太湖浮游植物中重金属含量的季节变化特征及湖区差异

近年来随着社会经济的发展,排入太湖的污水中重金属含量不断增加,为研究太湖浮游植物中重金属的污染状况,分别于2009年春季(4月)、夏季(7月)和冬季(12月)对太湖不同湖区展开调查,通过HCA聚类分析和Pearson相关分析探讨不同湖区浮游植物中重金属含量的季节变化,并与优势藻种进行CCA分析,对浮游植物重金属与各藻种关系进行初步探讨.结果表明:太湖浮游植物中重金属的含量大小为:ZnMnPbCuNiCrAsCdHg,其中Zn、Cu、Mn、Pb、Ni的季节变化明显,Zn和Cu、Pb、Ni、Cr之间的相关系数很高且具有同源性.通过对比不同湖区,发现北部梅梁湾的浮游植物重金属含量较高,东太湖和湖心区含量均低于沿岸湖区.CCA分析表明春季重金属与优势藻种呈正相关,而夏季和冬季二者呈负相关.三季中重金属与蓝藻和绿藻的相关性最高,与隐藻的相关性最低.蓝藻中,重金属与铜绿微囊藻的相关性高于水华微囊藻.     

利用湖泊内源性饵料饲喂中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)的养殖与净水效应

在东太湖网围养殖区进行不同放养密度(3000、6000、9000只/hm²)饲喂太湖水草与螺蛳的中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)养殖实验,各处理组均设投喂鱼肉与玉米等外源性饵料的对照,以获得不同养殖模式对中华绒螯蟹生长、品质及养殖水环境的影响,以及利用浅水草型湖泊内源性饵料养殖中华绒螯蟹的适宜放养密度.结果表明,规格和增肉倍数虽然均显著小于相同养殖密度下投喂外源性饵料的对照组,但是各实验组商品蟹体重均能达到150 g;低密度养殖组(3000只/hm²)的产量与对照组无显著差异,其余两组显著低于对照组;而低密度养殖组的河蟹回捕率显著低于对照组,其余两组则无显著差异.实验养殖区水质状况优于投喂外源性饵料的对照区,其TP含量显著低于对照区,投喂外源性饵料会增加水体N、P含量,导致水体富营养化.投喂太湖水草与螺蛳等内源性饵料进行中华绒螯蟹养殖不但可以有效地抑制浅水湖泊水草的疯长,还可通过中华绒螯蟹收获从水体输出N、P营养盐,起到净化水质的作用.不同密度养殖的生态与经济效益对比结果显示,利用草型湖泊内源性饵料养殖中华绒螯蟹的适宜放养密度为6000只/hm²左右.     

基于主成分降维的总悬浮物浓度遥感估算模型适用性分析

总悬浮物浓度(C_TSM)是水质评价的重要参数.为了提高内陆Ⅱ类水体总悬浮物浓度估算的精度,利用主成分分析方法对2009年4月太湖水体实测高光谱数据进行降维处理,进而以不同数量的主成分作为变量,分别构建总悬浮颗粒物浓度的多元线性回归估算模型并比较这些模型的效果,从而确定最优的主分量个数;结合近年运行的高光谱传感器,对模型的适用性进行评价.结果表明:①前三个主成分(PC₁、PC₂、PC₃)从不同侧面涵盖了悬浮物浓度信息,它们与ln(C_TSM)的相关系数分别为0.728、0.401和0.403;②当主成分个数为6时,模型达到最优;模型的精度高于4个传统经验模型;③在400~850 nm之间,波段数大于45的高光谱传感器数据都能利用主成分分析的方法构建精度较高的总悬浮物浓度估算模型;此外,MERIS、HJ1-HSI、Hyperion和CHRIS这些常用的高光谱传感器的波段设置,都适合于主成分建模.     

典型风力条件及水力调度下太湖藻华高频时空动态监测

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本研究基于Hiamwari-8/AHI卫星遥感高频监测数据,对比分析了归一化差异植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和浮游藻类指数(FAI) 3种不同指数对太湖藻华的反演效果,开展了典型风力条件下和水力调度下太湖藻华生消过程的持续监测分析。结果表明,FAI对藻华区域和非藻华区域的区分更加明显,其阈值提取的藻华面积与基于MODIS图像解译的藻华面积的相对误差最低,为-2.27%。当营养盐充足且水温持续保持在蓝藻大量生长增殖的阈值以上时,风力条件是导致太湖藻类迁移聚集的关键因子,风向主要影响藻类的水平迁移,使其进行方向性迁移并逐渐形成大面积藻华区域。风速主要影响藻类的垂向迁移并存在临界阈值,当风速低于约2.5 m/s的临界风速时,藻华面积随风速增加而增加;当风速高于临界风速时,藻华面积随风速增加而降低。水力调度对距离较近的贡湖湾区域具有显著影响,主要通过水动力扰动来影响...     

利用Himawari-8高频次监测太湖蓝藻水华动态

新一代静止气象卫星Himawari-8以其10 min/次的高观测频次,为连续动态监测蓝藻水华提供了有力的数据支持.基于太湖实地光谱测量资料,提出Himawari-8卫星资料太湖蓝藻水华动态监测方法.以2015年10月2日蓝藻水华发生过程为例,利用连续、多时次Himawari-8资料,动态监测了太湖蓝藻水华的发展变化,分析蓝藻水华的出现、发展和消失,计算蓝藻水华强度的动态变化,认识蓝藻水华程度及变化特征,估算蓝藻水华的动态变化速度.上述分析为研究蓝藻水华的生长消亡过程提供了支持.进一步探讨蓝藻水华动态变化与气象要素的关系,发现在相同的温湿条件下,风场对蓝藻水华的形成、运动和消失有直接的驱动作用.     

