长江中下游典型湖泊近代环境变化研究

选择长江中下游的典型湖泊洪湖、巢湖、石臼湖和太湖,采集了沉积柱样,测定了总有机碳、总氮、总磷,并采用210Pb和137Cs定年以研究湖泊近代环境演变。根据洪湖137Cs蓄积峰得到过去50 a里洪湖沉积速率经历了一个由慢到快再变慢的过程,1963~1986年之间沉积速率最大,达0.174 cm/a,这可能是因为当时湖区大规模开垦有关。巢湖钻孔核素的研究发现20世纪70年代以来随着深度的减少,巢湖钻孔中沉积通量在增加,可能与流域内水土流失逐步加重有关。对营养盐的分析表明,洪湖50年代以来沉积物中营养元素急剧增加,巢湖70年代以来营养元素开始增加,在太湖中体现为80年代,石臼湖中则为近百年来营养元素开始快速增加。从营养盐增加的幅度来看,草型湖的洪湖、石臼湖要大于藻型的巢湖以及太湖藻型区域。本文尝试利用总有机碳、总磷获取了湖泊环境变化的速率。研究表明总有机碳和总磷的变化速率存在波动性,这可能与湖泊的自我调节有关。而总有机碳的变化速率在最近时间阶段内基本呈正值,对于洪湖来说在80年代初,石臼湖在1970年左右,太湖在80年代初,巢湖在60年代。总有机碳、总磷变化速率的振荡幅度与周期也许对理解当今湖泊处于何种位置,由此采取何种湖泊管理手段提供重要认识。     

长江中下游湖泊沉积物铅污染记录——以洪湖、固城湖和太湖为例

2002～2005年在长江中下游的洪湖、固城湖和太湖分别采集了沉积物柱样钻孔,测定了总有机碳（TOC）和金属元素包括Pb,Al,Fe,Ti等,并采用²¹⁰Pb和¹³⁷Cs进行了近代沉积物定年。研究结果表明,洪湖钻孔平均沉积速率为0.15cm/a,固城湖平均沉积速率在0.067cm/a,太湖平均沉积速率为0.35～0.41cm/a。根据湖泊沉积物中铅元素与参考元素（Al,Fe和Ti）浓度和TOC的相关关系建立了回归方程,线性关系极显著（p<0.001）。根据回归方程获取了钻孔中铅的背景值变化,研究表明近代沉积物中金属铅不仅仅来源于自然的作用,而人类活动导致铅的累积发生时间都在20世纪70年代,从一个侧面也说明利用沉积物铅含量变化进行断代存在可能性。对太湖钻孔而言,其污染程度要高于洪湖和固城湖。研究结果表明近30年来洪湖和固城湖人为造成湖泊沉积物铅累积量在不断增加,其沉积物铅污染有进一步加重的趋势,应受到科学家和管理部门的关注。     

石臼湖近代环境演化历史

以2007年在石臼湖采集的浅岩芯钻孔(SJH07-C1)研究近代石臼湖湖泊环境演化历史以及人类活动的影响。运用核素²¹⁰Pb和 ¹³⁷Cs进行定年,²¹⁰Pb 的CRS模式定年结果与¹³⁷Cs方法获得的年代具有较好的可比性。同时分析了岩芯沉积物的理化指标,包括烧失量、总磷、金属元素和磁化率。分析表明：  1955年以前地球化学指标表明石臼湖湖泊沉积物中人类活动信息较弱,但总磷和有机质（烧失量）开始出现增加,湖泊营养水平开始升高。1955～1969年,湖泊沉积物磁化率较高,重金属（包括铜、铅、锌和汞）含量快速增加,可能与该期开始大量使用化肥、农药有关,导致入湖污染物增加。1969～1997年期间,1969～1979年时段湖泊沉积物磁化率最高,重金属含量比较稳定,在石臼湖进行了大规模的围垦;   1979～1997年,湖泊沉积物磁化率较高但呈减少趋势,重金属含量再次快速增加,总磷增加较快,说明该阶段入湖污染物增加,湖泊营养水平也在增加。1997～2007年,磁化率较低,重金属含量保持在高水平,总磷快速增加,显示该阶段湖泊营养水平较高,但入湖物质通量在减少。     

