太湖草/藻型湖区沉积物-水界面环境特征差异

在太湖草、藻型湖区进行冬、夏两季多点采样,分别对采样点的水环境特征、泥面以上5 cm上覆水中营养盐以及沉积物的含水量、中值粒径、有机碳、氮、磷、金属元素和溶解氧进行测定.结果表明:夏季藻型湖区表层水体pH高于中、底层,冬季草型湖区各层水体pH高于藻型;草型湖区水体浊度夏季低于藻型,冬季反之;藻型湖区上覆水中的硝态氮和磷酸根浓度显著高于草型;草型湖区沉积物中含水量冬季显著高于夏季;草型湖区沉积物中总有机碳显著高于藻型;Fe、Zn、Ca、Pb、Na和K等元素在草、藻型湖区间差异显著;沉积物中溶解氧表现为冬季深于夏季,藻型深于草型的规律.     

太湖枝角类微化石的初步研究

湖泊沉积物中的枝角类微化石能够在一定程度上反映历史时期水体中的枝角类种群动态,从而具有重要的环境指示意义.通过对太湖(马山附近)沉积物中枝角类微化石的初步研究,尝试反演了所研究湖区近百年来水体环境的演化过程.并对枝角类种群动态的驱动因素进行了分析.从沉积物中共鉴定出10属14种枝角类,其中象鼻溞属占绝对优势,相对丰度平均值高达95.4%尖额潘属次之为4.2%;盘肠潘属以及其他枝角类不到1%.研究结果显示,随沉积深度自下而上变化,喜好富营养水体环境的B.longtrostris cornuta和A.rectangula的丰度逐渐增加,而偏贫-中营养环境的A.intrmedia的丰度则逐渐下降,表明水体营养水平处于逐渐上升的过程,其中表层3cm以上枝角类绝对丰度的急剧下降和A.intermedia 的完全消失表明,20世纪80年代末期以来水体急剧富营养化;另外枝角类敞水区种类与沿岸带种类的数量比(肌)随沉积深度的变化也在一定程度上反映了太湖水深,水面积的变化以及20世纪80年代末期以来的水体富营养化状况.研究结果同时也表明,20世纪60年代以前,自然环境条件为影响枝角类种群动态的主控因素,此后人类活动的影响越来越明显并最终成为枝角类种群动态的决定性因素.     

太湖不同生态型湖区湖鲚(Coilia ectenes taihuensis)食物组成及其季节变化

利用单船表层单囊拖网于2013年2 12月分别在太湖不同生态型湖区(敞水湖区和草型湖区)采集湖鲚(Coilia ectenes taihuensis)样品,同时用刺网补充大个体样品.通过胃含物鉴定,分析湖鲚饵料生物的种类及数量季节和湖区间差异,同时测定湖鲚摄食率、肥满度和食物选择系数等.结果显示,湖鲚主要食物为浮游枝角类和桡足类,此外,水生昆虫、轮虫和小型鱼虾也是湖鲚的重要食物来源.湖鲚食物组成季节变化明显,冬季以桡足类的哲水蚤(Calanus spp.)、剑水蚤(Cyclops spp.)为主,夏、秋季则以枝角类的象鼻溞(Bosmina spp.)、裸腹溞(Moina spp.)和盘肠溞(Chydorus spp.)为主.不同湖区湖鲚食物种类差异明显,草型湖区水生昆虫、鱼虾较敞水湖区多,桡足类较敞水湖区少.不同湖区间湖鲚食物数量差异明显,敞水湖区湖鲚平均食物数量为788.98±262.4 ind./尾,而草型湖区仅为298.85±71.1 ind./尾.湖鲚主动摄食大型枝角类,如僧帽溞(Daphnia cucullata)、低额溞(Simocephalus spp.)和大型溞(Daphnia magna),选择指数(Ii)介于0.59~1.00之间.小型裸腹溞(Moina spp.)也是湖鲚主动选择的食物(0.62Ii0.95),但湖鲚对桡足类选择性较低,这可能与桡足类较强的逃避能力有关.湖鲚对食物选择性的季节变化明显,如冬季回避透明薄皮溞(Leptodora kindti),而夏季则主动选择,但不同湖区湖鲚对食物的选择差别较小.本研究结果有利于从食物网层面剖析湖鲚种群增长原因,进而通过生物操纵理论对湖鲚种群进行控制,最终为形成合理的湖泊渔业结构和湖泊环境修复提供科学依据.     

