2007年以来太湖总磷污染负荷质量平衡计算与分析

磷是太湖富营养化的关键性指标,为了解太湖总磷内、外源变化趋势及特征,从总磷污染负荷动态平衡角度分析太湖总磷主要来源与总磷浓度高位波动的原因,本研究基于2007年以来长时序水量水质监测资料和调查数据,开展了太湖进出各途径的总磷负荷质量平衡估算及分析。结果表明,2007—2020年入湖河道输入总磷负荷为1835～2799 t,占太湖总磷负荷的55%～73%,是外源输入最主要的途径;大气干湿沉降输入353～1380 t,占太湖总磷负荷量的12%～38%,是太湖总磷外源输入的第二大途径;太湖水体中总磷负荷量约占8%～15%。出湖河道输出总磷负荷量为516～906 t,占太湖总磷负荷量的13%～30%;水生动植物捕捞总磷负荷量为115～312 t,占太湖总磷负荷量的4%～12%,水厂输出占2%～3%左右;约41%～74%的总磷负荷量滞留于太湖湖体中,成为影响太湖总磷浓度的重要内源。同时,太湖地区气温升高、太湖水体流动速度加快一定程度上又加速了内源污染释放,使其成为总磷改善的限制性因素。     

Ge湖氮,磷平衡研究

Ｇｅ湖位于江苏省常州市西南１３ｋｍ处，水面面积１６４ｋｍ＾２，平均水深１．２６ｍ，是太湖湖洋的重要组成部分。其氮、磷平衡研究结果表明：①入湖氮、磷总量分别为４１２０．２９ｔ／ａ和２７０．０３ｔ／ａ；其中以河道入湖量最大，分别占入湖总量的７１．９％和５７．１％，其次是养殖投饵，分别占入湖总量的１２．４％和２９．９％；氮、磷的滞留系数分别为０．３６和０．３５，年滞留量分别为１４８１．６ｔ和９４．８２ｔ     

太湖水体氮、磷浓度演变趋势(1985-2015年)

分析了太湖水体氮、磷浓度1985-2015年的演变趋势.结果表明,近30年来,全太湖水体氮、磷指标总体呈先恶化、后好转的波动变化趋势.总氮（TN）浓度年均值在1.79～3.63 mg/L之间,30年平均值为2.62±0.03 mg/L,总磷（TP）浓度年均值在0.04～0.15 mg/L之间,30年平均值为0.086±0.001 mg/L,1996年全太湖TN （3.84 mg/L）和TP （0.15 mg/L）浓度年均值均达历史峰值.氮、磷逐月浓度变化情况显示,TN浓度呈明显季节性变化规律,最高值集中出现在3、4月,概率分别为67%和33%,最低值则分布在8、9、10、11月,概率分别为18%、41%、29%和12%,而TP浓度则没有明显的季节性变化规律.太湖各湖区水体氮、磷浓度变化空间异质性明显,西部水域和北部水域变化幅度大于东部水域、南部水域和湖心区.太湖水体氮、磷浓度的长期变化趋势显然和流域经济发展及各项环保管理措施的实施密切相关,同时也受到重大水情变化的影响.此外,在相对封闭的局部湖湾水体可以通过水利调度等综合治理措施短时期内改善氮、磷指标,但大太湖水质的改善任重而道远.     

典型城市河道氮、磷自净能力影响因素

以典型城市河道(苏州官渎花园内河)为研究对象,通过室内和室外模拟实验,研究不同污染物浓度、流速、曝气复氧、渗滤作用和温度对氮、磷自净能力的影响,结果表明:水体中氮、磷的自净作用受污染物浓度、流速、溶解氧浓度、温度和微生物等多种因素的影响.随着污染物浓度的增加,氨氮和硝态氮降解速率增加,而底泥中磷的总体吸附速率却增大.与静止水体相比,模拟河道通过增加流速、曝气复氧、渗滤作用能增强水体氮磷的自净能力,提高氮、磷降解速率.其中,改变流速后自净参数氨氮和总磷增量分别为17.05%和34.85%;曝气复氧后自净参数氨氮和总磷增量分别为8.35%和59.33%;增加微生物量(渗滤作用)后自净参数氨氮和总磷增量分别为50.00%和23.01%.自然条件下,随着温度的上升,氨氮和总氮的降解系数逐渐增大,总磷的降解系数逐渐减小.     

