高原富营养化湖泊杞麓湖微囊藻毒素分布特征、相关因子及其健康风险分析

杞麓湖作为典型的富营养化高原湖泊,其藻华暴发引发的微囊藻毒素(microcystins, MCs)污染问题会危害水生态安全并造成人体健康风险。为了评估杞麓湖流域MCs的秋冬季节污染现状以及健康风险情况,对湖内和7条主要入湖河流入湖口的表层水进行采样检测,分析MCs主要异构体的时空分布特征,研究MCs与水质和浮游植物等环境因子的关系,并通过人体非致癌健康风险评价MCs的风险等级。结果发现,MCs浓度自秋季到冬季呈下降趋势,秋季湖内胞内MCs(IMCs)占比超过99%,冬季IMCs与胞外MCs(EMCs)浓度接近。MC-RR和MC-LR是主要的MCs异构体类型,其中MC-RR在秋季浓度占比高于MC-LR和MC-YR,而冬季MC-LR最高。MCs与微囊藻密度等生物因子呈极显著正相关关系,与TN、TP和NH₃-N营养盐呈显著负相关关系。杞麓湖EMCs污染的风险指数范围为0.004~0.110,处于极低或低风险,冬季风险略高于秋季,因南岸入湖EMCs污染以及湖内IMCs释放带来的风险需要进一步关注。     

巢湖微囊藻毒素异构体组成的时空分布特征及影响因子

有害蓝藻释放微囊藻毒素（MCs）,严重威胁饮用水源地用水安全.为了解巢湖MCs污染状况及其异构体组成对水质的影响,于2012年夏季（8月）和秋季（11月）,2013年冬季（2月）和春季（5月）进行采样分析,研究了巢湖水体中胞内微囊藻毒素（IMCs）和胞外微囊藻毒素（EMCs）异构体的时空分布及其与环境因子的关系.结果发现,IMCs和EMCs的平均浓度变化范围分别为0.12~6.45 μg/L和0.69~1.92 μg/L.在3种常见的异构体中,MC-RR和MC-LR比例较高,MC-YR最低,MC-RR和MC-LR是巢湖水体中MCs的主要异构体类型.IMCs和EMCs的异构体浓度及其比例呈现不同的时空分布特征.微囊藻生物量、水温、总磷浓度是影响IMCs和EMCs异构体浓度及其组成变化的关键环境因子.本研究表明巢湖富营养化严重的西湖区夏季能合成更多的MC-RR异构体,而秋、冬季节偏向于释放生理毒性更强的MC-LR异构体.了解MCs异构体组成变化及其关键影响因素,有助于预测预警水体MCs污染状况和评估饮用水源地MCs风险.     

一株新型鱼腥藻溶藻细菌的分离鉴定及其溶藻特性

蓝藻水华在全球范围频繁暴发,鱼腥藻(Anabaena)水华出现频度仅次于微囊藻(Microcystis)水华,其中的一些鱼腥藻种类能产生多样的藻毒素或异味物质,鱼腥藻水华去除技术的研发备受关注.本研究以从武汉市新洲区土壤中分离筛选到的一株细菌WP为材料,通过分析其生理生化特征及16S r DNA序列对其进行分类地位鉴定,考察了该菌株对真紧密鱼腥藻(Anabaena eucompacta)CHAB 1799的溶藻特性.结果表明,菌株WP与Lysinibacillus fusiformis NRS-350的同源性达到了99.6%,故鉴定WP属于Lysinibacillus属.菌株WP对真紧密鱼腥藻CHAB 1799发生溶藻作用的细菌阈值为6×10~3cfu/ml,其生理状态不会明显影响溶藻效果,且对不同生长时期的藻液均有较强的溶藻作用.该菌株的溶藻方式为间接溶藻.本研究结果丰富了溶藻细菌的资源库,也为治理鱼腥藻水华提供了更多的技术支持.     