太湖入湖河道沉积物中生物利用磷和营养水平分析

为了解太湖入湖河道的营养状况,研究了太湖西部河流沉积物生物利用磷的组成与分布。研究结果显示,北部沉积物中营养元素较高,南部较低;沉积物中生物利用磷的含量次序为藻类可利用磷(AAP)>NaHCO3提取磷(OLP)>水溶性磷(WSP)>易解吸磷(RDP),其中AAP是重要的生物利用磷,AAP的比例越高,富营养化程度越高。AAP与营养元素的相关性在不同区域河道有所不同,北部河道与总氮(TN)、总磷(TP)相关性较好,中部和南部河道与沉积物有机质总量(TOM)相关性较好。沉积物的生物利用磷受不同污染源影响较大。对比河道沉积物与湖泊沉积物的特征,发现湖泊沉积物中生物利用磷(BAP)/总磷(TP)、藻类可利用磷(AAP)/总磷(TP)都高于河道沉积物,表明湖泊沉积物中的磷更容易被植物吸收。     

太湖人湖河道沉积物中生物利用磷和营养水平分析

为了解太湖入湖河道的营养状况,研究了太湖西部河流沉积物生物利用磷的组成与分布。研究结果显示,北部沉积物中营养元素较高,南部较低;沉积物中生物利用磷的含量次序为藻类可利用磷（AAP）〉NaHC03提取磷（0LP）〉水溶性磷（WSP）易解吸磷（RDP）,其中AAP是重要的生物利用磷,AAP的比例越高,富营养化程度越高。AAP与营养元素的相关性在不同区域河道有所不同,北部河道与总氮（TN）、总磷（TP）相关性较好,中部和南部河道与沉积物有机质总量（TOM）相关性较好。沉积物的生物利用磷受不同污染源影响较大。对比河道沉积物与湖泊沉积物的特征,发现湖泊沉积物中生物利用磷（BAP）／总磷（TP）、藻类可利用磷（AAP）／总磷（TP）都高于河道沉积物,表明湖泊沉积物中的磷更容易被植物吸收。     

龙感湖沉积物中人类活动导致的营养盐累积通量估算*

通过LL-4孔沉积环境指标研究表明,近100年来龙感湖地区人类活动加强,导致营养元素磷、碳、氮以及铁在沉积物中的浓度均呈增长趋势,特别是1950年以来,随着大量人口的迁入,围湖造田、破坏湖滨湿地等造成水土流失加剧,沉积物质量累积速率加快,同时营养元素累积量急剧增加。根据营养元素与参比元素Al, Fe和Ti之间的关系,以及不同营养元素之间的相互关系,人类活动引起的累积量得以从自然背景上区分出来,结合沉积物质量累积速率计算,人类活动引起的磷、有机碳和氮的累积通量分别在151.0~889.4mg/m²a,4.3~149.0g/m²a和0.5~18.6g/m²a间变化。碎屑物质的累积稀释了沉积物中营养盐的富集浓度,龙感湖草型湖泊的特点,使湖泊沉积环境易于呈氧化环境,生物和地球化学作用,也削弱了人类活动累积营养盐的变化幅度,使沉积中营养盐呈平稳上升的趋势。     

湖泊沉积物的14 C和光释光测年* ——以固城湖为例

富含有机质的湖泊沉积物被认为是¹⁴ C测年建立古环境记录年代标尺的理想材料,光释光测年方法近年开始应用于水成沉积物的定年。应用¹⁴ C和光释光两种方法对江苏固城湖湖心钻孔岩芯进行了年龄测定,结果表明全样有机质的¹⁴ C年龄与石英的光释光年龄存在系统差异,后者较前者年轻约2000年。系统光释光测年研究排除了光释光年龄低估的可能性,所以,二者的差异可能是湖泊沉积物碳库效应的反映。     

