鄱阳湖多尺度流域磷源输送特征及其生态效应

本文选取鄱阳湖梯级流域内从初级支流到湖区(香溪→架竹河→赣江→鄱阳湖)连通水系线路为研究对象,通过对鄱阳湖流域磷(P)湿沉降及径流过程进行监测,探讨鄱阳湖多尺度流域磷源输送特征及其对浮游植物群落结构的影响.结果表明:①鄱阳湖流域的P浓度呈明显的季节变化,除香溪流域外,其余流域的总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)和磷酸根(PO_4~(3-))浓度均为枯水期较高,丰水期较低;丰水期时,TP浓度与硅藻密度存在极显著的相关关系,枯水期时,TP浓度与隐藻有极显著的相关关系.②次降雨过程研究表明:不同降雨强度下TP和PO_4~(3-)的浓度及地表径流通量的大小顺序均为:小雨中雨大雨.③丰水年和枯水年的沉降通量存在显著差异,丰水年约为枯水年的2.8倍,P的输出通量呈明显的季节性变化,丰水期大于枯水期;随流域逐级增大,但P输出贡献率未显著增加,说明逐级支流P输送并不是各级流域P的主要来源.     

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.     

利用氮氧同位素解析赤水河流域水体硝酸盐来源及其时空变化特征

赤水河流域作为长江上游重要的水源涵养区,其生态环境状况及水环境质量备受关注。为了了解流域河水氮素来源,本次研究利用硝酸盐稳定同位素(~(15)N、~(18)O)示踪技术并结合流域土地利用类型空间分布分析了赤水河流域丰水期与枯水期干流及主要支流河水硝酸盐来源与转化过程。结果表明,流域水体NO_3~-浓度具有明显的时空变化,其中丰水期NO_3~-浓度要高于枯水期,喀斯特区域的NO_3~-浓度要高于非喀斯特区域。流域干、支流水体δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-季节性差异明显,丰水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较大,干流差异较小,而枯水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较小,干流差异较大。结合氮氧同位素和土地利用信息发现,丰水期支流NO_3~-受其土地利用方式的影响,其来源具有多样性;干流NO_3~-浓度则主要受支流混合作用影响。枯水期干流NO_3~-受流域人为活动影响较为显著,点源输入造成水体氮同位素分布范围较宽,主要来源表现为生活污水和土壤有机氮;而支流NO_3~-多表现为土壤有机氮来源,部分支流受流域内城镇影响,生活污水对河流NO_3~-贡献较大。流域水体氮污染控制应以农业面源氮流失为主,同时严格控制点源污染的输入。     

鄱阳湖沉积物可转化态氮分布特征及其对江湖关系变化的响应

选取不同高程鄱阳湖表层沉积物,通过研究其总可转化态氮与各形态可转化态氮含量及分布特征,试图揭示江湖关系变化导致的水位变化对鄱阳湖沉积物氮潜在释放风险的影响.结果表明:1鄱阳湖表层沉积物总氮(TN)含量在389~3 865 mg·kg-1之间,空间分布上呈"五河"入湖尾闾区湖心区北部湖区的趋势;总可交换态氮含量在319.36~904.56 mg·kg-1之间,占TN的52%,空间分布趋势与TN相同;2鄱阳湖3个湖区沉积物各形态可转化态氮的含量大小排列次序均为:SOEF-N(强氧化剂可提取态氮)≈SAEF-N(强碱可提取态氮)WAEF-N(弱酸可提取态氮)IEF-N(离子交换态氮);3江湖关系变化致使鄱阳湖枯水期沉积物出露时间提前并且延长,进而导致不同高程沉积物可转化态氮(TTN)含量差异明显,3个湖区沉积物可转化态氮含量均表现为枯水期丰水期,高程越高,由于其沉积物出露时间较长,可转化态氮含量较高,即可转化态氮含量12 m~13 m高程沉积物11 m~12 m高程沉积物10m~11 m高程沉积物;4随着高程的增加,沉积物各形态可转化态氮含量都呈现增加的趋势,其中SAEF-N和WAEFN含量及其占总可转化态氮的比例变化幅度较小,而IEF-N和SOEF-N含量以及其占总可转化态氮比例的增幅均较为显著.如果江湖关系进一步变化,枯水期水位继续下降,势必会引起沉积物出露面积增大及出露时间延长,从而导致沉积物TN、可转化态氮以及释放风险较高的氮形态IEF-N和SOEF-N含量的增大,来年丰水期可能会增加鄱阳湖沉积物氮释放风险.     

