太湖水体及表层沉积物磷空间分布特征及差异性分析

通过对水体不同程度富营养化湖泊——太湖全湖40个位点的高密度采样分析,得到太湖水体及表层沉积物各污染因子在太湖的空间分布特征图,结果表明,太湖水体中SRP、TP、TN及沉积物中TOC、TN、TP及P的各形态等在空间上表现出明显的分异性,水体中污染物主要分布于竺山湾、五里湖、梅梁湾及太湖西部等湖区,TN、TP最低值为0.05、0.88mg·L-1.沉积物中Fe-P的分布与水体中TP类似,含量在29.13～258.31mg·kg-1之间变化.Ca-P除主要分布于南部太湖及东太湖外,西北部湖区也见大量蓄积,最高值达357.68mg·kg-1.OP的高值分布于西北部湖区,最高值达371.91mg·kg-1.沉积物中IP占TP的含量高于OP,最高值高出OP含量约50%.IP中Fe-P的比例虽然低于Ca-P,但与水体中SRP、TP之间的高度相关性(R为0.49、0.64),指示Fe-P的内源释放为太湖水体中磷的重要来源之一.而沉积物中TOC与C/N、TN、TP及P的各形态之间的显著相关性,表明了高有机质含量更利于对营养盐的蓄积埋藏.太湖水体及表层沉积物各指标空间上表现出如此明显的区域性差异,除受不同湖区入湖污染源直接作用外,还和各参数不同的生物地球化学行为有关.     

蓝藻暴发对莫愁湖水体和沉积物营养盐的影响

以莫愁湖水体和表层沉积物为研究对象,分别于蓝藻暴发前(6月、7月)、蓝藻暴发期(8月)、蓝藻暴发后(9月、10月)采集水样和沉积物样品,分析了氮磷等营养盐及其形态赋存变化特征和水体的富营养化程度及水质变化,并探讨了水体和沉积物营养盐与蓝藻水华暴发的关系。结果表明,在蓝藻暴发期间,水体氮磷等营养盐急剧增加而沉积物中营养盐含量维持稳定,造成莫愁湖蓝藻暴发的主要原因是外源性氮、磷营养盐的输入而不是湖泊沉积物中氮、磷的释放;在蓝藻暴发前、中、后期,莫愁湖水质均为Ⅴ类,富营养化程度在轻度以上,水质污染严重。蓝藻暴发期间,水质整体呈下降趋势,水质恶化富营养化程度加重;通过相关分析发现,水体中叶绿素a含量与水体中总氮、总磷、高锰酸盐指数、亚硝态氮和氨态氮存在显著正相关关系(P0.01或P0.05),与水体中氮磷比存在显著负相关关系(P0.01),而与沉积物中总氮、总磷及水体硝态氮未发现显著相关性(P0.05),水体中营养盐浓度特别是磷含量的增加对蓝藻暴发具有重要影响,而沉积物氮磷及有机质含量与蓝藻暴发的关系较弱,同时蓝藻暴发对水体还原态氮的影响比氧化态氮影响更为显著。     

风浪扰动中太湖OA对水体磷循环影响的原位实验研究

在一次风速12 m.s-1的强风浪过程中,对太湖梅梁湾一浅水区水体有机聚集体（organic aggregates,OA）丰度、颗粒态有机质含量、碳、氮和磷含量等基本理化性质的变化情况进行了连续的原位监测和分析,同时分析了基本的水质指标.结果表明,风浪过程会对水体OA的理化性质及水体的磷循环产生极大的影响：在风浪过程中...     

