基于15N稳定同位素示踪技术的太湖梅梁湾浮游植物群落氮吸收动力学研究

浮游植物对氮的吸收与其生长繁殖密切相关,太湖梅梁湾湖区蓝藻水华频频暴发,对该水域浮游植物氮吸收进行研究具有重要意义.本文分别在冬、春、夏、秋4个季节于梅梁湾采样,对水体常规理化指标和浮游植物群落结构进行分析,并利用¹⁵N稳定同位素示踪技术研究了浮游植物对铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）和尿素态氮（Urea-N）吸收的动力学特征.结果表明,太湖梅梁湾浮游植物群落除了秋季对NH₄⁺-N的吸收不符合米氏方程外,其余均符合.冬季和春季3种形态氮最大吸收速率（V_max）的大小依次为：NH₄⁺-N > NO₃^--N > Urea-N,而夏季为：NH₄⁺-N > Urea-N > NO₃^--N.3种形态氮V_max的季节变化规律为夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季.V_max在不同季节以及不同形态氮之间的差异性可能与浮游植物群落组成以及水体中NH₄⁺-N浓度不同有关.浮游植物对NH₄⁺-N吸收的K_S值在冬、春季高于夏季,对Urea-N吸收的K_s值则在夏、秋季高于冬、春季,而对NO₃^--N吸收的K_s值则在夏季显著高于其他3个季节.冬季和春季梅梁湾浮游植物群落最容易受到NO₃^--N限制,而最不容易受到Urea-N的限制;而夏季,则最容易受到NO₃^--N限制,而最不容易受到NH₄⁺-N的限制,且浮游植物群落对NH₄⁺-N的亲和力最高.与NO₃^--N相比,秋季浮游植物更容易受到Urea-N的限制.不同季节,容易对浮游植物产生限制作用的氮的形态不同.     

太湖典型区2010-2017年间水质变化趋势及异常分析

自2007年太湖蓝藻水华引起无锡供水危机后,在太湖流域及湖区开展了一系列综合治理措施以改善太湖水环境质量.本研究在太湖梅梁湾和贡湖湾各设置3个采样点,自2010年4月起每月2次监测太湖水质.结合水文气象数据及无锡市环境监测站和太湖局的同期数据,明确太湖自2010年以来,水质整体良好,总氮浓度在波动中呈现下降的趋势,总磷浓度在2014年前也是在波动中呈现下降的趋势,但在2015和2016年有所回升,回升比例约为15%~20%.2015和2016年总磷浓度出现回升的主要原因是这2年的2次大洪水过程携带大量N、P进入太湖湖区,洪水消退过程中,N大多以溶解态排泄出湖区,而P则由于大多数以颗粒态存在,逐渐沉积到湖泊中,随着微囊藻生长消耗水体溶解态P以及水体pH和溶解氧的变化逐渐释放到太湖水体中.     

太湖北部隐藻生物量时空动态

利用2005-2009年每月一次的监测资料,对太湖竺山湾、梅梁湾和贡湖湾理化因子和浮游植物,特别是隐藻生物量周年季节变化进行比较研究,探讨环境因子以及蓝藻变化对隐藻生物量的影响.结果显示,竺山湾内隐藻平均生物量(1.89 mg/L)高于梅梁湾(0.87 mg/L)、贡湖湾(0.43 mg/L).2008-2009年隐藻平均生物量(2.12 mg/L)高于2005-2007年平均生物量(0.28 mg/L).通过与环境冈子的时空差异比较分析,竺山湾内高营养盐浓度、高有机质浓度和高悬浮质浓度使得隐藻更具有竞争优势,而贡湖湾内浮游动物的摄食作用可能限制了隐藻生物量.同时,太湖隐藻与蓝藻的竞争演替趋势明显,春夏季高温和蓝藻的过度繁盛可能对隐藻的生长产生抑制作用.     

