乌梁素海冰封期溶解氧的平衡性分析

为探明中国北方浅水湖泊乌梁素海冰封期水体溶解氧平衡的内在机理,于2021年1-2月在湖心处布设了一台水质在线监测浮标,收集到包括溶解氧等在内的水质数据.通过对溶解氧数据的小波降噪处理,结合气象资料,模拟分析了冰生长及稳定期内水体溶解氧的变化趋势,定性分析了水体溶解氧的平衡机理.结果表明:湖泊的日均最高产氧速率为7.19 mg/(L·d),最低产氧速率为2.01 mg/(L·d);日均最高耗氧速率为7.13 mg/(L·d),最低耗氧速率为2.37 mg/(L·d).24 h的单位时间平均最高产氧速率为0.55 mg/(L·h),最低产氧速率为0 mg/(L·h);单位时间平均最高耗氧速率为0.36 mg/(L·h),最低耗氧速率为0.08 mg/(L·h).由此说明小时间尺度下溶解氧的补充消耗不均衡导致了大时间尺度下的溶解氧不平衡,进而产生了冬季湖泊的亏氧现象.通过进一步溶解氧驱动因素与水环境因子响应关系的分析发现,浊度、水温与产氧速率呈显著负相关,叶绿素a与产氧速率和耗氧速率均呈显著正相关,表明了这些限制性水环境因子在一定程度上影响了冰下水体的溶解氧平衡.     

富营养湖泊冰封期物理因子对初级生产力的驱动作用：以辽宁含章湖为例

与非冰封期水体相比,冰封期湖泊初级生产力的研究较为薄弱,一方面在于完整冰封期的调查观测数据仍然较少,而完整的冰下初级生产力变化过程对于理解冰下生态系统对环境因子的响应至关重要,另一方面物理过程与冰下生态的联系仍然有待明确。本研究于2021 2022年冬季期间在大辽河口沿岸的含章湖开展野外调查,通过垂向归纳模型（vertically generalized production model,VGPM）计算了冰下初级生产力,分析了冰封期中初级生产力完整的变化过程,并探讨了冰封期初级生产力的关键物理驱动因素。结果表明：冰封期初级生产力呈现波动爬升的趋势,平均值为0.20 g C/（m2·d）;整个冰封期可以划分为3个时期,即结冰期、缓慢融冰期和快速融冰期,不同时期初级生产力的关键驱动因子不同,在结冰期水温是控制初级生产力的关键因素,在缓慢融冰期冰水界面光合有效辐射强度（photosynthetically active radiation,PAR）是控制初级生产力的关键因素,在快速融冰期水温和冰水界面PAR同时控制初级生产力。在结冰期冰下水体富营养化程度逐渐增加,在融冰期初级生产力随着升温和...     

乌梁素海冰封期分层与混合特征及对氧代谢速率的影响

为探究寒旱区浅湖冰封期分层动态与其对湖泊新陈代谢速率的影响,于2016-2019年对乌梁素海气象与冰雪条件、冰下水体环境开展原位观测,分析水温和溶解氧变化特征、冰下混合层的出现与发展动态及其对代谢速率的影响.结果显示:观测期内乌梁素海整体水温较高(可接近10℃),冻结期水温结构主要由稳定的上部逆温层和下部弱逆温层构成,...     

天目湖沙河水库溶解氧分层的季节变化及其对水环境影响的模拟

溶解氧(DO)是水体能否维持生态平衡的重要指标,是湖泊初级生产力与水动力条件的综合反映.研究DO及其分层的季节变化对认识湖库的富营养化过程有重要意义.本研究以天目湖沙河水库为例,运用西澳大学开发的三维水动力水质模型——ELCOM-CAEDYM对天目湖的水温、DO和总磷(TP)进行了为期1年的数值模拟.结果表明,模型较好地模拟出了水体温度和DO分层过程以及TP的时空分布,3个指标在水体表层、中层和底层的模拟值与实测值拟合良好,均方根误差分别在1.8℃、1.8 mg/L和0.003 mg/L以内,Nash-Sutcliffe有效性系数均在0.7以上,相对误差均低于10%.沙河水库不同季节的DO垂向分层与温跃层协同变化:冬季垂向混合;春季(4月)温跃层开始发育,底部出现氧不足;夏季(7月)温跃层位于4~10 m之间,同时底部低氧区(DO<2 mg/L)面积达35%;秋季(9月末)低氧区随着温跃层的消失而消失;冬季再次垂向混合.全湖DO和TP的时空分布表明,南半库区磷的来源主要是外源输入,而北半库区磷的来源主要是由水体底部低氧导致的磷内源释放.DO季节分层还有可能通过影响藻类活动而对水环境造成影响.     