太湖附泥藻类生物量空间分布及其与环境营养盐的关系

为了揭示富营养化浅水湖泊附泥藻类空间分布及其与环境营养盐之间的关系,于2015年6月9—15日对太湖进行高密度布点采样,研究了太湖表层沉积物上附泥藻类生物量及表层沉积物和水柱中氮、磷等营养盐含量的空间分布特征及其相互关系.结果表明,太湖附泥藻类生物量(以叶绿素a表征)空间异质性明显,最小值为0.07μg·g-1,最大值为1.66μg·g-1,平均值为0.34μg·g-1.附泥藻类生物量在太湖西北部及东太湖较高,其次是贡湖湾、梅梁湾及东部沿岸,在西南部湖区较低;太湖水体中氮、磷等元素含量也存在明显的空间变化,水体中氮、磷含量在竺山湾、梅粱湾及太湖西部明显高于其它湖区;太湖表层沉积物中总有机碳(TOC)、氮、磷等元素含量空间异质性显著,表层沉积物中总磷及各种形态磷含量的空间分布特征与水体中总氮、总磷分布特征类似,表层沉积物总氮及TOC的含量在太湖西北部(包括竺山湾)、梅梁湾、东部湖区(包括东太湖、胥口湾)较高,在西南部湖心区较低;太湖附泥藻类生物量与水体氮、磷含量、沉积物氮、磷及不同形态磷(Ca-P除外)含量均呈显著正相关关系(r≥0.18,p0.05).由此可见,太湖附泥藻类生物量的空间异质性既受水体氮、磷浓度的影响,也受沉积物氮、磷等营养水平的制约.本研究结果可为进一步研究附泥藻类在太湖生态系统中功能,以及深入探求太湖富营养化治理途径提供一定的理论依据.     

太湖水体富营养化的演变及研究进展

结合多年来对太湖的实地调查研究及相关文献资料分析，综述太湖近几十年水体体富营养化演变趋势，其主要表现为N，P营养盐的增加，水华的频繁显发，富营养化程度日益加剧等，并就近期开展的太湖营养化及其防治的研究作了介绍。     

营养盐对白洋淀草型富营养化的驱动与限制

对流入白洋淀的府河水体及沉积物中氮、磷营养元素进行了测试,并结合1991~2007年的历史数据,研究了白洋淀富营养化的基本特征及营养盐驱动机制.结果表明,府河氮、磷浓度严重超标,属于劣Ⅴ类水体.草型湖泊水生植物的生长与水体中营养盐限制类型密切相关.在高营养盐浓度下,水体氮、磷相对比(N/P)为14~16时,有利于水生高等植物生长,促使芦苇成为白洋淀优势物种.草型富营养化是白洋淀的基本特征,氮是湖泊草型富营养化的限制因子.通过降低府河输入白洋淀的含氮污染物总量,可有效缓解白洋淀草型富营养化状况.     

富营养化水体的营养盐限制性研究综述

水体富营养化是全球目前以及今后相当一段时期内的重大水环境问题。氮、磷作为浮游植物生长所必需的营养盐,是水体富营养化的主要限制因子。通过对近年来水体富营养化受氮、磷营养盐限制的研究进行综述,研究了营养盐来源及其对浮游植物生长的影响,总结了营养盐限制性差异的影响因素,分析了缓解富营养化的营养盐主控因子。分析表明:营养盐的来源主要分为外源和内源,受外界环境及人类活动影响显著;浮游植物的生长受N/P比值及其绝对浓度的共同作用;在不同的水文、气候和人类活动强度下,水体富营养化主要营养盐限制因子存在差异,并且存在限制性转换和共同限制的情况;缓解水体富营养化措施的提出应在综合考虑多种因素的前提下进行。     

大辽河感潮河段及近岸河口氮、磷的分布及潜在性富营养化

根据2013年8月和11月大辽河感潮河段及近岸河口区水质的实测数据,对水体中不同形态氮、磷含量的季节和空间分布特征进行了研究,并对水体潜在性富营养化程度进行了评价.结果表明,2013年丰水期和枯水期,从大辽河感潮河段至近岸河口区,硝酸盐是水体无机氮存在的主要形态,其约占总无机氮的55%;颗粒态磷(TPP-P)是水体磷营养盐的主要存在形式,其含量占水体磷营养盐的50%以上.空间上,从大辽河感潮河段至近岸河口区,水体的氮、磷形态的浓度表现为逐渐降低的趋势,相关性分析结果显示,水体大多数氮、磷形态与盐度呈显著的负相关关系,说明海水物理稀释相比其它环境因子对水体氮、磷形态空间分布起着主要作用;季节上,大辽河感潮河段及近岸河口区水体氮、磷含量表现为"枯水期丰水期",这主要与感潮河段季节性陆源输入情况不同有关.大辽河感潮河段及近岸河口区水体DIN-N浓度均大于0.30 mg·L~(-1),N/P大于60,均表现为磷限制潜在富营养化水平.     

