大气污染的湖泊响应及其代用标志

通过洱海和阳宗海大气污染的湖泊响应、代用标志提取和原因分析以及地表水酸化理论和自然酸性湖泊的对比研究,揭示湖水总矿化度和S04^2—的同步异常增大是湖泊早期受酸沉降危害的标志．保存于沉积记录中的磁化率、非磁滞剩磁和介形类、硅藻的数值和种群、密度等变化,可灵敏地揭示湖泊受大气污染的起点、过程和环境影响,可作为酸沉降较重湖区的代用标志．     

松花江哈尔滨段水域硅藻植物群落及其水质的初步评价

2005-2006年5-9月、12月的两年间,在松花江哈尔滨段水域进行了硅藻植物的调查采集,经观察鉴定,共发现硅藻植物72种43变种3变型,分别隶属于2纲6目9科23属,共计118个分类单位。本文对松花江哈尔滨段水域的环境特征,硅藻植物群落组成、种类丰度的季节性变化进行了研究,利用硅藻植物与环境相关性特点对水质进行了初步评价。研究结果表明松花江段哈尔滨水域的硅藻植物群落,总体来说以普生种类(共计86个分类单位)为每年的常见种类,还有一些嗜碱种类和冷水种类出现;硅藻种类的丰度随季节变化明显,从夏季到秋季逐渐增多。硅藻的群落结构变化主要受pH,温度,TN,BOD_5,氨氮的影响,从优势种的组成来看,β-中污以上的污水指示种类数量最多,一些富营养化种类和耐污种类也有出现,说明2005-2006年松花江流域水质污染呈中度至重度污染。     

内蒙岱海近400年来的硅藻植物群及其古环境意义

岱海近400年来的硅藻植物群可划分为3个组合:①Epithemia—Cymbella组合(1596—1636、1696—1836及1876—1946年),反映了温水—浅水—贫营养环境;②Melosira islandica—Fragilaria组合(1666—1696与1836—1876年间),代表了冷水—较浅水—贫营养环境;③Melosira granulata及其变种var. angustissima—Diploneis elliptica(1966年以来),反映了温水—浅水—富营养环境。1636—1666与1946—1966年间岱海中硅藻保存得很少,分别与气候寒冷而使硅藻难以生存与湖水动荡对硅藻保存不利有关。     

藏南沉错钻孔硅藻组合与湖水古盐度定量恢复

通过藏南沉错钻孔化石硅藻组合研究, 应用青藏高原硅藻-湖水电导率转换函数, 对沉错最近300年来湖泊古盐度进行了定量恢复. 推导的电导率变化与近代湖泊水位变化记录有明显的负相关关系, 表明沉错湖水盐度可以反映大气有效湿度的变化. 古盐度的重建揭示了几次重要水文事件: 小冰期最后一次冷期(约1845~1885AD), 湖水明显淡化, 反映了冷湿气候组合特点; 20世纪60年代以来, 湖水盐度呈急剧增高趋势, 也是近300年来盐度最高、增加幅度最大时期, 湖水的咸化反映的有效湿度降低与近几十年来温度的不断上升而导致的蒸发量的增加有关.     

巢湖近代沉积硅藻种群变化与富营养化过程重建

根据巢湖西部湖心40cm长的沉积柱放射性核素定年和化石硅藻分析,结合长江中下游湖泊硅藻-总磷转换函数模型,重建了其过去200年来硅藻组合演替与湖水总磷浓度变化的历史.研究结果表明,巢湖硅藻经历了从Aulacoseira granulata优势组合(1826-1978年)向耐营养种Cyclostephanos dubius优势组合(1978年以来)变化的两个重要阶段.1978年前,水体总磷浓度在60-75μg/L之间;此后迅速增高(80-100μg/L),为明显的营养富集时期;至2000年以来总磷浓度进一步上升(110μg/L),硅藻组合以Cyclostephanos dubius占绝对优势.硅藻数据的最大变率与总磷浓度的关系反映硅藻生态主要响应于营养富集的变化,但历史时期水动力条件对硅藻种群也有一定影响.20世纪70年代以来,工农业以及生活污水排放是硅藻种群转变和富营养化发生的主要根源,而巢湖闸的建立引起的水文条件的改变也是水体营养富集的诱因.21世纪开始富营养化进一步加重可能与生活污水排放、营养内负荷释放以及增温有关.     

