呼伦湖水体磷的时空演变及其影响因素

呼伦湖是我国北方第一大湖泊,其水环境质量对区域生态环境调节具有重要影响.针对近年来呼伦湖水体的ρ（TP）超标问题,分别于春、夏、秋、冬四季采集呼伦湖水体样品,结合入湖河流断面多年月均数据对呼伦湖水体ρ（TP）的时空分布、赋存特征、污染来源和影响因素进行分析.结果表明:①秋季、冬季、春季和夏季呼伦湖水体ρ（TP）分别为0.145~0.301、0.090~0.360、0.104~0.434和0.049~0.219 mg/L,总体处于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》V类水质标准;呼伦湖水体ρ（TP）空间分布上季节性差异显著,冬季呈现湖周高于湖心的特征,秋季呈湖心高于湖周的特征,春季和夏季克鲁伦河入湖河口处ρ（TP）均较高.②冬季与其他3个季节水体磷形态组成差异较大,冬季冰封期以DTP（溶解态磷）为主,ρ（DTP）占ρ（TP）的比例为76.2%,春季、夏季和秋季均以PP（颗粒态磷）为主,其占ρ（TP）的比例分别为55.1%、64.1%和58.9%.③呼伦湖3条入湖河流ρ（TP）表现为克鲁伦河>呼伦沟河>乌尔逊河的特征.研究显示,呼伦湖水体ρ（TP）的主要影响因素为水量变化、冰封、入湖河流输入和底泥再悬浮.      

内蒙古高原达里诺尔湖氟化物分布特征及成因

达里诺尔湖位于内蒙古高原,是典型的原生高氟区。为揭示湖泊氟化物的分布特征及成因,采集达里诺尔湖上覆水和表层沉积物,对氟化物的空间分布及其赋存形态进行了详细调查,并探讨了达里诺尔湖氟化物的来源及环境因素对水体氟化物的影响。结果表明：达里诺尔湖水体中氟化物浓度为3.91～4.61 mg/L,平均值为4.41 mg/L,显著高于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类阈值（1.5 mg/L）。表层沉积物中氟化物浓度变化范围为252.69～940.14 mg/kg,平均值为643.07 mg/kg,高值主要分布在湖泊西南部和湖心区。从形态上看,各形态氟含量整体表现为残余态>有机结合态>水溶态>铁锰结合态>可交换态,其中水溶态氟在一定环境条件下易向水体释放,成为达里诺尔湖水体中氟化物的主要内源。稳定度风险评估表明,达里诺尔湖沉积物中氟化物整体处于中等风险水平。达里诺尔湖的高氟水是在地层岩性引起的高自然本底值下,寒旱气候、特殊水化学条件、入湖河流及内流湖蒸发浓缩特征等环境因素的共同影响所致。研究结果可为达里诺尔湖及其他高氟湖泊的生态环境安全评估提供理论支持和科学依...     

呼伦湖砷的时空分布特征及成因分析

为探究呼伦湖中As（砷）的时空变化格局及成因,分别于春季、夏季、秋季、冬季采集呼伦湖表层水和表层沉积物样品,对As的时空分布及其组成特征进行了调查,并探讨呼伦湖中As的来源及环境因素对水体As分布的影响.结果表明:①呼伦湖水体中ρ（TAs）（TAs为总As）在6.6~87.3 μg/L之间,平均值为47.0 μg/L,其中ρ（DTAs）（DTAs为溶解态TAs）占比为70.6%~99.8%,且As（Ⅴ）（砷酸盐）为主要存在形态.春季、冬季ρ（TAs）平均值高于夏季、秋季,且冬季ρ（TAs）的空间分布与其他3个季节差异明显.②表层沉积物w（TAs）为1.64~15.49 mg/kg,各季节w（TAs）空间分布均呈由西北向东南递减的趋势;w（F1）（F1为可交换态及碳酸盐结合态As）和w（F2）（F2为Fe/Mn氧化物结合态As）在w（TAs）中的占比相对较高,分别为31.7%和30.0%,一定环境条件下F1和F2易向水体迁移,是水体中As的主要来源.③呼伦湖水体pH、冬季冰封、入湖河流等环境因素均可影响水体中As的时空分布,其中冰封引起的沉积物-水界面缺氧环境及污染物浓缩效应是造成冬季湖泊西北沿岸水体ρ（TAs）显著升高的主要原因.研究显示,呼伦湖水体及沉积物中的As均以自然来源为主,其中沉积物释放及环境变化是水体中As时空分布格局的主要影响因素.      

