湖泊藻型富营养化控制——技术、理论及应用

湖泊富营养化防治走过了从控制营养盐、直接除藻、到生物调控、生态工程及生态恢复等艰难历程,各国为此投入了巨额资金、然而收效甚微,富营养化依然是全球性重大水环境问题。回顾和分析富营养化湖泊治理研究与实践的成功经验与失败教训,无疑将有助于采取更切实可行的技术有效控制湖泊富营养化。综观全球营养养化治理研究成果,不难看出,富营养化是一个典型的生态问题,生态问题只有用生态学方法解决。在全湖性富营养化难以快速根治的情况下,如何集中技术优势和有限财力,优先解决对人类生活影响较大的局部水域富营养化问题,逐步修复受损的湖泊生态系统,提高水体自净能力、改善水体环境质量并建立湖泊健康生态系统。     

我国湖泊水文学研究进展与展望

湖泊是地球表层水体的重要组成部分,在区域社会经济发展和生物多样性保护等方面发挥着不可替代的作用.气候变化和高强度的水资源开发利用等,导致湖泊物理、化学特性在时空格局上发生显著的变化,引起一系列的社会、环境、气候等响应.湖泊水文学研究湖泊水文要素及其时空变化特征、平衡关系与变化规律,在水文过程演变与归因解析、湖泊洪旱发生机理与调控、湖泊资源评估与可持续利用等方面,解决了众多理论和实践问题,为区域发展提供了强大支撑.本文评述了近50年来我国湖泊水文学的发展与研究进展,重点阐述湖泊水量平衡与水量变化、湖泊水动力与水文过程调蓄、湖泊极端水文事件成因、湖泊水文遥感反演等方面的研究进展,展望了湖泊水文学的未来发展趋势.     

中国湖泊污染状况的基本评价

湖泊是重要的地表水资源,它们与湖泊周围人群的生活密切相关.由于受到人类生产和生活的影响,湖泊所受的污染越来越严重,盐化(重金属化)、富营养化和酸化正在使水质日益恶化,使人的生存环境遭到不同程度的破坏.如何正确评价中国湖泊的污染状况,合理利用湖泊资源,保护生态环境,是摆在我们面前的一个重大课题.笔者试图通过对中国湖泊污染状况的基本分析,唤起人们对湖泊环境的重视,并提出因地制宜的整治措施.     

湖泊环境科学与工程技术研究进展探讨

湖泊环境与工程学科是近10～20年发展的、研究变化环境条件下湖泊水环境质量演变规律、互动机制、保护治理及和谐发展的一门交叉性的基础研究和应用研究学科.随着人类活动强度增加,我国湖泊面临富营养化、蓝藻水华暴发与引发次生灾害及持久性和新兴污染等多类型或叠加复合的严峻环境问题,迫切需要发展湖泊区域性的复合污染防控与治理技术体系,服务于国家生态文明建设.本文首先简单介绍对湖泊环境与工程学科概念及内涵的认识,然后较系统地阐述了国内外近10年来关于主要污染物在湖泊中环境行为的研究,针对性地分析了主要由蓝藻水华暴发引发的次生灾害"湖泛"的发生原因及防控策略,展示了以湖泊底泥为主的湖泊监测方法和技术研究进展,总结和归纳了从入湖污染控制到内源污染治理的湖泊污染防控技术研发成果,最后对湖泊环境与工程学科研究尺度向宏观与微观两极延伸及治理修复技术向生态/水利工程和智慧感知/大数据技术融合发展等方面进行了展望.     