太湖不同湖区风浪的季节变化特征

为明晰太湖风浪的空间分布及季节变化,在湖心区设立波浪观测站,利用其记录的波浪数据证明SWAN模型能够较好地模拟太湖风浪.基于所建模型,对2013年自然风场条件下太湖不同湖区风浪季节动态进行模拟分析,结果表明:受岸线、地形和岛屿等地理因素影响,大太湖的风浪总是最强,其有效波高均值为0.523 m;而东太湖风浪最小,有效波高均值为0.305 m.受盛行风场季节变化影响,太湖春、夏季有效波高均值明显大于秋、冬季.太湖波浪的能量主要来源于风场,其有效波高随风速增大而增大,两者呈极显著正相关.而风向则可以通过改变风区长度来影响风浪生消.在偏东风作用下,太湖湖西区的风浪大于东部湖区;而受盛行于冬季的偏北风影响,太湖南部水域风浪要大于北部.同时,太湖风浪的时空分布特征是造成太湖水质参数、沉积物和水生植物空间分布差异的重要原因之一.     

太湖微囊藻对几种枝角类种群影响的实验生物学分析

微囊藻是形成蓝藻水华最普遍的一种,不同枝角类受微囊藻的影响不同.实验从太湖梅梁湾分离天然的微囊藻,研究了其对长刺溞、隆线溞、短尾秀体溞和角突网纹溞四种枝角类存活和生殖的影响.在微囊藻食物浓度为1×106 cells/ml,测得四种枝角类的半致死时间(LT50)分别为长刺溞3.03 d、隆线溞3.79 d、短尾秀体溞8.48 d和角突网纹溞9.25 d,体长较小的短尾秀体溞和角突网纹溞的半致死时间相对较长;实验过程中没有观察到长刺溞和隆线溞有新生幼体,而短尾膊秀体溞和角突网纹溞在少数几天里产出了少量新生幼体.以不同浓度微囊藻(0.5×106-8×106 cells/ml)喂养枝角类,测得四种枝角类的24h半致死浓度(LC50)分别为:4.10×106、4.78×106、6.21×106和7.77×106 cells/ml.参照以栅藻喂养的枝角类生长情况,可知太湖微囊藻对四种枝角类的存活和生殖有很强的负面作用,其中体长较大的长刺溞和隆线溞受的影响相对较大.     

太湖夏秋季大型枝角类(Daphnia)种群消失的初步分析

水体温度过高和磷浓度是影响枝角类Daphnia存活和繁殖的重要因子,因此本研究假设太湖夏秋季水体高温和磷浓度是引起Daphnia种群夏秋季消退的原因.通过夏秋季两次为期各15d的模拟实验,模拟高温和添加磷盐对太湖春季优势种同形溞Daphnia similis种群的影响,结果表明在高温和不添加磷盐的条件下,同形溞均有较高的种群增长率,证实夏秋季太湖水体高温和磷浓度不是限制Daphnia种群的因素,同时推测,鱼类的捕食作用和微囊藻水华对Daphnia种群的消退可能起作用.     

太湖不同富营养水平湖区轮虫季节变化的比较

2003年10月-2004年9月对太湖不同富营养水平湖区(太湖大太湖湖区、梅梁湾和五里湖)轮虫的季节变化进行了研究.五里湖营养水平最高,太湖大太湖湖区最低;轮虫的种类数、数量和生物量都是五里湖最高,太湖大太湖湖区最低.回归分析表明,轮虫数量与总氮和叶绿素a浓度呈显著正相关;轮虫生物量与叶绿素a浓度呈极显著正相关.结果表明,太湖三个湖区轮虫群落结构显著不同,同时表明太湖水体富营养化对轮虫的群落结构有明显的影响.     

