太湖流域水库型水源地硅藻水华发生特征及对策分析

基于溧阳市天目湖沙河水库2009—2014年的硅藻群落结构及水质调查,以及宜兴横山水库等硅藻水华期藻类和水质调查数据,分析了太湖流域水库中硅藻水华群落结构特征及受气温、水位、营养盐等环境条件的影响.结果表明,太湖流域硅藻水华的主要发生期为5—7月,快速生长期发生在气温为16~26℃期间,当气温超过26℃时,硅藻的生物量开始下降.硅藻的优势属包括针杆藻、曲壳藻、小环藻和颗粒直链藻.其中沙河水库和横山水库中针杆藻是主要危害,其生物量主导了硅藻总生物量.大溪水库有时以针杆藻为主,有时以颗粒直链藻为主.当总氮浓度低于1.0 mg/L的Ⅲ类水上限时,水体氮浓度能大大限制硅藻生物量,当总磷浓度低于0.025 mg/L的Ⅱ类水上限时,也可能对硅藻生物量产生限制.高于此营养水平,硅藻水华的严重程度主要受气温、降雨等因素影响.研究表明,对于处于中营养水平的太湖流域水库而言,硅藻生物量既受气温、降雨、水位等气象水文条件的控制,又受氮、磷、硅等营养盐供给的影响.硅藻水华的防控既要关注气候和气象条件,也要尽量削减氮、磷营养盐入湖通量,维持较低营养盐水平是确保硅藻水华不形成危害的关键.     

风浪作用下太湖梅梁湾水体磷负荷变化及与水体氧化还原特征关系

现场观测了一次风浪过程中风速的变化及水体中磷酸盐,溶解性铁等多种物化参数的变化过程.结合室内分析及模拟实验,分析了风浪作用下水体中磷酸盐的变化规律.溶解态铁磷比的变化规律显示随着风浪的增强和水体氧化性的升高,水体中溶解态磷与铁形成共沉淀从水体中去除的趋势得到增强.间隙水中铁磷比小于2,溶解态磷酸盐能够在动力条件下释放进入水体,但在水体中的稳定性受动力条件的制约.沉积物中磷酸盐的释放速率结果表明,分子扩散仅是水体磷负荷的部分来源,而间隙水直接释放导致的磷释放也只是水体中磷负荷的一部分,悬浮物的矿化分解和生物过程可能是梅梁湾内源性磷负荷的另一个重要原因.     

太湖富营养化现状及原因分析

根据2005-2006年太湖湖泊生态系统研究站的监测结果,结合历史监测记录,评价了近5年来太湖富营养化的趋势.结果显示,从2000年以来,太湖的富营养化状况有加重趋势.主要表现在:1)与历史监测资料对比,近5年来无论梅梁湾还是湖心区,夏季水体TN、TP含量均呈增高趋势,如1992-2001年,太湖湖心区夏季(6-8月份)水体TN的平均值为1.706 mg/L (范围1.238-2.266mg/L),而2002-2006这5年间该平均值为2.344mg/L(范围1.924-2.717mg/L),明显高于前10年(p=0.005),另外,同期湖心区夏季的水体透明度则明显下降(1992—2001年夏季平均值为0.63 m,而2002-2006年则为0.34 m,p=0.003); 2)从野外调查看,太湖夏季水华暴发的范围越来越大,从2000年以前的梅梁湾、竺山湾及部分湖西区为主,发展到2006年的整个西太湖,夏季暴发水华的面积占太湖总面积的一半以上,且一年中出现水华的时间越来越长,水华出现的频率越来越高,微囊藻水华为特征的藻型生态系统在大太湖似乎越来越稳定;3)近年来太湖沉水植物分布区的面积有所下降.研究表明,太湖近年来富营养化的现状不容乐观,原因可能与近几年异常的气候和水文条件有关,也可能与水草区的不断破坏而减弱了微囊藻水华的生态竞争有关,应引起有关部门重视.     