天山天池水体季节性分层特征

于2014年6-10月,对高山深水湖泊天山天池水温、电导率、溶解氧、p H值、叶绿素a浓度和蓝绿藻细胞密度进行垂直剖面的连续监测,通过对其季节动态和垂直分层结构的分析,探讨天池水体季节性分层特征.天池出现明显水温分层的时间短(6-9月),夏季温跃层变化范围为2~18 m,而秋季温跃层不断下移,10月在18 m水深以下;受水温分层影响,天池水体溶解氧浓度、电导率、p H值、叶绿素a浓度和蓝绿藻细胞密度在垂直剖面表现出明显的季节性分层,尤其是夏季水温分层影响溶解氧浓度、叶绿素a浓度和蓝绿藻细胞密度在水体中的分布,对天池水质变化产生重要影响.天池浅水层(水深小于10 m)溶解氧浓度较高(大于8 mg/L),而深水层(水深超过18 m)溶解氧浓度9月接近4 mg/L,季节性缺氧导致底泥营养盐向上扩散,对水体水质产生不利影响.所以,应在夏、秋季节加强水质监测,以防止天池水华发生;天池叶绿素a浓度与蓝绿藻细胞密度的垂直剖面变化趋势相似,均随水深增加呈先增加后减小的趋势,但叶绿素a浓度在2~12 m水深处较高,蓝绿藻细胞密度在5~15 m水深处较高,表明5~15 m深度适合藻类生长,同时,电导率、p H值的垂直变化也说明藻类的生长情况,这为监测天池水体富营养化取样和分析提供依据.     

稳定分层水库水质的季节性变化特征及扬水曝气水质改善

为了解深水型水库水体的热分层结构、水质特征及扬水曝气系统对水质的改善情况,对水温、溶解氧、pH、叶绿素a、营养盐、溶解性有机碳浓度等水质指标进行为期一年的监测,探讨各项指标的季节性变化规律.结果表明,黑河水库水体呈单循环混合模式,在3-10月形成自然热分层,水体的热分层导致相应水库水质明显分层.黑河水库为偏碱性水体,叶绿素a、总磷、总氮、铵态氮和溶解性有机碳浓度平均值分别为2.21 μg/L、0.022 mg/L、1.32 mg/L、0.20 mg/L和2.93 mg/L,表明黑河水库处于中-富营养状态.热分层期底部水体溶解氧浓度在0～7.9 mg/L之间,平均值为2.9 mg/L,氮磷质量比在41～100之间,表明黑河水库是一个底部季节性缺氧、高营养盐型水库.在水库自然热分层末期,应用扬水曝气技术,不仅改善了底部水体的厌氧/缺氧环境,抑制了厌氧/缺氧条件下内源污染物的释放和藻类的增殖,而且还使得水库水体提前混合,实现了强制混合与水体自然混合过程的有机衔接,延长了水质持续改善的作用时效,有效地改善了水环境,保障了安全供水.     