地下水补给型湖泊表层沉积物矿物组成及其形成机制——以巴丹吉林沙漠湖泊群为例

盐湖中的矿物沉积记录着丰富的环境气候变化信息,是古环境研究的重要对象.在无地表径流补给的盐湖中,其矿物组成及沉积特征与有地表径流补给的湖泊相比是否有一定的特殊性,是值得探讨的问题.采集巴丹吉林沙漠33个不同矿化度地下水补给型湖泊的表层沉积物和10个地表风积砂样品,通过X衍射的方法,分析样品的矿物组成.结果显示:湖泊表层沉积物主要为石英、长石、辉石、云母等碎屑矿物,部分湖泊含有少量的碳酸盐和氯化物盐类矿物.湖泊沉积物的矿物组成与湖水矿化度的关系较为密切,淡水湖仅分布碎屑矿物,微咸水湖含有碎屑矿物和碳酸盐类矿物,盐湖含有碎屑矿物、碳酸盐类矿物和氯化物.风积砂样品中主要为碎屑矿物,占总矿物含量的90%,对湖泊沉积物的矿物组成影响较大,但对湖泊沉积物中的盐类矿物没有贡献,表明湖泊表层沉积物中盐类矿物主要是自生作用形成的.虽然本地区湖泊边缘的沉积物中盐类矿物种类相对较少并且含量较低,但其盐类矿物组成与分布能够响应湖水矿化度的变化,其环境指示意义与有径流补给的盐湖相同,可以指示其湖水的盐度.因此,可以从巴丹吉林沙漠地下水补给型湖泊沉积的盐类矿物中提取相应的古环境信息,用于恢复古气候和古环境的研究.     

长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探

长江中下游地区是我国淡水湖泊比较集中的地区。该地区绝大多数湖泊为浅水湖泊,所有的城郊湖泊都已经富营养化,其他湖泊的营养状况均为中营养－富营养,处于富营养化的发展中,这些湖泊富营养化的原因同流域上的人类活动有很大的关系。一方面,工业,农业和城市生活污水正源源不断地向湖泊中排放。另一方面,人类通过湖泊围垦、湖岸忖砌,水产养殖等破坏自然生态环境,减少营养盐输出途径。国际上对于浅水湖泊富营养化治理的经验表明,即使流域上的外源污染排放降到历史最低点,湖泊富营养化问题依然突出,其原因与浅水湖泊底泥所造成的内源污染有关。动力作用导致底泥悬浮,,影响底泥中营养盐的释放,也影响水下光照和初级生产力。控制浅水湖泊富营养化,除了进行外源性营养盐控制之外,还必须进行湖内内源营养盐的治理。治理内源营养盐的有效途径是恢复水生植被,控制底泥动力悬浮与营养盐释放。而要进行水生植被恢复,必须进行湖泊生态系统退化机制及生态修复的实验研究。     

长江中下游地区湖泊水和沉积物中营养盐的赋存、循环及其交换特征

回顾了有关长江中下游地区湖泊水、生物、沉积物中营养盐的迁移、转化、循环和交换等研究工作进展.典型湖泊的研究结果显示,历史上长江中下游地区湖泊的营养本底的确较高,处于中营养和富营养状态;人类活动在最近几十年中加快了这些湖泊的富营养化进程.长江中下游地区湖泊的治理不仅要重视外源污染的削减,也要重视湖泊内源污染的控制.长江中下游地区的浅水湖泊沉积物中,一般只有30％以下的磷是以较活跃的藻类易利用态存在的,表层沉积物通过吸附-解吸等交换作用对浅水湖泊水体中磷的浓度有较大的影响.长江中下游浅水湖泊沉积物中的营养盐释放主要有静态和动态二种释放方式.前者是基于化学平衡条件下的水土界面扩散作用.决定其释放量大小的主要因子是孔隙水与上覆水之间的营养盐浓度差.后者是基于水动力扰动对水土界面物理破坏条件下的底泥悬浮释放作用.二种释放模式在浅水水体中都存在.无论是静态或动态,水土界面的氧化还原环境,铁、锰、铝等元素含量,都对释放有影响.动态释放能在短期内大大提高水体颗粒态营养盐的浓度.在动态释放的初期,将有效增加水体可溶性营养盐,但是如果沉积物中铁、铝等金属元素较丰富,水体中的溶解性营养盐将由于吸附等作用而沉淀至湖底,因此,这样的湖泊往往具有较强的自我净化能力.长江中下游地区绝大多数湖泊都属于这种类型的湖泊.用底泥疏浚方法来控制湖泊内源污染的方法只适用湖泊面积较小、还原环境强烈,或者沉积物中铁、锰含量较低、水体去除可溶性营养盐的能力较弱的水体.此外,长江中下游地区的浅水湖泊生态系统对富营养化也具有强烈的反馈作用.水华暴发期间蓝藻的暴发性生长能通过改变水体的pH而引发沉积物中磷释放数量的大幅增加,大量释放的营养盐反过来又会促使蓝藻的大量生长,从而加剧水华的暴发.研究显示污染相对较重的水域水体中营养盐的含量高,微生物的生物量及生产力也高,碱性磷酸酶的活性也高,水体营养盐的循环也就更快.这反过来又促使微生物生产力增加,营养盐循环更快,加剧富营养化的危害.今后的工作应该重点围绕生物参与下营养盐的迁移转化等方面开展工作.     