太湖梅梁湾水华微囊藻基因型组成和产毒微囊藻丰度的变化

采用基于ITS序列的PCR-DGGE方法分析了太湖梅粱湾水华暴发过程中(6-11月)微囊藻的不同基因型组成的变化,同时利用针对微囊藻毒素合成酶基因mcyA和微囊藻特异性的16S rDNA部分核苷酸序列的引物,应用实时荧光定量PCR方法(qRT-PCR)分析水华样品中产毒微囊藻与总微囊藻的量.通过两者的比值反映产毒微囊藻丰度.结果表明,在发生水华的不同时期,微囊藻的基因型组成发生了变化,其中以8月末、9月和10月的基因型最多,基因型M5和M10存在于整个水华发展过程中.共检测到12种主要的基因型,每个基因型在水华的不同时期所占的比例互不相同.实时荧光定量PCR结果显示从6月到10月,产毒微囊藻的丰度呈增大的趋势,从0.750%增加到32.16%,而11月产毒微囊藻的丰度显著下降.     

太湖藻型湖区沉积物中生物易降解物质组成及分布规律

为研究富营养化湖泊藻型湖区沉积物中生物易降解有机质的组成及其垂向分布特征,选取太湖竺山湾湖滨带和开敞湖区采集沉积物柱状样,利用微电极技术测定沉积物-水界面理化指标的剖面特征,并对沉积物中含水率、烧失量、色素含量、总有机碳、总氮以及生物易降解物质（总蛋白、总糖和总脂）进行测定.结果表明：藻型湖区沉积物-水界面处溶解氧、pH和氧化还原电位在垂向剖面上呈现出随深度增加而下降的趋势,空间上存在明显的异质性,湖滨带沉积物-水界面溶解氧、pH和氧化还原电位显著低于开敞湖区,而沉积物-水界面H₂S浓度在垂向上则表现为随深度先降低而后升高的趋势.此外,藻型湖区沉积物中生物易降解有机质的组成和分布同样存在明显的空间异质性.组成上以脂类（7.7 mg/g）为主,其次是糖类（4.5 mg/g）,蛋白质（0.8 mg/g）含量最低;空间上,湖滨带沉积物中生物易降解有机质含量显著高于开敞湖区,表层15 cm以上沉积物含水率和烧失量较高,有机质含量丰富.     

太湖群体微囊藻对同形溞(Daphnia similis)生长和繁殖影响的模拟

富营养湖泊中蓝藻水华对枝角类种群和群落结构有显著的影响,但自然条件下群体微囊藻对大型枝角类溞属不同种类的影响仍存在争议.本研究通过两次为期各10 d的模拟实验,利用过滤后的太湖原水模拟群体微囊藻(20～100μm和100 ～200 μm)添加对大型枝角类同形溞(Daphnia similis)种群特征的影响,结果显示两次实验的同形溞均大量存活,不同浓度和颗粒大小的群体微囊藻对其生长和繁殖的影响不同,添加群体微囊藻的同形溞的生长和繁殖显著大于未添加微囊藻的.说明在自然条件下藻毒素对同形溞种群并没有明显的抑制作用,同形溞能够与微囊藻水华共存,其种群特征与微囊藻群体大小组成和生物量有关.     

太湖水质时空特性及其与蓝藻水华的关系

以太湖2005-2007年的连续监测资料为基础,运用聚类分析和自相关分析方法,针对总无机磷,总无机氮、水温等环境理化因素与叶绿素a进行时空序列分析,初步归纳了当前太湖水质指标变化的空间特点、时问周期性及其与蓝藻水华暴发的关系.结果表明,太湖水质的空间分布大致分为三个人湖河口、四个湖湾、湖心区、西部湖区、东部湖区等十个区...     

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...     