氮、磷浓度对太湖水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)群体生长的影响

大量微囊藻群体的形成和聚集是微囊藻水华形成的重要条件.氮、磷浓度是影响微囊藻群体生长的重要因素之一.为了探讨氮、磷浓度对微囊藻群体生长的影响,本研究以太湖微囊藻水华优势种之一的水华微囊藻作为研究对象,开展了不同氮、磷浓度对水华微囊藻群体生长的影响研究.以近几年太湖微囊藻水华暴发最严重的梅梁湾氮磷比的平均值作参考,氮、磷浓度设置为5个水平组,依次是T1(TN=0.1 mg/L,TP=0.005 mg/L)、T2(TN=1 mg/L,TP=0.05 mg/L)、T3(TN=10 mg/L,TP=0.5 mg/L)、T4(TN=100 mg/L,TP=5 mg/L)和T5(TN=250 mg/L,TP=5.44 mg/L)(BG-11培养基中氮、磷的浓度).结果显示,T1、T2、T3和T4 4组微囊藻群体均增大,且都发现有大于100个细胞的群体形成,群体大小分别为151、217、437和160 cells,而T5组微囊藻群体实验初期增大,实验后期变小,T5整个实验期间未发现有大于100个细胞的群体形成.研究结果表明相对低的氮、磷浓度有利于水华微囊藻群体的生长,而过高的氮、磷浓度则会抑制微囊藻群体生长.本研究结果也表明目前太湖氮、磷浓度有利于水华微囊藻群体的生长,从而有利于微囊藻水华形成.     

2015-2016年环太湖河道进出湖总磷负荷量计算及太湖总磷波动分析

太湖流域水环境综合治理力度空前,太湖总磷浓度却于2015、2016年重回升势,蓝藻大面积暴发情况也未得到有效遏制.本文从2015和2016年环太湖河道的进出太湖水量、总磷负荷量计算入手,结合雨情、水情、太湖调蓄以及人为影响等各方面因素,分别开展水量和总磷负荷质量的平衡分析.在此基础上,结合2010-2017年环太湖河流多年平均进出太湖总磷负荷量对比,分析太湖总磷的外源、内源变化趋势及来源,探讨2015和2016年太湖总磷升高的原因及控制重点方向.结果表明,2015和2016年为太湖流域丰水年,尤其是2016年发生特大洪水,太湖年内最高水位达4.87-m,仅次于1999年的4.97-m的历史最高水位.2015和2016年大量外源总磷负荷进入太湖,其中环太湖河道带入的总磷负荷量占年度太湖总磷负荷总量的66.8%和74.2%,成为进入太湖的总磷负荷的主要外源;加之,2015年太湖水生植物收割造成当年沉水植物面积较上年同期下降88.7%,水生植物骤减导致对磷的吸收转化能力下降,滞留在湖体中的总磷负荷量占年度太湖总磷负荷总量的21.5%和27.5%,成为影响太湖水体总磷浓度的重要内源.太湖总磷浓...     

太湖磷转化细菌与水体磷形态关系

太湖水体中不同形态磷含量与磷转化细菌的关系研究结果显示:太湖水体中总磷和活性磷的含量分别为0.113mg,L和O.O11mg/L;无机磷和有机磷分解菌在底泥中达6.73x103cells/g,而在水体中仅为71cells/m1,且存在明显的时间和空间差异;根据菌落形态特征,分离筛选了3株有代表性的无机磷转化菌和7株占优势的有机磷分解菌.3tt无机磷转化菌经鉴定分别与巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、假单孢菌(Pseudomonas sp.)和类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)比较接近.而7株有机磷分解菌则分别与为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thurigiensts)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、芽孢杆菌(Bacillus SP.)、无芽孢杆菌(Bacterium sp.)、氧化微杆菌(Microbacterium oxydans)腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、简单芽孢杆菌(Bacillus simples)接近;太湖水体中磷分解细菌主要归属于芽孢杆菌属(Bacillus)和假单孢菌属(Pseudomonas),对细菌降解性能进行研究的结果显示:无机磷分解细菌对太湖水体活性磷的贡献显著大于有机磷分解细菌的贡献率.     

