江苏水源地型水库异味物质发生风险及影响因素

为认知水源地型水库异味发生风险及其规律,本研究于异味风险高危期(夏季),对江苏17个省级水源地型水库开展了水质、浮游生物和异味物质状况调查.结果表明,本次调查的17个水库普遍存在富营养化程度偏高(如藻类生物量偏大和水体透明度偏低)的问题,约三分之一的水库出现部分水层异味物质2-甲基异莰醇(MIB)浓度超标,MIB平均浓度为(13. 7±20. 7) ng·L-1,表明江苏省水库型水源地普遍存在MIB风险;多个水库检出土臭素(GSM),但其浓度均没有超过10ng·L-1的饮用水标准浓度(最大浓度为4. 6 ng·L-1);同步水质调查及统计分析表明,MIB浓度和水体叶绿素a浓度、水体透明度、悬浮颗粒物浓度、富营养化指数等重要水质指标及浮游植物生物量(特别是蓝藻生物量)相关性显著(P 0. 05),其中MIB与叶绿素a、富营养化指数呈极显著的相关关系(P 0. 01).因此,水源地型水库的异味物质风险与水库的富营养化密切相关;实施营养盐外源输入削减、提高流域植被覆盖度、科学调控渔业养殖规模等水体富营养化控制措施是水库异味物质控制的关键.     

白塔堡河中致嗅类挥发性有机硫化物污染现状及来源研究

为研究白塔堡河中致嗅类挥发性有机硫化物(VOSC)的污染现状及来源,采用吹扫捕集(P&T)与气相色谱(GC)/火焰光度检测器(FPD)联用的分析方法同时测定水体中14种致嗅类VOSC的浓度,并依据综合营养状态指数(TLI)对白塔堡河的富营养化程度进行评价,用主成分分析法(PCA)分析其污染来源.结果表明,所调查的31个点位中,各目标化合物均有不同程度的检出,浓度范围为0~35.98 μg·L^-1;甲硫醚(DMS)为最主要的污染物,其均值为3.36 μg·L^-1,检出率为100%,变异系数为2.30.河流整体处于中度富营养化水平,其中,城市段水体重度富营养化,农村段和城镇段VOSC浓度与TLI显著相关(r>0.70).14种致嗅类VOSC的污染来源可由3个主成分来反映:第一主成分(硫醇类、DMS、甲乙硫醚(EMS))代表由微生物厌氧分解造成的二次污染,其贡献率为44.42%,这是水体富营养化和生活污水、含蛋白质的工业废水及养殖废水排放共同作用的结果;第二主成分(乙硫醚(DES)、二乙基二硫醚(DEDS)、甲丙二硫醚(MPDS)、1-丙基二硫醚(1-PrDS))代表农业面源,贡献率为30.77%;第三主成分(二甲基三硫醚(DMTS))代表工业源,贡献率为7.83%.     

Off-flavor compounds from decaying cyanobacterial blooms of Lake Taihu

The effect of cyanobacterial bloom decay on water quality and the complete degradation of cyanobacterial blooms in a short period were examined by an enclosure experiment in Gonghu Bay of Lake Taihu,China.Water quality parameters as well as taste and odor compounds during the breakdown of cyanobacterial blooms were measured.Results showed that the decay of cyanobacterial blooms caused anoxic water conditions,decreased pH,and increased nutrient loading to the lake water.The highest concentrations of dimethyl sulfide (DMS),dimethyl trisulfide (DMTS),and β-cyclocitral were observed in the anoxic water,at 62331.8,12413.3,and 1374.9 ng/L,respectively.2-Methylisoborneol was dominant during the live growth phase of cyanobacterial blooms,whereas DMS and DMTS were dominant during the decomposition phase.Dissolved oxygen,pH,and chlorophyll a were negatively correlated with DMS,DMTS,and β-cyclocitral,whereas total phosphorus,total nitrogen,and ammonium (NH4+-N) were positively correlated with DMS,DMTS,β-cyclocitral,and β-ionone.The experimental results suggested that preventing the anaerobic decomposition of cyanobacterial blooms is an important strategy against the recurrence of a malodor crisis in Lake Taihu.     

