Flume simulation of wave-induced release of internal dissolved nitrogen in Taihu Lake, China

A wave flume simulator was used to study internal nitrogen release from the surface sediment collected from Taihu Lake,China.Particulate nitrogen concentrations were positively correlated with the concentrations of suspended solids,primarily from surface erosion related to the shear stress and duration of wave action.In response to 4 cm-and 10 cm-high wave production representing waves generated in Taihu Lake by gentle and gusty winds,respectively,the mean dynamic release rate of ammonium(NH+4) from the sediment to the overlying water was 1×10-3 mg/(m2.s) and the NH4+ concentration in the overlying water increased by 0.016 mg/L,indicating that waves resulting from strong wind can induce the rapid release of dissolved nitrogen from Taihu Lake sediments.The decrease in interstitial NH+4 concentrations at all sediment depths was associated with an increase in NH4+ concentrations in the overlying water by 0.01 mg/L,showing that sediment below the eroded layer was the main source of internal nitrogen release.Changes in the interstitial dissolved oxygen and NH+4 concentrations showed that wave-induced pore water movement can greatly increase the diffusion rate,and that these effects can influence the sediment to a depth of at least 15 cm.Diffusion induced by pore water movement may be very important for the formation of an active sediment layer in Taihu Lake.     

我国城市水源水库水质风险成因及对策

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主要是异味问题、藻类水华、铁锰超标、有机质偏高、营养盐超标等。引发水源水库水质问题的主要原因包括流域开发强度过大、库底淤积及内源释放、生态系统结构失衡、气候与水文异常变化等。针对上述主要问题,提出了构建在线水质监测预警体系、控制流域土地开发强度、构建面源拦截及流域净化系统、疏浚底泥、优化生态系统结构、实施应急曝气与控藻工程、完善流域生态保护法律法规等多种水源水库水质安全保障技术措施。鉴于水源水库水质及水生态对暴雨、高温热浪等极端气象响应敏感而复杂,在当前极端天气事件频发、强度不断增加的气候背景下,还应加强水库生态学基础研究,以深入理解水源水库水质对气候变化的响应机制,提高水库水安全保障科技支撑能力,满足我国城市高质量发展的水资源需求。     

浅水湖泊生态系统恢复的理论与实践思考

随着我国湖泊生态环境越来越严峻,湖泊生态恢复也逐渐被人们所重视．实际上,湖泊生态恢复应该是一项系统工程、是通过一定程度地减缓或改善环境压力,结合某种或多种水生生物的种养措施,逐步使得生态系统向良性的或者是被改变前的状态发展,目前．湖泊生态恢复不是被单纯地理解为种草、养鱼等,就是被解释为生物群落的人为搭配或镶嵌．由于这种认识上的偏差,导致湖泊治理中有关生态修复的实践长期以来鲜有成功的实例．最后、以太湖为例,给出了湖泊局部水体生态修复达致净化水质的技术思路——通过改善环境来恢复水生植物,通过水生植物恢复来引导乍态系统向草型湖泊转变,通过水生系统恢复达到改善水质的目的．这种思路能否成功用于指导湖泊水生植物与生态系统恢复、还有待于进一步实践的检验．     

太湖近代沉积物中重金属元素的累积

利用210Pb、137Cs定年技术,对来自太湖不同生态和沉积特征的三个湖区的沉积物柱状样品进行了定年,用ICP—AES分析了沉积物中重金属等元素的含量,分析了太湖沉积物中重金属的累积特征及其成因.污染较重、蓝藻水华暴发频繁的梅梁湾沉积物中的重金属含量在近25年来逐年增加;太湖上游风浪较大的夹浦湖区表层10cm沉积速率大、粒度粗,除表层1cm外,1—10cm沉积物中各种重金属含量都较低,且层间变化剧烈;下游湖区正逐渐草型化的胥口湾除表层3cm外,沉积物中重金属的含量自底层向表层大致呈不断下降的趋势.研究表明,不同年代的太湖沉积物中重金属含量差异很大,明显大于不同湖区间沉积物重金属平均含量间的差异.水动力作用引起的沉积物粒度分异很可能是影响沉积物中重金属积累的一个重要因素.总体上太湖沉积物中重金属的污染比较轻微,但已经有一定程度的Cd污染,梅梁湾沉积物中自上世纪70年代开始明显积累Cd,其他重金属元素的积累也逐渐增加,值得关注.     

