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.     

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.     

长江中下游湖泊沉积物生物可利用磷分布特征

利用化学提取方法对太湖6个样点,巢湖4个样点和龙感湖3个样点的表层沉积物和沉积物柱样进行了生物可利用磷(BAP)测定．北太湖表层沉积物的平均含量为259．5mg／kg,而西部湖区平均含量为114 6mg／kg,湖心区平均含量为40．6 mg/kg,而东太湖平均含量为50．7 mg／kg,呈显著北高南低的特点．巢湖西部湖区表层沉积物的BAP平均含量为 254．2 mg／kg,而东部湖区BAP含量降低为101．9mg／kg．龙感湖表层沉积物BAP平均含量为67．8 mg／kg．显著表明污染程度较高的湖区沉积物的BAP相应较高．BAP在沉积物中随深度呈指数降低,显示生物可利用磷在沉积作用下向稳定的非活性磷转化．夏季沉积物中的BAP由于生物活性的增强向溶解态活性磷转化过程增强,显示为较低的BAP含量．BAP 含量与水体溶解态活性磷呈正相关关系,且该相关性在BAP含量较低的样点好于高BAP的样点．     

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．     

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.     

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。     

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.     

综合营养状态指数(TLI)在夏季长江中下游湖库评价中的局限及改进意见

综合营养状态指数(TLI)在中国湖库富营养化评价中应用非常广泛.对于该指数的各分项指标,基于叶绿素a的评估结果是富营养化风险的直接体现,是最终指示;而基于理化指标(总氮、总磷、透明度和高锰酸盐指数)的评估结果是间接指示.如果两者TLI评估结果存在显著差异,则说明基于理化参数的TLI评估结果低估或者高估了实际富营养化水平和相关风险.本文针对长江中下游湖库的基于水质理化指标和基于叶绿素a的TLI结果是否匹配的问题开展了调查分析.结果表明,对于非通江浅水湖泊而言,基于总氮、总磷、高锰酸盐指数的TLI评估结果均低估了富营养化水平和相关风险;对于通江浅水湖泊而言,基于总氮、总磷和透明度的TLI评估结果高估了富营养化水平和相关风险,而基于高锰酸盐指数的结果低估了富营养化水平;对于深水水库,基于总氮的TLI指数评估结果高估了富营养化水平,而基于总磷、透明度和高锰酸盐指数的结果低估了富营养化水平.上述水质理化指标和叶绿素a评估结果不匹配的原因为以下两点:第一,部分物理化学指标失去了对富营养化风险(叶绿素a)的指示意义,如通江浅水湖泊的总氮、总磷、透明度和高锰酸盐指数以及深水湖泊的总氮;第二,部分富营养化理化指标和叶绿素a原有关系发生错位,比如对于深水湖泊总磷对叶绿素a的响应比TLI指数构建所采用的关系更加敏感.针对TLI理化指标评估在长江中下游湖库应用中存在的问题提出如下改进建议:1)结合长时间序列历史数据,基于分位数回归等方法构建特定湖泊的叶绿素a和理化参数的响应关系,开发“一湖一策”的评估公式;2)根据换水周期和湖泊面积水深比对进行湖泊分类,建立特定湖泊类型的叶绿素a和理化参数的响应关系,构建“一类一策”的评估公式;3)在富营养化评估结果中应分别量化富营养化状态参数(营养盐水平)和富营养化风险参数(叶绿素a)以及两者比值,但生物指标是富营养化评估的最终指示.现阶段我国富营养化评价和管理多为“全国一策”,可能很难满足经济高效的管理需求.因此,本研究所建议和综述的“一类一策”和“一湖一策”的湖泊富营养化评估方法对未来的湖泊生态管理可能具有重要意义.     

三十年来长江中下游湖泊富营养化状况变迁及其影响因素

为弄清长江中下游通江/历史通江湖泊富营养化现状、成因及修复策略,对该区域27个大型湖泊和水库开展了4个季度的水质调查,并结合部分湖泊1988-1992年及2008年两个时段富营养化调查成果,分析近30年来长江中下游地区大型湖泊富营养化关键指标变化的特征及其驱动因素.结果表明,目前该区域绝大多数湖泊处于富营养水平,较1980s有明显加重,浮游植物叶绿素a及总磷是最主要的营养状态指数贡献因子;湖泊的富营养化状况与湖泊的江湖连通状况、换水周期等流动性状况、渔业养殖及管理、流域纳污、治理强度等人类活动方式和强度密切相关;与历史调查结果相比,氮、磷的增幅相对较小,而有机质污染程度明显加重、浮游植物叶绿素a浓度大幅增高,表明营养盐之外的其他因素,如水文节律的变化、江湖阻隔、不合理的渔业养殖活动等,对该区域湖泊的富营养化问题加剧、浮游植物生产力增高起到更为重要的作用.因此,从治理途径和策略上来看,增加湖泊的流通性、恢复部分湖泊的自然水文波动节律、优化湖泊渔业管理、提升湖泊流域营养盐的有效截留能力、实施湖泊生态修复工程是控制长江中下游湖泊富营养化、提升区域湖泊生态质量的关键.     

太湖表层沉积物重金属元素的来源分析

根据太湖MS岩芯重金属元素与Al的线性回归分析及元素/Al、V/Al比率散点图变化规律,讨论了太湖沉积物中重金属元素的来源特征。结果表明:20世纪20年代中期以前,重金属元素主要为自然来源;20年代中期—70年代中期,尽管沉积物中Al、Fe、Zn、Mn、V、Cr等重金属元素含量随沉积物粒度变粗而明显下降,但除Hg受到一定程度的人为污染之外,其它重金属元素仍以自然来源为主,物源有所变化;70年代末期以来,沉积物中重金属元素人为污染逐渐加重,Pb、Cu、Zn、Hg、As等元素既有流域母质来源,又受到一定程度的人为污染。