达里诺尔湖水体DOM荧光特征及其来源解析

达里诺尔湖（简称“达里湖”）是内蒙古自治区高原地区重要的生态屏障,探究达里湖水质状况及污染来源,对加强流域水环境治理、改善水环境质量具有十分重要的意义.于2018年9月及2019年6月对湖水进行采样,并通过三维荧光光谱结合PARAFAC（平行因子分析）模型,探究达里湖水体DOM（溶解性有机质）来源及其与水质的关系.结果表明:①达里湖水体中pH较高,ρ（DOC）（DOC为溶解性有机碳）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）相对较高,均超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准限值.②水体中DOM含4种荧光组分.夏季水体DOM主要分布于河流入湖口附近,其中,类腐殖质荧光组分（紫外区类富里酸和可见区类富里酸）占总组分的62.93%,类蛋白类荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分的36.07%;秋季水体DOM主要分布于东南侧,其中,类腐殖质荧光组分占总组分的40.52%,类蛋白类荧光组分占总组分的59.48%.③达里湖采样点荧光参数表明,达里湖DOM自生源特征较强,腐殖化程度较低.类腐殖质荧光组分与ρ（DOC）、ρ（Chla）均呈正相关,类色氨酸荧光组分与pH呈正相关,类络氨酸与ρ（DTN）、ρ（NH4+-N）、ρ（DTP）均呈正相关.研究显示,达里湖DOM具有陆源与生物源双重特性,DOM的形成与微生物、细菌、浮游生物的生命活动密切相关.      

低通时序滤波轨线法在太湖营养过程识别中的应用

环境背景条件变化会导致湖泊ρ（Chla）与环境因子响应关系发生变化.采用低通时序滤波轨线方法可以方便地识别ρ（Chla）与环境因子响应关系的时间转折点,将长时间序列数据进行分段,从而建立分段回归函数,为研究环境因子与湖泊ρ（Chla）的因果关系提供了一种新的思路.以太湖为研究对象,采用低通时序滤波轨线方法,评估了2001—2018年太湖的ρ（Chla）与营养盐〔ρ（TN）、ρ（TP）〕以及氮磷比〔ρ（TN）/ρ（TP）〕的变化过程,研究了年均气温、滞留时间对产藻效率〔ρ（Chla）/ρ（TP）〕的影响过程.结果表明:①2006年、2011年为太湖营养过程轨线的两个时间转折点,将太湖的营养过程轨线分为3段.第1段为污染阶段（2001—2006年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步升高,于2006年达到第一个峰值;第2段为修复阶段（2006—2011年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步降低,于2011年达到谷值;第3段为富营养化加剧阶段（2011—2018年）,太湖的ρ（TN）呈下降趋势,ρ（TP）与ρ（Chla）同步升高,至今未出现转折点.②太湖藻类生长的限值因子为ρ（TP）,2011年之后氮磷比进入浮游藻类适宜生长区,为蓝藻暴发提供了条件.③2011—2018年产藻效率增长了51%,且目前仍在升高未出现转折点,气温升高可能是主要原因.④依据2011—2018年的滤波值建立ρ（Chla）-ρ（TP）的函数预测,为控制蓝藻暴发〔ρ（Chla） < 10 mg/m3〕,太湖的ρ（TP）需要控制在52 μg/L以下.⑤2006年后,太湖的滞留时间呈现缩短趋势,对藻类的繁殖形成抑制,但滞留时间不是影响产藻效率的关键因子.研究显示:自2006年太湖流域实施一系列生态修复工程后,湖泊氮浓度明显降低,但由于流域氮磷排放量较大而且湖体沉积物中累积磷含量较高,致使水体营养盐水平仍未降到能显著抑制蓝藻生长的水平;目前气温升高趋势仍在持续,太湖的控藻形势严峻,为摆脱气候变暖对蓝藻水华趋势的决定作用,应当在控氮基础上加大控磷的力度,同时更多考虑水文调节、生物修复、加强打捞等措施.      