密云水库区域大气-土-水污染过程复合相关源

采用密云水库15km处WMO区域空气污染本底站——上甸子站1990~2001年降水化学资料,并结合2002~2003年现场科学试验阶段获取的大气干沉降和湿沉降资料,从大气-土-水污染过程的复合相关源角度,综合分析了大气干、湿沉降以及白河沿岸农田、矿区和城镇污染源对密云水库的水质综合影响特征.分析结果表明,该时段密云水库区域大气降水中离子以SO42?,NO3?,NH4+和Ca2+为主;密云水库湿酸沉降量夏半年(4~9月)大于冬半年(10~3月),其年际变化呈上升趋势,年平均达1038.45t,最高年份(1996)达1766.31t,最低年份(1994)为604.02t;密云水库区域大气降水pH的多年平均值为5.20,降水呈弱酸性,pH值年际变化呈下降趋势.密云水库水体不同深层的pH值均大于7.0.pH值垂直和水平空间分布呈非均一性特征,同一区域pH值随水深呈下降趋势;2002年和2003年密云水库降尘量分别为13513.08t和3577.64t,春季降尘量为全年之首,分别占其全年的61.91%和44.56%.由于大气干、湿沉降中含有多种重金属元素及有害元素,它们可能在一定程度上对库水富营养化、潜在重金属污染以及库水酸化起“加剧”作用.上述综合分析结果揭示出密云水库区域大气-土-水污染过程复合相关源特征及其多圈层相互作用效应.另外,夏季(雨季)是局地土壤污染源由于受暴雨或强降水冲刷后通过入库水系山谷坡地汇流,引起区域性大气-土-水连锁污染过程,导致水库或河流水质污染.统计分析亦发现密云水库水质污染可能与水库周边及上游局部区域降水冲刷和汇流因素相关.水库污染物浓度变化与水库上游局地区域降水量呈较显著的相关,这些相关特征揭示了水库水质污染过程大气-土-水多圈层相互作用效应.提出了水库污染复合相关源分析法观点及其追踪入库水系上游污染源空间分布技术途径.     

近两百年来龙感湖营养演化及其控制因子研究

通过龙感湖过去200年钻孔沉积物总磷浓度、由化石硅藻及硅藻-总磷转换函数定量重建的湖水总磷浓度、近50年气象观测的温度和降水资料、气候模拟的近200年来的温度和降水序列、以及近50年来龙感湖地区农用磷肥施用量资料, 分析了近200年来龙感湖营养态演化的特点和规律, 揭示了气候因素、人类活动因素及水生生物因素对龙感湖营养态演化的影响和机理. 结果发现 在近200年中, 龙感湖沉积物总磷浓度逐渐增加, 其变化范围介于330~580 mg/kg之间, 平均值为388 mg/kg, 至1950年前后有近30年的振荡调整期. 湖水总磷浓度的变化则大不相同, 在1950年之前, 湖水总磷浓度在波动变化中存在缓慢增加的趋势, 到1950年前后达到平均值(52.18 ?g/l), 并在平均值上下振荡调整, 然后湖水总磷浓度快速降低, 其变化介于37.75~62.33 ?g/l之间. 分析表明, 在世纪尺度上, 气候变化是控制龙感湖营养状态变化的主要因素; 而在最近50年的年代际尺度上, 人类活动是龙感湖营养状态变化的主导因素. 1950年以来, 人类活动对沉积物总磷和湖水总磷变率的贡献已分别占到60%和57%. 沉积物和湖水中磷浓度的不同变化反映湖泊生态系统对湖泊营养水平的响应过程和调节能力, 表现为藻类-水生植物之间平衡关系的维持与破坏, 以及磷的蓄积特点.     