巢湖富营养化过程的沉积记录

土地利用和人类活动加剧所导致的营养元素输入的增加是引起湖泊富营养化趋势增强的重要原因。巢湖沉积钻孔柱状样中总有机碳和总氮自20世纪70年代以来呈明显升高趋势,分别增加了2.5、2.9倍。由柱状样中的TOC/TN比值、TARHC、OEP判断得出,19世纪末到20世纪40年代中期TOC是陆源和内源两种来源并重;20世纪40年代中期到20世纪70年代初期以陆源为主,并可能存在石油污染;20世纪70年代以来沉积物有机质中藻类来源的有机质占主要地位。巢湖沉积柱状样的研究表明20世纪70年代以来巢湖富营养化开始恶化。     

浅水湖泊沉积物中磷的地球化学特征

对太湖不同污染状况和生态系统状况的湖区沉积物中磷的地球化学形态及其分布进行了研究。结果发现,沉积物的理化性质和磷的化学形态一般都在表层下深5～15cm发生明显的转折;草型湖区、藻型湖区、开阔湖面的大湖区沉积物的理化性质、间隙水中的磷浓度及沉积物中磷的形态存在较大的差异。东太湖沉积物间隙水磷浓度和交换态磷含量都显著低于其他湖区;风浪扰动相对剧烈的开阔湖面湖区沉积物中磷的沉积规律也不同于梅梁湾藻型湖区和东太湖草型湖区。研究表明,浅水湖泊中水生生物状况、风浪扰动状况对沉积物中磷的地球化学行为有至关重要的影响。     

江苏固城湖流域1951-2000年农业非点源氮、磷输移的数值模拟研究

选择位于长江下游的固城湖流域作为研究区域,基于分布式流域水文模型SWAT,采用数值模拟的手段,反演了1951～2000年流域农业非点源氮、磷的输移规律。模拟结果与实测值的一致性反映了模型的良好模拟能力。比较两个时段的模拟结果发现,1981～2000年,流域农业非点源氮、磷年平均浓度和输移量分别为:总氮0.82mg/L和411.88×10³kg/a,总磷0.084mg/L和43.04×10³kg/a;远高于1951～1960年的氮、磷年平均浓度和输移量分别为:总氮0.22mg/L和49.55×10³kg/a,总磷0.036mg/L和7.67×10³kg/a。模拟主要反映了流域下垫面条件和农作物耕作模式对农业非点源氮、磷浓度及输移量的影响。     

The characteristic and environmental pollution records of phosphorus species in different trophic regions of Taihu Lake, China

Total organic carbon (TOC), Total nitrogen (TN) and the phosphorus species concentrations of sediment cores taken from Zhushan Bay, Meiliang Bay, and East Taihu Lake regions in Taihu Lake, a large shallow lake in China, were determined. Experimental results showed a conspicuous eutrophication trend in the northern area of Taihu Lake. Inorganic P was found to be the main phosphorus form. Fe-bound P accounted for the largest proportion of Inorganic P in Meiliang Bay, an alga-type lake region. In East Taihu Lake, a macrophytic lake region, Ca-bound P was found in higher proportions than in other lake regions, with Organic P present in similarly large proportions. With respect to Taihu Lake sediment cores, the date at approximately 20 cm layer depth was roughly identified as 1950s, while upper 5 cm layers corresponded to the turn of the century. The drastic increase in phosphorus species concentration except for Ca-bound P was indicative of the large quantities of effluent discharge into Zhushan Bay owing to the increased industrial and agricultural production from the 1950s onwards. TN, Inorganic P, Organic P, and total phosphorus (TP) concentrations increased by over 2, 2.5, 2 and 2.5-fold, respectively, over the past five decades. A large proportion of Organic P accounted for TP, and high C/N ratios indicated that East Taihu Lake can be properly classified as an oligotrophic lake.     