洞庭湖近20年水质与富营养化状态变化

利用近20年水质监测资料,系统地分析了洞庭湖水质与营养状态的时空变化特征. 结果表明,受流域社会经济发展等因素的综合影响,洞庭湖水质整体呈下降趋势,水体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖. 洞庭湖水体主要污染物为TN和TP, ρ(TN)、ρ(TP)年均值分别为1.08~1.93和0.026~0.203 mg/L. 洞庭湖水体中ρ(Chla)与ρ(TN)呈显著正相关;浮游植物数量与ρ(TN)、ρ(TP)呈显著正相关,与最大流量呈显著负相关. 2007年洞庭湖流域造纸企业污染整治后,洞庭湖水体中ρ(COD_Cr)降低,但ρ(TN)、ρ(TP)仍呈上升之势,浮游植物数量显著增加. 洞庭湖水体富营养化治理应以控制面源污染为重点.      

Microcystis aeruginosa/Pseudomonas pseudoalcaligenes interaction effects on off-flavors in algae/bacteria co-culture system under different temperatures

We conducted an experiment to study the interaction effects of Microcystis aeruginosa and Pseudomonas pseudoalcaligenes on off-flavors in an algae/bacteria co-culture system at three temperatures(24, 28 and 32℃). Gas chromatography–mass spectrometry was applied to measure off-flavor compounds dimethyl sulfide(DMS), dimethyl trisulfide(DMTS),2-methylisoborneol, geosmin(GEO) and β-cyclocitral. During the lag phase of co-cultured M. aeruginosa(first 15 days), P. pseudoalcaligenes significantly increased the production of DMS, DMTS and β-cyclocitral at all three temperatures. In the exponential phase of co-cultured M. aeruginosa(after 15 days), M. aeruginosa became the main factor on off-flavors in the co-culture system, and β-cyclocitral turned to the highest off-flavor compound. These results also indicated that DMS, DMTS and β-cyclocitral were the main off-flavor compounds in our M. aeruginosa/P. pseudoalcaligenes co-culture system. Univariate analysis was applied to investigate the effects of M. aeruginosa and P. pseudoalcaligenes on the production of off-flavors. The results demonstrated that both M. aeruginosa and P. pseudoalcaligenes could increase the production of DMS and DMTS, while β-cyclocitral was mainly determined by M. aeruginosa. Our results also provide some insights into understanding the relationship between cyanobacteria and heterotrophic bacteria.     

磷对常见淡水微囊藻释放β-环柠檬醛（β-cyclocitral）的影响

藻类释放的异味化合物导致水体嗅味问题已成为世界性的水环境问题之一,引起了社会的广泛关注.通过室内实验,研究了磷（P）对8种常见微囊藻（Microcystis）释放异味物质—β-环柠檬醛（β-cyclocitral）的影响.结果表明,P对微囊藻生长及释放β-cyclocitral有较大影响,其中,中低P浓度（0~0.5 mg·L^-1）有利于多数种类的微囊藻生长,但对藻类活性（F_v/F_m）的影响与叶绿素a（Chl-a）并不一致.铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）释放β-cyclocitral的能力与P浓度成正比,也是常见微囊藻中β-cyclocitral产率（β-cyclocitral/Chl-a）最高的藻类,可达34.2 ng·μg^-1, 其次为华美微囊藻（Microcystis elabens）达24.1 ng·μg^-1,惠氏微囊藻（Microcystis wesenbergii）的β-cyclocitral产率最低,仅为0.21 ng·μg^-1.数据分析表明不同种微囊藻,在不同P浓度下释放β-cyclocitral的巨大差异与其产率紧密相关,β-cyclocitral产率与藻类活性（F_v/F_m）紧密相关.结合文献报道的野外调查数据分析,同样表明在富营养化湖泊中随着P浓度的升高,铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）释放β-cyclocitral增加,与室内实验结果一致.本研究通过室内实验,揭示了P对不同微囊藻生长和活性影响的差异,是造成不同微囊藻释放β-cyclocitral差异的重要原因, 得出P是调节微囊藻释放β-cyclocitral的重要因素,这对富营养化水体中异味物质的防治有重要意义.     

