蓝藻死亡分解过程中胶体态磷、氮、有机碳的释放

从太湖采集蓝藻,通过室内培养观测了其死亡分解过程.用切向流超滤技术获取水中胶体物质,定期监测水样的胶体态、颗粒态、真溶解态及离子态磷、氮、有机碳含量.结果表明,在蓝藻死亡分解过程中,水体胶体态磷、氮、有机碳和颗粒态磷、氮含量均显著升高,胶体态磷(CP)、胶体态氮(CN)、胶体态有机碳(COC)含量分别达到培养用水相应初始含量的5倍、9倍和5倍.说明蓝藻的分解会释放出大量胶体态和颗粒态营养盐.总结出了水华蓝藻死亡分解过程释放营养盐的概念模型.     

太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值研究

为了探讨太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值,采用原位营养盐富集生物模拟实验,研究了太湖梅梁湾浮游植物对不同浓度无机磷(PO43--P)的生长响应.结果表明:外源磷添加能显著的促进浮游植物生长,但存在阈值.当磷浓度低于0.02mg/L时,藻类生长速率和生物量是可控的,当磷浓度高于0.02mg/L时,生长速率和生物量没有变化,因此春季藻类生长的无机磷阈值为0.02mg/L,相当于总磷阈值为0.059mg/L.太湖目前只有部分湖区总磷年平均浓度处于总磷阈值以下,控制流域的磷负荷,降低太湖的浮游植物生物量将是一个长期过程.     

持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放

为揭示水动力扰动及其后续沉淀效应对湖泊内源氮、磷营养盐释放的作用,通过室内试验模拟了水体在受到持续扰动后又长时间静置沉淀的整个过程. 结果表明,水动力扰动初期可引起底泥颗粒态和胶体态氮、磷向水体大量释放. 在连续扰动0.5 d时,水体总氮(TN)和总磷(TP)浓度分别达最高值2.106 mg/L和0.272 mg/L; 连续扰动1 d时,水体中胶体氮(CN)和胶体磷(CP)含量分别达最高值0.452 mg/L和0.052 mg/L; 之后虽继续扰动,因颗粒物和胶体物质的凝聚沉淀作用超过了其悬浮量,TN、TP、CN、CP的含量却转而降低.在停止扰动后的静置过程中,大颗粒悬浮物迅速沉淀,而胶体物质沉降缓慢,静置时间超过1 d后,CN和CP含量才开始因絮凝沉淀而降低.真溶解态氮(UDN) 和真溶解态磷(UDP)含量在扰动阶段升高较少而在静置1　d之后有持续大幅度升高,说明胶体的吸附作用在扰动阶段限制了水体溶解态氮磷含量的升高,且延长了其悬浮后在水柱中的停留时间,在扰动后的静置阶段,胶体又会将吸附的氮磷解吸释放到水体中,从而延缓了营养盐去除和水质的改善.     

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.     

湖泊水动力对蓝藻生长的影响

对铜绿微囊藻的水动力模拟实验研究表明,流速和温度以及营养盐浓度对藻类生长有着密切影响,且可能存在一定的临界流速.不同营养状态,临界值不同,在N:P为4.5:1情况下推测临界流速为0.50m/s;在N:P为2.7:1情况下推测临界流速为0.30m/s.经太湖湖泊水动力过程的野外实地观测,风速在2.0～4.0m/s时,与水中叶绿素a浓度呈负相关;当风速≥5.0m/s时,叶绿素a浓度降幅最大,并一直维持在该水平.风力导致的水动力条件变化,影响藻类的生长和聚集状态.水动力因素对蓝藻的生长及聚集有着较大影响.     

基于GAM模型的太湖叶绿素a含量与环境因子相关性分析

随着富营养化程度的加剧,太湖近30年来水华频发.为了探讨太湖西部沿岸水华暴发与环境因子的关系,于2017年4月1-18日（当地历年蓝藻暴发早期）在太湖西部沿岸进行了密集原位调查.共采集样品72个,测定了水温、溶解氧、各形态氮、磷营养盐浓度以及风速等环境指标,并利用GAM（广义相加模型）定量分析了叶绿素a含量与各环境因子间的关系.结果表明:①叶绿素a含量波动幅度较大（17.10~795.89 mg/m3）,太湖西部沿岸带有明显的蓝藻水华暴发现象.②水温、风速以及硝态氮浓度与叶绿素a含量的变化显著相关（P<0.05）,各环境因子按其对叶绿素a含量变化的解释率排序为水温>风速>硝态氮浓度.其中水温是影响叶绿素a含量最为重要的环境因子,叶绿素a含量随着水温的升高呈现明显上升趋势.风速也是影响叶绿素a含量的关键因子之一,较低的风速（<3 m/s）有利于蓝藻的漂移集聚从而形成水华,引起叶绿素a含量的升高.研究显示,GAM模型较好地解释了叶绿素a的含量变化,模型总体解释度达到70.6%,可为太湖西部沿岸蓝藻水华早期的预测预警提供一定的基础支撑.      