太湖长孢藻属(Dolichospermum)生物量长期动态变化及驱动因子

针对近年来太湖水体中长孢藻（Dolichospermum,曾用名鱼腥藻Anabaena）比例增加的趋势,本文研究了2005—2019年太湖春季不同湖区长孢藻生物量的长期变化趋势和空间差异,探究了冬、春季气象条件（气温、日照时长、风速、降雨量）和营养盐（总氮、总磷）水平对其的影响.结果表明,2005—2019年太湖监测数据显示春季长孢藻生物量有比较明显的升高现象,主要发生在竺山湖富营养程度较高的区域,其次是湖心区、梅梁湾和南部湖区.偏最小二乘路径建模（PLS-PM）结果表明,不同湖区长孢藻生物量变化的主要驱动因素存在差异.在湖心区,春季长孢藻的生物量主要受冬季气候条件（气温、风速、日照时长）的影响,其次受春季营养盐和春季气候条件的影响.在梅梁湾、竺山湖和南部湖区,春季长孢藻的生物量主要受春季气候条件的影响.在梅梁湾和竺山湖,春季风速、日照时长是春季长孢藻生物量的显著影响因子;在南部湖区,春季长孢藻生物量的主要驱动因素是春季的日照时长和春季气温.本研究从长时间序列角度,对太湖固氮蓝藻的时空分布特征和影响因素开展了研究,为太湖不同湖区开展针对性的藻类水华防控和富营养化治理提供理论基础.     

太湖河蚬(Corbicula fluminea)对富营养水体水质的改善作用

河蚬(Corbicula fluminea)为太湖优势大型底栖动物,通过受控实验研究其对富营养水体的水质改善效果.根据太湖河蚬的自然丰度设置4组密度处理,分别为无河蚬对照组、低密度河蚬组(生物量为130 g/m2)、中密度河蚬组(260 g/m2)和高密度河蚬组(520 g/m2).结果表明:河蚬滤食显著降低悬浮物浓度与叶绿素a含量,低、中、高密度河蚬组水体悬浮物浓度较对照组分别降低了20.85%、34.90%和53.79%,叶绿素a浓度分别降低了23.29%、48.32%和71.17%;放置河蚬还降低了水体TN、TP浓度,但是中密度河蚬组与高密度河蚬组没有显著差异.分析认为,河蚬通过滤食作用降低水体浊度、改善光照条件,有利于底栖藻类的生长及沉水植物的恢复,对富营养水体的生态修复具有重要意义;就太湖而言,河蚬对水质的改善效果可能受沉积物再悬浮造成的营养盐释放等因素的制约.     

利用陆基高光谱遥感捕捉太湖蓝藻水华日内快速变化过程

受蓝藻自身垂直迁移和频繁风浪扰动影响,太湖蓝藻水华漂浮混合和迁移堆积等变化迅速,在传统的湖面定位和断面监测中总感觉蓝藻水华有些"来无影、去无踪",限制了对其形成过程、驱动机制和防控治理的深入认识.卫星遥感可以实现蓝藻水华空间分布同步观测,但由于观测频次的限制很难捕捉蓝藻水华快速动态变化过程.本文利用与杭州海康威视数字技术股份有限公司联合自主研发的陆基（地基、岸基或者平台、船舶、桩基等能固定安装的均可）高光谱多参数水质遥感监测仪,架设于中国科学院太湖湖泊生态系统研究站（简称太湖站）水上观测场,通过对叶绿素a浓度及其他关键水质参数秒-分钟级的连续观测,有效捕捉了一天内蓝藻水华短期突然和快速变化过程.研究结果显示,在微风和小风条件下蓝藻容易在表层水体漂浮,盛行西北风驱动湖面开敞水域蓝藻水华快速漂浮集聚到太湖站岸边,短短半小时内表层水体叶绿素a浓度可以由10 μg/L快速攀升到100 μg/L以上,一天内会出现多个叶绿素a峰值,清晰展示了蓝藻快速日内动态变化过程.受蓝藻快速日内变化影响,透明度、总氮、总磷和高锰酸盐指数等水质参数也呈现出快速日内变化,叶绿素a浓度与透明度存在极显著负相关,与总氮、总磷和高锰酸盐指数存在极显著正相关,叶绿素a能解释总氮、总磷80%以上的变化,说明蓝藻短期内的漂浮和集聚深刻影响到湖泊水质.     