典型城市河流中嗅味物质和微生物菌落特征

对某城市河流沿程水质、典型嗅味物质以及微生物群落结构进行了调查分析. 结果表明:河水中2种嗅味物质〔二甲基异莰醇(2-MIB)和土臭素(Geosmin)〕的质量浓度均受到ρ(DO)的显著影响. 绝对厌氧条件〔ρ(DO)<0.2 mg/L〕水体中,ρ(二甲基异莰醇)和ρ(土臭素)的平均值分别为794.8和269.8 ng/L;好氧条件〔ρ(DO)>2.0 mg/L〕水体中,二者的平均值分别为91.6 和104.7 ng/L;而且ρ(DO)较低时,水体中的可疑致病菌含量升高,微生物安全性降低. 控制该河流水体ρ(DO)在2.0 mg/L以上,有利于抑制水体中嗅味物质的产生,可提高河流水体的微生物安全性.      

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.      

不同有机基质诱发的水体黑臭及主要致臭物(VOSCs)产生机制研究

目前在研究湖泛发生方面还主要停留在视觉(黑色)水平,嗅觉(臭味)因为更加难以判断,有关致臭机制及致臭物质的研究仍停留在检测分析和理论假设方面,缺乏有效的证据证实.采用自制室内模拟装置研究不同有机基质作用下黑臭发生的情况,以确定挥发性有机硫化物(VOSCs)的前驱物并初步研究其降解机制.结果表明,有机物只要达到一定负荷水平(1.0 g.L-1)对水体均有致黑作用,但含硫有机物能使水体在7～13 d就变黑,而不含硫有机物需要13 d以上才能使水体变黑,且含硫有机物能使水体颜色变得更深(最高色度值达410度以上).只有含硫有机物才具有致臭作用,其中二甲基二硫醚(DMDS)、二甲基三硫醚(DMTS)和二甲基四硫醚(DMTeS)是黑臭水体主要的致臭物质.根据蛋氨酸降解产生的VOSCs情况,可确定蛋氨酸为VOSCs的主要前驱物.蛋氨酸以生物降解为主,硫酸还原菌(SRB)是水环境中重要的蛋氨酸降解菌之一,添加SRB使蛋氨酸快速分解为以DMDS、DMTS和DMTeS为主的VOSCs,降解率在第35 d高达95%,并使黑臭暴发的时间从13 d提前至8 d;产甲烷菌对蛋氨酸降解有抑制的趋势,其大量存在可能会抑制小分子硫化物的形成,因此添加甲烷菌抑制剂使黑臭暴发时间提前1 d.非生物降解是蛋氨酸降解的次要途径,仅能使蛋氨酸发生初步降解而水体始终未变黑.     

黑臭水体中主要致嗅组分特征分析

黑臭水体中致嗅挥发性物质是造成水体产生异味的主要原因。通过气相色谱/质谱法对黑臭水体中的挥发性组分进行连续监测,同时利用气味活性值(OAV)识别了其中的主要致嗅组分,并讨论了其在不同河道和不同时间的变化特征。结果显示:黑臭水体中检出频率和浓度最高的16种组分中,包括5种醛类、5种氯代烃、5种苯酚类物质及二甲基二硫醚。二甲基二硫醚、壬醛、辛醛、柠檬醛及苯酚的OAV1,是研究选取河道中的主要致嗅组分。其中,辛醛与壬醛天然存在于自然水体中;二甲基二硫醚主要来源于黑臭水体中厌氧微生物代谢;而苯酚与柠檬醛可能是由于外源污染的排放。     

