucose:nitrate. In the microcosm without the bacterial mixture, M. aeruginosa abundance gradually increased with days in all treatments. However, M. aeruginosa had much lower density in some treatments with the bacterial mixture. The difference in M. aeruginosa growth could be explained by competition with bacteria in the cultures in which these were added. The abundance of M. aeruginosa and bacteria when grown together was nearly equal and the number of the bacterial species was highest in the treatment with 300 μmol C L⁻¹ and 150 μmol N L⁻¹. Our results suggest that at this glucose:nitrate ratio M. aeruginosa and the bacterial mixture maintain a balance, and bacteria maintain diversity. In conclusion, we propose that dissolved organic carbon and nitrate availability fundamentally affects the structure as well as stoichiometry of pelagic associations.     

太湖蓝藻水华暴发的氮磷控制阈值分析

藻类生长与营养盐浓度存在藻类几何级数增长的营养盐浓度变化的下限阈值和藻类生长不受氮磷浓度增加影响的上限阈值,但由于蓝藻水华的形成受多种因素的综合影响,不同湖泊、不同区域及不同时段的氮磷浓度对蓝藻水华的影响差别较大,使得蓝藻生长的氮磷控制阈值难以确定.针对控制蓝藻水华暴发的氮磷阈值的研究虽然有所开展,但多集中在实验室研究阶段或对经验值的判断,虽然也有基于野外实测数据的研究,但也限制于某一特定区域,而基于野外长序列实测数据并且覆盖整个湖泊的氮磷阈值研究则是空白.太湖作为具有较高营养背景的富营养化浅水湖泊,蓝藻水华的发生受氮磷影响较大.对太湖总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chl.a)浓度的时空变化分析发现,太湖西北湖区的TP、TN与Chl.a浓度明显较高,并且TP、TN与Chl.a均呈显著性正相关.为探究太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值,以轻富营养化等级下的Chl.a分级标准(10,26］作为表征水华暴发的条件,采用郑丙辉等的频率分布法,确定了太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值分别为0.05~0.06和1.71~1.72 mg/L;通过空间验证,太湖藻型区TP和TN浓度远高于同级营养水平下全湖区TP和TN控制阈值,表明藻型区高氮磷水平为蓝藻水华发生提供充足营养盐条件,即使氮磷全湖平均浓度控制在蓝藻水华暴发的氮磷阈值水平之下,但在气象水文等因素适宜条件下,藻型区水华发生风险仍然较高;并且在高氮磷背景下,即便在水华发生风险低的季节,水华发生风险仍然较大.近十几年来,虽然太湖经历了大规模的高强度治理,但由于环太湖流域的湖西区入湖负荷占比大,导致太湖藻型区氮磷浓度仍处于高位运行状态,为蓝藻水华的暴发提供了充足的营养盐基础,因此,湖西区的控源减排仍然是太湖富营养化及蓝藻水华防控的重点.     

太湖蓝藻水华暴发机制与控制对策

湖泊蓝藻水华暴发由于引发水生态系统的灾害和饮用水安全风险而成为国内外研究的热点之一.太湖蓝藻水华暴发原因多样,其中蓝藻自身的特性是水华暴发的内因,太湖的地理、水文和气象特征为蓝藻水华暴发提供了合适的温度和水动力条件,是蓝藻水华暴发的外因,湖泊草-藻型生态系统的转变以及氮、磷营养盐的高负荷输入更利于蓝藻生长,湖泊氮、磷营养盐四重循环是蓝藻水华不断暴发的维持机制,蓝藻水华暴发与氮、磷营养盐浓度之间存在交互作用关系.太湖蓝藻水华的控制应以陆源控源截污为基础,增加湖泊营养盐输出为重点,实现疏堵有机结合,其中恢复水生植被,重建草-藻结合型水生态系统是太湖湖泊生态修复的关键所在.     

BASIC: Baltic Sea cyanobacteria. An investigation of the structure and dynamics of water blooms of cyanobacteria in the Baltic Sea—responses to a changing environment

The blooms of cyanobacteria that develop each summer in the Baltic Sea are composed of two functional groups, namely the small-sized picocyanobacteria (Synechococcus sp.) and the larger, colony-forming, filamentous N₂-fixing cyanobacteria. The former encompassed both red (phycoerythrin-rich) and blue-green (phycocyanin-rich) species. The majority of the picocyanobacteria measured less than 1 μm and this size fraction comprised as much as 80% of the total cyanobacterial biomass and contributed as much as 50% of the total primary production of a cyanobacterial bloom. The picocyanobacteria are incapable of fixing N₂, do not possess gas vesicles and are not toxic. However, a small filamentous Pseudanabaena sp. that could potentially fix N₂ was isolated from the picocyanobacteria fraction. The larger cyanobacteria may form surface scums because they possess gas vesicles that make them buoyant. Although their biomass was less than the picocyanobacteria, they therefore form the more conspicuous and nuisance-forming part of the bloom. The larger cyanobacteria were composed mainly of three different species: Nodularia spumigena, Aphanizomenon flos-aquae and Anabaena sp. These all belong to the heterocystous, N₂-fixing cyanobacteria. N. spumigena and A. flos-aquae were the dominant species; only N. spumigena was toxic. Although individual Nodularia filaments showed a range of different phenotypes, they all belong to one species as judged from 16S rDNA sequencing. Through determination of the genotypes of many individual Nodularia filaments, it was shown that this population was not clonal and that horizontal exchange of genetic information occurs. N. spumigena and A. flos-aquae were different with respect to their photosynthetic and N₂-fixing potentials. Depending on prevailing environmental conditions, these differences would promote the proliferation of one species over the other and hence would determine overall the toxicity of a bloom. Daily integrals of photon irradiance rather than temperature determined the onset of bloom formation. During a bloom, the diazotrophic cyanobacteria fixed N₂ at a rate that was 10–20% in excess of their own demand for N. Picocyanobacteria assimilated most of this excess N as shown by ¹⁵N incorporation. During bloom conditions, the diazotrophic cyanobacteria met about 50% of the N demand of the total cyanobacterial community. The picocyanobacteria were predominantly N-limited while the diazotrophic cyanobacteria were probably iron limited. These findings allow us to understand the formation of toxic cyanobacterial blooms and also to develop tools to predict bloom formation.