河流氮磷和水量输入对太湖富营养化的影响机理研究

针对河湖氮磷控制标准不衔接问题,以大型浅水湖泊太湖为例,基于2013—2018年环太湖主要入湖河流和湖体总氮浓度〔ρ(TN)〕、总磷浓度〔ρ(TP)〕、叶绿素a浓度〔ρ(Chla)〕、水量等监测数据资料,采用湖盆模型(Bathtub模型),构建太湖主要入湖河流与湖体ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Chla)的响应关系,分析了主要入湖河流ρ(TN)、ρ(TP)和水量对湖体富营养化的影响,探讨了太湖主要入湖河流水量及其与湖体氮磷协同控制限值. 结果表明:①太湖主要入湖河流氮磷的输入仍显著影响湖体ρ(TN)、ρ(TP),尤其是对西北部湖区的富营养化水平产生了显著影响;②在入湖水量方面,湖西区入湖水量增加可导致太湖富营养化程度增加,而“引江济太”水量输入在一定程度上改善了太湖水质. 建议分区域控制直接入湖河流水量,其中,湖西区直接入湖水量控制在60×108~70×108 m3之间,望虞河“引江济太”水量控制在15×108~20×108 m3之间;③针对太湖流域而言,现行《地表水质量标准》(GB 3838—2002)在协同控制河、湖氮磷方面存在一定的不足,仅通过控制入湖河流ρ(TN)、ρ(TP),太湖ρ(TN)、ρ(TP)难以达到Ⅲ类水质标准;④与全湖平均值相比,湖西区要达到同一标准限值,入湖河流协同控制限值要更为严格. 在河湖氮磷衔接目标制定上,建议湖西区单独设定协同控制目标浓度值. 另外,建议结合《地表水质量标准》(GB 3838—2002),开展太湖流域水质、水量协同控制,有效约束入湖通量,达到河湖氮磷协同控制目的.      

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.      

微生物生态修复剂修复富营养化人工湖水质研究

城市景观湖水体富营养化问题日益加剧。通过在富营养化人工景观湖使用微生物生态修复剂,并连续监测试验水体叶绿素a(Chla)、化学需氧量(COD)和总磷(TP)等指标的变化情况,研究微生物生态修复剂对于修复富营养化水体水质的能力。通过研究得出,试验期末,水体Chla、COD和TP浓度比使用修复剂之前的分别下降了73.03%、50.62%和65.48%,表明生态修复剂对控制水体Chla、COD和TP具有显著成效。可为城市富营养化水体治理提供一定的理论和实践依据。     

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.      

2010年洱海全湖氮负荷时空分布特征

为探讨不同来源的氮负荷对洱海水体富营养化的贡献,对洱海入湖河流、干湿沉降和沉积物内源等来源的氮的负荷、形态及其时空变化特征进行了研究. 结果表明:与2008年相比,2010年洱海入湖TN负荷下降了28%. 入湖河流是TN负荷的主要来源,占总入湖负荷的37%;入湖河流TN负荷与ρ(TN)、ρ(Chla)呈极显著正相关;入湖河流TN负荷以NO₃--N为主,占39%. 入湖河流氮负荷季节性变化明显,7月最高;区域性差异较大,北部3条河流是主要来源,其中弥苴河入湖TN负荷占入湖河流TN负荷的57%. 沉积物内源TN负荷占总入湖负荷的29%,NH₄+-N负荷占内源TN负荷的98%,并且与水体ρ(Chla)呈显著正相关. 沉积物中TN和NO₃--N扩散通量北部湖区最高,NH₄+-N扩散通量南部湖区最高;TN扩散通量9月最高、12月最低. 干湿沉降入湖TN负荷以NH₄+-N为主,季节性变化明显,6月最高. 控制洱海外源入湖氮负荷,应以雨季之初为关键时期,以弥苴河及其流域为重点区域,兼顾坝区农业种植结构调控,同时应加强湖泊水体生态修复,控制内源释放.      

洱海水体氮磷时空分布及其对ρ(Chla)的影响

为探讨影响洱海藻类生长的主要水质因子,对洱海近20年的水质变化及2009—2010年水质和ρ(Chla)时空变化进行了研究. 结果表明,1992年以来上覆水中ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Chla)总体呈上升趋势,近年来有所下降,ρ(Chla)与ρ(TN)和m(N)/m(P)呈显著正相关. 2009年5月—2010年12月上覆水中ρ(TN)为0.20～0.96mg/L,ρ(TP)为0.018～0.042mg/L,ρ(Chla)为6.02～22.48μg/L;年内ρ(TN)和ρ(TP)最高值均出现在7—8月,m(N)/m(P)和ρ(Chla)最高值出现在8—9月,ρ(Chla)与m(N)/m(P)呈极显著正相关.随水深增加,ρ(TN)和ρ(TP)呈上升趋势,ρ(Chla)呈下降趋势;1d内ρ(TN)最高值出现在17:30前后,ρ(TP)和ρ(Chla)最高值出现在14:30前后,ρ(Chla)与ρ(TP)呈显著正相关;年内7—8月水质最差. 洱海水体ρ(Chla)年际变化主要受ρ(TN)和m(N)/m(P)影响,年内变化主要受m(N)/m(P)影响,而日变化则主要受ρ(TP)影响.      