基于MODIS数据遥感反演呼伦湖水体COD浓度的研究

以呼伦湖为研究区域,采用回归分析方法遥感反演水体COD浓度并进行水体水质评价。分别选取2012年8月5日和2013年7月2日13个取样点的实测COD浓度值并结合同1天MODIS影像,建立了基于MODIS遥感影像的半经验回归模型并进行验证,COD浓度估算值与实测值相关系数R=0.75。反演结果较好,说明应用MODIS数据对呼伦湖水体COD浓度监测有较好的适用性。利用模型反演2013年5—10月呼伦湖水体COD浓度时间序列分布,结合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》基本项目标准限值(COD)讨论呼伦湖水质,认为呼伦湖水体属于Ⅴ类水体。     

西洞庭湖入湖河流磷的污染特征

为识别西洞庭湖长江三口分流来水与洞庭湖水系河流来水磷元素的污染特征,于2016年1-12月在西洞庭湖的主要入湖河流松滋河（三口分流河道）、沅江和澧水（洞庭湖水系河流）开展了水文水质同步调查,研究了入湖河流中磷浓度和组成的时空分布特征,剖析了水文因素对磷污染特征的影响,探究了磷的来源结构.结果表明,3条主要入湖河流流量平均值表现为沅江（1 718 m3/s）>松滋河（935 m3/s）>澧水（884 m3/s）,ρ（TP）平均值表现为沅江（0.070 mg/L） < 澧水（0.077 mg/L） < 松滋河（0.138 mg/L）;沅江的年均入湖磷通量（4 177.26 t/a）对于西洞庭湖磷污染而言仍起主导作用;沅江、澧水与松滋河的磷的形态以DTP（溶解态磷,占比为78.56%~90.19%）为主,并且松滋河DTP占比（90.19%）显著高于沅江和澧水（78.56%~83.34%）.进一步的分析显示,3条河流的磷污染状况受水文因素影响显著,沅江和澧水磷浓度表现为汛期高于非汛期,磷的主要来源为非点源;松滋河的磷浓度表现为非汛期高于汛期,汛期主要取决于长江来水状况,非汛期主要取决于松滋口以下区间的点源污染状况.研究显示,3条河流磷浓度和形态均具有时空差异性,并且年内变化规律差异较大.      

集中式饮用水源地高锰酸盐指数限值研究

COD_Mn(高锰酸盐指数)是一个反映地表水体受有机污染物和还原性无机物质污染程度的综合性指标,也是饮用水源地有机污染控制的重要指标. 对人体健康而言,COD_Mn一般不具备毒理特征,但ρ(COD_Mn)与经氯消毒后出水中消毒副产物浓度存在一定关联. 2007年典型流域集中式饮用水源地ρ(COD_Mn)调查结果表明了饮用水源地有机污染总体状况,即:湖库型水源地ρ(COD_Mn)最高,平均值为(2.70±1.40)mg/L;河流型水源地次之,平均值为(2.49±1.26)mg/L;地下水型水源地ρ(COD_Mn)最低. 湖库型和河流型水源地的ρ(COD_Mn)季节性变化较为明显,1—4月、11—12月较低,5—10月高,最大值均出现在8月;地下水型水源地的ρ(COD_Mn)较低,并且无明显季节性变化,平均值为(1.11±0.81)mg/L. 根据GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》和国内自来水厂主体净水工艺,建议我国饮用水源地ρ(COD_Mn)标准限值为4.0mg/L. 河流和湖库型水源地在不同月水质达标率分别为84.9%~89.0%和81.0%~89.6%,地下水型水源地水质达标率为99.6%. 为提高饮用水源地ρ(COD_Mn)达标水平,应重点加强河流和湖库型饮用水水源地农业面源的控制.      