太湖贡湖湾人工湖滨带水生植物恢复及其富营养化控制

以太湖贡湖湾人工湖滨带为对象,研究湖滨水生植物修复过程及其富营养化控制效果.人工湖滨区域内的消浪带、岸上护坡措施为水生植物修复提供了良好的生境条件,形成了包括荇菜（Nymphoides peltatum（Gmel.）Kuntze）、睡莲（Nymphaea tetragona Georgi）、菱（Trapa bispinosa Roxb.）为主的浮叶植物群落,以及以黑藻（Hydrilla verticillata（Linn.f.）Royle）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum L.）、小眼子菜（Potamogeton pusillus L.）、竹叶眼子菜（Potamogeton malaianus）为主的沉水植物群落.通过设置研究区、对照区,持续监测溶解氧、总氮、总磷、氨氮、叶绿素a浓度等水体指标,烧失量、氮含量、磷含量等沉积物指标,水生植物生物量、覆盖度,浮游藻类等指标.不同时期、不同区域间的时空分布显示：随着水生植物的恢复,水体营养状态指数（TLI）、沉积物生物生产力指数（BPI）显著下降,水体透明度显著提升;较高浓度的总氮（>3.0 mg/L）、氨氮（>0.6 mg/L）环境不利于浮叶植物的生长,沉水植物对其则表现出更好的适应性,同时水生植物在成长过程中直接从水体/沉积物中吸收氮;颤藻（Cyanophyta oscillatoria）、直裂藻（Cyanophyta merismopedia）等浮游藻类吸收了水体磷,水生植物利用了沉积物磷,共同缓解了磷在湖滨区域的累计.总结以上,湖滨带的水文水质条件可以影响水生植物群落结构,进而决定氮、磷的控制效果,所以在湖滨带修复中构建合适的生境条件是水生植物发挥氮磷控制效果的重要前提.水生植物在恢复过程中对浮游藻类群落结构的影响是显著的,并且以此影响到湖滨水体中磷的分布.     

太湖贡湖湾和梅梁湾微囊藻群落的时空分布及其驱动因子

于2010年7月至2011年6月期间,对太湖贡湖湾及梅梁湾微囊藻的种类组成及其群落的时空分布差异进行调查,并探讨影响微囊藻群落时空分布的环境因子.结果表明,7-11月太湖贡湖湾和梅梁湾都表现为鱼害微囊藻(Microcystis ichthyoblabe)、惠氏微囊藻(M.wesenbergii)及铜绿微囊藻(M.aeruginosa)顺次成为优势种的演替过程,其余时间段内以鱼害微囊藻及其它微囊藻为主.通过CCA分析环境因子与微囊藻属内各种类之间的关系,发现温度是驱动其季节演替的主要因素.两个湖湾之间及同一个湖湾内中心与岸边区域的微囊藻种属分布差异不明显.但是受到风的作用,两个湖湾中下风向位置的微囊藻细胞丰度较高.惠氏微囊藻和铜绿微囊藻更易受到风的影响而向下风向位置迁移,这是因为惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体粒径相对较大,易于漂浮在表层而通过表层迁移聚集于下风向处.可见风引起的表层迁移是影响微囊藻群落空间分布的重要因素.     

人类活动对太湖水环境影响的稳定氮同位素示踪

人类活动对湖泊环境变化的影响是目前全球变化研究的热点之一.识别水体中人为氮源的贡献对于研究人类活动对湖泊环境变化的影响十分重要.稳定氮同位素组成(δ15N)是水环境中人为氮源的有效示踪剂.太湖是我国典型的大型浅水富营养湖泊,位于人口稠密、经济发达的长江三角洲地区,是研究人类活动对水环境影响的理想对象.太湖水体δ15N值的空间分异规律大致反映了不同湖区人类活动影响水环境的方式,上游宜兴小流域及河口主要受农业活动影响,胥口湾和东太湖则主要是水产养殖的贡献,梅梁湾受城市生活污水影响较大.而且水体δ15N值的水平反映了人类活动的影响从南部湖区到北部湖区逐渐加强的趋势,表现为南部河口—东太湖—梅梁湾不同水体从草型水体到藻型水体δ15N值增加的趋势.另外,夏季(6月)太湖水体δ15N值的变化响应于初级生产力的变化,体现了生物作用的影响.在蓝藻水华暴发时期,利用水体δ15N值识别人为氮源的结果可能会受到生物过程的干扰.     

滇东湖泊水生植物和浮游生物碳、氮稳定同位素与元素组成特征

稳定同位素示踪方法是研究生态系统组成与功能的重要手段,有助于认识湖泊食物网的基本组成与生物地球化学循环的主要过程.本研究选择了云南省东部地区营养水平不同的10个湖泊,开展了高等水生植物(沉水植物、漂浮植物)、浮游植物与浮游动物的空间调查,分析了不同生物在碳、氮稳定同位素信号与元素组成上的分布模式.在碳稳定同位素信号的分布上,漂浮植物在4种生物类型中最为偏负且变化幅度最小,为-28.99‰±0.86‰;浮游动物碳稳定同位素(-20.85‰±2.70‰)的分布特征与浮游植物(-21.88‰±2.97‰)显著相似;而沉水植物的碳稳定同位素显著偏正且变化范围较大,平均值为-12.04‰±4.57‰.结果表明,碳源及其传输途径的差异是导致湖泊生物体内碳同位素信号不同的主要驱动过程.在氮稳定同位素信号上,同为初级生产者的沉水植物(5.43‰±5.84‰)、漂浮植物(5.58‰±7.38‰)与浮游植物(7.26‰±3.83‰)较为相似,而浮游动物氮同位素信号(11.02‰±3.18‰)显著高于浮游植物且平均富集约3.46‰,反映了湖泊生物随着营养级的增加出现较为明显的同位素分馏效应.在空间分布上,湖泊生物碳同位素信号受到水温、水深等因素的明显影响,氮同位素信号则随湖泊营养水平的增加而逐渐偏正.与长江中下游等地区相比,云南湖泊生物的碳、氮元素含量总体偏高;同时,代表内源有机质组分的水生植物和浮游生物C/N质量比值都小于20.因此,本研究揭示的生物碳、氮同位素信号与元素组成特征可为评价高原湖泊食物网组成与生物地球化学循环提供重要的科学依据.     

