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20052018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0.113 mg/L(n=1788),其中颗粒态磷浓度平均值为0.077 mg/L,是水体总磷的主要赋存形式,溶解性总磷浓度平均值为0.036 mg/L,其中反应性活性磷浓度平均值为0.015 mg/L,占总磷浓度的13%;太湖水体总磷的赋存量介于410~1098 t之间,56个季度的平均值为688 t,其中冬季(122月)、春季(35月)、夏季(68月)、秋季(911月)平均值分别为683、604、792和673 t,夏季湖体磷赋存量明显高于其他季节.统计分析表明,蓝藻水华态势和水情要素(水位)对水相总磷、颗粒态磷等主要形态磷的赋存量影响显著,蓝藻水华态势的影响可能大于水量变化的影响.本研究表明,在水体营养盐浓度仍然充分满足蓝藻水华发生的背景下,气象水文波动所造成的湖泊水华面积及生物量的变化及大型水生植被消长带来的内源交换变化能引起水体总磷浓度剧烈变化,太湖水体磷浓度的稳定控制也依赖于蓝藻水华态势的稳定控制,由于太湖当前的蓝藻水华态势受气象水文条件变化影响甚大,短期内太湖水相总磷浓度稳定控制到0.05 mg/L的水质治理目标较难实现.治理策略上,若要实现太湖水体磷浓度的进一步明显下降,一方面需要大幅度削减外源磷负荷,另一方面需要大面积恢复沉水植被等.管理策略上,由于湖体磷浓度变化包括了较大的非人为因素影响,应将太湖总磷治理目标考核重点放在流域磷减排强度、入湖负荷等方面,科学看待气候波动等非人为因素影响下的水相磷浓度波动.     

基于遥感数据的太湖蓝藻水华信息识别方法

2007 年太湖大规模蓝藻暴发,再次引起了人们对太湖环境的关注.有效地提取蓝藻水华信息对分析蓝藻动态分布有重要意义.而卫星遥感技术是进行太湖水质监测与保护的措施之一.本文以2007年4月23日CBERS-02星CCD数据为主要的数据源,以NDVI值为测试变量,运用CART算法确定分割阈值,从而通过构建决策树的方法识别蓝藻水华信息,分析其蓝藻水华的提取结果,取得了较好的效果.文中还在GIS技术支持下,提取了2007年5月17日MODIS影像中的蓝藻水华信息.本次研究为以后开展长期的太湖蓝藻水华动态监测提供技术参考.     

食物与桡足类营养级对亚热带分层水库浮游动物群落结构的影响

于2014年10-12月,采集厦门溪东水库浮游动物、浮游植物、浮游细菌与悬浮物样品,分析浮游动物群落与食物质量和食物浓度的关系,探讨桡足类营养级变化对浮游动物的影响.结果 表明,空间上后生浮游动物群落结构在水库不同水层间的差异不显著;时间上桡足类在水华期和非水华期的差异不显著,枝角类和轮虫在水华期和非水华期的差异显著....     

微囊藻毒素生物学功能研究进展

我国淡水水体蓝藻水华的频繁发生已成为我国目前和今后长时期内面临的重大水环境问题.微囊藻(Microcystis)因其产生对人类健康具有危害的微囊藻毒素而尤其受到重视.研究者对构成蓝藻水华的主要种类、微囊藻毒素的毒性、毒理等方面的认识逐渐明晰,但对微囊藻毒素生物学功能的了解还相对较少.本文对微囊藻毒素的产生,尤其是近年来随着技术的发展在微囊藻毒素生物学功能方面的研究开展讨论:总结了微囊藻毒素可能作为化感物质、参与光合作用、在微囊藻的越冬或复苏中可能发挥的作用以及可能参与微囊藻群体形成及维持等4个方面的生物学功能;分析了微囊藻毒素作为信号分子的研究现状;探讨了全球气候变化及实验室模拟条件下微囊藻毒素产毒与无毒株的竞争,并对微囊藻毒素未来的研究热点及组学技术可能在其研究中的应用进行了展望.     