稳定分层水库水质的季节性变化特征及扬水曝气水质改善

为了解深水型水库水体的热分层结构、水质特征及扬水曝气系统对水质的改善情况,对水温、溶解氧、p H、叶绿素a、营养盐、溶解性有机碳浓度等水质指标进行为期一年的监测,探讨各项指标的季节性变化规律.结果表明,黑河水库水体呈单循环混合模式,在3-10月形成自然热分层,水体的热分层导致相应水库水质明显分层.黑河水库为偏碱性水体,叶绿素a、总磷、总氮、铵态氮和溶解性有机碳浓度平均值分别为2.21μg/L、0.022 mg/L、1.32 mg/L、0.20 mg/L和2.93 mg/L,表明黑河水库处于中-富营养状态.热分层期底部水体溶解氧浓度在0~7.9 mg/L之间,平均值为2.9 mg/L,氮磷质量比在41~100之间,表明黑河水库是一个底部季节性缺氧、高营养盐型水库.在水库自然热分层末期,应用扬水曝气技术,不仅改善了底部水体的厌氧/缺氧环境,抑制了厌氧/缺氧条件下内源污染物的释放和藻类的增殖,而且还使得水库水体提前混合,实现了强制混合与水体自然混合过程的有机衔接,延长了水质持续改善的作用时效,有效地改善了水环境,保障了安全供水.     

南方水库热分层消亡时期水体混合特征及其驱动机制

稳定分层的深水水库常在冬季发生“翻库”现象,继而导致水库的整体水质下降,影响饮用水安全问题。为探究南方水库热分层消亡时期水体混合特征,在冬季2019年11月—2020年2月对南宁市天雹水库水体理化指标开展长序列原位监测,并结合水体垂直扩散系数,分时期(热分层期、减弱期、完全混合期、形成期)刻画水库热分层消亡全过程中水温T、溶解氧DO的剖面变化特征,探讨了气象因子(气温、太阳辐射、风速等)与水动力因子(水体垂直扩散系数K_z)对水体理化指标的影响。结果显示:桉树人工林区水库热分层消亡期温度分层与溶解氧分层变化不同步,溶解氧分层的破坏较水温分层的破坏出现滞后,其结构失稳是气温及太阳辐射共同作用的结果;期间水体垂直扩散系数变化范围0.16～380.36 m²/d,均值为30.46 m²/d,表层K_z变化的主要控制因子为气温变化,且较T及DO而言,表层K_z对气温的变化更加敏感(R_Kz=-0.44,R_T=0.25,R     

太湖秋季真光层深度空间分布及浮游植物初级生产力的估算

基于2004年10月对全湖67个采样点水下光合有效辐射(photosynthetically active radiation:PAR)和各光学活性物质浓度的测定,分析了真光层深度的空间分布及其影响因素.利用实测的叶绿素a浓度,真光层深度,PAR强度,由水温计算得到的最佳固碳速率以及由经纬度计算的日照周期等,在垂向归纳模型(vertically generalized production model:VGPM)的支持下估算了全湖秋季浮游植物初级生产力.真光层深度的变化范围为0.37-5.27m(均值为1.52±1.06m),高值出现在东太湖、胥口湾、东西山之间等水生植物分布茂盛的草型湖区,而在梅梁湾、湖心区以及西南面的开阔湖区真光层深度均较小.回归分析显示,真光层深度主要受制于非色素颗粒物浓度,浮游植物和溶解性有机物的贡献相对要小得多.叶绿素a浓度和VGPM模型估算的浮游植物初级生产力变化范围分别1.21-53.59μg/L、77.4-2484.9mg/(m2·d),其时空分布基本一致,高值出现在富营养化的藻型湖区梅梁湾,低值出现在胥口湾和西南开阔湖区.VGPM模型和经验模式对比结果显示两者值比较接近并存在显著相关(r2=0.79.P<0.0001).两类模型全湖的均值分别为694.5±492.0、719±84±315.4mg/(m2·d),但由于VGPM模型考虑到真光层深度、温度、PAR强度以及日照周期对初级生产力的影响,其变化范围明显大于经验模型,也更能反映初级生产力的空间变化.     