水体浊度对风速、风向及其时间累积效应的响应——以太湖贡湖湾为例

水体浊度是影响水下光场及营养盐循环的关键要素之一,其变化过程与水生生态环境演变关系密切.基于2015-2016年7个时段于太湖贡湖湾内外的金墅和上山村两站点的水体浊度及东山气象站的逐时风场数据,利用分位统计等方法,探讨了风速、风向及时间累积效应对水体浊度的影响.结果表明：在以风场驱动为主要动力来源的大型浅水湖泊中,春、秋两季水体浊度的变化频率高于夏、冬两季,且春季变率更为突出;冬季风场和水体浊度的变率均较夏季明显.风场（包括风速、风向及其累积时间）是影响水体浊度变化的关键因素.其中风速是主要决定性因子;风向对水体浊度有较明显的影响,其通过对风速效应的修正进而影响水体浊度,该修正作用可用三角函数表征;水体浊度变化同时还受前期风场累积的影响,其前期时间累积效应的有效时段为2~10 h.该研究给出了风速、风向及风场累积效应的耦合对水体浊度的影响模型,有助于弄清风场对水体浊度变化的影响机制.     

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...     

太湖梅梁湾湖区悬浮物动态沉降特征的野外观测

沉降运动是悬浮物主要运动形式之一,是影响营养盐内源释放的主要运动过程,研究悬浮物沉降速度对湖泊富营养化的研究具有重要意义.为了解浅水湖泊悬浮物的沉降特征,以太湖梅梁湾为例,采用声学多普勒流速仪,光学后向散射浊度仪以及风速风向仪在梅梁湾进行了连续9 d的野外观测.采用扩散沉降平衡的方法计算小风速情况下悬浮物的沉降速度,并对沉降速度与垂向流速、风速、悬浮物浓度的关系进行分析.结果表明悬浮物平均沉降速度为0.0785 mm/s,表层垂向流速和悬浮物浓度对悬浮物沉降速度变化起主要作用;而在底层,风速、垂向流速、悬浮物浓度都对悬浮物运动有重要影响,具体表现为风速1.5 m/s时,垂向流速紊动增大,悬浮物因起悬而浓度较大,并且沉降速度波动较大;风速1.5 m/s时,垂向流速基本向下且流速较小,沉降速度也较小.本文揭示了大型浅水湖泊悬浮物的动态沉降特征,为今后太湖污染物的输移、水环境数学模型和湖泊富营养化的深入研究奠定了必要的基础.     

太湖梅梁湾与五里湖浮游植物群落的比较

富营养化和风浪是影响大型浅水湖泊浮游植物群落的重要因素,本文于2003年10月至2004年9月对太湖梅梁湾和五里湖理化环境因子(水温、透明度值、悬浮质浓度和氮、磷营养盐浓度)和浮游植物群落进行了逐月监测,通过对两个湖区理化因子和浮游植物群落结构在周年内季节变化的比较研究,探讨富营养化程度以及风浪对浮游植物群落结构的影响,结果为:(1)梅梁湾由于受风浪影响悬浮物含量较高,五里湖则富营养化水平更高.(2)周年内五里湖浮游植物平均生物量(6.85 mg/L)高于梅梁湾的平均生物量(4.99 mg/L),两个湖区都呈现夏秋高峰、冬季低谷的变化特征.梅梁湾浮游植物群落季节演替的模式基本为:冬季硅藻(小环藻属Cyclotella spp.)和隐藻(隐藻属Cryptomonas spp.)-春季绿藻(细丝藻属Planctonema sp.)-夏季绿藻(绿球藻目Chlorococcales种类)和蓝藻(微囊藻属Microcystis spp.和浮游蓝丝藻属Planktothrix spp.)-初秋蓝藻(微囊藻属)和硅藻(浮游直链硅藻Aulacoseira spp.)-秋季隐藻(隐藻属).五里湖的季节演替模式没有梅梁湾明显,全年隐藻(隐藻属)都占优势,在此基础上,秋冬季硅藻(小环藻属和浮游直链硅藻属)占优势,裸藻(裸藻属Euglena spp.)在冬春季占优势,绿藻(绿球藻目种类和团藻目衣藻属Chlamydomonas spp.)在整个春季和初夏的优势地位在夏季被蓝藻(微囊藻属和浮游蓝丝藻属)所取代.群落构成的差异是浮游植物对两个湖区不同风浪条件和富营养化水平的响应结果.(3)通过与PEG(Plankton Ecology Group)模式的比较,梅梁湾和五里湖浮游植物群落的季节演替主要受水温、光照、营养盐(氮、磷)浓度和浮游动物牧食等因子的影响,因此,大型富营养化浅水湖泊浮游植物群落演替规律需要进一步的研究.     

