西溪国家湿地公园水质时空分异特征研究

西溪湿地公园作为第一个国家湿地公园和城市湿地公园的代表,具有特殊的功能特征.利用2009年春夏两季对西溪湿地水质的月监测数据,揭示城市湿地公园水质时空分异和污染特征.结果表明,①湿地水质空间分异与公园功能特征密切相关.其中,自然水塘的TN、TP平均值分别为0.78 mg/L和0.07 mg/L;观赏水塘TN、TP平均值分别为1.37 mg/L和0.17 mg/L;自然河溪水质TN、TP的平均值分别为2.91 mg/L和0.18 mg/L;游览水道TN、TP平均值分别为1.91 mg/L和0.09 mg/L;②湿地水体富营养化程度时间变化显著.西溪湿地水质的春季富营养化程度小于夏季,总体处于中度富营养化状态;③不同功能湿地水体富营养化程度差异明显.水塘水体富营养化程度低于河溪富营养化程度,其中,自然水塘水质的富营养化程度低于观赏水塘的水质,相反,游览河溪水质富营养化程度低于自然河溪的水质.因此,加强对观赏水塘和自然河溪的管理,是提高西溪湿地水质的有效方法.     

南太湖地区小型浅水湖泊自净能力季节变化研究

以南太湖地区小型浅水湖泊为对象,研究了湖泊水体自净能力季节变化的特征.结果表明,湖泊对高锰酸盐指数、总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、总磷(TP)、叶绿素a(Chl-a)的净化能力季节性差异较大.各水质指标春季和冬季自净效果较好,夏季自净效果较差的是NH4+-N和NO3--N,秋季是TP和Chl-a.湖泊四季水体有机污染较轻,TN、TP污染严重.TN、TP浓度条件适宜藻类生长,水体容易发生富营养化,磷为限制性因子.Chl-a浓度显示湖泊在夏秋两季处于富营养化水平,冬春两季转变为中营养水平.浮游植物的生长与暴发对水质有较大影响,并影响到湖泊的自净能力.影响水体pH值和溶解氧(DO)浓度的主要因素是水生植物的种类和数量,农田肥料流失和农村生活污水排放是造成水体中氮磷含量过高的主要原因.过量使用有机肥使得夏季湖泊水体中有机氮占TN的主要部分,其他季节NO3--N占TN的主要部分.主成分分析结果表明,影响南太湖地区小型浅水湖泊自净能力的3个主成分分别为浮游植物因子(水温、pH、高锰酸盐指数和Chl-a)、农田排水因子(pH、DO和TN)和营养因子(TN和TP).聚类分析结果表明,3个湖泊11个采样点4个季节的水质可聚为两大类,春秋冬季为一类,夏季为一类,这一结果是受温度变化及农田排水所致.利用水温和pH拟合出用于计算湖泊水体中的高锰酸盐指数、TN、TP、Chl-a的线性方程,提高了现场快速预测能力.     

季冻区农药化肥施用的湖泊富营养化响应

为探究中国北方季冻区湖泊富营养化及驱动因素,以吉林省西部查干湖为研究对象,利用监测数据,应用BP神经网络模型,开展湖泊富营养化现状评价,识别超限营养指标,并分析其动态特征;采用EQC多介质模型,评估灌区排水中残余农药化肥等对水环境的影响,探讨湖泊富营养化状态的驱动因素.结果表明:2016-2019年,湖泊水质总体为轻度富营养化,主要超限营养指标为COD_Mn、COD_Cr、TP和TN等.超限指标COD_Mn、COD_Cr和TP受低温驱动,在冰封期浓度呈上升趋势,其中,湖泊TP浓度上升约10%.受灌排驱动,在灌区退水期TP和TN呈现上涨趋势.通过EQC模拟,获得灌区排水进入湖泊的TN和TP浓度贡献值,分别为2.717、0.080mg/L,灌区退水中残留的农药化肥组分入湖,是驱动退水期湖泊TN含量上升的主要因素,最大上升比例约27%.低温是冰封期湖泊总磷浓度上升(最大上升约10%)的主要驱动因素.加之春季农药化肥施用对湖泊夏季富营养化程度的影响,导致季冻区湖泊在冬夏两季呈现富营养化加剧趋势.研究区湖泊富营养化治...     

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.      