高原深水湖泊水温日成层对溶解氧、酸碱度、总磷浓度和藻类密度的影响:以云南阳宗海为例

弄清深水湖泊夏季水温分层及其对水体各理化指标的影响对于湖泊的保护和治理有重要意义.以云南阳宗海为例,在夏季选择湖泊内有代表性的6个样点,以1 m为间隔对每个样点不同水深的水温、藻蓝蛋白、DO、pH和叶绿素a含量进行同步测定,同时在实验室测定TP.结果表明:(1)夏季晴天阳宗海上午没有明显的分层,中午开始慢慢形成4层,随后转化到3层,在14:00时达到分层相对稳定,稳定时温跃层出现在水深9~13 m处,湖表层与深水层的最大温差为7.8℃;(2)随着水温出现分层,DO和pH呈现出与水温分层相似的垂直分层结构,而这种分层过程基本上与水温成层过程同步;(3)藻类和浮游植物随水温分层而逐渐成层,但有迟滞性,迟滞时间约2 h;(4)TP对水温分层不敏感,只有接近湖底的水体总磷浓度才明显升高,9 m以上的水层总磷浓度分布均匀,水温的分层与消失过程不影响上层水的总磷浓度,全湖泊的总磷平均浓度为0.033±0.03 mg/L.     

太湖浮游植物细胞裂解速率的酯酶活性法初步研究

本研究从2009年8月至2010年10月,每月采集太湖3个不同富营养化湖区水样,运用酯酶活性法,测定了颗粒态酯酶、溶解性酯酶活性以及酯酶衰变周期,估算了太湖浮游植物细胞裂解速率.研究结果表明,太湖颗粒态酯酶活性为0.58～35.15 nmol FDA/(L.h),溶解性酯酶活性为0.55～7.59 nmol FDA/(L.h),酯酶衰变周期为7～75 h,细胞裂解速率为0.02～0.77 d-1,三个采样点细胞裂解速率没有显著差异.颗粒态酯酶活性与叶绿素a浓度之间具有显著的线性关系,说明运用酯酶活性法估算太湖浮游植物细胞裂解速率是可行.此外,叶绿素a浓度与温度变化趋势基本一致,梅梁湾和湖心叶绿素a浓度具有显著差异.贡湖湾叶绿素a浓度与细胞裂解速率之间具有显著的反比例关系,说明细胞裂解速率也是影响太湖藻类生物量的重要因素.     

蒙新高原岱海夏季叶绿素a浓度空间分布及影响因子

基于2019年夏季(8月)对岱海水样的实测数据分析,通过运用克里金插值、相关性分析、多元线性逐步回归、主成分分析方法,探究了叶绿素a(Chl.a)的空间分布特征及其与水环境因子的相关关系,并讨论了相应的防治措施。研究显示:Chl.a空间分布呈现由岸边向湖心递减的趋势,总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH₃-N)、硝态氮(NO^-₃-N)、正磷酸盐(PO^3-₄-P)空间分布特征与Chl.a空间分布特征相近,采样期内岱海湖局部区域水质状况已达到富营养状态;Chl.a与浊度(Turbidity)、TP、TN、悬浮物(SS)、pH、NO^-₃-N、NH₃-N、PO^3-₄-P、蓝绿藻丰度(CYANO)呈极显著正相关,与溶解氧(DO)呈显著负相关,与电导率(Cond.)呈正相关、与氮磷比(TN/TP)呈负相关;各湖区Chl.a与环境因子相关关系不同,全湖逐步线性回归方程为Y_Chl.a=-21.42+8.658X_pH-0.865X_DO+0.779X_NH3-N+0.699X_Turbidity+0.502X_CYANO;岱海不同湖区因子对Chl.a浓度的影响存在差异,各湖区Chl.a与环境因子相关关系不同,通过岱海与我国其他湖泊Chl.a与环境因子的相关性关系对比分析,湖泊地理属性差异及营养物质输入浓度是影响Chl.a变化的重要因素;本研究岱海的TN/TP平均值为12.23,说明夏季岱海湖Chl.a变化为氮磷共同限制。     