2009-2018年太湖大气湿沉降氮磷特征对比研究

为了研究太湖2009-2018年大气湿沉降的时空变化特征,于2009年8月-2010年7月及2017年8月-2018年7月进行了两次环太湖大气湿沉降逐月调查,并从降水中ρ（TN）和ρ（TP）、湿沉降率及沉降通量三方面,对比分析了太湖大气湿沉降的时空变化特征.结果表明:①2009年8月-2010年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.170、0.077 mg/L;2017年8月-2018年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.160、0.056 mg/L;T检验结果表明,两次调查ρ（TN）、ρ（TP）污染水平差异显著,主要是由于2017年8月-2018年7月较高污染浓度降水事件的减少,全年降水中ρ（TN）、ρ（TP）变异较小.②与2017年8月-2018年7月相比,2009年8月-2010年7月太湖TN、TP湿沉降率平均值分别下降33%和53%,且TN、TP湿沉降空间分布更均匀.③与2009年8月-2010年7月相比,2017年8月-2018年7月太湖流域大气TN、TP沉降通量分别为7 641和131 t,分别下降30%、47%.研究显示,两次调查降水中ρ（TN）平均值均远高于水体富营养化阈值（0.2 mg/L）,因此大气湿沉降中的营养盐对太湖富营养化的贡献不可忽视.      

大宁河水生态系统健康评价

随着人口增长及社会经济的发展,河流水生态系统健康受到严重威胁.为了解大宁河水生态系统健康状况,选取大宁河2011-2015年水体水质[水温、pH、SD（透明度）、ρ（DO）、ρ（COD_Mn）、ρ（TN）、ρ（TP）]与水生态[藻密度、ρ（Chla）]9个主要指标,构建了大宁河水生态系统健康评价指标体系,运用基于熵值法的综合健康指数法对其水体生态系统健康状况进行综合评价.结果表明,2011-2015年,大宁河水生态系统健康状况整体呈亚健康状态,有50.89%的监测样本处于亚健康状态,枯水期健康状态好于丰水期.大宁河各监测断面CHI（综合健康指数）值的季节变化特征为丰水期低于枯水期;年际变化特征为从2011-2015年CHI值呈先升后降的变化趋势,健康状态呈先转好后转差的变化趋势,大宁河水体富营养化趋势明显;空间变化特征为丰水期和枯水期CHI最低值主要位于中下游的白水河、龙门和菜子坝断面,河流水质与人类活动强度密切相关.研究显示,影响大宁河水生态系统健康的关键因子为营养盐指标[ρ（TN）、ρ（TP）]和有机物指标[ρ（COD_Mn）].      

蠡湖水体透明度的时空变化及其影响因素

为揭示浅水湖泊水体SD(透明度)下降的主导因子,根据2012—2013年现场调查资料和历史监测资料,分析了浅水湖泊蠡湖SD的时空分布特征、变化规律及主要影响因素,并重点探讨了SD与ρ(TSS)(TSS为总悬浮物)、ρ(Chla)和ρ(DOC)的相互关系. 结果表明:SD在年内变化范围为20.0～209.0 cm,平均值为64.1 cm,总体上呈西蠡湖大于东蠡湖、湖心大于沿岸区的分布趋势;春、夏、秋、冬四季的SD分别为(51.1±15.1)、(41.3±10.6)、(28.3±7.4)和(127.1±43.2)cm,表现为冬季>春季>夏季>秋季,冬季SD平均值可达127.1 cm,而秋季仅有28.3 cm. 多元回归分析表明,ρ(TSS)是影响水体SD的最主要因子,其次为浮游藻类生物量;SD与ρ(TSS)呈幂函数关系,拟合方程为y=220.61x-0.545 0.      

蠡湖水环境综合整治工程实施前后水质及水生态差异

为探讨水环境综合治理工程措施对蠡湖水生态环境的改善效果,对工程实施前后蠡湖水生态环境的变化及趋势进行了分析. 结果表明,水环境综合治理工程实施后,蠡湖水质明显好转,水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)和ρ(Chla)年均值显著下降(P<0.01),ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(Chla)分别由综合治理前 (1992—2002年平均值) 的5.77、0.19 mg/L和59.90 μg/L降至综合治理后的3.13、0.13 mg/L和27.12 μg/L,ρ(COD_Mn)则由7.09 mg/L降至5.00 mg/L以下;表层沉积物中w(OM)、w(TN)和w(TP)分别由2001年的40.40、1.19、2.61 g/kg降至2012年的19.60、1.16、0.59 g/kg;2012年生态修复工程区内初步形成了一个水生植物较为完整的生态系统. 综合整治后,水质改善效果明显,但部分水体感观指标〔如ρ(TSS)、SD(透明度)〕改善效果不明显,底栖动物优势种群仍为耐污种,生态系统完全恢复还需时日. 因此,有必要进一步开展以提高透明度、恢复沉水植物为核心的生态优化调控,促进蠡湖由藻型浊水稳态向草型清水稳态转变.      