蟹、鱼网围混养对草型湖泊氮磷平衡的影响

研究了草型湖泊（东太湖）蟹、鱼网围混养对水域中氮、磷平衡的影响对养殖过程 中氮、磷的输入输出测算表明：利用该养殖模式进行生产,不仅不会加重水域中的氮、磷负荷量,相 反还可以从水域环境中吸收一部分氮、磷在整个养殖过程中,由于投放蟹、鱼种和饲料形成的氮、磷输入分别为２７．８８９ｋｇ·ｈｍ~（－２）‘和４．３８１ｋｇ·ｈｍ~（－２）,而起捕蟹、鱼导致的氮、磷输出分别为４１．１７７ｋｇ·ｈｍ~（－２）‘和５．８０１ｋｇ·ｈｍ~（－２）,可以从湖泊中吸氮、磷量分别为１３．２８８ｋｇ·ｈｍ~（－２）‘和１．４２０ｋｇ·ｈｍ~（－２）该养殖 模式还具有理想的经济效益,对水生生物群落的影响亦较小,符合可持续发展的要求     

太湖春季浮游动物磷释放的初步研究

浮游动物是湖泊生态系统的主要组成之一,于2004年3月至5月间调查了太湖梅梁湾、五里湖浮游动物数量,并在实验室条件下分别测定了浮游动物正磷酸盐(PO4-P)的释放率．结果表明,研究期间梅梁湾的枝角类密度都高于五里湖,五里湖的轮虫数量高于梅梁湾,两水域桡足类密度上的差异不明显;梅梁湾和五里湖浮游动物PO4-p释放率的范围分别为0．20-O．43 mg／(g(DW)·h)和0．19-0．54 mg／(g(DW)·h)．因此浮游动物营养盐释放对湖泊生态系统营养盐循环具有一定的作用．     

太湖上游低山丘陵地区不同用地类型氮、磷收支平衡特征

不同用地类型的土壤氮、磷收支平衡决定了氮、磷在土壤的富集,进一步影响氮、磷的流失强度,分析该过程有助于揭示不同用地类型对区域的环境效应.以位于太湖上游低山丘陵地区的天目湖流域为研究区,采用农户调查问卷、土壤和植被生物量实验分析、文献调研和氮、磷表观平衡模型的方法,选择研究区的茶园、水田、马尾松林和竹林四种典型用地类型,系统分析了氮、磷的输入要素,包括肥料输入、大气沉降、秸秆返田/枯枝落叶、生物固氮、人畜排泄物返田,以及输出要素,包括植物生长吸收、氨挥发、反硝化,并比较不同用地类型氮、磷收支特征.在此基础上进一步与土壤表层氮、磷含量比较,揭示太湖流域上游丘陵山区主要用地类型的水环境效应.研究结果显示:土壤氮、磷盈余量大小顺序为茶园 > 水田 > 马尾松林 > 竹林,分别是648.6、248.9、115.5、53.6 kgN/(hm²·a)和319.9、29.7、1.2和-3.4 kgP/(hm²·a);氮、磷利用效率以竹林最高,茶园的氮、磷利用效率均最低,仅为15.0%和3.1%;土壤氮盈余量与表层氮含量未能呈现出一致的关系,土壤磷盈余量与表层磷含量比较类似,并由此得出竹林比马尾松林更有利于水环境保护,而茶园对水环境的不利影响超过水田.     

太湖水体氮素污染状况研究进展

氮是引起湖泊富营养化的关键要素之一.传统观点认为氮缺乏时,湖泊生态系统可以通过生物固氮作用从大气中获取氮来满足自身的需求,因此认为淡水湖泊水体的生产力主要受磷限制.但随着进一步的研究,发现氮限制与氮和磷共同限制更为普遍,且氮的限制常常伴随着水体的富营养化,因此了解富营养化湖泊水体的氮素污染状况具有重要意义.本文介绍了太湖水体氮素的污染状况及其发展趋势,从外源、内源两大方面介绍了太湖水体中氮素的来源,着重分析和比较了河道输入、大气输入以及沉积物释放不同污染源的输入比例.太湖水体氮素污染存在很大的空间差异,其中西部和北部污染较重而东南部相对较轻,入湖河道输入的外源污染是造成太湖水质空间分布差异的主要原因,其中农业面源污染及生活污染在太湖外源污染中占据了相当的比重;湖泊底泥所造成的内源释放也是氮素污染的一个重要原因,但目前对释放量的估算主要是基于底泥悬浮引起的总量估算,关于这些释放量能有多少比例可以被浮游植物利用还不清楚,尤其是有机颗粒物在水体中停留期间的矿化再生值得进一步研究;在氮素的生物转化过程中,生物固氮目前对太湖氮素输入的贡献很小,反硝化作用是太湖水体氮素自净的主要途径.     