天目湖水质演变及富营养化状况研究

为了解长江中下游地区濒临城市的湖泊型水库富营养化情况并在此基础上提出治理对策,选择了具有代表性的旅游景区天目湖（沙河水库）为研究对象,在2006年对其水质情况进行了每月1次的周年调查, 2007年5月～2007年12月又进行了隔月1次的水质调查. 2006年调查结果表明,水体总氮（TN）和总磷（TP）的平均浓度分别为1.49 mg/L和0.06 mg/L,较2001～2002年分别增长了2.7倍和2.0倍;水体高锰酸盐指数的平均值为3.68 mg/L,比2001～2002年稍有增加;水体透明度（SD）的平均值为1.2 m,比2001～2002年下降了25 cm, 2006年藻类生物量平均值为46.39 mg/L.天目湖已经由2001～2002年的中-中富营养化状态转变为2006年的中富营养化状态.根据2006年水质调查结果以及沉积物、渔业生产、浮游生物、底栖生物等综合调查结果提出并实施了天目湖的治理方案,即必须采取措施控制农业面源、入湖河流、旅游业等外源性污染以及降低水土流失造成的入湖悬浮物质含量以提高水体透明度,从湖泊外源、内源以及湖泊生态系统的物质循环三者之间的关系着手制定天目湖治理方案. 2007年水体TN的平均浓度为1.25 mg/L;TP平均浓度为0.05 mg/L;藻类生物量平均值为22.56 mg/L. 2007年的再次调查结果表明这些措施的实施对水体营养盐含量以及浮游生物量的降低已初见成效.     

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.      

环境治理工程对蠡湖水体中磷空间分布的影响

为评估水环境治理工程措施对蠡湖水体营养状态的影响,2012年4月对湖体与环湖河口调查分析,研究了蠡湖磷元素空间分布特征及其影响因素.结果表明:蠡湖水体总磷浓度介于0.03~0.31mg/L之间,平均为0.06mg/L,呈由西向东逐渐递增的趋势,且环湖河口磷含量明显高于湖体;沉积物中总磷空间分布趋势类似于水体,湖体总磷含量在321.77~1062.08mg/kg之间,平均为593.75mg/kg,而环湖河口总磷含量在523.38~1396.39mg/kg之间,平均为784.51mg/kg;结合历年监测数据可以看出,一系列水环境治理工程使得蠡湖水质有了大幅度的改善,水体中总磷的年均值由治理前0.18mg/L下降到0.06mg/L,但仍没有完全从根本上解决水体的富营养化问题.主要原因是沉积物中总磷对水体影响较大,相关性分析表明磷的扩散通量与沉积物总磷和可交换态磷成显著正相关.     

贵州百花湖分层期水体有机碳及其稳定碳同位素组成分布特征与控制因素

研究湖水溶解有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)和颗粒有机碳(Particle organic carbon,POC)的空间变化特征有助于揭示湖泊有机碳的来源、迁移转化过程与控制因素。本文通过对贵州百花湖分层期水体DOC和POC浓度及其碳稳定同位素组成的对比研究,揭示了百花湖分层期水体有机碳浓度及稳定碳同位素的空间分布特征。研究结果表明,百花湖夏季分层期水体DOC和POC的浓度范围分别为1.97~3.26mg/L(平均值2.58mg/L)和0.60~2.43mg/L(平均值1.14mg/L),且呈现出"上层高、下层低"的特征。水体DOC和POC浓度主要受藻类活动控制。水体δ13 CDOC值随深度增加呈偏正趋势,这可能是由深层水体溶解有机质发生矿化作用和分解作用所致。水体δ13 CPOC值随水体深度增加呈偏负趋势,上下层水体藻类生产力差异和沉积物再悬浮作用可能是导致该现象的主要原因。受光降解作用影响,百花湖水体δ13 CDOC较δ13 CPOC偏正。     