太湖微囊藻毒素的时空分布特征

微囊藻毒素对水体危害严重,为了探究太湖中微囊藻毒素的变化规律及其主要环境影响因子,对太湖34个采样点进行了为期1 a(2011年11月—2012年10月)的监测与采样,分析了水体中ρ(MCs)(MCs为微囊藻毒素)〔包括ρ(TMC)(TMC为总藻毒素)、ρ(EMC)(EMC为胞外藻毒素)和ρ(IMC)(IMC为胞内藻毒素)〕,以及ρ(Chla)、蓝藻生物量、ρ(TN)、ρ(TP)、N/P〔ρ(TN)/ρ(TP)〕、pH、温度、透明度、电导率、ρ(DO)等水环境因子的变化特征,讨论了ρ(MCs)与各水环境因子之间的相关性. 结果表明:ρ(MCs)在太湖中呈现一定的规律性,在7—8月蓝藻爆发期,ρ(MCs)低于0.10 μg/L,之后逐渐升高,9月达到最高值(0.28 μg/L). 受地理位置和沉积环境等影响,太湖西北区MCs污染最严重,ρ(MCs)最大值为0.30 μg/L. 相关性分析结果表明,ρ(MCs)与ρ(Chla)、ρ(TN)、ρ(TP)、N/P显著相关,其中,ρ(MCs)与ρ(Chla)呈极显著正相关(P<0.01);ρ(IMC)和ρ(TMC)均与蓝藻生物量呈显著正相关(P<0.05),而ρ(EMC)与蓝藻生物量相关性不显著;ρ(IMC)和ρ(TMC)均与ρ(TN)呈极显著负相关(P<0.01),而ρ(EMC)与ρ(TN)呈显著负相关(P<0.05);ρ(MCs)与ρ(TP)呈显著正相关,而与N/P呈显著负相关(P<0.05).      

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.      

基于Mann-Kendall法的湖泊稳态转换突变分析

采用变化趋势与倾向率、Mann-Kendall趋势检验法和突变点分析法对1981~2008年间太湖湖泊稳态转换关键因子总氮(TN)、总磷(TP)和叶绿素a(Chla)进行突变识别,结果表明,(1)TN、TP和Chla分别在0.05、0.10和0.05水平上呈显著增加趋势;(2)TN浓度在1990~1991年间和1994~1995年间发生了两次突变;TP浓度突变点发生在1987~1988年;Chla浓度历史变化存在三个阶段,1981~1989年为第一阶段,尚未产生突变阶段,第二阶段为1990~1996年,突变过渡阶段,第三阶段为1997~2008年,属于突变后的状态;(3)综合TN、TP和Chla浓度历史变化存在不同阶段,结合各因子的历史变化序列,太湖湖泊稳态转换突变点为1988年和1997年,并把太湖划分为三个阶段,第一阶段为1981~1987年, TP浓度为0.025mg/L,属于草藻共存,接近于清水稳态阶段;第二阶段为1988~1996年, TP浓度为0.086mg/L,属于藻草共存阶段;第三阶段为1997到2008年, TP浓度为0.103mg/L,属于藻型浊水稳态.研究结果表明Mann-Kendall法在湖泊稳态转换突变分析中具有一定的适用性.     

洪湖、梁子湖水体富营养化研究

2015年3月对洪湖、梁子湖进行了水质监测。依据实测数据,结合洪湖湿地自然保护区和梁子湖林业局监测数据和文献数据,采用综合营养状态指数法对洪湖、梁子湖的富营养化状态进行评价;并根据各因子在综合营养状态指数中所占比重和地表水水质标准,对各因子做了比较。结果表明:洪湖、梁子湖综合营养状态指数分别为57.2、42.5。即洪湖为轻度富营养、梁子湖为中营养;各因子对洪湖、梁子湖富营养化的贡献大致相同,即Chla为首,TP、COD_(Mn)和SD次之、TN最后。     

我国东部与云贵湖区富营养化控制标准对比研究

以我国东部湖区及云贵湖区主要湖泊2005~2008年的监测数据和国际公认的湖泊富营养化叶绿素a 含量分级为基础,通过频率统计方法,对叶绿素a、总氮(TN)、总磷(TP)、透明度(SD)和高锰酸盐指数(CODMn)进行了统计分析,并根据反退化原则,计算了两湖区湖泊富营养化控制指标的建议值.结果表明,东部湖区湖泊富营养化控制标准的建议值为TN:1.65mg/L,TP:0.100mg/L,SD:0.45m,CODMn:4.50mg/L;云贵湖区为TN:1.00 mg/L,TP:0.045 mg/L,SD:1.10m,CODMn:4.00mg/L.云贵高原湖区氮磷营养盐控制指标值绝对值低,相应控制标准比东部平原湖区严,主要原因是东部平原湖区受人类活动影响强烈,目前的水环境总体质量劣于云贵湖区.