Microcystis aeruginosa/Pseudomonas pseudoalcaligenes interaction effects on off-flavors in algae/bacteria co-culture system under different temperatures

We conducted an experiment to study the interaction effects of Microcystis aeruginosa and Pseudomonas pseudoalcaligenes on off-flavors in an algae/bacteria co-culture system at three temperatures (24, 28 and 32°C). Gas chromatography–mass spectrometry was applied to measure off-flavor compounds dimethyl sulfide (DMS), dimethyl trisulfide (DMTS), 2-methylisoborneol, geosmin (GEO) and β-cyclocitral. During the lag phase of co-cultured M. aeruginosa (first 15 days), P. pseudoalcaligenes significantly increased the production of DMS, DMTS and β-cyclocitral at all three temperatures. In the exponential phase of co-cultured M. aeruginosa (after 15 days), M. aeruginosa became the main factor on off-flavors in the co-culture system, and β-cyclocitral turned to the highest off-flavor compound. These results also indicated that DMS, DMTS and β-cyclocitral were the main off-flavor compounds in our M. aeruginosa/P. pseudoalcaligenes co-culture system. Univariate analysis was applied to investigate the effects of M. aeruginosa and P. pseudoalcaligenes on the production of off-flavors. The results demonstrated that both M. aeruginosa and P. pseudoalcaligenes could increase the production of DMS and DMTS, while β-cyclocitral was mainly determined by M. aeruginosa. Our results also provide some insights into understanding the relationship between cyanobacteria and heterotrophic bacteria.     

滇池近代富营养化加剧过程的沉积记录

为认识滇池内源污染特性在湖泊环境演变过程中的变化,采集滇池北部和中心2根柱状沉积物样品,分析了TOC(总有机碳)、TN(总氮)、BSi(生物硅)及磷形态含量剖面变化规律,并探讨了其与滇池富营养化历史的关系. 结果表明,滇池沉积物中w(TOC)与w(TN)自20世纪50年代后增加显著.n(TOC)/n(TN)介于7.0～13.5之间,表明滇池内源藻类和细菌等对沉积物中有机质贡献大. 滇池沉积物中w(TP)剖面变化规律反映了滇池由中营养化向富营养化过渡的过程. 沉积物中w(TP)与w(TOC)呈显著相关(R=0.91,P<0.01),表明滇池外源磷的输入与生物量的增长以及蓝藻水华暴发的一致性和外源磷污染控制的必要性. 滇池不同区域w(BSi)剖面变化及其与w(TOC)、w(TP)的关系表明,滇池在长期演变中,生态系统结构发生了变化. 滇池北部近年来富营养化加剧,蓝藻大量繁殖成为优势种群而导致生物群落结构单一化;而中部等地区硅藻仍保持大量增长趋势,表明藻类在该区域处于大量增长的过程中.      

Characterization of typical taste and odor compounds formed by Microcystis aeruginosa

Production and characteristics of typical taste and odor (T&O) compounds by Microcystis aeruginosa were investigated. A few terpenoid chemicals, including 2-MIB, β-cyclocitral, and β-ionone, and a few sulfur compounds, such as dimethyl sulfide and dimethyl trisulfide, were detected. β-Cyclocitral and β-carotene concentrations were observed to be relevant to the growth phases of Microcystis. During the stable growth phase, 41-865 fg/cell of β-cyclocitral were found in the laboratory culture. β-Cyclocitral concentrations correlated closely with β-carotene concentrations, with the correlation coefficient R2 = 0.96, as it is formed from the cleavage reaction of β-carotene. For dead cell cases, a high concentration of dimethyl trisulfide was detected at 3.48-6.37 fg/cell. Four T&O compounds, including β-cyclocitral, β-ionone, heptanal and dimethyl trisulfide, were tested and found to be able to inhibit and damage Microcystis cells to varying degrees. Among these chemicals, β-cyclocitral has the strongest ability to quickly rupture cells.     