望虞河引长江水入太湖水体的总磷、总氮分析

太湖流域实施的调水引流,提高了流域水资源和水环境承载能力,发挥了水利工程在改善水环境方面的综合效益,支撑了流域经济社会的可持续发展.本文在分析近年来望虞河引江水量与入湖水量及入湖水体流经太湖湖湾水体水质变化情势的基础上,分析比较了2007年以来的调水引流期间,望虞河入太湖水体总磷、总氮浓度值与太湖贡湖湾、梅梁湾、湖西及江苏省其它主要入太湖河道的总磷、总氮浓度值,并通过监测结果分析了入太湖水体总磷、可溶性总磷的衰减趋势,从而得出,长江是优质水源,调引长江水为增加太湖水环境容量、改善太湖及区域水环境状况起到了积极作用.     

太湖湖体水环境容量计算

针对太湖风生流的特点,提出考虑风向风速频率修正及污染带控制的水环境容量计算方法,建立了太湖水量水质数学模型,并结合水文水质资料对流场和浓度场进行模拟和验证.在控制单个污染带面积为1～3 km2,污染带总长度为湖岸线长度10%的基础上采用该方法进行计算,计算结果更可靠.太湖CODcr的水环境容量为132727 t/a,TN的水环境容量为7700 t/a.     

太湖不同营养水平湖区沉积物磷形态与生物可利用磷的分布及相互关系

采用EDTA螯合剂法和不同的化学提取法,研究了太湖3个不同营养水平湖区中8个位点表层沉积物总磷、各组分磷及生物可利用磷的含量分布,探讨了太湖不同营养水平湖区表层沉积物的释磷潜力和生物可利用磷的来源．结果表明,太湖不同营养水平湖区表层沉积物总磷、无机磷和生物可利用磷含量分布差异较大,且与各湖的营养水平相一致．有机磷含量与有机质和含水率显著相关;沉积物中Fe-P和Ca-P对生物可利用磷的贡献较大,这部分磷具有较大的潜在释放风险．     

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.     

太湖蓝藻水华暴发的氮磷控制阈值分析

藻类生长与营养盐浓度存在藻类几何级数增长的营养盐浓度变化的下限阈值和藻类生长不受氮磷浓度增加影响的上限阈值,但由于蓝藻水华的形成受多种因素的综合影响,不同湖泊、不同区域及不同时段的氮磷浓度对蓝藻水华的影响差别较大,使得蓝藻生长的氮磷控制阈值难以确定.针对控制蓝藻水华暴发的氮磷阈值的研究虽然有所开展,但多集中在实验室研究阶段或对经验值的判断,虽然也有基于野外实测数据的研究,但也限制于某一特定区域,而基于野外长序列实测数据并且覆盖整个湖泊的氮磷阈值研究则是空白.太湖作为具有较高营养背景的富营养化浅水湖泊,蓝藻水华的发生受氮磷影响较大.对太湖总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chl.a)浓度的时空变化分析发现,太湖西北湖区的TP、TN与Chl.a浓度明显较高,并且TP、TN与Chl.a均呈显著性正相关.为探究太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值,以轻富营养化等级下的Chl.a分级标准(10,26］作为表征水华暴发的条件,采用郑丙辉等的频率分布法,确定了太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值分别为0.05~0.06和1.71~1.72 mg/L;通过空间验证,太湖藻型区TP和TN浓度远高于同级营养水平下全湖区TP和TN控制阈值,表明藻型区高氮磷水平为蓝藻水华发生提供充足营养盐条件,即使氮磷全湖平均浓度控制在蓝藻水华暴发的氮磷阈值水平之下,但在气象水文等因素适宜条件下,藻型区水华发生风险仍然较高;并且在高氮磷背景下,即便在水华发生风险低的季节,水华发生风险仍然较大.近十几年来,虽然太湖经历了大规模的高强度治理,但由于环太湖流域的湖西区入湖负荷占比大,导致太湖藻型区氮磷浓度仍处于高位运行状态,为蓝藻水华的暴发提供了充足的营养盐基础,因此,湖西区的控源减排仍然是太湖富营养化及蓝藻水华防控的重点.