崇明岛"闸控型"河网水体富营养化特征及其影响因素

为研究崇明岛"闸控型"河网水体富营养化特征及其与环境因子的相互作用,以2010年各季节崇明岛河网水质数据为基础,探讨了环境因子与藻类的变化规律及其相互作用机制.结果表明:崇明岛河网水环境中营养盐水平较高,氮污染尤为严重.长江引水进入岛内河网水环境后,营养盐(除SiO₃-Si)、Chl.a含量和营养状态都出现了明显的升高.与长江引水相比,河网内藻类群落Chl.a贡献比例的变化主要表现为硅藻比例的下降以及蓝藻和绿藻比例的上升.尽管水温、pH、浊度以及营养盐中的TN、TP、NO₃^--N、DOC的变化均与Chl.a含量显著相关,但藻类群落对环境因子的响应关系存在较大差异.蓝藻的增加主要与水温和TP含量的升高有关;绿藻与TN、NO₃^--N的关系最为密切;硅藻的变化只与浊度存在明显正相关,营养盐并不是硅藻生长的促进因子.     

典型对应分析在青藏高原现代湖泊硅藻与环境研究中的应用

利用一种新的多变量分析工具——典型对应分析(CCA), 有效地揭示了青藏高原45个湖泊表层沉积硅藻种群与水环境之间的关系. 在12个水环境指标中, 水深, 电导率(conductivity), Cl^-, Mg²⁺, K⁺和pH值能够用于硅藻数据的解释, 具有独立解释的显著性(p<0.05). CCA前两个轴(l₁＝0.34, l₂ = 0.27)捕捉了16.1%的硅藻数据信息, 解释57.4%的硅藻与环境指标关系, 多余环境变量和异常样品的删除并没有对硅藻数据的解释造成多大的影响. 分析表明, 水深和盐度是影响青藏高原硅藻分布的两个重要的环境要素梯度, 水深梯度主要与轴1相关, 矿化度, Cl^-, Mg²⁺和K⁺则与前两个轴均相关, 代表了盐度变化的方向. 硅藻-环境模式的确定, 为硅藻-环境指标的定量化研究提供了重要依据.     

南极洲万达盐湖水中方解石饱和指数的垂直变化及其控制因素

南极洲万达盐湖为饱和方解石湖水。计算出的方解石饱和指数随水深增加而变化。在Ca²⁺及HCO₃^-活度值均一的上部氧化环境湖水中,pH及溶解氧(DO)是控制该变化的主要因素,在下部还原环境湖水中,Ca²⁺及HCO₃^-的活度对方解石的饱和指数SI的变化起主要作用。这充分揭示了湖底部近代沉积物中分布较多方解石矿物的原因。     

黄壁庄水库降水效应的分析

南极洲万达盐湖为饱和方解石湖水。计算出的方解石饱和指数随水深增加而变化。在Ca~(2+)及HCO_3~-活度值均一的上部氧化环境湖水中,pH及溶解氧(DO)是控制该变化的主要因素,在下部还原环境湖水中,Ca~(2+)及HCO_3~-的活度对方解石的饱和指数SI的变化起主要作用。这充分揭示了湖底部近代沉积物中分布较多方解石矿物的原因。     

呼伦湖东露天矿剖面有机碳的总量及其稳定碳同位素和古环境演化

湖泊沉积物中有机碳的总量（TOC）取决于湖泊的初始生产力及有机质沉积后的保存能力,而有机碳的稳定同位素（δ~(13)C）值则反映了不同来源有机质的组成以及流域古植被状况。本文通过对内蒙呼伦湖东露天煤矿剖面TOC及δ~(13)C值的垂直分布的研究,结合剖面的沉积特征及孢粉、硅藻分析结果,讨论了呼伦湖地区末次冰期以来古气候古环境演化过程。结果表明有机碳的总量及其稳定碳同位素可作为分析古气候环境的一种有效的代用指标。     

近0.3 ka来龙感湖流域人类活动的湖泊环境响应

通过210Pb测年、历史事件记载和沉积记录, 对钻孔岩芯沉积物年代进行了确定. 利用花粉、硅藻、磁参数、色素及结合态磷等多环境代用指标分析, 讨论了近0.3 ka来龙感湖流域植被、土壤侵蚀变化与湖泊环境演化之间的关系, 特别是龙感湖营养态的变化. 湖泊经历了两次由贫营养向中等营养的转变, 两次富营养化的发生(1770AD后和1906AD后)与人类活动增强导致的湖泊营养外负荷的增加密切相关. 历史时期降水的变化又是决定该区人类活动强度变化的诱因. 近0.04 ka来, 湿地的严重破坏和流域化学肥料的使用, 使得湖泊富营养化程度呈现明显加重趋势.     