大辽河口N、P营养盐的分布特征及其影响因素

利用2003年9月在大辽河口水域进行水质调查获取的资料,分析了大辽河口N、P营养盐的分布和时间变化特征.结果表明,从感潮河段、口门至口外的海域,N、P营养盐的含量都呈逐渐降低的趋势.N营养盐保守性较好,其分布主要受海水和河水的混合产生的物理稀释的影响;相比之下,PO4-P由于其缓冲特征,保守性较差.根据调查区水体富营养化的评价结果,在辽河口口门附近海域和靠近辽东湾东岸的海域,水体呈富营养化和中等营养水平,在远离海岸的海域,水体呈贫营养状态.     

铜绿微囊藻培养过程中氨基酸的释放特征及其对水体有机质的贡献

为深入分析铜绿微囊藻水华暴发对水体有机质、氨基酸含量及组成的影响,进一步揭示蓝藻水华暴发对湖泊内源氨基酸和有机质的贡献及养分循环机制,采集太湖北部富营养化区域梅梁湾中的水样,用于在室内培养太湖蓝藻水华优势种——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),采用邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生-反相高效液相色谱法(HPLC)分析铜绿微囊藻生长、衰亡过程中氨基酸的摩尔浓度及其组成特征的变化,探讨藻类产生的氨基酸和有机质对湖泊水体中有机质、TC(总碳)及DTN(溶解性总氮)的贡献. 结果表明:铜绿微囊藻在生长过程中产生的氨基酸对水体中TC、DTN、TOC(总有机碳)的贡献率分别为23%~37%、46%~93%和46%~83%;在衰亡期,水体中难降解氨基酸(如甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸和赖氨酸)的摩尔浓度(c)为60.4 μmol/L,显著高于同时期易降解氨基酸(如酪氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸和精氨酸)的摩尔浓度(40.9 μmol/L);c(D-氨基酸)/c(L-氨基酸)由初始的0.28降至0.09,表明在铜绿微囊藻对数生长至衰亡期间,水体中有机质的降解程度逐渐降低. 研究显示,在水体有机质降解程度降低的同时,氨基酸摩尔浓度逐步增加,因此大量未降解的氨基酸沉积下来成为水体有机质来源之一.      

太湖水体中碱性磷酸酶的空间分布及生态意义

在对太湖生态湖区进行分区的基础上,监测各湖区水体碱性磷酸酶活性、动力学参数以及常规水环境化学指标,探讨水体碱性磷酸酶活性的空间分布特征及其环境影响因素.结果表明,太湖水体碱性磷酸酶活性(APA)、最大反应速率(Vmax)值及碱性磷酸酶反应米氏常数(Km)值分布均呈空间异质性;APA与Vmax值具有相似性的空间分布规律,即西岸河口区水体中APA值与Vmax值最大,分别为(9.43±5.30)nmol.(L.min)-1和(13.70±7.42)nmol.(L.min)-1,在其他湖区依次为湖心区>草型湖区>梅梁湾区>竺山湖区>贡湖区;草型湖区Km值(20.50±11.30)μmol.L-1>贡湖区>竺山湖区>梅梁湾区>湖心区>西岸河口区(9.17±3.46)μmol.L-1.太湖水体中Vmax与pH、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)之间均存在显著的线性正相关,其相关系数分别为rpH=0.651 2**(p<0.01)、rTP=0.488 5**(p<0.01)、rChla=0.765 6**(p<0.01),但与水温、溶解性总磷(DTP)、正磷酸盐(PO43--P)无显著的相关性;Km值与TP浓度间呈显著的线...     