长江中下游与云南高原湖泊沉积物磷形态及内源磷负荷

为揭示长江中下游与云南高原湖泊沉积物磷形态及沉积物-水界面磷负荷特征,探讨其区域差异性及主要影响因素,分析了区域内9个湖泊100个沉积物样品总磷(TP)及不同形态磷含量,比较了不同湖泊沉积物-水界面磷负荷.结果表明,云南高原湖泊沉积物ω(TP)为(1256±621)mg/kg,高于长江中下游湖泊[(601±76)mg/kg];前者沉积物磷形态以钙结合态磷(HCl-P)为主,主要受水土流失等影响,湖泊较高的矿化度易于磷埋藏,且沉积物有机质含量较高,减缓了磷的移动能力,其沉积物-水界面磷负荷为0.17~1.07mg/(m2·d),对湖泊富营养的贡献较小;而长江中下游湖区湖泊沉积物磷形态以可还原态磷(BD-P)等形态为主,主要由面源及浮游植物生长调控,其中可移动磷(Mobile-P,除残渣态磷(Res-P)和HCl-P以外的所有形态磷之和)相对含量占ω(TP)的60.60%,约为云南高原湖泊的2倍,其沉积物-水界面磷负荷为0.002~1.32mg/(m2·d),对湖泊富营养化贡献较大.由此可见,长江中下游湖区湖泊应该加强流域面源污染等外源治理,修复退化水生植被,而在云南高原湖泊则应重点加强流域水土流失治理,施行农田最佳施肥等措施.     

蠡湖水体氮、磷时空变化及差异性分析

蠡湖是一个典型处于从浊水藻型向清水草型转换过渡时期的浅水湖泊.根据2012~2013年周年的现场调查资料和历史监测资料,分析了水体氮、磷的空间分布、变化规律及主要影响因素,并探讨了水体氮、磷形态的时空差异及其相应的控制对策.结果表明,蠡湖仍然没有从根本上解决水体的富营养化问题,水体中氮、磷浓度仍处于一种不稳定的状态,各采样点总氮(TN)浓度在0.74~4.93mg/L之间,平均值为1.35mg/L;总磷(TP)浓度在0.03~0.31mg/L之间,平均值为0.073mg/L.空间上,TN和TP浓度自东向西依次递减,呈现东蠡湖高于西蠡湖,沿岸区高于湖心区的趋势;季节上,TN、TP浓度呈现夏季、秋季较高,而冬季、春季低的特点;水体中氮主要以溶解态为主,DTN占TN的比例在35%~99%之间,平均为77.98%;而磷主要是以颗粒态的形态占优势,颗粒态磷占TP的比例在11%~90%之间,平均值为59%.多元统计表明,TN与DTN和总悬浮物(TSS)之间呈正相关关系,但与TSS的相关性系数较小,而TP与DTP和TSS都呈显著正相关.因此,要降低水体中氮磷浓度,可以从减少通过干湿沉降进入湖泊水体的氮磷或者降低沉积物再悬浮、抑制底泥氮磷释放两个方面入手.     

我国湖泊系统氮磷时空变化及对富营养化影响研究

本文收集整理了32篇已公开发表的学术论文的湖泊富营养化有效监测数据约140组,对湖泊氮磷时空特征和富营养化的关系进行分析。结果表明,我国湖泊总氮(TN)和总磷(TP)的变化范围分别为0.11~29.2 mg/L和0.006~1.04 mg/L,其中氮的变异性比磷大。TN/TP的变化范围在0.86~84,几何平均值为16.43,这说明磷素是我国湖泊富营养化的一个主要限制因子。TN与纬度存在极显著的相关关系,随着纬度的升高,TN含量极显著地减少,但TN与经度的相关关系较弱(p=0.126),这可能与氮在经度上变异性大有关。TP与纬度和经度的相关关系都达到显著水平,随着经纬度的升高,TP显著地减少。TN/TP与经纬度也都存在显著的相关关系,随经度和纬度的升高,我国湖泊的TN/TP显著升高,表明磷素富集可能是造成南方湖泊的富营养化程度高的重要原因。我国湖泊水体氮素和磷素在化学计量上的变化,可能与我国目前湖泊富营养化频发密切相关。自上个世纪90年代至今,我国湖泊磷素含量上升极为显著,但氮素则变化不大(p=0.275),从而引起TN/TP显著下降,所以,解决我国湖泊富营养化问题的关键在于"磷"素的输入控制。     