Correlations between algae and water quality: factors driving eutrophication in Lake Taihu, China

Rapid population increase and economic growth in eastern China has lead to the degradation of many water bodies in the region, such as Lake Taihu, the third largest freshwater lake in China. Using data from recent investigations, the correlations between algae (measured as chlorophyll-a) and water quality indices in Lake Taihu were described by multivariate statistical analyses, and the key driving factors for the lake eutrophication were identified by principal component analysis. Results revealed strong spatiotemporal variation in the correlations between algae and water quality indices, suggesting that the limiting factor for the dominant algae growth depends on seasonality and location and it is necessary to reduce both nitrogen and phosphorus inputs for a long-term eutrophication control in this hyper-eutrophic system. Water temperature was another important controlling factor for algal growth in the lake. Using principal component analysis, nutrient contaminations from anthropogenic and natural inputs were identified as the key driving factor for the water quality problems of the lake. Moreover, five principal components were extracted and characterized with high spatial and seasonal variations in Lake Taihu. The key driving factors were believed to influence spatial variations including heavily polluted areas located in the northern and northwestern parts of the lake, where many manufacturing factories were built and wastewater from domestic and industrial plants was discharged. Based on this analysis, attention should be paid to effective land management, industrial wastewater treatment, and macrophytic vegetation restoration to reduce the pollutant loads and improve water quality. Principal component analysis was found to be a useful and effective method to reduce the number of analytical parameters without notably impairing the quality of information in this study.     

北太湖沉积岩芯中有机氯农药HCH和DDT残留垂直分布特征及沉积环境意义

为了探讨有机氯农药HCH和DDT残留在湖泊沉积物中的赋存和演化过程,并利用其特有的时间标尺特征分析近现代在人类活动干扰下的湖泊沉积过程,2006年在太湖的竺山湾、梅梁湾利用重力采样器分别采集湖泊沉积岩芯ZS和ML,按1cm间隔分样。测定了两孔岩芯20cm深度以上的HCHs（六六六类）和DDTs（滴滴涕类）残留量,结合测年资料分析了两孔岩芯中近50年来HCHs和DDTs垂直分布特征及沉积环境意义。研究结果表明,竺山湾岩芯ZS中HCHs和DDTs的残留量分别为0.22～9.70ng/g和0.32～12.34ng/g;梅梁湾岩芯ML中HCHs和DDTs的残留量分别为0.18～11.02ng/g和0.52～13.44ng/g。尽管两孔岩芯中HCHs和DDTs的残留量不同,但指示的沉积时间一致:在20世纪50年代中期以后岩芯中HCHs和DDTs残留量均明显增加,在20世纪70年代末出现峰值,这与太湖流域有机氯农药HCH和DDT使用的历史相一致,岩芯ZS中HCHs和DDTs残留量以及岩芯ML中HCHs残留量在80年代初以后逐渐降低,这与有机氯农药HCH和DDT在1983年禁止使用的时间相对应。但在岩芯ML中20世纪90年代以后DDTs残留量又明显增加,显示有新的输入源,可能与90年代以来无锡、常州快速发展的"小化工、小农药"排污进入梅梁湾有关。研究结果同时还表明太湖沉积物中的HCHs和DDTs残留量在沉积岩芯上的变化序列可以作为指示太湖沉积过程的时间标尺,对太湖沉积环境变化的研究具有重要意义。     

太湖14000年以来古环境演变的湖泊记录

本文根据东西太湖短柱岩芯的沉积物的物理、化学、生物指标的综合分析,讨论了该区距今14ka来的古气候变化过程,结果表明14.3-13.3kaBP,太湖水位低,环境指标甚至表现为暴露特征,反映了气候干旱:13.3-12.4kaBP,为偏暖湿的过渡阶段;该孔柱270-280cm (11.5kaBP左右)各类指标均明显反映冷干特征,可能是YoungerDrays事件的记录,与我国东部其它地区有可比性;约10.9-10kaBP,这一时期是整个研究时段内一个较显著的温暖期。表现为还原沉积环境和水位相对较深;约10-7.2kaBP为冷暖交替的过渡带;7.2-5.737kaBP为暖湿气候;5.05kaBP多项分析指标发生突变,反映物源发生显著变化,可能存在沉积间断;表层沉积物则呈现现代环境的特征,西太湖藻类生长茂盛,偏氧化的沉积环境。目前湖泊生产力较高,富营养化程度高,表现为藻型湖泊特征;东太湖有机质来源以东太湖中生长较为茂盛的维管水生植物为主,目前湖泊生产力较低,富营养化程度低,表现为典型的草型湖泊特征。      