丰枯水期鄱阳湖表层水中羟基自由基浓度及其抗生素净化作用研究

鄱阳湖位于我国农业大省江西省,表层湖水中羟基自由基(HO·)引发的水体光化学反应,可能对流域内的农业污染物—抗生素具有潜在的净化作用.因此,本研究以氙灯模拟太阳光测得鄱阳湖及周边河流羟基自由基表观光量子产率(ΦHO·),在丰水期为(0.57~10.33)×10~(-5),枯水期为(0.45~3.52)×10~(-5).丰水期溶解态有机物(DOM)对HO·形成的贡献率为85.8%~98.7%,枯水期为58.5%~97.6%,表明DOM是HO·形成的主导物质.可能由于水体混合均匀,丰水期除抚河水体可能有其特殊的化学组成外,其它湖泊与河流的水化学组成接近,表现出随溶解态有机碳含量升高,ΦHO·呈先增大后减小的现象.枯水期水体各化学组成含量显著高于丰水期,光屏蔽与淬灭可能起主要作用,只有当NO_2~-含量较高时才显示出对HO·形成的贡献.依据太阳光强可得鄱阳湖丰水期及枯水期表层水HO·的稳态浓度分别为9.51×10~(-16)与4.92×10~(-17)mol·L~(-1),湖水中5种抗生素在HO·作用下的半衰期分别为2.3~13.9 d与44.5~268.7 d,丰水期鄱阳湖表现出更高的光化学净化能力.     

不同水期鄱阳湖主要污染物河流入湖通量研究

通过同步监测2010年-2013年入湖监测断面水质和水量,分别计算了丰水期、平水期和枯水期以及全年入湖污染物通量.结果表明,2010年-2013年,入湖10个断面水质达标率在80％～100％之间,化学需氧量均是进入鄱阳湖的主要污染物.各污染物主要通过赣江主支、赣江中支、赣江南支、赣江北支、信江西支和饶河6条河流进入鄱阳湖;氨氮浓度年均值与水量相关性均呈负相关,而化学需氧量、总磷和总氮浓度年均值与水量无明显相关性.     

鄱阳湖地表水硝酸盐时空变异性及其来源研究

利用2011年1月和7月鄱阳湖流域地表水中NO3-的质量浓度实测数据,评价NO3-在不同时期的污染状况及空间分布,运用GIS和统计学方法分析NO3-的时空变异特征,结合水化学因子相关关系分析NO3-的主要污染来源。结果表明,在丰水期,鄱阳湖流域地表水NO3-质量浓度为0~33.33 mg/L,在枯水期NO3-质量浓度为0~51.50 mg/L;空间差值分析显示在丰水期,鄱阳湖南湖区NO3-的质量浓度明显高于北湖区,这主要是来源于生活污水、工业废水、农业及养殖业等产生的氮;而在枯水期恰好相反,北湖区NO3-的质量浓度较高于南湖区,主要是受到沿湖周边工业废水的影响;通过运用水化学因子相关关系分析发现,地表水中各监测点Cl-/Na+和SO42-/Ca2+变化趋势较相似,说明水体中NO3-的污染来源可能比较单一;研究NO3-/Cl-的变化关系曲线发现在枯水期,水体中NO3-的污染来源主要为污水,而丰水期NO3-的污染来源比较复杂,包括农业非点源污染和渔类珍珠养殖业等。     