呼伦湖自净功能及其在区域环境保护中的作用分析

在大量详实资料和调查基础上,论述了呼伦湖富营养化状况,找出了该湖富营养化的影响因素,以及其较强自净功能的成因。呼伦湖地处内陆区高纬度、半干旱气候地区,属牧业污染型,氮入湖量主要来源于点源污染(河流的输入),磷入湖量面源(主要是降尘)大于点源。经多年观测发现,氮和磷的变化并不明显,反映出湖体有较强的自净功能,这是和湖体特殊的地理位置分不开的:①该湖系构造湖与河流沟通的吞吐湖,面积大,水较深,使得湖体自净功能显著;②地处高纬度、半干旱地区,气温低,对湖体浮游生物有一定的抑制作用;③湖体构造特殊,露出30余个泉点,有大量地下水的补给。呼伦湖是一个较大的水体与其周围湿地构成的淡水湖泊生态系统,在维持生物多样性和丰富的生物资源方面发挥巨大作用,且有明显的调蓄洪水的功能,在区域环境保护中具有特殊的地位。     

呼伦湖表层沉积物有机质的释放效应分析

沉积物有机质是湖泊物质循环的重要组成部分之一,研究沉积物有机质的赋存和迁移转化特征对于湖泊生态保护具有重要意义.以位于我国寒旱区的蒙新湖区典型代表湖泊——呼伦湖为例,利用连续提取法、三维荧光激发发射矩阵光谱-平行因子法（EEMs-PARAFAC）和碳稳定同位素（δ13C）、碳氮比值（C/N）指标测定,并结合室内模拟试验,研究了呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征、释放效应及影响因素.结果表明:①呼伦湖表层沉积物有机质含量在26.67~38.09 g/kg之间,其主要组分为胡敏素（HM）,HM占沉积物有机质的相对比例为74.1%.沉积物有机质主要来自于陆源,陆源相对贡献率在80%左右.②沉积物室内静态释放模拟试验结果表明,沉积物有机质释放会导致上覆水中溶解性有机质（DOM）浓度和组分均发生改变,上覆水中溶解性有机碳（DOC）浓度由30.85 mg/L升至37.57 mg/L,类腐殖质组分所占比例升高.沉积物有机质释放还导致上覆水中氮磷浓度升高,其中溶解性总氮（DTN）和溶解性总磷（DTP）的浓度分别升高了0.89和0.16 mg/L.③近年来,呼伦湖流域温度升高,导致呼伦湖沉积物有机质的释放效应增强.研究显示,虽然呼伦湖沉积物有机质主要以难降解组分为主,但是其释放效应对水体碳、氮、磷浓度的影响仍然不容忽视.      