Fe(Ⅲ)改性土壤用于微囊藻细胞及微囊藻毒素的去除

蓝藻水华及其释放的蓝藻毒素给我国很多地区的饮用水安全带来较大威胁.尽管去除蓝藻和净化藻毒素的技术目前已有较多报道,但能同时对二者起作用的技术方法还较少,发展能够同时去除蓝藻和蓝藻毒素的技术显得十分必要.根据前期Fe(Ⅲ)化合物去除微囊藻毒素的工作基础,选取4种不同的土壤对其进行Fe(Ⅲ)改性,并应用于微囊藻毒素的去除.结果表明,黏土含量高低决定土壤本身对毒素的吸附能力强弱;土壤经过离子改性后,其毒素吸附能力与其阳离子交换量大小直接相关,且毒素去除能力较未改性前有显著提高,其中效率提升最高的一种土壤离子改性后其吸附能力增加了约148倍.离子改性土壤对微囊藻细胞同样具有絮凝沉降功能,沉降能力同样随土壤对Fe(Ⅲ)负载能力的提高而上升,使用剂量提高时微囊藻沉降平衡时间明显缩短.在野外蓝藻水华去除实验中,蓝藻细胞去除可以保持与室内实验相近的高去除率,但蓝藻毒素的去除效率有一定的下降,可能与天然水体中其它杂质的竞争作用有关.     

刚毛藻(Cladophora)生态学研究进展

刚毛藻(Cladophora)在全球海洋及淡水中普遍存在,它为沿岸带微生物和无脊椎动物提供了生产力和微生存空间.随着水体富营养化程度的加剧,刚毛藻在沿岸带出现暴发现象,造成严重的环境污染,同时刚毛藻的存在也影响了湖泊生态修复过程中沉水植被的恢复.本文从刚毛藻形态与种类鉴定、生长与分布影响因素、生长周期与种群动态、种间关系及生物去除等研究前沿方面进行综述,并对相关研究领域进行展望,为进一步研究刚毛藻生态生理特征、有效控制和去除提供科学依据.     

基于改进SWAT模型的灌溉—施肥—耕作对乌梁素海流域营养物负荷及作物产量的影响

不合理的灌溉、施肥和耕作是导致乌梁素海流域农业面源污染的主要根源,乌梁素海作为我国北方地区重要的生态安全屏障,多年来面临着湖泊水环境污染、水生态退化等问题,科学开展湖泊水环境综合治理首先要解决流域内农业面源污染问题.研究通过修改土壤水平衡、溶质平衡、地下水平衡和作物生长等模块对SWAT 2012原始版本进行改进,并采用改进的SWAT模型构建了乌梁素海流域分布式水文模型,利用实测径流、硝态氮与总磷排放量、地下水埋深以及作物产量校正和验证模型.基于现状情景,以玉米、葵花和小麦3种主要作物为研究对象,设置了削减灌水量、施肥量及调整耕作方式3种农田管理情景.基于改进SWAT模型不同情景的模拟结果,计算分析各管理情景下的硝态氮与总磷负荷及对各作物产量的影响.结果表明,改进SWAT模型具有良好的模拟效果.不同作物削减5%夏灌水量增产最多达8.41%～10.32%,削减10%秋浇水量均明显减少硝态氮和总磷负荷.不同作物营养物负荷均随着氮磷施肥削减比例的增大呈现逐渐降低的趋势,但下降曲线逐渐趋于平缓;各作物产量随氮磷施肥削减比例的增加呈先增加后减少的趋势,其中玉米、小麦氮磷施肥削减比例达20%时产量开...     

不同环境污染载体的磁学研究及其应用特点

环境磁学因其快速、经济以及对样品破坏性小的优点,逐渐在现代环境污染研究中发挥着重要作用.研究对象也扩展到土壤、降尘、植物和沉积物等污染载体.为了探讨现代污染中环境磁学的应用,回顾了环境磁学应用于环境污染研究的发展情况,总结了国内外基于不同污染载体的环境磁学研究成果,并对土壤、降尘、植物和沉积物在环境磁学研究中的特点及局限进行了初步探讨.除了反映污染分布外,各污染物载体的磁学应用各有侧重:土壤分布广泛,并可以用于反映中长期污染历史;降尘可用于监测短期污染变化;植物的磁学研究提供了高分辨率的污染分布图,且更为经济;沉积物稳定沉积以及受外界干扰较小,有助于污染历史的研究.不过,磁背景值的区分,人类活动对污染载体磁信息干扰等问题也需要得到关注.并认为,在未来的环境磁学发展方向中,应该努力挖掘现有参数的新意义,探索新的环境磁学参数,深入探讨磁性响应机理,同时运用不同污染物载体作为研究对象进行综合分析.     