太湖浮游硅藻时空演化与环境因子的关系

利用1992年至2002年每月1次的监测资料,系统分析了太湖北部3个区域(河口、梅梁湾、湖心)浮游硅藻(Planktonic diatoms)生物量周年变化和空间分布情况.同时,水中磷酸盐(PO43--P)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)和硅酸盐(SiO23--Si)含量等相关资料也被用于解释太湖浮游硅藻时空分布的原因.结果显示,直链硅藻(Aulacoseira sp.)是太湖浮游硅藻的优势种,其它常见种有小环藻(Cyclotella sp.)、针杆藻(Synedrasp.)等.硅藻总生物量占浮游藻类生物量百分比平均值约为20%.太湖浮游硅藻生物量在河口最大,梅梁湾其次,湖心最小,究其原因可能与河口的特殊生态环境(水流速度)有关,另外,河口丰富的营养盐,特别是磷酸盐和氨氮也是一个重要因素.温度可能是影响太湖浮游硅藻生物量季节变化的关键因素.Pearson相关分析证实,磷酸盐、氨氮和温度均与硅藻生物量显著相关(p<0.01),且蓝藻生物量百分比与硅藻生物量百分比呈显著负相关.研究结果说明,太湖浮游硅藻的生长分布受多种环境因子(磷酸盐、氨氮、温度)的影响限制,太湖浮游硅藻与蓝藻可能存在着竞争演替的趋势.     

太湖春季水体中的胶体有机碳含量及影响因素分析

在太湖梅梁湾及贡湖湾2个不同生态类型的湖区采集表层水样,利用切向流超滤技术(CFF)分离出所采水样中的胶体有机碳(COC,1kD～1μm),并对其进行定量分析.结果表明,所采水样中的COC浓度为1.79～2.05mg/L,占总溶解有机碳(DOC)的8.11%～22.13%.与其它有关水体相比,太湖水体COC的含量比河流低,但比海洋、海湾及河口等水体高.太湖表层水体COC含量随风浪的增大而减少,其原因可能是风浪增大后表层水中浮游生物减少所致.两湖区COC含量目前尚无显著差异.     

太湖典型湖区中胶体有机碳浓度的时空变化

利用切向流超滤技术研究了太湖梅梁湾与贡湖湾2个不同生态类型的典型湖区在不同季节胶体有机碳(COC)的浓度变化,并同步观测了浮游植物、叶绿素(Chla)、悬浮物(SS)等背景指标.结果表明,作为藻型湖区的梅梁湾,其COC浓度夏季最高,秋季最低;作为草型湖区的贡湖湾.其COC浓度在秋季最高,冬季最低;太湖梅梁湾和贡湖湾COC浓度的差异和季节变化有关,夏季梅梁湾COC浓度高于贡湖湾,差异为一年中最大;太湖水体COC浓度和Chla浓度显著正相关(r=0.81,P=0.015),表明浮游植物的生命活动址太湖水体COC的一个重要来源.     

Composition analysis of colored dissolved organic matter in Taihu Lake based on three dimension excitation-emission fluorescence matrix and PARAFAC model, and the potential application in water quality monitoring

Taihu Lake is one of the five biggest lakes in China. Surface water samples from 26 sampling sites of Taihu Lake were collected. Furthermore wet chemical analysis （CODCr and BOD5） and measurement of three dimensional excitation-emission matrix （3DEEM） spectra in the laboratory have been conducted. Using parallel factor analysis （PARAFAC） model, three components of colored dissolved organic matter （CDOM） have been identified successfully, based on the analysis of 3DEEM data. The characteristics of the three components also have been described by comparing them to some components of CDOM, identified in earlier researches. Meanwhile, spatial variations of concentration for the three components in Taihu Lake have been analyzed, and the result indicates that the concentration of component 1 depends more on the situation of wastewater pollution and can be used as the indicator of wastewater pollution. The relationship between the concentrations of the three components and results of the wet chemical analysis show that none of the three components can be used as indicators of gross organic matter in water. However, the concentrations of all the three components have obvious linear relationships with the BOD5 value, especially for component 1 （r = 0.72878）. Finally, the potential applications of the composition analysis based on 3DEEM and PARAFAC model in water quality monitoring have been illuminated.     

沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系

应用乙二胺四乙酸法对长江中下游太湖、巢湖和龙感湖等3个湖泊表层沉积物中磷的形态进行连续提取和测定.结果发现,在表层沉积物中,3个湖泊钙磷的百分含量比较接近,占总磷的30%左右,太湖和巢湖铁磷的百分含量显著高于龙感湖,而龙感湖有机磷的相对含量较高,可达40%~50%.这3个湖泊沉积物中有机磷形态差别十分明显,其中太湖沉积物中的有机磷主要以酸可提取有机磷形式存在,巢湖沉积物中酸可提取有机磷约占总有机磷的一半,而龙感湖的有机磷大部分与腐殖酸结合.沉积物中酸可提取有机磷的释放可能又是一个导致湖泊富营养化的重要过程.     