底泥疏浚能控制湖泊富营养化吗?

世界上许多湖泊面临着严峻的富营养化问题,富营养化湖泊底泥中的营养盐比水体中要丰富得多,因此,人们常把疏浚底泥作为治理富营养化湖泊的一种重要措施,它需要巨大的资金投入,但尚未见在中等以上湖泊中通过疏浚底控制湖泊富营养化的明显实例,分析 浚底泥作为水利工程和航道工程措施有重要效用,其改善水质效果与疏浚方法有关,适当的疏浚可在短期内改善水质,但从月和季以上长期段持,疏浚底泥不是控制湖泊富营营养化的充要条     

湖泊生态修复基准环境的制定:古生态学面临的机遇

全球范围内的湖泊生态环境均出现了不同程度的退化,对其进行生态修复的最终目的,就是要将受损的生态系统尽量恢复到人类干扰前或接近人类干扰前的生态状况,即基准环境.湖泊生态系统是长期演化的产物,其形成及演化机制必须从历史的视角加以考察,因此基于湖泊沉积物的古生态学技术在制定基准环境方面有着独特的优势.本文从基准环境的定义、建立的常用方法、基本特征和典型应用几个方面介绍了古生态学手段在湖泊生态修复中的应用,提出中国今后利用古生态学手段在水环境治理工作的应用前景.     

逸度模型在湖泊流域农药多介质归趋研究中的应用与展望

农药的施用在促进农业经济发展的同时,也带来了诸多环境问题.农药由农业活动排放进入到环境后会通过不同的途径在各介质之间进行迁移和转化,最后由径流作用汇聚于湖泊中,破坏生态环境,影响人类健康.因此,研究湖泊流域生态系统中农药的多介质归趋具有重要意义.使用基于逸度的多介质模型模拟农药在环境中的行为是一个十分有效的方法.逸度模型利用"逸度"的概念描述污染物在各个环境介质之间的迁移和转化过程趋势,其结果建立在化学物质自身物化性质和环境系统性质之上,不仅适用于预测农药在环境各介质中的残留水平,还可以揭示区域内污染的空间分布特征,是湖泊流域生态系统管理中一个重要的工具.本文综述了逸度模型的理论基础,对近年来国内外逸度模型的发展现状、相关环境模型及其在农药归趋研究和湖泊流域生态系统管理中的运用进行了总结,并展望了逸度模型在农药多介质研究中的应用前景,以期对我国农药的管理、合理施用方面提供科学与技术支持.     

日本琵琶湖流域大气边界层的三维数值模拟

本文在地形坐标下引入一种水平导数差分近似方法,建立一个适合日本琵琶湖复杂地形、满足静力平衡条件的三维非定常大气边界层数值模式。在弱的背景风场下,模式加入了琵琶湖流域的实际地形,计算结果表明:模式运行十分稳定,且占机内存小,节省计算时间,同时模式还做了流域地形、湖泊本身存在与否等因子对边界层风场影响的数值试验。在强的背景风场下,模式加入了经过适当平滑的琵琶湖流域地形,得出了一些有益的看法。     

Climatic and environmental changes at southeastern coast of Lake Biwa over past 3000 years, inferred from borehole temperature data