环境地球物理学的现状与发展

本文简要总结了1989年以来我国环境地球物理的发展,简述环境地球物理的研究领域,着重归纳了无机和有机污染物渗入地下土壤和地下水后存在的基本特征,形成可探测物理场的状况及其适用的探测方法.针对我国土壤和地下水的污染状况提出了发展要点.     

干旱区绿洲滴灌对土壤盐碱化的长期影响

干旱区绿洲长期滴灌是否会造成农田土壤积盐,事关干旱区绿洲农业的可持续发展,是学术界和生产管理部门严重关切的问题.玛纳斯河绿洲在新疆最早开展滴灌应用.本文在玛纳斯河绿洲范围内通过大量调查土壤剖面盐分和滴灌历史来回答上述问题.共调查了235个土壤剖面,深度一般为200 cm,最浅100 cm,利用其中已知滴灌年数的52个剖面数据分析滴灌对土壤盐碱化的长期影响,分为滴灌初始为耕地和荒地种情况.结果表明:新疆玛纳斯河绿洲荒地0~200 cm土层平均含盐量17.23 g kg-1,漫灌耕地平均含盐量0.59 gkg-1;农田滴灌对土壤脱盐与积盐影响并存;原荒地基础上进行滴灌,土壤呈脱盐趋势,土壤含盐量呈幂函数曲线下降,最长12年滴灌历史的多点不同滴灌年数地块含盐量平均值为6.38 g kg-1,总体仍然处于脱盐过程中;原耕地基础上长期滴灌,土壤呈积盐趋势,土层平均含盐量年均增长0.22 g kg-1,最长10年滴灌历史的多点不同滴灌年数田块平均含盐量增长为2.36 g kg-1,土壤含盐量增长趋于危害棉花生长、影响产量的临界值.干旱区绿洲长期滴灌将造成土壤积盐,应该引起科学研究和灌溉管理的高度重视;在节水灌溉过程中保证盐分淋洗用水是减缓滴灌农田土壤积盐必需的措施.     

拟柱孢藻（Cylindrospermopsis raciborskii）及其毒素的研究进展与展望

随着水体富营养化程度的加剧,淡水蓝藻水华在全球范围内频繁暴发.拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)作为一类有害水华蓝藻,具有一定的产毒能力和较强的入侵性,日渐受到人们的广泛关注.近年来,拟柱孢藻不断由热带、亚热带地区向温带地区扩张,并在众多水体中出现暴发现象,若其毒素进入到饮用水中,无疑将对人类健康造成潜在威胁.本文从拟柱孢藻的分布演变、生态生理特征、毒性、检测和去除等研究前沿方面进行了综述,并对相关研究领域进行展望,为进一步研究拟柱孢藻的生态毒理、有效控制和去除提供科学依据.     

基于GOCI数据的太湖蓝藻垂向迁移特征及关键影响因素

蓝藻水华频繁暴发是太湖面临的主要环境问题之一,蓝藻聚集上浮是表层水华形成的前提。为探究蓝藻垂向迁移与水华日变化之间的关系,阐明蓝藻垂向迁移的关键影响因素,基于2015-2020年地球静止海洋彩色成像仪(GOCI)数据,分析了太湖不同湖区蓝藻水华日变化过程,发现太湖蓝藻水华垂向迁移的日变化主要呈现上升、下降、先上升后下降三种类型,且不同湖区存在差异。统计分析和偏最小二乘法结构方程模型(PLS-SEM)结果表明,水环境因子对蓝藻垂向迁移过程影响较小,累积光辐射是驱动蓝藻垂向迁移的主要气象因子。气温升高有利于蓝藻持续维持上浮能力,前一天风速较大且当天风速较小会加速蓝藻上浮。相较于沿岸湖区,湖心区受累积光辐射、风速的影响更大,蓝藻水华日变化过程更剧烈。本研究水环境因子数据为逐月数据,为深入探究水环境因子对蓝藻垂向迁移的影响后续还需进行高频监测研究。本文结果有助于探明浅水湖泊蓝藻水华形成机制,为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警及治理提供理论支撑。     