黄土风化过程的硼同位素地球化学研究

采用低硼高杂质离子样品硼同位素分析方法测定了黄土、古土壤样品中酸溶相硼含量及硼同位素组成. 洛川黄土S₀~S₂剖面酸溶相硼含量变化范围为(0.8 ~ 2.7)×10^-6, 其δ¹¹B值在-1.8 ~ +18.6‰之间变化, 多集中在0 ~ +10‰之间. 古土壤层的硼含量及δ¹¹B高于黄土层, 尤以S₁表现最显著. 引起剖面上酸溶相硼含量及δ¹¹B值变化的主要原因是化学风化作用和粘土吸附作用强度的变化. 气候条件变化所引起的风化作用强度的变化可能是酸溶相硼含量及δ¹¹B值发生变化的原因.     

高山湖泊吉仁错枝角类古生态变化及其对气候环境的响应

高山湖泊吉仁错位于川西高原树线以上,受现代冰川融水补给影响.通过吉仁错沉积钻孔~(210)Pb/~(137)Cs定年和沉积枝角类和多环境代用指标分析,结合主成分分析和冗余分析等方法,高分辨率重建了近200 a来吉仁错枝角类组合和环境变化的过程.结果表明,尽管过去200 a来吉仁错枝角类组合一直以沿岸种为主,但仍经历了3个明显的变化阶段.1850 AD后,枝角类组合中Alonella nana、Chydorus sphaericus和Pleuroxus sp.的增加、以及Alona rustica和Alona guttata丰度的下降指示了水温和水体pH值的上升.1900 AD后枝角类通量的增高并不同步于组合的变化,指示了湖泊营养开始增加,这种不一致的变化分别代表了大气氮沉降和区域气候变暖的影响结果.多指标综合分析得出,过去150 a来,气候变暖和大气污染沉降通过直接和间接作用(流域冰川融水过程和植被土壤过程),较深刻地影响了湖泊物理过程(水温升高和无冰期加长)、营养过程(氮、磷营养升高)和酸碱平衡过程(碱性增强),改变了湖泊生物的生长季节,并通过促进藻类发育,最终引起了湖泊枝角类群落组合的变化和生物量的增加.1945 AD前后吉仁错枝角类与藻类群落结构和湖泊环境的同步变化,响应于持续增温背景下多环境过程的相互作用.     

湖北太白湖400多年来沉积硅藻记录及湖水总磷的定量重建

依据沉积物钻孔的高分辨率硅藻研究,利用长江中下游现代湖泊硅藻与总磷转换函数结果,定量重建了太白湖400余年来占湖水总磷浓度的变化．结果表明,约1630 AD前和1 800-1924 AD期间,湖水总磷浓度较低,在50-68μg／L之间;1630-1800 AD,总磷浓度偏高,总体上在50-160μg／L之间变化,变幅较大．1800-1924AD,总磷浓度明显下降为谷值段,且变化相对稳定(50μg／L左右);1924-1953AD,总磷浓度仍较低,但有增加趋势(50-63μg／L);20世纪50年代开始,总磷浓度出现快速增加;至1970年后,总磷浓度超过120μg／L左右.利用样品相似对比的方法发现约80％的样品具有较好的重建效果．古湖水总磷浓度值的变化揭示了该湖两次明显的富营养化过程,初步探讨了其驱动机制.根据重建结果提出:太白湖自然营养本底总磷值约为50μg／L左右,可作为该湖治理时的参考目标．     