滇池蓝藻水华光谱特征、遥感识别及暴发气象条件

通过研究滇池蓝藻水华在可见光、红外谱段的光谱特征,并利用假彩色合成法以及归一化植被指数(NDVI)法进行了滇池蓝藻水华信息的遥感识别和提取,进而对提取结果进行了对比分析.结果表明:假彩色合成图的绿色区域和NDVI值大于-0.1的区域,为蓝藻水华区域.-0.1≤NDVI≤0.2时,轻度水华,像元内水华覆盖度为0-30%;0.2NDVI≤0.4时,中度水华,像元内蓝藻水华覆盖度为31%-80%;NDVI0.4时,重度水华,水华浓厚,像元内蓝藻水华覆盖度为81%-100%.同时研究了激励滇池蓝藻水华暴发的关键气象因子和指标.滇池蓝藻水华暴发的关键时期是6-9月份,影响滇池蓝藻暴发的关键因子是日照和风速.6-9月份连续4-5h的光照,且风速≤2m/s的气象条件组合极易引起蓝藻水华暴发.     

太湖蓝藻水华发生风险区划

湖泊水华是全世界面临的严重生态环境问题之一,对人类和生态系统健康都有重大影响.以太湖为研究区域,基于近年的蓝藻水华及水环境监测数据,结合自组织特征映射神经网络和模糊风险评价方法,对太湖不同监测点蓝藻水华的发生风险进行综合评价,并借助GIS地学统计分析方法对全太湖蓝藻水华发生风险进行区划,绘制太湖蓝藻水华发生风险区划图.结果表明:太湖被分为重度风险区、中度风险区、轻度风险区、微风险区,各风险区基本呈带状分布.从各风险区面积来看,重度风险区、中度风险区、轻度风险区的面积约各占太湖总面积的1/5,而微风险区约占太湖总面积的2/5;从各风险区位置来看,重度风险区主要分布在西北部区域,且从整个湖区来看,蓝藻水华的发生风险等级自西北到东南依次递减.本研究揭示太湖水华灾害风险的空间分布规律,对支撑水环境监测和水华灾害防治方案的制定具有一定的意义.     

富营养化初期湖泊放养鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Aristichthys nobilis)控藻生态效果的初步评估

放养鲢（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aristichthys mobilis）控制富营养化湖泊蓝藻水华暴发是当前最有效的手段之一.为评估富营养化初期湖泊鲢、鳙控藻的生态效果,2016年在洱海红山湾开展原位围栏鲢、鳙控藻实验,对围栏内外的浮游生物群落结构及水环境因子的变化进行对比分析,同时测定了围栏内鲢、鳙的生长及摄食节律.结果表明：围栏内鲢、鳙呈现匀速生长,围栏生存环境适宜.根据Egger''s模型估算鲢、鳙的日摄食量分别为24.96%和18.18%,鲢的日粮高于鳙;滤食率结果表明,鲢对浮游植物的摄食率高于鳙（分别为3.01和2.19 L/（g·h）,而鳙对浮游动物的滤食率高于鲢（分别为18.61和13.54 L/（g·h））.研究期间,围栏内外水体理化因子无显著差异;但围栏内外微囊藻生物量差异明显,并且在7月达到生物量峰值（围栏内为1.7 mg/L,围栏外为2.4 mg/L）.鲢、鳙对浮游植物的优势种类——微囊藻和隐藻有明显的削减效果,6-8月逐渐上升并在8月达到最高（64%）;当浮游植物优势种由微囊藻替换为硅藻门和绿藻门的种类时,鲢、鳙的削减效率不明显（10-11月为负值）.此外,鲢、鳙放养显著降低了浮游甲壳动物的总生物量和枝角类生物量.因此,结合实验结果得出,鲢具有更高的控藻能力,尤其对微囊藻水华,但同时具备了较高对浮游甲壳动物的削减能力,需要进一步分析富营养化初期湖泊——洱海中实施非经典生物操纵的适宜性.     