我国湖泊富营养化效应区域差异性分析

通过分析我国湖泊富营养化相关指标的区域差异性,发现在相同营养物质条件下,浮游藻类生物量却有所差异,说明不同区域浮游藻类对营养物质总氮（TN）和总磷（TP）的利用效率存在显著的区域差异性.利用SPSS中的曲线估计功能,分析我国不同湖泊区域lg Chl-a分别与lg TN和lg TP的线性方程,通过比较线性方程的斜率分析不同湖泊区域浮游藻类对营养物质TN和TP的利用效率,蒙新高原、云贵高原、东北平原-山地、长江中下游平原及华北平原,lg Chl-a与lg TP线性方程的斜率由高到低依次为1.002、0.817、0.761、0.545、0.250.lg Chl-a与lg TN线性方程的斜率由高到低依次为1.401、1.058、0.447、0.239、0.099,分别为长江中下游平原、云贵高原、华北平原、东北平原-山地及蒙新高原.由此可见,东北平原-山地和蒙新高原TP对浮游藻类生长的影响大于TN,而在华北平原、长江中下游平原和云贵高原,TN对浮游藻类生长的影响大于TP.另一方面,通过分析浮游藻类生物量与水体透明度之间的相关性,阐明藻类生长繁殖对不同区域湖泊水体透明度影响的区域差异性,结果表明,湖泊中浮游藻类生长繁殖对水体透明度影响最大的是云贵高原,其次是东北平原-山地、蒙新高原和华北平原,长江中下游平原水体透明度与浮游藻类生物量之间没有显著相关性.     

富营养化饮用水源地山仔水库限制性营养元素研究

世界范围内关于水体富营养化的研究表明,流域尺度上营养盐的控制和削减是修复富营养化水体的关键措施,甄别水体限制性营养元素进而采取相应的控制措施是修复富营养化水体的有效途径.本文在时空格局上分析了富营养化饮用水源地山仔水库的限制性营养元素.结果表明,2003—2012年,山仔水库初级生产力的关键限制性营养元素为磷.秋、冬、春季,水体总磷浓度在0.02~0.09 mg·L-1左右,TN/TP原子比值在35~72之间,表明TP浓度相对低,磷为限制性营养元素;夏季表层水TP浓度在0.06~0.13 mg·L-1左右,TN/TP原子比值在11~13之间,表层水溶解性磷的浓度较低,磷主要蓄积在藻细胞内,由于温跃层的存在,底层释放的磷无法向表层水补给,故溶解态磷相对缺乏.总之季节变化对磷的限制性作用有显著影响.通过对山仔水库2003—2012年水体TP浓度和叶绿素a浓度相关性分析得出,修复水体需要控制的TP浓度阈值为0.028 mg·L-1.根据上述结果综合分析了已采取修复措施的效果,从而进一步提出了山仔水库富营养化的修复策略.     

底栖藻对水丝蚓生物扰动效应的抑制研究

霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)是富营养化湖泊中的底栖动物优势种,通过生物扰动可以提高水体营养盐浓度,并促进浮游植物生长.富营养浅水湖泊经生态修复后,水体透明度会得到改善,有利于底栖藻快速生长,从而降低水体营养盐水平.那么,底栖藻能否抑制水丝蚓对富营养水体水质的不良影响?为此,本文开展了双因素(底栖藻和水丝蚓)的室外受控实验,结果表明:在无底栖藻处理中,水丝蚓显著提高了水体总氮(TN)、总磷(TP)、总溶解磷(TDP)和叶绿素a(Chl-a)浓度,同时显著降低水体溶解氧(DO)浓度;而在有底栖藻处理中,水丝蚓对水体TP、DO及Chl-a浓度的影响不显著.研究结果表明,水丝蚓的生物扰动提高了水体营养盐和浮游植物浓度,促进水体富营养化.但底栖藻群落的发展能在一定程度上抑制水丝蚓的生物扰动效应.     

Exploration of relationships between phytoplankton biomass and related environmental variables using multivariate statistic analysis in a eutrophic shallow lake:A 5-year study

Understanding the process of the changing phytoplankton patterns can be particularly useful in water quality improvement and management decisions.However,it is generally not easy to illustrate the interactions between phytoplankton biomass and related environmental variables given their high spatial and temporal heterogeneity.To elucidate relationships between them,in a eutrophic shallow lake,Taihu Lake,relative long-term data set of biotic and abiotic parameters of water quality in the lake were conducted using multivariate statistical analysis within seasonal periodicity.The results indicate that water temperature and total phosphorus(TP)played governing roles in phytoplankton dynamics in most seasons(i.e.temperature in winter,spring and summer; TP in spring,summer and autumn); COD(chemical oxygen demand)and BOD(biological oxygen demand)presented significant positive relationships with phytoplankton biomass in spring,summer and autumn.However,a complex interplay was found between phytoplankton biomass and nitrogen considering significant positive relationships occurring between them in spring and autumn,and conversely negative ones in summer.As the predatory factor,zooplankton presented significant grazing-pressure on phytoplankton biomass during summer in view of negative relationship between them in the season.Significant feedback effects of phytoplankton development were identified in summer and autumn in view that significant relationships were observed between phytoplankton biomass and pH,Trans(transparency of water)and DO.The results indicate that interactions between phytoplankton biomass and related environmental variables are highly sensitive to seasonal periodicity,which improves understanding of different roles of biotic and abiotic variables upon phytoplankton variability,and hence,advances management methods for eutrophic lakes.     