洞庭湖沉积物不同形态氮赋存特征及其释放风险

为了揭示湖泊沉积物中氮的空间分布特征及其释放风险,采用连续分级提取法研究了洞庭湖表层沉积物中EN(可交换态氮)、HN(酸解态氮)及NHN(非酸解态氮)的赋存特征;同时,结合BN(生物可利用态氮)的含量和释放通量的大小,探讨了各形态氮对BN的贡献及与释放通量的相关关系. 结果表明,受水动力和湖盆地形的影响,沉积物中各形态氮含量空间差异较大. 全湖w(TN)在735.91~2846.51mg/kg之间,平均值为1371.85mg/kg,东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口w(TN)的平均值分别为1513.43、1173.14、1262.76和1363.31mg/kg. 从各形态氮含量占w(TN)的比例来看,w(HN)最高,平均占66.74%;其次是w(NHN),平均占21.46%;w(EN)最小,仅占11.80%. 东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口w(BN)的平均值分别为189.31、170.16、152.87和139.51mg/kg,其值大小主要受w(EN)和w(HN)的影响. 东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口沉积物中NH₄+-N释放通量的平均值分别为6.32、7.03、7.78和146.96mg/(m2·d),沉积物中NH₄+-N释放通量主要受EN控制,其中尤其受可交换态NH₄+-N的控制,而沉积物中的HN和TN尚不是影响沉积物氮释放的主要因素.      

洞庭湖近30年水环境演变态势及影响因素研究

水量、泥沙和污染物交换作为河流与湖泊之间的关键过程,对湖泊生态环境演变具有复杂而深远的影响.以长江中游典型通江湖泊洞庭湖为研究对象,着眼于“江湖”“河湖”“人湖”三重作用关系变化,从水文情势、水质、富营养化3个层面剖析了近30年洞庭湖水环境演变态势及主控因素.结果表明:①“江湖”关系变化影响了洞庭湖水沙交换及其年内分配,是湖泊枯水期提前和延长、水沙关系突变等现象的主控因素;“河湖”“人湖”关系变化协同加剧了该现象.②“河湖”关系的失衡和“河湖”统筹管理措施缺位,造成入湖河流长期输送大量营养物质,是湖体氮磷污染较重的根源;“江湖”“人湖”关系变化协同影响着营养盐分布格局,但影响范围及程度有限.③在“江湖”“河湖”作用关系复合影响下,藻类生长条件更为有利,增加了洞庭湖富营养化及水华风险.为保障洞庭湖水环境安全,建议:针对“江湖”作用主导的低枯水位问题,以水资源调控为核心,推进长江与流域上游水库联合生态调度,保障湖泊生态流量;针对“河湖”作用主导的水质恶化问题,以水污染防治为核心,强化流域污染控制,统筹“河湖”一体化监测管理模式,保障湖泊水环境质量;对于“人湖”作用主导的生态破坏问题,以生态空间管控为核心,划定并坚守生态红线,保障生态空间.      

洞庭湖水环境演变特征及关键影响因素识别

为了更有效地保护洞庭湖水环境,本研究基于1991—2015年流域社会经济发展、水文情势变化与湖泊水环境监测数据,从水质和藻类水华两方面探讨了洞庭湖水环境演变特征,采用主成分分析法筛选确定了主要驱动因素,并通过多元回归分析识别了不同阶段洞庭湖水环境演变的关键影响因素.结果表明:1991—2015年,洞庭湖水环境质量总体呈下降趋势;其中,1991—2002年洞庭湖水质下降较为缓慢,藻类水华程度总体稳定,影响水环境演变的关键影响因素为流域污染负荷输入,其中农业面源贡献相对较大;2003—2015年洞庭湖水质呈加速下降趋势,藻类水华程度也明显加重,局部水域已出现明显藻类水华现象,该阶段水环境演变主要受流域污染负荷输入和水文情势变化共同影响.因此,今后洞庭湖水环境保护不仅要继续加强流域污染控制,有效削减入湖污染负荷,也要密切关注水文情势变化对洞庭湖水环境的不利影响,采取针对性的措施,科学恢复或调整江湖关系,把不利影响降到最低.     