太湖不同湖区夏季蓝藻生长的营养盐限制研究

采集太湖6个湖区水样,利用营养盐添加,现场培养实验研究了水华蓝藻在不同湖区水体中生长的氮、磷限制情况和蓝藻的生长潜力.结果表明,梅梁湾水体只有氮、磷同时添加才对蓝藻生物量具有显著的促进作用,表明该湖区水华蓝藻的生长不仅存在磷限制,而且存在明显的氮限制.在太湖西部河口区、竺山湾和贡湖湾,蓝藻对单独的氮添加没有反应,而单独磷添加和氮磷同时添加对蓝藻生长具有同样的促进作用,表明磷是这些区域藻类生长的主要限制因子.东太湖水体不论氮磷单独还是同时添加对蓝藻生长均没有促进作用,表明存在氮磷以外的限制因子.氮磷供应充足的情况下,梅梁湾和西部河口区水体培养的蓝藻生长速率最高,表明这两个水域蓝藻的生长潜力最大,氮磷输入极易刺激蓝藻大量增殖,这在一定程度上解释了为什么蓝藻水华在这两个区域更为严重.蓝藻在贡湖湾和胥口湾水体中生长速率较低,在东太湖水体中的生长速率最低,因此这些水域的蓝藻增殖潜力较低.     

营养盐输入对太湖水体中磷形态转化及藻类生长的影响

外源营养盐输入会对湖泊水体中磷的形态转化及藻类生长产生影响.为研究其影响规律,于春季选取太湖梅梁湾水体为研究对象,以KNO3和K2HPO4添加系列氮磷负荷,在试验过程中对各形态磷的浓度、藻类生物量(Chl-a)和碱性磷酸酶活性(APA)进行同步分析测定.结果表明,春季太湖梅梁湾水体中浮游植物的生长主要受到磷限制,加氮对其生长没有明显的促进作用.加磷至SRP=0.015 mg·L-1的水体中浮游植物生长情况最好,叶绿素a的含量和生长速率(μ)最大.添加硝酸盐能显著促进APA的增长,提高水生生物对磷的吸收利用能力,加快磷循环的速率;磷酸盐对APA则具有活性诱导-抑制机制,当水体中磷酸盐浓度在一定范围内(PO3-4-P≤0.025 mg·L-1)时,酶活性有显著提高.对水体中磷的循环转化过程和碱性磷酸酶的活性诱导-抑制机制的研究结果有助于揭示藻类生长过程中营养盐的补偿途径,为深入揭示藻类暴发机制提供理论基础.     

风浪扰动对太湖水体中胶体态痕量金属含量的影响

2005年8月15日～9月2日,观测了不同风浪条件下太湖水体中胶体态(1kD～1μm)Fe、Mn、Cu、Zn、Pb和Cd等痕量金属的含量以及悬浮物(SS)、浮游生物和胶体有机碳(COC)等背景指标的含量变化.结果表明,风浪的扰动作用对太湖水体上述各项指标均有直接或间接的影响,是太湖水环境条件变化的重要驱动力.胶体态痕量金属的含量主要受COC含量、痕量金属总量等因素的影响,但归根结底均受制于风浪的扰动作用.胶体态Mn、Cu和Pb的含量与风浪扰动强度呈正相关;胶体态Zn含量和扰动强度呈负相关;而胶体态Fe含量主要取决于COC和总Fe含量,和风浪扰动强度无明显关系;胶体态Cd含量与COC含量、总Cd含量乃至风浪扰动强度均无明显关系.     