太湖不同湖湾中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的氮稳定同位素特征

进入湖泊中不同氮源氮稳定同位素值(δ15N)的差异和生物对氮稳定同位素的记忆作用,可以反映流域人类活动输入的污染物对生态系统的影响程度.本文调查了太湖4个湖湾(梅梁湾、贡湖湾、竺山湾和东太湖)中铜锈环棱螺(Bel-lamya aeruginosa)的δ15N值,结果表明环棱螺δ15N值的变幅为6.9‰～18.1‰,平均值为11.2‰,不同湖湾中环棱螺δ15N值差异极显著,从高到低依次为梅梁湾(17.7‰)、贡湖湾(13.2‰)、东太湖(10.2‰)和竺山湾(7.8‰).分析认为,梅梁湾和贡湖湾接纳较多的人类活动产生的污染物,其周边城市如无锡、常州等地的污水处理效率有待提高;竺山湾水体氮素主要来自于农业面源污染,需降低农田化肥的使用量.     

太湖不同生态类型湖区浮游甲壳动物群落结构季节变化比较

水体富营养化会对整个水生态系统产生重要影响.为了解太湖富营养化对浮游甲壳动物群落结构的影响,于2012年3月至2013年2月对太湖3个典型湖区——藻型湖区(梅梁湾)、草型湖区(胥口湾)和强扰动湖区(湖心区)开展浮游甲壳动物群落结构季节变化比较研究.3个湖区中,湖心区营养水平最高,胥口湾最低.梅梁湾浮游甲壳动物密度和生物量最高,其次是湖心区,胥口湾最低.梅梁湾、湖心区和胥口湾的浮游甲壳动物年平均密度分别为199、150和91 ind./L,年平均生物量分别为1.950、1.557和0.743 mg/L.在整个研究期间,梅梁湾、胥口湾和湖心区的浮游甲壳动物种类数分别为13、11和11;3个湖区的浮游甲壳动物优势种均为中华窄腹剑水蚤和简弧象鼻溞,其中中华窄腹剑水蚤在梅梁湾、胥口湾和湖心区的年平均密度分别为57、25和36 ind./L,简弧象鼻溞在3个湖区的年平均密度分别为40、22和32 ind./L.胥口湾浮游甲壳动物生物多样性指数显著低于梅梁湾和湖心区.相关分析表明,浮游甲壳动物密度与叶绿素a浓度呈极显著正相关.研究表明,同一湖泊不同生态类型湖区浮游甲壳动物会对水体富营养化产生不同的生态响应.     

2008年太湖梅梁湾浮游植物群落周年变化

2008年对太湖梅梁湾浮游植物群落的生态学特征进行了调查.结果表明:梅梁湾共检出浮游植物6门35种,其中绿藻门(Chlorophyta)种数最多,共20种,占浮游植物总种数的57.1%;其次是硅藻门(Bacillariophyta),共7种,占浮游植物总种数的20.0%.浮游植物的数量和生物量分别在298.2×104-368006.8×104cells/L和0.298-184.202mg/L之间;浮游植物数量以夏季(6月5日)最高,春季(3月20日)最低.浮游植物相似性指数变化在0.11-1.00之间;其中1月8日-4月3日的相似性指数高,在0.54-1.00之间,均在中度相似以上;其他时间下的相似性指数低,变化在0.11-0.50之间,为极不相似或轻度相似.浮游植物多样性和均匀度分别在0.01-2.29和0.003-0.72之间,其中1月8日-4月3日的多样性和均匀度较好,其他时间下的多样性和均匀度较差,表明1月8日-4月3日梅梁湾浮游植物分布比较均匀,群落结构复杂,而4月23日-12月9日浮游植物分布不均匀,群落结构简单.     

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.     

太湖梅梁湾摇蚊亚化石沉积记录及营养演化研究

对太湖梅梁湾T0905岩芯摇蚊幼虫亚化石组合进行了分析,探讨了自1940年以来梅梁湾湖区摇蚊幼虫对营养盐演化的响应.结果表明,梅梁湾湖区摇蚊组合变化以1970年为分界点,经历了由Tanytarsus为优势属种向富营养属种Chironomus plumosus-type和Microchironomus为优势组合转变的过程...