程海湖夏冬季浮游植物群落结构与富营养化状况研究

为了解程海湖浮游植物群落特征及其富营养化现状,对程海湖的水体理化指标和浮游植物群落结构进行了系统调查,分析了夏、冬季节程海湖水质状况、浮游植物群落结构特征及其与环境因子之间的关系,并运用综合营养状态指数法和藻类生物学法评价了程海湖的营养状态.结果表明,调研期间程海湖氮、磷浓度较高,水体中总磷(TP)浓度为0.03～0.19 mg·L~(-1),总氮(TN)为0.38～3.08 mg·L~(-1),综合营养状态指数(TLI)在49.3～54.4之间波动,已经达到轻度富营养水平;藻密度变化范围为1.54×10~6～1.65×10~7个·L~(-1),已超过常规湖泊的水华暴发阈值范围;浮游植物以蓝藻、绿藻为主,Shannon-Wiener多样性指数大多数为1～3,Pielou均匀度指数为0.18～0.72,部分时间段藻类多样性偏低,呈现出典型的蓝藻门为优势的富营养化状态,亟需对其进行生态保护与管理.     

Exploration of relationships between phytoplankton biomass and related environmental variables using multivariate statistic analysis in a eutrophic shallow lake： A S-year study

Understanding the process of the changing phytoplankton patterns can be particularly useful in water quality improvement and management decisions. However, it is generally not easy to illustrate the interactions between phytoplankton biomass and related environmental variables given their high spatial and temporal heterogeneity. To elucidate relationships between them, in a eutrophic shallow lake, Taihu Lake, relative long-term data set of biotic and abiotic parameters of water quality in the lake were conducted using multivariate statistical analysis within seasonal periodicity. The results indicate that water temperature and total phosphorus （TP） played governing roles in phytoplankton dynamics in most seasons （i.e. temperature in winter, spring and summer; TP in spring, summer and autumn）; COD （chemical oxygen demand） and BOD （biological oxygen demand） presented significant positive relationships with phytoplankton biomass in spring, summer and autumn. However, a complex interplay was found between phytoplankton biomass and nitrogen considering significant positive relationships occurring between them in spring and autumn, and conversely negative ones in summer. As the predatory factor, zooplankton presented significant grazing-pressure on phytoplankton biomass during summer in view of negative relationship between them in the season. Significant feedback effects of phytoplankton development were identified in summer and autumn in view that significant relationships were obser,qed between phytoplankton biomass and pH, Trans （transparency of water） and DO. The results indicate that interactions between phyto：plankton biomass and related environmental variables are highly sensitive to seasonal periodicity, which improves understanding of different roles of biotic and abiotic variables upon phytoplankton variability, and hence, advances management methods for eutrophic lakes.     

城市湖泊氮磷沉降输入量及影响因子——以武汉东湖为例

城市湖泊是受人类影响最严重生态系统之一,正面临着水体污染和生态系统退化的双重压力.研究氮、磷沉降输入量及影响因素对城市湖泊管理具有重要的实践意义.本文通过对中国最大的城市湖泊之一——武汉东湖进行为期1年的氮、磷沉降连续监测,研究了大气混合沉降对武汉东湖的氮、磷输入动态,并探讨了氮、磷沉降的影响因素.结果表明:武汉东湖大气氮、磷年沉降通量分别为22.80、1.37 kg·hm~(-2)·a~(-1);总氮年沉降负荷为76.94 t·a~(-1),氨氮年沉降负荷为31.83 t·a~(-1),总磷年沉降负荷为4.61 t·a~(-1),分别占其东湖年入湖污染物的7.28%、7.61%和4.41%.从时间格局看,总氮沉降通量的季节性差异较为明显,表现为:春季(9.03 kg·hm~(-2))夏季(6.01 kg·hm~(-2))秋季(3.90 kg·hm~(-2))冬季(3.86 kg·hm~(-2));而总磷沉降通量呈现出仅春季较高(0.52 kg·hm~(-2)),占全年的38%,其他三季总磷沉降通量变化较小的特征.相关性分析显示,氮、磷沉降负荷量与降雨量、降雨时间间隔及空气颗粒物浓度(PM_(10)、PM_(2.5))等因素呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关.分析表明,随着控源、截污等措施对城市湖泊氮、磷输入的控制,氮、磷沉降对城市湖泊的生态影响应引起足够的重视.     