洞庭湖水环境污染状况与来源分析

在对洞庭湖水环境污染状况评价与时空变化规律分析的基础上,探讨了洞庭湖的特征污染物及主要来源。结果表明:2008年洞庭湖Ⅴ类及劣V类水质达78.6%,东洞庭湖和洞庭湖出口的营养级别达轻度富营养,总体水质呈现由入湖口水域到湖体水域到出湖口水域,水质逐渐改善的特点;洞庭湖的特征污染物为总磷和总氮;磷污染物主要来源于洞庭湖区、沅江和湘江;氮污染物主要来源于湘江,洞庭湖区氮磷污染主要来源于农业面源和城镇生活污染。     

洞庭湖平原中小型湖群沉积物铬污染特征与评价

于2007年采集洞庭湖平原地区10个中小型湖泊沉积物样品33个(其中表层样品29个,柱状样品4个),对沉积物重金属元素Cr的空间分布特征及其污染等级进行研究. 各湖泊表层沉积物中w(Cr)普遍高于环境背景值,其w(Cr)平均值排序为岳阳南湖>大通湖>珊珀湖>东湖>黄盖湖>安乐湖>北民湖>柳叶湖>毛里湖>芭蕉湖. 各湖柱状沉积物中w(Cr)由底层到表层的垂向上呈现不同的波动趋势. 各湖沉积物的铬污染程度按湖泊类型划分,表现为城市湖泊>投肥养殖型湖泊>人放天养型湖泊. 地累积指数法评价结果显示,洞庭湖平原地区中小型湖群沉积物中铬污染较轻,4个湖泊的10个采样点为偏中度污染,9个湖泊18个采样点为轻度污染,1个采样点没有污染.      

洞庭湖表层沉积物中重金属变化趋势及风险评估

为掌握洞庭湖重金属污染的变化趋势及风险,利用2007—2017年洞庭湖表层沉积物中Cr、Cu、Pb、Cd、Hg、As的连续监测数据,通过潜在生态风险指数法进行评价,并通过Daniel趋势检验和M-K（Mann-Kendall）突变检验对重金属的变化趋势进行分析,同时结合历史文献数据对1984—2017年洞庭湖沉积物中重金属的演变特征进行分析.结果表明,2007—2017年洞庭湖沉积物重金属RI（综合潜在生态风险指数）范围为32.63~917.23,平均值为196.24,属于“较高”风险水平,空间分布呈南洞庭湖>东洞庭湖>西洞庭湖,不同重金属单因子潜在生态风险水平呈Cd > Hg > As > Pb > Cu > Cr的特征.Daniel趋势检验和M-K突变检验结果显示,2007—2017年除西洞庭湖的w（Pb）、东洞庭湖和西洞庭湖的w（Hg）外,其他重金属质量分数在各湖区都呈下降趋势;东洞庭湖和南洞庭湖重金属潜在生态风险水平分别在2014—2015年和2016年发生了突变.1984—2017年洞庭湖沉积物中重金属质量分数演变特征分析表明,1984年和1990—1999年全湖重金属综合潜在生态风险分别为“较高”和“中等”水平,2004—2010年和2011—2015年均为“很高”水平,2016—2017年降至“较高”水平,同时w（Cu）、w（Pb）、w（Cd）、w（As）在2016—2017年下降明显,而w（Cr）、w（Hg）还有上升趋势.研究显示,洞庭湖重金属污染在2014—2017年有明显下降趋势,其主要原因可能是湘江和洞庭湖的全面综合治理,Cr、Pb和Hg在部分湖区还存在持续污染,应作为洞庭湖重金属下一步防治的重点.