长江中下游浅水湖泊中总氮及其形态的时空分布

分析和比较了长江中下游 3个浅水湖泊———太湖、巢湖和龙感湖夏、秋和冬季沉积物和上覆水中的总氮及其氮形态 ,描述了氮及其各形态在 3个湖泊中的时空分布特征 .结果表明 :空间上 ,无论是在表层沉积物还是在上覆水中 ,太湖中总氮的含量均高于其他 2个湖泊 ,且在太湖和巢湖都呈现西高东低的分布特征 .氨氮在沉积物和上覆水及溶解态硝态氮在上覆水中的分布与总氮分布趋势基本相同 .巢湖沉积物中氨氮浓度所占的比例稍高于太湖和龙感湖 .在不同季节 ,表层沉积物和上覆水中的总氮含量冬季高于秋季和夏季 ,表层沉积物中氨氮浓度在秋季最高 .巢湖和龙感湖上覆水中的溶解态硝态氮在冬季浓度较高 ,而在太湖西北部这种季节差异几乎没有 ,氨氮的浓度季节性差异也不十分明显     

利用CDOM吸收系数估算太湖水体表层DOC浓度

溶解有机碳(DOC)是水体中最大的有机碳库,在水体碳循环中起着重要作用.有色溶解有机物(CDOM)是DOC的重要组成部分,其吸光作用改变着水下光场结构,是水色遥感监测的重要因子之一,建立两者的联系为利用遥感技术估算湖泊水体表层DOC浓度提供有效的技术方法.基于2010年5月、2011年1月、2011年3月和2011年5月的太湖4期实验数据(183个采样点),利用CDOM特征波长吸收系数[ag(250)和ag(365)]建立多元线性模型估算太湖水体DOC浓度,同时利用2011年8月29日～9月2日的数据(n=27)对模型进行验证评价,并构建了湖泊水体DOC浓度的遥感反演模式.结果表明,该模型能够有效估算太湖水体的DOC浓度;2011年1月DOC和CDOM的源和汇有较大差异,估算效果较差;其他3期数据的模型估算效果显著(R2=0.64,RMSE=14.31%,n=164),并在201108期数据中得到了验证(R2=0.67,RMSE=10.58%,n=27).模型形式虽具有一定的通用性,但系数在不同的水域中有所差异,模型系数的区域化成为下一步研究的重点.     

太湖不同生态型湖区悬浮颗粒磷空间分布和降解速率

对太湖不同生态型湖区水体悬浮颗粒物含量,有机磷组成及降解特征进行分析,研究了富营养化湖泊颗粒磷性质及其对水体磷循环的影响.太湖颗粒P平均占水体TP浓度的75.86％;不同生态类型湖区间颗粒物性质差异明显,河口区和湖心区的颗粒物含量高于藻型湖区和草型湖区,但颗粒物有机质比例分布却相反.利用³¹P液相核磁共振法（³¹P-NMR）发现太湖悬浮颗粒P的成分包括膦酸酯,正磷酸盐,磷酸单酯,磷酸二酯,焦磷酸盐和多聚磷酸盐6类,含量分别为1.06%,50.99%,33.02%,2.48%,10.68%和3.80%.不同生态型湖区之间颗粒P组成差异明显,河口区正磷酸盐含量最高,达到82.57%,藻型湖区和湖心区颗粒有机磷比例最高,分别达到达到 64.02%和63.95%;颗粒物焦磷酸盐和多聚磷酸盐可能以藻源性颗粒物来源为分别与Chla浓度呈显著相关（P<0.05; P<0.01）.颗粒态生物可利用性磷（PEHP）与正磷酸盐显著相关（P<0.05）,说明颗粒物正磷酸盐是颗粒物生物可利用性磷的重要来源.太湖PEHP降解速率平均为47.3min,PEHP占水体生物可利用磷（EHP）的65.16%,说明颗粒P是水体溶解性反应磷（SRP）补充的重要来源.