水体及沉积物氮磷水平对附植藻类的影响

为了探讨湖泊富营养化过程中沉积物及水体氮、磷浓度对附植藻类的影响,通过室内模拟实验,研究了水体及沉积物氮、磷升高对苦草(Vallisnerianatans(Lour.) Hara)上附植藻类生长、群落组成及其体内氮、磷含量的影响.结果表明,在实验条件下,随着水中氮、磷含量升高,附植藻类生物量及附植藻类氮、磷含量均呈极显著增加(p0.01).随着水体可获得的氮、磷浓度升高,附植藻类的相对丰度有所变化,舟形藻(Navicula)、小球藻(Chlorella)及微囊藻(Microcystis)相对丰度随着氮、磷水平的升高而下降,直链藻(Melosira)则相反,但舟形藻、直链藻、微囊藻、小环藻(Cyclotella)和小球藻均为群落的优势属种.沉积物氮、磷含量升高对附植藻类生物量、优势种丰度及群落氮、磷含量影响较小,均未达到显著水平(p0.05).在实验条件下,沉积物氮、磷含量对附植藻类影响不大,而水体氮、磷浓度升高显著地促进了附植藻类生长.研究结果也为解释富营养化湖泊沉水植物衰退及消亡提供了一定的科学依据.     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.     

Responses of alkaline phosphatase activity to wind-driven waves in a large, shallow lake: Implications for phosphorus availability and algal blooms

Phosphorus is a vital nutrient for algal growth, thus, a better understanding of phosphorus availability is essential to mitigate harmful algal blooms in lakes. Wind waves are a ubiquitous characteristic of lake ecosystems. However, its effects on the cycling of organic phosphorus and its usage by phytoplankton remain poorly elucidated in shallow eutrophic lakes. A mesocosm experiment was carried out to investigate the responses of alkaline phosphatase activity fractions to wind waves in large, shallow, eutrophic Lake Taihu. Results showed that wind-driven waves induced the release of alkaline phosphatase and phosphorus from the sediment, and dramatically enhanced phytoplanktonic alkaline phosphatase activity. However, compared to the calm conditions, bacterial and dissolved alkaline phosphatase activity decreased in wind-wave conditions. Consistently, the gene copies of Microcystis phoX increased but bacterial phoX decreased under wind-wave conditions. The ecological effects of these waves on phosphorus and phytoplankton likely accelerated the biogeochemical cycling of phosphorus and promoted phytoplankton production in Lake Taihu. This study provides an improved current understanding of phosphorus availability and the phosphorus strategies of plankton in shallow, eutrophic lakes.     

全球气候变化对太湖蓝藻水华发展演变的影响

对太湖周边4个常规气象观测站的47年观测资料进行分析,以探讨全球气候变化对太湖蓝藻水华演变的影响.结果表明,20世纪80年代之前,太湖流域气象条件的年代际尺度变化趋势不利于蓝藻的生长和水华的形成,而在20世纪80年代以后,尤其是20世纪90年代以后,气温、风速、降水变化都较大,且都有利于蓝藻的生长和水华的形成,这与蓝藻水华的观测事实一致.据此定义了蓝藻水华气象指数,每年太湖蓝藻水华气象指数能够很好地反映蓝藻水华的发展变化情况.进而,分析了反映ENSO循环变化的Ni?o3指数与太湖流域气象条件变化的相关性,结果表明ENSO循环与太湖流域风速、降水在年代际尺度上有着非常好的相关性.据此预测,2000年以后10~20年中,太湖蓝藻水华气象指数将继续在高位振荡,若蓝藻生长所需的营养盐浓度得不到有效的控制和明显的降低,蓝藻水华在气候条件的影响下,仍将可能大面积暴发.     

风浪扰动对太湖水体中砷在水相-悬浮物相之间分配的影响

在太湖冬季不同风速下(0.8、1.8、2.7、3.2、4.0 m·s-1)采集了不同深度(水深0.1、1.0和1.8 m,分别记为上、中和下层)的水样,测定了水体和悬浮物中的砷含量及水质参数,计算了砷在两相之间的分配系数,以期了解在太湖生物活动最低的阶段,风浪扰动作用对砷在水相和悬浮物相之间分配的影响.结果显示,随着风浪作用的加强,水体总砷含量有所增加,相应的悬浮物总砷含量及砷的分配系数降低,说明风浪作用可以降低悬浮物吸附砷的能力,以至于促进砷从悬浮物中的释放,进而使水体中的溶解态砷增加.相关性分析及变化趋势比较分析发现,砷分配系数的降低与在风浪扰动的影响下悬浮物浓度和溶解氧的增加,以及叶绿素a浓度的下降有关.不同风速下各参数的垂向分布变化显示,风浪扰动对中下层的砷分配系数以及中层的悬浮物砷含量影响较大;风速变大时,中层溶解态砷含量升高,上层与下层溶解态砷含量降低;而风浪扰动作用对水体总砷的分层变化影响不大.悬浮物浓度、砷浓度及分配系数均在3~4 m·s-1风速下发生变化,且呈现与之前不同的分层特征.4 m·s-1可能是一个临界风速,在4 m·s-1以上的风速下风浪占主导作用,而4 m·s-1以下是湖流与风浪共同作用的结果.     