浅水湖泊湖沼学与太湖富营养化控制研究

自2007年无锡暴发饮用水危机事件以来,太湖经历了前所未有的高强度、大规模治理,各种治理措施累计投资已经超过千亿元.监测显示,在治理初期太湖的氮、磷浓度下降明显,水质有所好转,但最近几年关键水质指标总磷与浮游植物叶绿素α浓度出现了波动,蓝藻水华有所反弹.研究表明,太湖的外源负荷并没有减少,这与城镇用水量增加、污水排放标准偏低、面源污染削减不足有很大的关系;同时,内源负荷也因为蓝藻水华的持续而加重,浅水湖泊水深浅、扰动强的特点强化了磷的循环利用效率,加剧了内源负荷对湖泊富营养化和蓝藻水华的影响.气候变暖叠加营养盐富集的复合效应、流域风速下降以及暴雨事件频次和强度增加等气象水文条件变化,都促进了太湖蓝藻水华的暴发;蓝藻水华的时空分布特征则受湖泊水动力的决定性影响.太湖治理的曲折过程,凸显了大型浅水湖泊湖沼学研究的不断深入与发展,未来需要继续加强多学科交叉研究,特别是基于湖泊-流域系统的气象水文、生物地球化学和生物生态学的学科交叉.对于太湖生态环境的综合治理和管理,既要注重湖泊与流域相结合,更需要重视自然科学和人文科学的有机融合,才能真正达到控制太湖富营养化、维护流域水环境安全与社会经济可持...     

太湖水体磷浓度与赋存量长期变化(2005-2018年)及其对未来磷控制目标管理的启示

为揭示大型浅水湖泊水体磷浓度对湖泊外源负荷削减和生态系统变化的响应规律,指导富营养化湖泊水生态修复和管理实践,利用太湖湖泊生态系统研究站2005-2018年连续14年的太湖水体各形态磷浓度的月、季度调查数据,估算了太湖湖体各形态磷赋存量的季度变化,分析了太湖水体磷浓度受湖泊水位、水量、蓝藻水华态势(蓝藻总生物量及水华出现面积)等环境条件变化的影响特征.结果表明,在连续10年的全流域高投入污染治理背景下,太湖水体总磷浓度仍未发生显著下降,水体各形态磷浓度在年际、月际及空间上的变幅大,不同季节和不同湖区总磷浓度的时空差异性大于14年来总磷浓度年均值的差异性;全湖32个监测点上、中、下3层混合样水体总磷平均值为0.113mg/L(n=1788),其中颗粒态磷浓度平均值为0.077mg/L,是水体总磷的主要赋存形式,溶解性总磷浓度平均值为0.036mg/L,其中反应性活性磷浓度平均值为0.015mg/L,占总磷浓度的13%;太湖水体总磷的赋存量介于410～1098t之间,56个季度的平均值为688t,其中冬季(12-2月)、春季(3-5月)、夏季(6-8月)、秋季(9-11月)平均值分别为68...     

太湖水质变化趋势及其保护对策

通过对１９８０￣１９９４年太湖水质监测资料的分析,研究了太湖水质现状及其变化趋势,探讨了太湖水质污染原因及太湖富营养化的成因机制,提出了太湖水质保护及富营养化防治的对策、措施与建议。     

过去40年太湖剧烈的湖泊物理环境变化及其潜在生态环境意义

过去40年,全球气候变暖、辐射变暗和变亮、风速减弱、气候异常波动等自然环境变化以及筑坝建闸、岸堤硬质化和调水引流等强烈人类活动势必会深刻改变太湖湖泊物理环境和过程,驱动湖泊生态系统演化.基于历史文献、档案数据以及气象水文和透明度等长期观测数据,本文系统梳理了太湖气温、水温、风速、水位和透明度等物理环境空间分布和长期变化特征,探讨了气温和风速、水位和透明度相互协同作用机制及其潜在生态环境意义.受全球变化和城市化等影响,过去40年太湖气温和水温呈现显著升高趋势,而近地面风速则表现为持续下降,湖泊增温和风速下降有利于藻类生长和蓝藻水华漂浮聚集,某种程度上增加了蓝藻水华出现频次和集聚的面积.为防洪和满足流域日益增长的水资源需求,闸坝管控和调水引流使太湖水位呈现缓慢增加趋势,而入湖污染物增加和富营养化则造成水体透明度逐渐下降,致使透明度与水位(水深)的比值明显降低,减少了湖底可利用光强,恶化水下光环境,在一定程度上驱动了太湖水生植被和草型生态系统退化.湖泊物理环境长期变化逐渐拓展了太湖藻型生境空间而压缩了草型生境空间,加剧了草型生态系统向藻型生态系统转化和增强了藻型生态系统的自我长期维持.太湖湖...