红枫湖、百花湖沉积物中磷的存在形态研究

湖泊沉积物中磷存在形态,是理解湖泊系统中磷的生物地球化学循环的重要方面,对研究湖泊富营养化等环境问题具有重要意义。本次工作中,采用连续提取化学分析技术,对红枫－百花尖沉积物中磷的存在形态及其剖面变化进行了研究,磷的存在形态包括：吸附态磷（Ｌｏｓｅｌｙ ｓｏｒｂｅｄＰ）、铁结合态磷（Ｆｅ－ｂｏｕｎｄ Ｐ）、钙结合态磷（Ｃａ－ｂｏｕｎｄ Ｐ）、矿物晶格中结合力强的残留态磷（Ｄｅｔｒｉａｌ－Ｐ）和有机态     

太湖及其主要入湖河流沉积磷形态分布研究

选择了我国第三大浅水湖泊--太湖及其主要入湖河流进行沉积磷形态的连续提取研究.太湖湖区沉积磷中不稳态磷(LP)及铝结合态磷(Al-P)含量很低,其余形态磷为铁结合态磷(Fe-P)＜钙结合态磷(Ca-P)＜有机磷(Org-P).河流沉积物中有机磷的相对含量高于湖泊沉积物,绝对含量平均值约为湖泊沉积物的3.9倍,铁结合态磷的绝对含量约为湖泊沉积物的3/4,湖区沉积物Fe-P含量与水体中PO3-4-、Chla呈显著正相关关系,同时与间隙水的氧化性呈显著负相关关系.太湖各湖区沉积物的磷形态表现为空间差异较大,活性组分的差异性要大于活性较差的组分.总的来说北部湖区沉积物中Fe-P和Org-P含量高于其他湖区,这与太湖北部湖区水体高营养级和藻类爆发关系密切.湖区沉积磷的垂直分布规律较复杂,既有随深度增加的,也有随深度降低的,河流沉积物同样如此.这与太湖及河流生态条件、污染物排放以及沉积动力学条件不同有关.     

Spatial variations and distributions of phosphorus and nitrogen in bottom sediments from a typical north-temperate lake,China

Concentrations and vertical distributions of total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and their different forms in sediments obtained from nine locations of Lake Dalinouer in September 2008 were analyzed. The results demonstrated that TP in surface sediments ranged from 0.493 to 0.904 g/kg, and inorganic phosphorus was the main fraction of total phosphorus, ranging from 335 to 738 mg/kg. Simultaneously, the autogenetic calcium phosphorus (ACa-P) was the main fraction of inorganic phosphorus, ranging from 145.4 to 543.2 mg/kg. Vertical distribution of different phosphorus forms in different sediment cores was distinguishing, and most of them tended to increase toward the surface sediment, indicated that the phosphorus concentration was related to the humanity with a certain extent. The relationships between TP and occluded phosphorus and ACa-P were significant. Nitrogen in the sediment was composed mainly of organic nitrogen, accounting for grater than 80 % of TN. NO₃ ^?-N was the dominate fraction of inorganic nitrogen in the surface sediment, ranging between 51 and 346 mg/kg (151.1 ± 104.4 mg/kg), and accounting for between 2.2 and 17.7 % of total sediment nitrogen (6.2 ± 5.6 %). The ratio of organic carbon and TN in sediment was in range of 6.0–25.8 and presented a tendency of lake centre >lake sides, indicating that nitrogen accumulated in the sediments from lake sides came mainly from terrestrial source and nitrogen was mainly autogenetic in lake centre. Ratio of N:P in all sampling sites was below 14, indicated that N was the limiting nutrient for algal growth in this lake.