黄色的蓝藻水华

随着全球气候变化和水体富营养化,在过去几十年中蓝藻水华改变了全球的淡水生态系统.蓝藻因独有的藻蓝蛋白而大多呈现蓝绿色,因此其水华也常称为蓝绿藻水华.然而随着蓝藻水华关注度的不断提升,尤其是监测和研究的不断深入,经常在水体中发现蓝藻水华出现黄化的现象.例如,太湖出现的黄色蓝藻水华,冬春季以长孢藻属(Dolichospermum)水华为主,夏秋季以微囊藻属(Microcystis)水华为主.即使外观看起来是蓝绿色的蓝藻水华,但仔细观察形成蓝藻水华的群体颗粒,也有部分呈现黄色,反之亦然.实际上,鉴于色素组成的差异性,也许水体中就没有两个颜色完全一致的蓝藻群体颗粒.目前对于黄色的蓝藻水华及其形成机理,国内外鲜有报道和研究.光照和氮限制被认为是最有可能的原因.在关注蓝藻水华黄化的同时,更应该关注和研究这些颜色变化给蓝藻水华及水环境所带来的风险和挑战,尤其是对水生态管理工作的启发和意义.     

Morphological and molecular analysis of bloom-forming Cyanobacteria in two eutrophic, shallow Mediterranean lakes

We investigated the diversity of Cyanobacteria by microscopic observation and sequencing of cyanobacterial-specific amplified 16S rRNA genes in the water column of two shallow, eutrophic lakes (Doirani and Kastoria, northern Greece) during summer blooms. Previous phytoplankton studies in these lakes have shown that prolonged cyanobacterial blooms can occur, which are dominated by known toxic species, as well as other less known, co-occurring species. A total of 118 clones were sequenced which were grouped in 23 Cyanobacteria and 11 chloroplast-like phylotypes. Phylogenetic analysis revealed that each library included several unique phylotypes, as well as members of all common bloom-forming Cyanobacteria. Most of the phylotypes belonged to the genera Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis-Raphidiopsis group, Limnothrix and Planktothrix, comprising most of the diversity previously recognized by morphological observations in cyanobacterial morphospecies in these lakes. In addition, novel phylotypes belonging to the Chroococcales were recognized in both lakes. The structure of the cyanobacterial communities of the lakes were very similar, as revealed by the diversity index H (2.06 and 2.01 for L. Doirani and Kastoria, respectively) and LIBSHUFF analysis (XY₁₂P-value = 0.122 and YX₁₂P-value = 0.536), due to occurrence of groups of common phylotypes. This study gives an example for successful cyanobacterial bloom analysis by the combination of morphological and phylogenetic methods useful for monitoring cyanobacteria and water quality in freshwaters.     

生物操纵与非经典生物操纵的应用分析及对策探讨

分析了生物操纵(biomanipulation)和非经典生物操纵(non-traditional biomanipulation)理论的原理、应用条件及局限性,提出了在局部水体治理湖泊富营养化的对策.分析认为:生物操纵的核心内容是利用浮游动物控制藻类;但浮游动物不能有效控制丝状藻类和形成群体的蓝藻水华;我国的大型浅水湖泊浮游动物数量一般并不多,对浮游植物摄食压力不大;在浅水湖泊,浮游动物摄食藻类后很快分解、释放又进入物质循环,因此不能治理湖泊富营养化;浮游动物是浮游植物和鱼类等经济水生动物之间重要的营养通道,过分追求保护浮游动物是值得思考和研究的问题.而非经典生物操纵的核心内容是利用鱼类直接控制蓝藻水华;当鲢、鳙鱼达到阈值密度可以控制蓝藻水华,但很难控制所有藻类和降低N、P治理湖泊富营养化.在局部水体治理湖泊富营养化的对策是:把鱼类控藻、水生植被恢复和局部水域生态系统重建相结合,形成具有利用与控制蓝藻生产鱼类、吸收氮磷净化水质功能的"水质生物调控单元".     