高温干旱背景下太湖藻情变化特征及机制

2022年我国长江流域经历了长期的高温干旱,对湖泊水生态环境和湖内藻情态势产生了深远影响。但目前关于干旱环境下湖泊水华的响应特征研究较少。以太湖为例,基于2005—2022年湖体营养盐与叶绿素a浓度的长期监测数据,结合卫星遥感影像反演的蓝藻水华面积变化,探讨了2022年高温干旱对太湖蓝藻的影响特征及驱动机制。结果表明,2022年蓝藻水华高发季节(5—9月),太湖蓝藻水华的平均面积和最大面积均明显下降,其中5月的水华面积仅为近5年同期平均面积的20%;水样采集分析获得的水体叶绿素a浓度和微囊藻生物量在春季也明显下降。营养盐方面,2022年太湖的总氮和总磷均值分别为1.41和0.084 mg/L,较近5年均值分别下降了30.6%和27.3%,均为2005年以来的最低值。氮磷浓度空间分布的克里金插值显示,除西北湖区(竺山湾)受河流入湖影响外,大部分湖区的溶解态氮磷也都处于较低状态,冬季溶解性总磷浓度小于0.02 mg/L的水域面积占全湖面积的79%。随机森林分析表明,总磷、水温和风速是影响春季微囊藻和藻类生物量的关键因子。冬季湖体磷水平低,加上春季外源负荷较少,致使2022年春季太湖大范围湖...     

2002-2017年千岛湖浮游植物群落结构变化及其影响因素

为认识大型水库中浮游植物群落结构的演替特征及其驱动机制,以钱塘江流域新安江水库（下称"千岛湖"）为例,基于2002-2017年16年的水库浮游植物数据,结合同期千岛湖水质与水文气象资料,分析了千岛湖浮游植物结构及优势属的长期变化特征,探讨了影响浮游植物群落结构变化的主要因素.结果表明：2002-2017年千岛湖共鉴定出浮游植物7门93属,主要由硅藻门、绿藻门、蓝藻门及隐藻门种类组成.16年间,浮游植物年均丰度和群落结构经历了4个阶段：2008年前丰度持续低值且蓝藻不是主要类群,2009-2012年丰度较高且蓝藻成为主要类群,及2013-2015丰度降低且蓝藻占比降低,2016-2017年丰度增加且蓝藻再次成为主要类群.浮游植物门类变化的同时伴随着优势属的变化：浮游植物年优势属从2002-2008年的小环藻属（Cyclotella）、隐藻属（Cryptomonas）和蓝隐藻属（Chroomonas）转变为2009-2012年的颤藻属（Oscillatoria）、小球藻属（Chlorella）、小环藻属和蓝隐藻属,2013-2017年又转变为鱼腥藻属（Anabaena）、束丝藻属（Aphanizomenon）、小环藻属、针杆藻属（Synedra）、直链藻属（Melosira）、栅藻属（Scenedesmus）和蓝隐藻属.冗余分析表明,气温、风速、水位、入库流量等气象水文因子和总氮浓度、电导率、氮磷比、透明度等水质因子与浮游植物群落结构变化关系密切.研究结果表明,在千岛湖这种大型贫-中营养水库,浮游植物群落结构不仅受来水营养盐负荷的影响,还在很大程度上受水文、气象条件的影响,给水库藻类水华等生态风险的预测以及水库水质管理带来了挑战.     

夏季日最低温度升高对芬兰皮海湖浮游植物群落的影响

为讨论日最低气温变化对浮游植物群落结构的影响,以位于芬兰的皮海湖为研究对象,选取1987—2013年夏季的监测数据,采用非度量多维尺度法分析浮游植物群落结构与气象要素和理化因子之间的关系.结果表明:皮海湖地区夏季增温趋势明显,尤其是日最低气温增加显著;皮海湖夏季浮游植物群落结构主要受气象要素影响,其中又以日最低气温的影响最显著.这可能是因为浮游植物的许多生理过程存在明显的昼夜节律,日最低气温升高能加强浮游植物的夜间呼吸作用和对营养物质的吸收等,从而影响浮游植物的生长和增殖速率等指标.由于不同物种对温度的适应范围不一致,因此日最低气温升高同样可能影响浮游植物的群落结构.     