硝酸盐对短程反硝化过程中亚硝酸盐积累影响

该文以乙酸钠为碳源,通过批次试验探究短程反硝化过程中硝酸盐对亚硝酸盐积累的影响。试验结果表明在不同的C/N比条件下,NO_2~--N均能出现积累,C/N较低(0.8～2.4)的情况下系统中出现NO_3~--N与NO_2~--N共存情况;当C/N为3.2～8.0时,随着反应进行NO_2~--N的量有所损耗,表明C/N比过高不利于NO_2~--N的积累;C/N比会影响NO_2~--N的积累速率,但对转化率影响不大。当起始系统中只有NO_3~--N时,NO_3~--N→NO_2~--N反应速率高于NO_2~--N→N_2的反应速率;随着初始NO_3~--N浓度(20～150 mg/L)增加,NO_2~--N积累速率加快。向只有NO_2~--N的反应系统中添加当NO_3~--N,一直被还原的NO_2~--N开始出现积累,表明系统中存在NO_3~--N时,对NO_2~--N→N_2发生可能存在抑制作用。初始系统中同时存在NO_3~--N和NO_2~--N时,NO_3~--N还原速率高于NO_2~--N的还原速率;当NO_3~--N消耗完全之后,NO_2~--N的还原速率高于血清瓶有NO_3~--N存在时的还原速率;随着NO_3~--N/NO_2~--N的比值的增加,NO_3~--N的还原速率和NO_2~--N的积累速率加大。该研究可为短程反硝化厌氧氨氧化耦合工艺处理含氮污水提供一定的理论依据。     

太湖西部河湖氮污染物来源及转化途径分析

通过2014年枯水、丰水两期监测,综合分析了太湖西部入湖河流与湖区水体及其沉积物的无机氮形态与同位素特征,并利用δ~(15)N识别了太湖西部上游区氮污染来源及转化途径的生物化学作用机制.结果表明:NO_3~--N与NH_4~+-N为研究区域入湖河流无机氮的主要形态,而NO_3~--N为西部湖区水体无机氮的主要形态;δ~(15)N-NO_3~-的数值范围揭示了西部入湖河流在枯水季NO_3~--N主要来源于农用化肥,有少量矿化土壤有机氮,而丰水季则以生活污水为主,有少量矿化土壤有机氮及农用化肥;δ~(15)N-NH_4~+的数值范围说明了生活污水是河流水体NH_4~+-N的主要来源;通过水体及沉积物样品NO_3~--N、NH_4~+-N、δ~(15)N-NO_3~-、δ~(15)N-NH_4~+的协同分析可知,湖区氮的赋存形态主要受湖区水体硝化作用及沉积物内反硝化作用的影响.     

大型通江湖泊有色可溶性有机物对不同水文情景的响应

鄱阳湖和洞庭湖作为我国面积最大的两个通江湖泊,其湖体水质变化对长江干流水质以及湖区周围居民用水安全至关重要.通过三维荧光-平行因子分析得到4个荧光组分,研究两个湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)光谱组成在丰、平和枯这3种水文情景下的变化规律,试图揭示鄱阳湖和洞庭湖CDOM来源及组成对不同丰枯情景的响应机制.结果表明:不同水文情景对鄱阳湖CDOM水质参数影响更为显著,CDOM吸收系数a(254)和溶解性有机碳(DOC)浓度表现为丰水期平水期枯水期(t-test,P0.01),CDOM光谱吸收斜率S_(275-295)表现为枯水期平水期丰水期(t-test,P0.01),洞庭湖a(254)在不同水文情景下差异不显著,比紫外吸收系数SUVA_(254)最大值出现在平水期.平行因子分析法解析三维荧光光谱得到4个荧光组分,枯水期两湖CDOM类蛋白组分贡献率较大,平水期类蛋白组分及类腐殖酸组分贡献率大致相当,丰水期两个湖泊类腐殖酸贡献率占主要部分.在空间分布上,枯水期鄱阳湖4个组分的荧光强度在上游南部湖区偏小,北部偏大,丰水期反之,东洞庭湖4个组分的荧光强度在空间差异上表现为枯水期大于丰水期.鄱阳湖DOC浓度对水位的响应更明显(r~2=0.99,P0.01),东洞庭湖类色氨酸组分C2与水位呈显著性负相关关系(r~2=0.99,P0.05).鉴于此,应根据鄱阳湖、洞庭湖CDOM在不同水文情景下的响应特征,有针对性地对湖区水质进行管理.     