山地城市新建湖库氮磷营养盐时空特征研究

重庆市园博园龙景湖是一新建的山地河道型深水湖库.通过为期一年对龙景湖水库氮磷营养盐的监测,研究龙景湖水库氮磷营养盐的时空格局、变化特点和相互关系,分析园博园旅游区人为活动的特点以及上游流域来水水质对水库水质的影响.结果表明,龙景湖水库整体总氮和总磷年均浓度分别为(1.42±0.46)mg·L-1和(0.09±0.03)mg·L-1,存在丰水期平水期低于枯水期的季节性波动.湖库主水体区、开阔水体区和库湾区受所在区域影响因素不同,氮磷浓度分布存在时空异质性:主水体区季节变化特征与湖库整体基本一致;两个开阔水体区将主水体区分别与上游、库湾连接,顺水流方向的氮磷浓度沿程逐渐降低,开阔水体区氮磷营养盐受上游来水水质和周围园区功能布设影响;典型库湾区营养盐浓度高于主水体区和开阔水体区.湖库丰水期颗粒态的氮、磷占总氮、总磷质量分数分别为51.7%和72.8%,枯水期硝酸盐氮、活性磷酸盐分别占总氮、总磷质量分数为42.0%和59.4%,氨氮和溶解态有机氮占总氮质量分数相对稳定;氮磷比全年均值为18.429±7.883,营养物限制情况上,氮、磷为主要限制因素的时段分别为5.3%、21.2%.     

Controlling cyanobacterial blooms by managing nutrient ratio and limitation in a large hypereutrophic lake: Lake Taihu, China

Excessive nitrogen (N) and phosphorus (P) loading of aquatic ecosystems is a leading cause of eutrophication and harmful algal blooms worldwide, and reducing nutrient levels in water has been a primary management objective. To provide a rational protection strategy and predict future trends of eutrophication in eutrophic lakes, we need to understand the relationships between nutrient ratios and nutrient limitations. We conducted a set of outdoor bioassays at the shore of Lake Taihu. It showed that N only additions induced phytoplankton growth but adding only P did not. Combined N plus P additions promoted higher phytoplankton biomass than N only additions, which suggested that both N and P were deficient for maximum phytoplankton growth in this lake (TN:TP = 18.9). When nutrients are present at less than 7.75-13.95 mg/L TN and 0.41-0.74 mg/L TP, the deficiency of either N or P or both limits the growth of phytoplankton. N limitation then takes place when the TN:TP ratio is less than 21.5-24.7 (TDN:TDP was 34.2-44.3), and P limitation occurs above this. Therefore, according to this ratio, controlling N when N limitation exists and controlling P when P deficiency is present will prevent algal blooms effectively in the short term. But for the long term, a persistent dual nutrient (N and P) management strategy is necessary.     

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.      

鄱阳湖入湖河流氮磷水质控制限值研究

鄱阳湖近年氮磷营养物浓度逐步升高,入湖河流是鄱阳湖氮磷输入的重要途径.采用BATHTUB模型建立了鄱阳湖入湖河流与湖区ρ（TP）、ρ（TN）的响应关系,模拟了入湖河流执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中不同氮磷标准限值对湖区水质的影响,发现当入湖河流ρ（TP）执行河流Ⅲ类标准限值或超过Ⅲ类标准限值时,对应湖区ρ（TP）超标;入湖河流执行Ⅲ类及以上湖泊水质标准限值时,湖区水质可以达到Ⅲ类保护目标,但对入湖河流存在一定的过保护现象.因此,以满足现行湖泊水质达标为情景,以湖泊ρ（TP）、ρ（TN）各类别标准限值为目标,试算了入湖河流氮磷控制限值,提出了鄱阳湖入湖河流的氮磷控制限值建议方案,其中鄱阳湖湖体水质目标为Ⅲ类时,入湖河流ρ（TP）、ρ（TN）控制限值分别为0.075和1.20 mg/L,此时入湖河流氮磷控制限值方案既能保证湖泊水质达标,又不会造成对河流的水质控制过于严格.研究显示,基于湖泊水环境质量达标情况试算的入湖河流氮磷所需控制限值,建议可作为解决入湖氮磷污染控制问题的参考.