鄱阳湖不同湖区营养盐状态及藻类种群对比

在平水期、丰水期和枯水期对鄱阳湖典型天然碟形湖、人控湖汊和主湖区进行了水质、藻类和蓝藻毒素等对比调查,结果表明鄱阳湖各个湖区的水质与藻类种群等差异较大,蓝藻毒素浓度和底泥中铁含量的分布具有一定关联性.在各水文季节蓝藻均为人控湖汊藻类的主要优势种之一.平水期鄱阳湖藻类生物量(叶绿素a浓度)与水体的pH呈正相关关系,与采样点的水深呈负相关关系,碟形湖区水体营养盐浓度和藻类细胞密度均较其他湖区水体低.丰水期各湖区的水质差异相对较小,碟形湖藻类细胞密度仍低于其他湖区,但蓝藻已成为各湖区的优势种,该时期藻类生物量与水体总磷浓度及浊度呈正相关关系.枯水季鄱阳湖各水体藻类生物量与水体总氮浓度、铵态氮浓度及电导率呈正相关关系,碟形湖与主湖区发生了完全分离,水体流动性差,暴发蓝藻水华的风险较高.高温丰枯季节鄱阳湖水体蓝藻毒素浓度与底泥铁含量呈现一定的相关分布关系,底泥铁含量高的地方,其水体蓝藻毒素浓度通常比较高,应警惕鄱阳湖流域富铁红壤流失带来的湖区蓝藻水华风险加剧后果.上述研究结果将为鄱阳湖水环境的预警和污染控制提供科学指导.     

江汉平原长湖浮游植物初级生产力的季节性变化及其驱动因子

为探究长江中下游富营养化浅水湖泊的浮游植物初级生产力季节性演替特征及其驱动因子,本研究于2020年4月(春)、8月(夏)、10月(秋)及2021年1月(冬)对湖北长湖浮游植物进行采样调查,同时运用黑白瓶测氧法及VGPM模型估算法分别估算了其浮游植物生产力水平,并探究驱动初级生产力季节性变化的主要环境因子。结果显示,4个季节共鉴定出浮游植物194种,其中绿藻门(95种,49%)和硅藻门(40种,21%)居绝对优势地位;黑白瓶法测得浮游植物水柱总生产力(P_t)季节变化为:夏季((1841.24±345.93) mg C/(m²·d))>秋季((1324.14±208.34) mg C/(m²·d))>春季((847.50±247.72) mg C/(m²·d))>冬季((711.43±133.52) mg C/(m²·d)),其中M2站位在夏季采样时(2424.66 mg C/(m²·d))水柱总生产力最高;在垂直空间上,浮游植物总生产力(G...     

大型深水湖库溶解氧时空变化及驱动因素：以江西仙女湖为例

为探究深水湖库溶解氧的时空分布规律及其主控因素,本文以南方亚热带大型深水湖库——江西省仙女湖为研究对象,基于2008—2021年仙女湖4个国控站点溶解氧的历史数据分析其年际变化的规律及原因;另于2016年水污染事件发生前(2014年5月—2015年4月)及水污染事件结束后(2018年1月—2018年12月)对仙女湖进行加密逐月监测,采用结构方程模型(SEM)分析仙女湖溶解氧的主要驱动因素。研究结果表明,2008—2021年仙女湖水体溶解氧浓度先下降后上升,变化范围为5.1～18.7 mg/L,季节均值为春季>冬季>秋季>夏季。水污染事件发生前高溶解氧区域多出现在舞龙湖湖心区及湖出口位置,水温、叶绿素a浓度和浊度是溶解氧浓度变化的主要驱动因素;水污染事件结束后高溶解氧区域多出现在钤阳湖及舞龙湖枝杈状湖湾位置,叶绿素a浓度及营养盐浓度成为溶解氧浓度变化的主要驱动因素;而pH与溶解氧主要是协同变化的关系。根据对仙女湖最深点(江口)的垂向监测结果,溶解氧的垂向差异为夏季>秋季>春季>冬季,夏、秋季在5 m以下出现低溶解氧(DO<5 mg/L)区域,且夏...     

基于色度角的岱海水体营养状态遥感评估

湖泊富营养化已经成为水资源领域的研究焦点,是水环境领域面临的长期严峻挑战.为探明干旱半干旱区域湖泊营养状态,以典型岱海水体为例,利用2019—2020年6次野外实测数据为基础,针对Sentinel_2A和Landsat_8 OLI遥感数据,基于营养状态指数TSI_SDD与色度角之间的相关关系,建立了岱海水体营养状态评估模型,并利用1986—2020年遥感影像数据,得到了长时间序列的水体营养状态.结果表明:(1)本文建立的营养状态评估模型,根据精度检验结果显示模型精度较好,决定系数(R²)为0.74,均方根误差(RMSE)为3.66,平均绝对百分比误差(MAPE)为4.84%.(2)将算法应用到时间序列MSI、TM、ETM+和OLI数据,得到了岱海水体1986—2020年的营养状态动态特征.结果表明,岱海水体面积逐年减少,且多数时间处在轻度富营养化状态.水体富营养化现象大体上从边缘逐渐向湖中心趋于缓和,离岸边越近富营养化现象越严重,通常趋向湖中心以中营养为主,整体上贫营养化现象极少.(3)岱海营养状态时空变化与气温、风速和降水量等气候因子的相关性并不显著,对其解释率为13%.气候因子对营养状态的月变化影响显著,对其解释率为93%.     