2005-2017年北部太湖水体叶绿素a和营养盐变化及影响因素

利用国家生态观测网络太湖湖泊生态系统研究站对北部太湖14个监测点2005-2017年的营养盐和叶绿素a浓度逐月监测数据,分析了北部太湖2005年以来水体营养盐和叶绿素a变化特征,探讨了叶绿素变化的影响因素.结果表明,2015年以来,北部太湖水体叶绿素a浓度呈现显著增高特征,特别是5-7月的蓝藻水华灾害关键期,水体叶绿素a浓度增幅更加明显;营养盐方面,氮、磷对治理的响应完全不同：水体总氮、溶解性总氮、氨氮的降幅很明显,甚至在春末夏初的蓝藻生长旺盛期出现了供给不足的征兆;但水体总磷降幅却不明显,加之蓝藻水华的磷"泵吸作用",近3 a来水体总磷浓度反而有升高趋势,溶解性总磷浓度也无明显下降趋势.不同湖区的营养盐变化也不相同：西北湖区溶解性总氮、溶解性总磷浓度显著高于梅梁湾、贡湖湾和湖心区,而且后3个湖区的水质呈现均一化趋势.统计分析表明,北部太湖水体叶绿素a浓度与颗粒氮、颗粒磷、总磷、高锰酸盐指数均呈显著正相关,与溶解态氮呈负相关;5-7月水华关键期北部太湖水体叶绿素a浓度与上半年（1-6月）逐日水温积温、总降雨量、年平均水位均呈显著正相关关系.从研究结果可以看出,近年来北部太湖水体叶绿素a浓度的波动很大程度上受水文气象因子的影响;2007年以来太湖流域一系列生态修复工程的实施,虽然明显降低了湖泊氮浓度,但由于流域和湖体的氮磷本底较高,磷的缓冲能力大,致使水体营养盐水平仍未降到能显著抑制蓝藻生长的水平,年际之间的水文气象条件差异成为蓝藻水华暴发强度差异的主控因素.为此,仍需加大对太湖流域氮、磷负荷的削减,使湖体氮、磷浓度降低到能显著影响蓝藻生长的水平,才能摆脱水文气象条件对蓝藻水华情势的决定作用.     

运河(杭州段)沉积物磷释放的模拟试验

采用室内模拟的方法研究了扰动情况下运河（杭州段）表层沉积物磷的释放对上覆水的影响以及投加石灰、投加三气氛发化铁、连续曝气、换水清洗等措施对沉积物磷释放的控制效果,研究表明,在扰动、开放体系条件下,运河（杭州段）沉积物磷释放导致的上覆水总磷浓度在释放初期最高,随时间逐渐下降,表现出净吸附,采集于有机污染较重河段的沉积物磷释放能力显著高于总磷含量较高但以重金属污染为主的河段的沉积物,上覆水投加石灰最终导致沉积物磷释放量的增加,投加三氯化铁显著降低了上覆水总磷浓度,上覆水连续曝气降低了上覆水的平衡磷浓度、换水清洗对上覆水磷浓度的降低效果是有限的,然而上述措施均未能将上覆水总磷浓度控制在V类水的浓度限定值以下,因此,就上覆水TP的浓度指标而言,运河（杭州段）沉积物的内源释放对其影响很大。     

五种天然水体胶体相可酶解磷的含量及分布特征

分别在太湖草型湖区胥口湾及藻型湖区梅梁湾采集水样,采用常规过滤与切向流超滤相结合的方法,将水体中的颗粒,胶体依据粒径大小分离,通过测定计算得到64-1μm,1-0.5μm,0.5-0.1μm,0.1μm-1nm,<1nm五个粒级的可酶解磷含量.同时采集太湖"引江济太"工程长江调水口--望虞河口水样、千岛湖水样及千岛湖下游河流型水库富春江段水样进行分析.结果显示,5种典型水体中颗粒相的可酶解磷含量占总可酶解磷含量的比重较高,胶体相的可酶解磷也占了相当的比重,是生物必需磷不可忽视的重要储库.望虞河口河水总磷0.216mg/L,可酶解磷含量达0.174mg/L,其输入可能对太湖水体生物有效磷浓度的增加起到重要的贡献,"引江济太"调水时具有一定生态风险.对于胶体范围的可酶解磷,胥口湾、望虞河的胶体态可酶解磷主要分布在较大、中胶体范围,梅梁湾和千岛湖的胶体态可酶解磷主要分布在中、微胶体范围,富春江水库的胶体态可酶解磷分布的相对比较均匀.