太湖蓝藻碎屑对水质及附着藻和水丝蚓生物量的影响

富营养化是现今各国面临的主要水环境问题,其中蓝藻水华暴发是全球富营养化水体最常见的现象之一.蓝藻水华将产生大量的蓝藻碎屑,其对水质及生物的影响还尚不清楚.本研究通过向中宇宙系统添加微囊藻碎屑,分析其对水体不同形态营养盐及水生生物生物量的影响.结果表明:微囊藻碎屑加入后,水体不同形态的营养盐浓度均在短期内迅速增加,其中水体总氮和总磷平均浓度最高分别达到3.86和0.36 mg/L;浮游植物生物量(用叶绿素a表示)在前9天随营养盐浓度的升高而增加,随后逐渐下降至实验初始水平.此外,附着藻类生物量在微囊藻碎屑加入后呈逐渐下降趋势,这可能与浮游植物快速增殖引起的水体透明度下降有关.微囊藻碎屑加入后,水丝蚓生物量随微囊藻碎屑的分解持续增长,在第20天达到生物量最大值.本研究通过模拟太湖梅梁湾生态系统,探讨微囊藻碎屑对水质及水生生物生物量的影响,结果有助于进一步了解蓝藻水华对水生态系统影响的途径及机理,为富营养化湖泊管理提供理论依据.     

基于视频监控图像的环巢湖蓝藻实时动态监测

蓝藻的防控与治理是湖泊水环境、水生态管理的重要内容,实时获取蓝藻的空间分布信息对于降低蓝藻灾害风险具有重要意义.针对地面调查费时费力、卫星遥感监测粒度较粗且时效性不强等问题,本文提出了一种基于视频监控网络的湖泊蓝藻实时监测技术.基于环巢湖视频监控网络的33个功能摄像机,研究如何从视频图像中实时、准确提取蓝藻的分布信息.为克服不同摄像头的观测角度不一致、光照强度和背景条件不一致等诸多挑战,在视频图像蓝藻表征分析的基础上,通过多尺度深度网络进行图像粗粒度分类,区分蓝藻与浑浊、阴影水体;基于随机森林进行蓝藻精细化识别,克服蓝藻的强异质性.最后以渔政站沿岸水域的日均蓝藻覆盖率和月均蓝藻覆盖率为统计单位,开展了巢湖沿岸蓝藻的动态监测.研究成果可为科学制定蓝藻治理方案提供技术支撑.     

卫星遥感解译湖泊蓝藻水华的几个关键问题探讨

蓝藻水华是全球性的水环境健康问题,对水华暴发过程信息的快速准确获取是制定有效防治措施的关键.卫星遥感因具有大范围、周期性观测的特点,被广泛地用于湖泊蓝藻水华的时空动态监测.本文指出在利用遥感对湖泊蓝藻水华进行研究时,需要注意的4个问题:(1)湖泊水体中泥沙等信号对藻华存在干扰;(2)大气程辐射及水陆边界影响藻华特征提取结果;(3)卫星数据的有效观测频次影响获取的藻华时空变化趋势;(4)卫星遥感难以实现藻华暴发区的叶绿素浓度准确反演.本文分析了形成上述问题的主要原因,并建议相关的研究工作者在选用合适的遥感数据及方法时,对它们的潜在影响进行评估.     