安徽太平湖水库初级生产力时空分布及分析

安徽太平湖是2014年国家列入的重点保护湖泊之一,鉴于其生物本底资料的缺乏,于2012年11月至2014年10月,从上游至下游选取H1、H2、H3、H4、H5共5个样点,采用黑白瓶法对太平湖的初级生产力进行为期2年的调查研究.结果显示,太平湖水柱毛初级生产力、水柱净初级生产力和水柱呼吸量的平均值分别为4.54±6.72、-1.82±7.77和6.50±7.62 g/(m2·d).时间分布上,水柱毛初级生产力出现3个峰值,分别在2012年11月、2013年5月和2014年7月,呼吸量在2013年7月份出现远高于其他月份的峰值,达到了16.04 g/(m2·d),水柱毛初级生产力季节变化表现为夏季秋季春季冬季.太平湖初级生产力存在显著的空间差异,水平分布上毛初级生产力与呼吸量的水平分布相似,湖心H3样点最小,下游的H4、H5样点较高;垂直分布显示,毛初级生产力主要贡献在表层和1SD层,并沿水深逐渐降低,呼吸量的垂直分布与毛初级生产力不同,最高值出现在1SD和2SD层,各层净初级生产力的值均较小,无明显峰值或谷值.研究表明,太平湖水库水柱的P/R系数小于1,但最高生产力层(表层)的P/R系数大于1.相关分析显示水柱毛初级生产力与温度和湖深呈显著正相关,与其它环境因子相关性不明显.     

阳宗海砷污染背景下浮游植物的时空分布特征及其驱动因子解析

人类活动导致的重金属污染是湖泊水体面临的主要环境压力之一.云南高原湖泊阳宗海于2008年暴发了砷污染事件且水体砷浓度目前仍然超过生活饮用水卫生标准,严重影响了水安全和生态系统健康.本研究于2015年4月-2016年2月每两月对阳宗海南、中、北部湖区进行采样调查及分析,共鉴定出浮游植物7门44属68种,绿藻门种数最多.蓝藻门占绝对优势,其中伪鱼腥藻（Pseudoanabaena sp.）、浮丝藻（Planktothrix sp.）、束丝藻（Aphanizomenon sp.）为全年的优势种,这与已有调查显示的阳宗海砷污染后浮游植物群落中蓝藻占优的基本特征一致.方差分析结果表明浮游植物生物量在时间尺度上呈现显著的变化特征,最大值出现在8月（14.06 mg/L）,最小值出现在12月（1.23 mg/L）,而空间差异不显著.Pearson相关分析显示,浮游植物总生物量与水温、pH呈显著正相关.而与砷、透明度、锰、钠、钾和总磷浓度呈显著负相关,冗余分析结果表明,水温、砷、钙、锰、钾共同解释了阳宗海浮游植物群落结构变化的57.18%.方差分解的结果进一步表明,水温、钙离子和砷三者作用共同解释了浮游植物群落结构变化的32.05%,其中水温和钙离子分别独立解释了群落变化的12.45%和8.28%,水体砷浓度仅独立解释了2.33%,但与水温共同作用解释了9.46%.因此,我们推测水温的季节性波动导致了湖泊水体热力分层的明显变化,其中水体混合作用的增强可能会促进底泥释放过程并增加表层水体的砷浓度,进而影响了浮游植物群落的季节性变化.研究结果有利于评价重金属污染对湖泊的长期生态效应,并为砷污染湖泊的环境修复提供重要的科学依据.