浅水湖泊沉积物磷释放的波浪水槽试验研究

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对沉积物内源营养盐释放的规律,采用波浪水槽试验研究了波浪扰动对太湖和巢湖沉积物悬浮和磷释放的作用.试验结果显示在强波浪扰动下,底泥大规模悬浮,使得水体中悬浮固体(SS)、总磷(TP)和溶解性总磷(DTP)含量显著升高,太湖和巢湖底泥水槽试验中上覆水体TP含量分别升高了6倍和3倍,DTP分别升高了1倍和70％,太湖底泥试验中溶解性活性磷(SRP)含量亦升高了25％.掀沙过程中,不但表层底泥间隙水中的溶解性磷释放到上覆水体当中,沉积物颗粒所吸附的磷也大量转化为SRP而解吸释放.然而,强波浪掀沙一段时间后,溶解态磷的释放逐渐受到限制.随着波浪扰动作用的持续,悬浮物的中值粒径减小,细颗粒组分的百分含量明显增加,使得悬浮物对溶解态磷的吸附能力增强;波浪扰动显著提高了水体的溶解氧浓度,也会促进水体铁锰物质的氧化,增大其对磷酸根离子的吸附能力.这些变化可能是波浪掀沙后期限制水体SRP浓度进一步升高的主要原因.太湖底泥波浪水槽试验的结果与太湖梅梁湾中心区域常见风浪扰动下底泥的悬浮起动情况相吻合,底泥起动的临界切应力也基本相同,强波浪掀沙的切应力条件及水体SS,TP及SRP浓度变化的特点也一致,表明本实验的结果接近太湖的实际状况.本研究说明太湖的水动力扰动能显著提高水体TP及SRP浓度,大波掀沙初期对底泥磷释放的影响最大,后期的影响强度则有所下降.     

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.     

风浪扰动引起湖泊磷形态变化的模拟试验研究

为了解一次完整的大风浪过程(包括风浪扰动及扰动后的静风期)水体中各形态磷的变化情况及其影响因素,进行了室内模拟风浪扰动的试验研究。结果显示大风浪扰动初期水体中悬浮物(SS)、总磷(TP)、颗粒态磷(PP)和溶解性总磷(DTP)的浓度大幅增加,扰动持续半天后水体SS、TP、PP的浓度均达到最大值,扰动停止后,至少需要10d时间水体中SS、TP、PP的浓度才能回复到扰动前水平;扰动期间水体DTP浓度居于高值,但风浪停止后立即降低;整个风浪过程水体中溶解性反应磷(SRP)浓度变化不大。试验表明,扰动初期沉积物中Fe、Mn结合态磷能快速释放到水体中,但随着扰动的持续,水体复氧,释放到水体中的溶解性活性磷又能与Fe、Mn结合随悬浮物沉降到水底。扰动期间及随后静置1d时间内,水体中悬浮颗粒物的中值粒径连续下降,意味着悬浮颗粒物对磷的吸附能力在不断增强。但水体静置较长时间后,扰动引起的悬浮物几乎全部沉降,絮凝等作用导致水体颗粒物粒度增大。本研究说明虽然大风浪扰动初期能引起浅水湖泊中颗粒态和溶解态营养盐浓度的迅速提高,能够为水华蓝藻的快速生长提供大量可直接利用或酶解的营养盐,但随着风浪扰动的持续,由于水体复氧、水中颗粒物粒度不断细化、颗粒物中的有机成分比例不断增高等,悬浮颗粒物对活性磷的吸附能力也相应提高,两种作用相互削减使得风浪扰动后期水体活性磷浓度的增幅并不明显。     

太湖东部湖湾水生植物生长区底泥氮磷污染特征

为了解太湖东部湖湾(贡湖湾、光福湾、渔洋湾)表层底泥中氮、磷的污染特征及其与水生植物生长的关系,采集了各湖湾滨岸带水生植物生长区的表层底泥,探讨了水生植物的生长与分布对表层底泥中总氮(TN)、总磷(TP)及总有机碳(TOC)等含量的影响,并对表层底泥进行营养评价.结果表明,水生植物生长密集区底泥中TN、TP、TOC的含量均显著低于水生植物零星生长区,说明水生植物的生长对太湖东部湖湾表层底泥中营养盐与有机碳含量具有较为明显的影响;相关性分析显示,表层底泥中TOC与TN含量呈显著相关性(R2=0.832 8),而与TP的相关性则较弱(R2=0.166 5),反映了TOC在湖泊底泥中的沉积可能成为湖泊氮的重要来源,而对磷的影响较小.利用有机指数与有机氮指数两种方法分别对东部各湖湾底泥进行污染评价,贡湖湾、光福湾、渔洋湾底泥有机指数平均值分别为0.142 7、0.228 6与0.208 6,均属较清洁与尚清洁水平,而各湖湾有机氮指数平均值均为Ⅲ与Ⅳ级,说明底泥已遭受了一定程度的氮污染.因此,对水生植物零星生长区表层底泥中氮含量的控制与削减有利于湖泊富营养化的预防与治理.     