In order to infer past climatic change in central Japan, we measured temperatures in a borehole at the Karasuma site, on the southeastern coast of Lake Biwa, and reconstructed sediment surface temperature history during the last 3000 years. The reconstructed temperature history shows apparent Medieval Warm Period, Little Ice Age, and contemporary temperature warming. However, the large amplitude of the temperature changes up to 4-5 K cannot be explained by past climatic change only, suggesting that there was some other cause of the larger amplitude temperature changes. The onsets of temperature decrease in the late 12th century a.d. and temperature increase in the mid 17th century a.d. appear to coincide with occurrences of two destructive earthquakes (1185 and 1662 a.d.) that caused water level changes of Lake Biwa. It suggests that the reconstructed sediment surface temperature history reflects the environmental change due to tectonically induced water level changes of the lake. If the annual mean of the ground surface temperature was higher than that of the bottom water temperature in a shallow part of the lake, which is consistent with the present-day data, the large amplitude of the sediment surface temperature change may be attributed to a combined effect of past climatic and environmental changes. Thus, we suggest that the borehole temperature at the Karasuma site preserves information not only on past climate changes but also on environmental changes due to tectonically induced water level changes.     

鄱阳湖流域大型湖库水生生态环境变化及驱动力分析——以柘林湖为例

鄱阳湖流域内湖库资源众多,柘林湖作为鄱阳湖最大的入湖湖库,是鄱阳湖流域内最大的调节湖库,对鄱阳湖入湖径流有一定的影响,在鄱阳湖的入湖流量中占重要地位.本文以鄱阳湖流域内纳入水质良好湖泊的柘林湖为例,通过对柘林湖的形成及湖泊水系生态环境演变进行探讨,分析近30年来该湖水生生态环境的变化及其关键驱动力因子.综合研究表明:柘林湖水生生物多样性有下降趋势,水质有先变差后改善的趋势,其变化的驱动力主要是流域内人口数量增加、城镇化工业化进程加快、入湖污染负荷逐年增长、滨湖区生态安全屏障受人为破坏以及资源开发不合理等.只有处理好"人湖"和谐、"三次飞跃"和"四大转变",并采取科学合理的措施进行集成研究和综合治理,才能行之有效地改善柘林湖水生生态环境,并发挥其应有的生态效应,从而保障鄱阳湖入湖"一湖清水".     

从居民生活视角谈太湖环境保护与治理——太湖与琵琶湖的比较分析

在环境问题日益受到社会关注的今天,环境研究者有必要从社会学和人文学科的角度来关注太湖的环境问题。本文用“生活环境主义”的观点对近年来在太湖和日本琵琶湖畔实施的调查结果进行分析和比较。得出的基本结论是：两国虽然现代化的时间和经历不同,但居民的生活行为和地域环境变化都有密切的相互影响。在人口稠密地区,只有充分重视生活经验－生活意识－生活行为－地域环境的演进和循环,从技术、经济、居民生活方式等多方面入手才能从根本上解决区域的环境问题。     

西洞庭湖沉水植物分布格局对环境因子及水文情势差异的响应

沉水植物是湖泊生态系统的重要组成部分,其生产力和分布格局受环境因子特别是水文情势决定.洞庭湖是长江流域重要的大型通江湖泊,近年来受人为干扰和气候变化影响,水文节律与水质等环境因子发生改变,导致沉水植物出现衰退现象,急需开展科学恢复,因此有必要对洞庭湖沉水植物深入研究.本研究选取西洞庭湖为研究区域,于2018年和2019年夏季调查了12处典型生境、98个样点的沉水植物与水深、透明度等11个环境因子,采用独立样本T检验和冗余分析方法对沉水植物与环境因子的关系进行分析,对比年际水文情势变化的影响.结果表明：1）西洞庭湖沉水植物主要在水深较浅、水质更优、水体更为稳定的半阻隔子湖和自由连通的湖湾区分布,在河道及水位波动较大的区域分布较少,有、无沉水植物分布样点间存在显著差异的环境因子为水深、透明度、底泥总磷和pH;2）在有沉水植物分布的样点,沉水植物生物量与pH、水深和水体总磷呈显著相关关系;3）自然连通的季节性淹没湖泊沉水植物生物量在2018年高于2019年,可能与2019年5—8月沉水植物关键生长期出现的涨水过程有关,持续的高水位对沉水植物的生长产生了不利影响.维持自然水文节律、湖泊生境异质性与自由连通性、健康的水质等是恢复西洞庭沉水植物的关键,建议在水深低于3 m、营养盐浓度适中、流速及风浪较小的湖湾区或半阻隔湖泊开展沉水植物恢复.     