CO2浓度升高对浮游藻类元素化学计量值的影响

通过梅梁湾和东太湖的四季原位实验,研究CO_2浓度升高对不同营养水平淡水生态系统中浮游藻类C、N、P元素计量值的影响.实验设置了270、380和750 ppm共3个CO_2浓度,分别代表工业革命前、当前和IPCC预测的21世纪末的CO_2浓度.结果表明梅梁湾水体营养盐浓度在四季均高于东太湖水体营养盐浓度,但梅梁湾原位实验中浮游藻类C、N、P含量却普遍低于东太湖原位实验中浮游藻类营养元素含量,并且前者在季节上变化更大.CO_2浓度升高使梅梁湾原位实验中浮游藻类C∶P比明显增加,N∶P比略有增加,这种增加归因于藻细胞内C、N含量的升高,而东太湖浮游藻类化学计量值对CO_2浓度变化的响应不显著.因此浮游藻类元素化学计量值对CO_2浓度变化的响应程度与水体营养盐的绝对浓度无关,而与浮游藻类的生长是否受营养盐限制有关,只有当藻类生长受到水体营养盐浓度限制时,CO_2浓度升高才会显著改变其元素组成.     

波浪作用下湖泊底泥的输沙试验研究

湖泊底泥的运动过程产生内源污染,加剧湖泊生态环境的恶化.研究湖泊底泥在波浪作用下的输沙规律,可为研究湖泊的水质变化成因及生态环境治理提供参考依据.利用大型波浪水槽,在波浪作用条件下对太湖、龙感湖、巢湖的底泥进行了起动和输沙试验,对多组波浪水文条件下湖泊底泥的输沙试验结果进行分析,详细地阐述了太湖、龙感湖、巢湖底泥在波浪作用下的输沙变化规律.分析整理试验数据,得出输沙率变化公式,为3个湖泊的水质变化成因分析及生态环境治理提供参考依据.     

太湖水体和沉积物细菌群落分布格局及其驱动因素

水体和沉积物是湖泊生态系统中迥异但又紧密相连的两类生境,栖息在这两类生境中的细菌在维持生态系统平衡和驱动元素循环中起着关键性作用。为了探究湖泊水体和沉积物细菌群落的分布格局,本文对太湖四个湖区水体和沉积物中细菌群落进行调查,基于高通量测序技术和统计分析手段,分析这两类生境中的细菌群落组成和多样性水平、分布特征及其驱动因素。结果表明:放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)是水体细菌群落中最主要的细菌门,而沉积物中Proteobacteria占据优势地位。在两类生境中,太湖西部区域细菌群落丰富度和独特性(LCBD)相对较高,各区域群落结构表现出显著性差异。对水体而言,电导率、pH值、PC1(重金属组成)和沉积物孔隙度是驱动细菌丰富度的重要因子,PC1、水温及pH值是影响细菌群落LCBD的重要因子,而细菌网络复杂性随pH值的增加而增加,且在高pH环境中占主导地位;对沉积物而言,其丰富度和LCBD的重要影响因子均是沉积物中总磷和锂,细菌网络复杂性随金属元素施加的环境压力增大而降低,但随总磷、磷酸盐和铵态氮浓度的...     

若干水华相关藻类对太湖水体异味物质贡献的初步研究

太湖水体中嗅味物质2-甲基异莰醇(MIB)和土臭素(Geo)的出现与水华发生在时间上高度重叠,为探寻水华中常见藻类与嗅味的关系,本研究通过对实验室培养藻株和野外水样比较分析,探寻了部分藻株与太湖水体嗅味物质的关系.分析实验室培养的15株蓝藻(其中11株微囊藻)、4株绿藻和4株硅藻,仅硅藻培养物测定出了Geo,所有藻株均未检测出MIB;对太湖典型水样分析结果显示,水体中MIB与Geo的浓度与微囊藻细胞浓度无相关性;实验室模拟微囊藻水华腐败结果显示,无论是好氧还是厌氧条件下均未产生MIB和Geo;这些数据结果说明湖水中MIB和Geo与水华主要种群微囊藻无直接关系.在鱼腥藻水华中测出了高浓度的MIB,周年水样分析结果显示鱼腥藻细胞数与MIB浓度变化规律一致,因此鱼腥藻可能是MIB的重要来源.但实验室培养的Anabaena sp.PCC7120无论是在缺氮还是有氮培养条件下均不产MIB和Geo,说明嗅味物质的产生具有藻株特异性.     

1990—2019年江苏片区入太湖水量变化及原因分析

为了对江苏片区主要入太湖水量的原因进行定量化分析研究,基于1990-2019年的气象数据、遥感数据以及沿江引水量数据,借助Mann-Kendall趋势检验与突变检验法、Envi5.3以及Pearson系数法分别对近30年入湖水量、建筑用地、降雨量和蒸发量与引江水量进行了突变检验,并以入湖水量为因变量,对各因素间的相关性和贡献度做了量化研究.结果表明,研究区域的入湖水量近30年来上升趋势达到了95%,城市化率、气象条件和沿江引水量都是导致其变化的主要原因,其中人为干扰(城市化率和沿江引水量)与自然影响(气象条件)的贡献度各占50%.未来建议强化海绵城市的建设,合理科学地对沿江水资源进行调度使用,以降低城镇化率上升与外部引水增加带来的影响.