太湖流域上游水源性水库水体脱氮潜力时空变化特征及其管理意义——以天目湖沙河水库为例

氮是湖库富营养化的重要影响因子,水体溶解性氮气饱和度在一定程度上指征着水体的脱氮潜力。为探究太湖流域上游水源型水库脱氮潜力的时空变化特征,该研究选择天目湖沙河水库为研究对象,于2021年2月-2022年1月进行了为期一周年的逐月监测,采集不同点位分层水样,利用膜接口质谱仪结合氮氩比法测定水体溶解性氮气浓度,并计算氮气饱和度。结果显示,沙河水库年均氮气饱和度为0.997,总体处于氮饱和状态(氮气饱和度为1),从季节上看,除冬季外,水体氮气饱和度几乎均>1,且随着温度的升高氮气饱和度也升高;空间上,表现为下游＞中游＞上游,底层>表层,即下游以及底层沉积物表现出更强的脱氮能力。线性回归分析表明,潜在脱氮速率与氮气饱和度拟合效果较好,表明氮气饱和度在一定程度上可以反映沙河水库的脱氮速率;相关性分析与逐步多元线性回归分析显示,氮气饱和度与总氮呈显著正相关,与溶解氧浓度呈显著负相关,说明合适的环境条件有利于脱氮作用的进行,进而使得水体溶解性氮气过饱和。7月极端的降雨与采样前连续的高温天气使得该月成为夏秋季溶解氮气均过饱和的例外,氮气饱和度与水温也失去统计上的相关。在溶解氮气普遍过饱和的夏秋季节,脱氮过程使得水体氮浓度较低,藻类生长受到氮限制,在该期间应积极控氮以限制藻类生长,抑制水华的发生。     

长江中下游湖泊沉积物中磷的形态及藻类可利用量

调研了长江中下游地区25个浅水湖泊的35个样点表层沉积物中磷的地球化学形态特征,以及太湖沉积物中藻类可利用磷(AAP)的空间分布,垂向分布特征及其蓄积量,探讨了浅水湖泊表层沉积物中磷的赋存量,地球化学形态及其与水草,湖水磷浓度,叶绿素(Chl-a)浓度之间的关系.结果表明,长江中下游地区浅水湖泊的表层沉积物中可交换态磷(Ex-P)含量与水体总磷(TP),溶解性总磷(DTP)及溶解性反应活性磷(SRP)浓度关系密切,有水草湖区的沉积物中生物易利用磷(Bio-P)含量显著低于无水草湖区及藻型湖区.太湖梅梁湾沉积物泥芯中,表层3 cm沉积物中Ex-P含量显著增高,而夏季还原条件下容易转变为溶解态磷的铁磷(Fe-P)含量峰值则出现在4～10cm深度.太湖表层沉积物的Bio-P含量与夏季叶绿素浓度密切相关,说明表层沉积物的Bio-P及AAP可以作为沉积物内源释放风险的指示参数.太湖表层1 cm底泥中所含有的AAP量估计多达268.6吨,风浪扰动能将大量的AAP带入水体,对太湖蓝藻水华暴发起着不可忽视的作用.     

角突网纹溞在太湖微囊藻群体形成中的作用

将太湖微囊藻水华中3种优势微囊藻包括水华微囊藻1028、惠氏微囊藻929、铜绿微囊藻469和铜绿微囊藻905培养在改良后的BG-11培养基(TN=10mg/L,TP=0.4mg/L)中,然后加入角突网纹搔,以研究3种优势微囊藻对浮游动物摄食压力的形态反应.整个实验共进行了12d.除了水华微囊藻1028以外,在惠氏微囊藻929、铜绿微囊藻469和铜绿微囊藻905中没有观察到有大群体(大于10个细胞)的出现.在水华微囊藻中,处理组大群体细胞所占总细胞的比例与对照组显著不同,其中对照组占22%,而试验组占53%.水华微囊藻对照组和处理组中单细胞、2细胞、小群体(3-10个细胞)和大群体(大于10个细胞)细胞密度存在显著的不同.实验第6-12d,水华微囊藻对照组和试验组单位大群体细胞数量存在显著差异.研究结果表明,角突网纹潘的摄食压力不能促使惠氏微囊藻929、铜绿微囊藻469和铜绿微囊藻905形成大群体.角突网纹溞的摄食促使水华微囊藻形成更大的群体.