太湖鱼类产量、组成的变动规律及与环境的关系

湖泊生态系统健康包含两个方面的内涵:满足人类社会合理要求的能力和湖泊生态系统自我维持与更新的能力.获知湖泊生态系统健康状况及其区域分异特征,对于湖泊管理具有重要意义.本文基于对太湖的野外调查,计算了表征湖泊生态系统健康的系统能、系统能结构、生态缓冲容量和湖泊营养状态指数.聚类分析结果表明,太湖不同湖区生态系统健康状况存在一定差异,东部湖区较好,西部湖区较差,呈现由东南部湖区向西北部湖区递减的趋势.该结果对进一步研究湖泊生态系统健康评价指标阈值具有重要的参考意义.     

湖泊沉积物中S、C及其比值的环境意义

本文以浅淡水湖固城湖和微咸水湖岱海为例,研究沉积物中有面碳,总硫和其比值（OC／TS）的垂向分布规律及其沉积环境（沉积时期的气候冷暖及干湿变化等）,古盐度及环境污染等方面的意义,固城湖沉积物的氧化还原交界面（5cm深处）上硫高碳低,OC／TS突然变小,岱海在高水位年代OC／TS增高,低水位年则降低,分别属于冷湿和冷干气候条件下的沉积特征,论证了OC／TS指标从海洋沉积研究移植到湖泊沉积研究的可用性及其应用前景。     

近百年来洞庭湖粒度指示的沉积环境演变特征

湖泊沉积物储存着长时期的流域环境信息,是百年尺度湖泊环境演变研究的高分辨率记录器。本文通过²¹⁰Pb_ex、¹³⁷Cs组合定年法,分析放射性核素剖面特征,研究沉积速率时空变化规律,并解析沉积物粒度指示的环境信息,揭示百年尺度湖泊沉积环境演变。结果表明:洞庭湖²¹⁰ Pb_ex剖面分布呈现多段衰变型、混合—衰变—平衡型、衰变—本底型和无沉积型4种类型。3大湖体200 cm的沉积深度对应的年代跨度为127～162年,构建了洞庭湖沉积物深度—年代关系。洞庭湖平均质量沉积速率为1.47～3.11 g/(cm²·a),整体上呈现南洞庭湖>西洞庭湖>东洞庭湖的空间特征;自1900年后,质量沉积速率增加了3～7倍,呈时序增加趋势。沉积年代上,沉积物粒度特征表明洞庭湖沉积环境呈3个阶段2个过渡期的演变特征,与同时期区域内毁林开荒、水利建设、植树造林等人为活动有较好的对应关系,说明近百年来人为活动是洞庭湖泥沙沉积的重要因素。本研究结果可为强化湖泊及其流域生态环境保护...     

疏浚对洞庭湖水环境容量的影响分析

本文在分析洞庭湖水质现状及现有污染源的基础上,选择COD_(Mn)、TN、TP作为水质敏感参数,对疏浚前后洞庭湖水环境容量的变化情况进行了模拟计算．结果表明,疏浚工程的实施增加了洞庭湖的水环境容量,水位越低、流量越大,增加值越多．分析认为．疏浚使得洞庭湖区河道贯通、水流归槽、流量流速加大,增强了污染物稀释自净能力．在外源不变的情况下,对洞庭湖的水质改善起到了积极的作用,一定程度上缓解了湖泊的富营养化状况．     

大布苏湖地貌——沉积类型与湖泊演化

大布苏湖地处松嫩平原南部,是一个封闭的构造断湖,湖区山貌类型复杂,沉积环境独具特色,根据地形面的分层和特征,结合^14C测年,确定大布苏湖形成于晚更新世晚期,湖泊形成的早期,曾经历了深湖的发育阶段,全新世以来,湖面波动式下降,并有两次规模较大的扩张和收缩时期,形成了两个完整的湖进、湖退沉积旋回、晚全新世以来,气候干燥,风力作用活跃,湖面明显萎缩,形成我国东部地区极为罕见的盐湖。