太湖春季和秋季浮游植物的光合作用活性

应用Phyto-PAM浮游植物荧光仪对2012年太湖浮游植物群落光合作用活性的时空分布进行测定. 结果表明:春季蓝藻、绿藻和硅/甲藻的F_v/F_m(最大光量子产量)分别为0.35~0.49、0.34~0.68和0.09~0.56;秋季则分别为0.34~0.53、0.55~0.68和0.28~0.61. 春季蓝藻、绿藻和硅/甲藻的NPQ(非光化学淬灭)分别为0.012~0.165、0.085~0.201和0.104~0.281,秋季则分别为0.035~0.263、0.052~0.118和0.048~0.301. RLC(快速光响应曲线)的特征参数表明,太湖浮游植物群落光能利用效率和光合作用速率具有显著时空差异. 相关分析表明,绿藻和硅/甲藻的光合作用活性与环境因子没有显著相关性;而蓝藻的F_v/F_m与RLC的特征参数呈显著正相关,与ρ(Chla)呈显著正相关(P<0.05,R=0.49),与SD(透明度)呈极显著负相关(P<0.01,R=-0.56),说明太湖蓝藻的光合作用活性与富营养化水平具有一致性. 从空间分布来看,草型湖区蓝藻的光合作用活性和ρ(Chla)均显著低于藻型湖区,表明水草能抑制蓝藻的光合作用活性和生长,进而降低蓝藻水华强度.      

Lake sediment resuspension and caused phosphate release -a simulation study

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＯｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ ｗａｔｅｒ,ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｍａｙｒｅｓｕｓｐｅｎｄｕｐｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｔｏｆｏｒｍｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｕｎｄｅｒｃｅｒｔａｉｎｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ (Ｌｅａｎ ,1973) ,ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｈａｂｉｔａｔａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｓｆｏｒｏｒｇａｎｉｓｍｓ.Ｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｗｉｎｄａｎｄｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｓｅａｓｉｅｒａ…     

太湖底泥沉积物释放规律研究

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对底泥再悬浮影响的规律,通过矩形水槽试验模拟了太湖不同流速下的沉积物释放,并结合太湖悬浮物模型进行推算,获得了底泥沉积物再悬浮通量与风速之间的定量关系。结果表明:太湖底泥在3种起动标准下对应的起动流速分别为15、30和40 cm/s;底泥沉积物再悬浮通量与风速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随风速增大而增大,且相关性较好。该方法为太湖内源释放量估算及富营养化治理提供参考依据。     

Lake sediment resuspension and caused phosphate release--a simulation study.

Intact sediment cores and wet/dried surficial sediments sampled from the two sublakes in Taihu Lake, Meiliang Bay and Wuli Lake, were incubated in the laboratory to determine the effects of resuspension on internal phosphorus loading by simulating different resuspension events. Soluble reactive phosphorus (SRP) release from undisturbed core sediment sampled in the Meiliang Bay and Wuli Lake in July 1998 was 1.53 mg/m2 and 2.24 mg/m2 within 4 days, respectively. However during one hour experimental simulation of resuspension, SRP increased by 0.041 mg/L and 0.077 mg/L in the above cores, which indicate that a typical resuspension event in the lake would be accompanied by the release of 10.77 mgSRP/m2 and 23.1 mgSRP/m2, respectively. The internal phosphorus loading induced by resuspension is estimated to be 8-10 times greater than the release from undisturbed sediment. SRP release from the dried sediments during simulation of resuspension was mainly dependent on the disturbing intensity. Only when the wind strength gets to certain level, the influence of wind speed on phosphorus release appears significant, indicating that an exchangeable P pool, capable of altering equilibrium conditions in the lake areas, is built up under strongly wind-exposed resuspension events.