太湖蓝藻水华的年度情势预测方法探讨

在太湖、巢湖、滇池、洱海、三峡水库等我国重要湖泊和水库,蓝藻水华时常发生但年际之间藻情往往有较大差异,给蓝藻水华的防控物资及人员投入、湖库水源地水质安全保障带来较大的挑战,亟待探索周年尺度的蓝藻水华强度预测方法.本文收集了太湖连续15年的蓝藻水华情势观测数据和同步的气象、水文数据用于构建蓝藻水华预测模型,提出了利用遥感反演的蓝藻水华面积(A_(BL))及人工观测的水体浮游植物叶绿素α浓度([Chl.a]_(LB))共同表征的蓝藻水华强度指标(BI).分析了太湖年尺度的BI值与环境条件的关系,提出了基于年初能够掌握的气象、水文、营养盐等综合环境指标进行年度BI预测的统计模型.结果表明,太湖年度BI值与冬季及初春(12-3月)日均水温(WT_(12-3))、冬春季有效积温(AT_(12-3))、前一年降雨总量(RF_(YB))等环境因子呈显著正相关,与冬季及初春的水体总氮(TN_(12-3))、溶解性总氮(DTN_(12-3))、总磷(TP_(12-3))及溶解性总磷(DTP_(12-3))不存在统计上的显著相关关系.此外,本研究开展了基于上述因子(BI为因变量,其余环境因子为自变量)的多元(或一元)回归分析,并遴选出最优模型.总体而言,最优模型的模拟计算结果与实测浓度具有较高的一致性,因此本研究得出的模型对太湖蓝藻水华年际强度预测具有较高精度.本研究对太湖等富营养化湖库蓝藻水华的中长期预测具有指导意义.     

微囊藻毒素生物学功能研究进展

我国淡水水体蓝藻水华的频繁发生已成为我国目前和今后长时期内面临的重大水环境问题.微囊藻(Microcystis)因其产生对人类健康具有危害的微囊藻毒素而尤其受到重视.研究者对构成蓝藻水华的主要种类、微囊藻毒素的毒性、毒理等方面的认识逐渐明晰,但对微囊藻毒素生物学功能的了解还相对较少.本文对微囊藻毒素的产生,尤其是近年来随着技术的发展在微囊藻毒素生物学功能方面的研究开展讨论:总结了微囊藻毒素可能作为化感物质、参与光合作用、在微囊藻的越冬或复苏中可能发挥的作用以及可能参与微囊藻群体形成及维持等4个方面的生物学功能;分析了微囊藻毒素作为信号分子的研究现状;探讨了全球气候变化及实验室模拟条件下微囊藻毒素产毒与无毒株的竞争,并对微囊藻毒素未来的研究热点及组学技术可能在其研究中的应用进行了展望.     

基于高频高光谱近感观测量化风对蓝藻水华的影响

全球气候变化显著影响湖泊理化环境和生态系统演化,对生态系统服务造成负面影响甚至引发生态系统灾变,其中风速下降可能促使富营养化湖泊蓝藻水华的暴发和水面漂浮集聚。以往由于较低的观测频次,往往很难精细量化风对蓝藻水华的影响。利用陆基高光谱近感观测技术,基于分钟小时尺度开展周年高频观测,通过对6—10月蓝藻生长期太湖表层水体叶绿素a浓度统计分析,量化蓝藻水华高频动态变化特征,确定蓝藻水华漂浮集聚的风速阈值。研究发现,随着风速的下降,水体表层叶绿素a浓度随之增加,蓝藻水华出现概率也随之增加。概率分析显示,当近地面风速小于2.5 m/s时,湖泊表层比较容易形成明显肉眼可见的蓝藻水华,藻华发生概率为55.1%。长时间持续的低风速容易诱发蓝藻水华形成和漂浮集聚,强风浪事件后低风速出现1～2天叶绿素a往往就能恢复以往较高水平,这为管理者有效防控蓝藻水华提供了新视角。长期气象观测显示,气候变化影响下太湖地区风速呈现显著下降趋势,增加了蓝藻竞争优势和发生概率,有助于其在表面漂浮集聚。在未来的气候变化情景下,如果风速继续呈现下降趋势,在营养盐条件不变情况下湖泊表层蓝藻水华发生概率可能还会上升,增加蓝藻水华防控...