蓝藻水华暴发期间太湖贡湖湾某水厂水源水及出厂水中微囊藻毒素污染分析及健康风险评价

水体富营养化导致的有害蓝藻水华仍是目前全世界普遍面临的水环境问题,而有害蓝藻水华所引起的饮用水安全问题亦受到人们的广泛关注.为了解太湖水源地水源水及自来水厂出厂饮用水中微囊藻毒素(MCs)的污染现状,于2014年8月期间对贡湖湾某水厂水源水及出厂水中浮游植物胞内及胞外MCs浓度进行了调查,并同时检测了相关的理化指标.结果表明,水源水中胞内MCs总浓度平均值为7165.5 ng/L,以MC-LR和MC-RR为主,平均浓度分别为3408.7和3398.8 ng/L,其中MC-RR占总MCs比例的平均值为56.1%;而胞外溶解性MCs浓度相对较低,平均浓度为142.6 ng/L,最高浓度仅为512.8 ng/L.水厂出厂水中胞内MCs的检出浓度(平均值为0.77 ng/L)和检出频率都很低,去除率达99.8%以上;而胞外溶解性MCs的检出浓度(平均值为21.71 ng/L)和检出频率相对较高,但浓度仍远低于国家标准1.0μg/L,其去除率相对较低,仅为62.9%~81.8%.数据分析发现,水源水中胞内与胞外MCs浓度之间呈显著正相关,胞内MCs浓度与总氮(TN)浓度、铵态氮(NH+4-N)浓度、总磷(TP)浓度、高锰酸盐指数(CODMn)和浊度呈显著相关,而胞外MCs浓度与TN浓度、TP浓度、CODMn、浊度和叶绿素a浓度呈显著正相关;逐步回归结果显示,TP对胞内MCs浓度变化的解释率最高,而胞外MCs浓度变化主要与胞内MCs浓度相关.最终,通过对出厂饮用水中MCs浓度非致癌风险指数的计算发现,出厂饮用水对人类健康的威胁较小,但致癌风险相对较高.     

湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究

湖泊具有供水、渔业、旅游、维持区域生态系统平衡等功能,是支撑我国经济和社会发展的重要资源之一。但是近30年来,湖泊富营养化所导致的蓝藻水华频繁暴发,生态灾害事件频发,严重影响湖泊功能的发挥, 制约区域经济可持续发展。针对国家在保障区域水安全和生态安全、保护人民健康及建设和谐社会等方面的重大需求,国家重点基础研究发展计划项目“湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究”于2008年7月正式立项。项目拟解决的关键科学问题包括：①湖泊蓝藻水华主要衍生污染物的形成机理、迁移转化规律和毒理效应;②蓝藻水华导致湖泊生态系统结构变化和功能退化的机理;③蓝藻水华生态灾害评估及调控机理。针对上述科学问题,项目以蓝藻水华污染物的产生、湖泊生态系统结构与功能的响应以及生态灾害的评估与调控为研究主线,重点开展以下几个方面的研究：①蓝藻水华衍生污染物的产生及其环境过程;②蓝藻水华衍生污染物的毒理效应与生态和健康风险;③蓝藻水华导致湖泊生态系统结构变化与功能退化的关键过程和机制;④蓝藻水华灾害治理和调控的的技术原理和途径。项目的实施和完成将为我国湖泊蓝藻水华生态灾害的预防与控制提供理论和技术原理支撑。     

MODIS波段比值算法在太湖蓝藻水华预警及应急监测中的应用

为从宏观上快速掌控蓝藻水华发生状况,提高遥感信息处理的准确度,选取太湖上空2008年4～10月的18幅MODIS影像数据源,应用近红外波段2和可见光波段4的比值算法对太湖蓝藻水华进行了提取实验,并与目视判读结果进行了比对分析.结果表明,经过大气校正且无云层干扰的情况下,比值算法与目视判读结果吻合度较好,平均相对偏差为5.4%,有83.3%的样本相对偏差小于30%.2008年4月25日与5月22日的比值算法验证分析表明,在蓝藻暴发初期和蓝藻的快速增殖期,比值算法均能较好的区分水体与藻类,比值算法与目视解译的结果偏差分别为4.3%和10.2%.比值算法分析识别快,能有效避免因个人经验引起的差异;将比值算法与目视判读相结合,能够大大提高判读的准确度,可以在太湖蓝藻水华预警及应急监测中进行业务化应用.