多方法研究呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征及来源

湖泊沉积物有机质是全球碳循环的重要组成部分之一.寒旱区湖泊由于地理位置和气候条件的特殊性,其沉积物有机质的赋存和迁移转化特征更容易受到气候变化的影响.以我国寒旱区典型代表湖泊——呼伦湖为例,采用连续提取法、C/N（碳氮比值）、δ13C（碳稳定同位素）、三维荧光光谱技术对呼伦湖表层沉积物有机质的含量和组分的时空分布特征、污染来源及稳定性进行了研究.结果表明:①2018年10月（秋季）、2019年3月（冬季）、2019年5月（春季）、2019年7月（夏季）,呼伦湖表层沉积物中w（TOC）的平均值分别为（25.05±9.73）（26.92±11.60）（24.68±10.19）（24.36±10.01）g/kg,呈冬季高、夏季低,由西北部向东南部递减的时空分布趋势.②w（WEOM）（WEOM为水提态有机质）、w（FA）（FA为富里酸）、w（HA）（HA为胡敏酸）和w（HM）（HM为胡敏素）的年均值分别为（0.63±0.33）（2.31±1.26）（3.42±1.49）（19.21±7.83）g/kg,w（WEOM）:w（FA）:w（HA）:w（HM）为1.0:3.7:5.5:30.7,其中HM为有机质的优势组分.③WEOM包括类富里酸组分C1,类腐殖酸组分C2和C3,以及类色氨酸组分C4共4个荧光组分,其中,类腐殖质组分（C1+C2+C3）贡献了总荧光强度的79.2%,为优势荧光组分.④沉积物有机质主要来自于陆源,陆源有机质的平均贡献率在80%左右.⑤沉积物PQ值（胡敏酸占腐殖酸的比例）和WEOM的HIX（腐殖化指数）年均值分别为0.55和6.39,表明现阶段呼伦湖表层沉积物有机质腐殖化程度较高且相对稳定.研究显示:呼伦湖表层沉积物有机质含量较高,表现出季节和空间分布差异性;有机质主要来自陆源,以类腐殖质为主,具有腐殖化程度高和相对稳定的特点.      

1961—2018年呼伦湖水面面积变化特征及其对气候变化的响应

为揭示近60年来呼伦湖水面面积的变化规律,确定影响呼伦湖水面面积变化的主要因素,采用曼-肯德尔检验（Mann-Kendall tests）、一元线性回归和小波分析法解析1961—2018年呼伦湖水面面积及其所在区域气温、降水量、蒸发量和相对湿度的变化趋势、突变特征和周期性变化规律,采用皮尔逊相关性分析（Pearson correlation analysis）和灰色关联分析研究水面面积与气象要素的相关性.结果表明:1961—2018年呼伦湖水面面积在1 739~2 360 km2之间,总体以72.84 km2/（10 a）的速率显著减小,2009年人工调水实施以后水面面积逐渐恢复并稳定在2 030 km2左右.近60年来呼伦湖区域气候暖干化明显,表现为气温显著升高、蒸发量显著增大、相对湿度显著降低、降水量非显著减少.1961—2018年,呼伦湖水面面积对气候突变及其周期波动存在相应的响应,水面面积与区域蒸发量呈显著负相关,Pearson相关系数为-0.546,与区域蒸发量和降水量的灰色关联度为0.938~0.960,人工调水实施前（1961—2008年）水面面积与气象要素的相关性强于1961—2018年.研究显示,气候变化引起的蒸发量增大是呼伦湖水面面积减小的重要原因,人工调水严重干扰了2009—2018年呼伦湖水面面积对气候变化的响应.      

呼伦湖流域生态安全评价及时空分布格局变化趋势研究

呼伦湖是我国北方第一大湖,具有涵养水源、生物多样性维护、气候调节等重要生态功能,对于维系我国北方生态安全屏障具有重要作用.近年来,随着气候暖干化加剧,呼伦湖面临着湖体面积萎缩、芦苇湿地大面积消失、局部草原区退化严重、土地沙化面积扩大、关键种群缺失等生态安全问题.该研究围绕“水资源-水环境-水生态”三水共生目标,以“山水林田湖草沙”系统观为指导,基于遥感和GIS技术对呼伦湖流域1990—2018年的生态安全时空分布格局进行评价.结果表明:①2018年呼伦湖及其流域的生态安全指数分别为0.495和0.774,分别处于预警和良好状态.②呼伦湖流域生态安全自1990年以来分别经历了骤降期、稳定期和恢复期等3个时期,呈现“一林一草一湖”的生态安全分布格局.③2010年呼伦湖生态安全水平最低,主要分布在新开河入湖口、湖西岸大部分区域、湖中心以及湖东南方向的湾口区域;流域则在2015年的生态安全状况最差,主要位于新左旗中部、海拉尔河流域以及呼伦沟等地,尤其是沿乌尔逊河上游东侧地带表现最为突出.④影响呼伦湖流域生态安全水平的主要因素为入湖径流量、蓝藻水华面积占比和水源涵养量,而长期超载过牧、水体污染物浓缩效应以及湿地面积萎缩是限制生态安全水平进一步提升的重要因素.研究显示,呼伦湖流域生态安全与水资源状况密切相关,湖面面积维持在2 036 km2以上能保障流域较高的生态安全水平.此外,蓝藻水华面积、放牧强度与湿地面积均关系着区域生态安全,建议通过建立蓝藻水华风险防控体系、合理核定载畜量、保护与修复芦苇湿地以改善局部区域生态安全状况.      