基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析

对清水河灌溉季和非灌溉季各采样点位的水化学指标和硝酸盐的时空分布特征进行分析,运用贝叶斯混合模型MixSIAR模型定量识别了该河流硝酸盐来源,以期了解灌溉对地表水硝酸盐含量的影响.结果表明,清水河水体呈弱碱性,水体氮类以硝酸盐为主,Cl^-和SO₄^2-时空变化特征一致,通过NO₃^-/Cl^-比值和Cl^-浓度的关系,结合清水河地区土地利用、工农业生产的实际情况,揭示了清水河水体硝酸盐受生活污水、畜禽养殖和化学氮肥源的影响较大.MixSIAR模型计算结果表明土壤有机氮、化学氮肥和畜禽养殖对灌溉季水体的贡献率较大,分别为24.8%、24.5%和22.8%,生活污水和大气氮沉降的贡献率分别为14.4%和13.6%;而生活污水、畜禽养殖和土壤有机氮对非灌溉季水体的贡献率较大,分别为26.7%、23.4%和20.4%,大气氮沉降和化学氮肥贡献率分别为16.5%和12.9%.农业灌溉增加了地表水硝酸盐的含量,灌溉季中农用氮肥的施用率较高,贡献了主要的硝酸盐;非灌溉季生活污水的贡献率较高.     

双龙湖枯、丰水期交替期间水质变化评价研究

对双龙湖枯、丰水期交替期浮游藻类种类、数量及总氮、总磷、高锰酸盐指数、叶绿素a、透明度、浊度等指标进行监测分析，从浮游藻类营养分级标准法、优势藻类指示法及生物指标评价法和富营养化综合评价法对双龙湖营养状态进行评价，认为双龙湖丰水期初期水质优于枯水期末期，处于中营养化水平，枯水期末期处于富营养状态。研究评价枯、丰水期的水质变化规律，为加强双龙湖污染防治，改善和保持水环境提供科学依据。     

渭河流域硅藻群落特征及水生态健康评价

为比较丰水期和枯水期硅藻群落结构特征的差异性,对渭河流域进行水生态健康评价,于2012年10月(丰水期)和2013年4月(枯水期)对渭河流域60个采样点进行调查. 结果表明,丰水期共采集到硅藻221种,枯水期为148种. 多响应置换过程结果显示,渭河水系、泾河水系和北洛河水系硅藻群落存在显著性差异. 丰水期渭河水系和北洛河水系硅藻丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数平均值分别为30、3.05、0.63和37、3.42、0.66,显著高于枯水期的23、2.11、0.46和23、2.52、0.56. 泾河水系丰水期和枯水期硅藻参数无显著性差异. 典范对应分析结果表明:丰水期影响渭河水系、泾河水系和北洛河水系硅藻群落结构的主要环境因子为Flux(流量)、ρ(SS)和ρ(TDS)(TDS为总溶解固体);枯水期主要影响因子分别为ρ(NH₄+)、ρ(SS)和Hard(硬度). 应用硅藻生物完整性评价法(D-IBI)和生物硅藻指数法(BDI)对渭河流域进行健康评价,其结果显示,渭河流域丰水期和枯水期整体健康状况一般,渭河水系上游及右岸支流、泾河水系源头及北洛河水系中游地区健康状况较好,渭河水系下游、泾河水系中下游以及北洛河水系上游和下游地区健康状况较差.      

水温和营养盐增加对太湖冬、春季节藻类生长的影响

为探讨水温和营养盐增加对冬、春季节太湖藻类生长和群落演替的影响,研究了不同水温(不增温、12.0、14.0、16.0、18.0、20.0℃)和不同营养盐浓度(低、中、高营养盐浓度)下藻类的生长及优势种群变化. 结果表明:藻类∑ρ(Chla)〔蓝藻、绿藻及硅藻中ρ(Chla)总量,下同〕随着水温的升高呈增加趋势,在20.0℃下∑ρ(Chla)为0.19~12.94μg/L,显著高于其他水温试验组(0.01~6.83μg/L);与较低水温(不增温、12.0、14.0℃)相比,较高水温(16.0、18.0、20.0℃)更能显著促进藻类对氮、磷营养盐的吸收利用. 添加营养盐后,硅藻、绿藻ρ(Chla)的日均值分别为0.52~4.07、0.17~0.52μg/L;湖水中∑ρ(Chla)呈增长趋势,并且浮游植物群落结构的优势种由绿藻转变为硅藻,硅藻ρ(Chla)所占比例从试验初始的50%升至75%~98%, 说明营养盐增加可加大硅藻的竞争优势;而绿藻的生长则可能同时受水温和营养盐共同作用的影响,因此太湖冬、春季节藻类的演替同时受到水温和营养盐的影响.      