藏北色林错流域的水文特征

本文报道了1997年降1998年夏季对藏北色林错等水体水文特征的考察情况,结果表明,色林错是一个大型深水湖泊,表层水温在下午4：30左右达到最高,清晨7：30左右时最低,浅水区域表层湖水在6月份的极端最高水温为21．2℃,极端最低水温为11．0℃,而日平均水温变幅仅5．6℃,其幅度大于在同一时段湖区内不同区域之间表层水温的变化,色林错湖水的pH值较高咪9．19－9．66;表层水的pH昼夜变化较小,仅0．15,最高值出现在凌晨,同时水体不同区域及深度的pH值基本一致,其溶解氧变化在4．62－5．12mg/L,而且不同深度水层之间的变幅较小,仅0．03－0．35mg/L;但其湖汊浆东如瑞溶解氧的昼认变幅为4．58－5．59mg/l;盐度的日变幅为1．60％－2．20％,考察表明,藏北水体的盐分有一个从河流到湖泊、以及由流水向静水富集的趋势;鱼类的分布与水体盐分的含量密切相关,即鱼类随着水体盐分的增加而消失,代之以嗜盐性卤虫的出现及大量繁衍。     

基于水化学和氮氧同位素的贵州草海丰水期水体硝酸盐来源辨析

为明确草海湖水及其入湖河流硝酸盐污染的主要来源,定量分析各来源的贡献率,对草海湖水与入湖河流水化学特征和水体硝酸盐的氮氧同位素组成进行了系统研究.通过对草海湖水、河水、井水丰水期水体理化参数和同位素分析发现:湖水的NO_3~-/Cl~-比值和Cl-浓度表明其主要受牲畜粪便和城镇污水输入的影响,而河水与井水则受农业活动和城镇污水的共同影响.δD-water与δ~(18)O-water显示草海水体主要源于大气降水,并有较强的蒸发作用.湖水δ~(15)N-NO_3~-和δ~(18)O-NO_3~-值分别为-5.56‰～11.30‰和0.02‰～25.40‰,较河水偏负而较井水偏正.稳定同位素混合模型(SIAR)计算结果表明草海湖水及其入湖河流硝酸盐主要源于化肥、土壤有机氮、牲畜粪便相关的农业活动,其贡献率在50%以上;城镇污水贡献率在22%左右;大气降水的贡献主要体现在湖水中.     

洪湖浮游植物群落结构及其与环境因子的关系

为研究洪湖浮游植物群落结构及其与环境因子的关系,于2008年3月(枯水期)及7月(丰水期)在洪湖进行采样分析。两次采样共鉴定有浮游植物6门46属95种,细胞丰度变化范围为2.00×10~5-284×10~5 cells/L。硅藻为两个季节绝对优势门类,其次为绿藻及蓝藻;主要种属为直链藻、脆杆藻、栅藻等.丰水期与枯水期浮游植物群落结构季节差异较大;在枯水期由于硅藻对水温和光照较好的适应能力使其处于优势门类;丰水期由于其他藻类对营养盐的竞争及水体中硅含量充足使得绿藻等生长同时硅藻能继续保持优势地位。主成分分析表明在洪湖富营养化水平及水体中离子类型、水体中物质组成和污染程度是影响浮游植物生长的三类主要因素;典范对应分析结果表明浮游植物群落结构与水温、溶解氧及悬浮物浓度相关。     

洱海硅藻群落结构的时空分布及其与环境因子间的关系

于2004-2005年间对洱海水体的硅藻群落进行逐月监测及研究,共发现71个种,分属于18个属.硅藻群落结构的季节变化显著,主要优势种为耐营养的属种.不同季节的硅藻优势种类有明显区别,冬季的主要优势种为Fragilaria crotonensis,春季Aulacoseira ambigua与F.crotonensis的组合占优势地位,夏季以Cyclotella ocellata为主,秋季则A.ambigua与Cyclostephanos dubius组合为优势种.空间上除1#点外,硅藻分布虽然在相对丰度上存在一定的南北差异,但优势属种在全湖具有较好的一致性.说明洱海全湖的水质都已处于中富营养状态.对除1#点外的11个采样点的硅藻及水化学数据进行平均,得到逐月数据,通过数理统计分析的手段,探讨硅藻群落变化与环境因子之间的关系,结果表明影响季节尺度硅藻群落发生变化的最主要因子是气象条件,其次是营养盐.