基于湖泊与出入湖水质关联性研究:以鄱阳湖为例

基于1996～2016年鄱阳湖及出入湖水质数据,解析了鄱阳湖与出入湖河流水质间关联及影响因素.结果表明TN和TP是引起鄱阳湖水质下降的主要因子,其中,1996～2003年,鄱阳湖及出入湖水质总体较好,但呈下降趋势,主要受流域污染负荷增加影响; 2004～2011年,水质继续下降,"五河"水质下降明显,并引起鄱阳湖水质下降;由于鄱阳湖较强的水质净化能力,其出湖水质相对较好,该阶段水质下降受流域污染负荷增加与水文条件变化共同影响; 2012～2016年,水质进一步下降,入湖河流水质快速下降及来水量减少,使鄱阳湖水质净化能力降低,进而导致出湖水质也有所下降,该阶段鄱阳湖水质下降仍受流域污染负荷增加与水文条件变化共同影响.由此可见,入湖河流与鄱阳湖水质关联密切,南部和东部湖区TN浓度明显高于西部湖区,主要与赣江和信江TN负荷输入有关;南部湖区TP浓度明显高于东部和西部湖区,主要与赣江和抚河TP负荷较高有关.相对于水文条件变化,流域污染增加对湖泊水污染贡献更明显.     

洱海大气氮素湿沉降特征

通过对2020年位于洱海湖区周边4个站点大气降水的实地监测，定量揭示了大气湿沉降不同形态氮素（TN、DTN、AN、NN、NIT、PN）的浓度和时空分布规律，探讨了氮素沉降通量的变化特征及其主要影响因子，进而明确了大气氮湿沉降对湖区外源性氮素输入的贡献程度，评估了氮素湿沉降入湖负荷对湖区水环境的影响。结果表明：各监测点降水中氮素浓度年内总体呈先升后降再升的趋势，总氮浓度为0.18～8.73 mg/L，平均浓度为1.34±0.686 mg/L，氮素浓度呈现干季高湿季低的变化规律；氮素湿沉降通量月际变化大致呈M双峰型，沉降通量峰值出现在浓度最低但降雨量最大的8月，最小值出现在12月，沉降通量与降雨量呈极显著正相关，沉降通量AN/NN为1.97，农业生产活动的氮素排放是湿沉降的主要来源；2020年洱海湖面湿沉降总氮直接输入负荷量约为170.11 t，其中铵态氮86.86 t，硝态氮51.58 t，总氮直接入湖负荷约占流域农业面源排放量的6.18%。     

巢湖入湖河流分类及污染特征分析

为识别巢湖入湖河流主要污染特征和来源,以2008年入湖河流水质监测参数和河流入湖区藻类生物量数据为基础,采用多元统计方法对入湖河流进行了聚类和污染等级分级,并判别了湖区藻类生物量与河流营养盐输入负荷的关系.结果表明,入湖河流可分为3组,其水质分别受城市污染、水土保持和面源污染影响,其中城市污染控制型河流输入到巢湖中高锰...