四面山大洪湖底泥/水界面汞的迁移转化规律

森林生态系统的汞产量可以用森林湖泊或水库的动态变化来表征.而且,下游汞浓度的变化也可以在一定程度上反映森林生态系统汞的输出.通过对四面山大洪湖上游、中游、下游丰水期与枯水期汞的分布与沉积物剖面的分析发现:大洪湖上覆水中总汞浓度在丰水期显著增加(丰水期平均值4. 33 ng·L~(-1),枯水期1. 85 ng·L~(-1)),在下游尤为明显,其总汞和甲基汞的含量明显高于其他类型湖泊,但小于受到污染的湖泊,说明四面山常绿阔叶林具有一定"汞源"的特征,同时沉积物也是大洪湖上覆水中甲基汞和无机汞的输入源;甲基化过程主要发生在沉积物的表层,丰水期时甲基化过程更活跃;在丰水期时,更有利于汞和甲基汞从沉积物固相进入沉积物液相,从而进入上覆水中.     

星云湖浮游植物和水环境特征研究及相关性分析

于2010年9月(丰水期)和2011年3月(枯水期)对星云湖水环境特征进行调查研究。结果表明星云湖枯水期各营养盐分布较均匀;而丰水期藻类的大量繁殖打乱了水体中营养盐的均匀分布。对水生态调查结果显示,星云湖丰水期叶绿素a含量最高达到了736.56 mg/m3,位于螺狮铺和大庄河附近,浮游植物总量最高达到6.1×109个/L,蓝藻为优势种;枯水期叶绿素a含量最高达到了89.28 mg/m3,位于陈家湾和河咀附近,浮游植物总量最高达到1.04×109个/L。通过相关性分析和聚类分析可知,星云湖浮游植物总量与叶绿素a和总氮呈显著性相关关系,在丰水期和枯水期星云湖水环境状况存在较大的差别,水质易受外界环境条件的影响。在星云湖水华防治工作中,建议重点应关注各湖湾区域,尤其是南部区域的螺狮铺和大庄河附近。     

渭河流域浮游植物功能群与环境因子的关系

为分析渭河流域不同水期浮游植物的时空分布特征,于丰水期(2012年9月)和枯水期(2013年4月)对渭河流域浮游植物群落结构和水环境理化特征进行了野外调查,基于Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数以及MRPP(多响应置换过程)、浮游植物功能群划分、CCA(典范对应分析)等方法,分析浮游植物群落的组成和空间结构特征. 结果表明:丰水期和枯水期渭河全流域分别鉴定出浮游植物165和175种;各采样点浮游植物物种密度平均值分别为1.07×106和1.85×106 L-1;Shannon-Wiener多样性指数平均值分别为2.98和2.74;Pielou均匀度指数平均值分别为0.40和0.37. 全流域共划分出浮游植物功能群23类,其中,丰水期20类,枯水期21类,均以MP功能群物种数最多;代表性功能群为MP、D、Lo和J. MRPP分析结果显示,丰水期和枯水期全流域浮游植物群落结构都具有较明显的空间差异. CCA结果显示,渭河水系丰水期浮游植物群落结构的主要驱动因子为ρ(DO)和ρ(TN),枯水期为流速、ρ(TN)和ρ(COD_Mn);泾河水系丰水期为ρ(SS)、流速和ρ(TN),枯水期为流速和ρ(TN);北洛河水系丰水期为ρ(TDS),枯水期为ρ(DO)和ρ(TP).      

滇池汛期超限制水位调控的实践与研究

基于对滇池海口闸水资源管理多年的工作实践，深入分析了滇池存在的蓄泄矛盾，结合滇池实际情况，提出合理调控滇池汛限水位，探索可持续发展的水资源管理策略。     

长江口颗粒态金属污染物时空分布规律分析

长江口金属污染物的输移转化受到多种因素作用的制约,其时空分布比较复杂.2006年洪、枯季长江口南槽和北槽调查研究表明:(1)悬沙中各种金属含量在长江口的沿程分布略有差异,除Cu、Cd沿程出现降低趋势外,其它金属均有"低-高-低"分布趋势,即在南槽、北槽最大浑浊带出现高值;而沉积物中颗粒态金属含量沿程分布较为复杂,沿程呈降低趋势,部分金属在南槽、北槽出现高值区;(2)颗粒态金属含量垂向分布十分明显,由表层悬沙至底泥逐渐减少;(3)悬沙中枯季金属含量明显高于洪季,在一个潮周期内急流时颗粒态金属含量小于憩流时金属含量.