近25年洞庭湖水质演变趋势及下降风险

利用1991~2015年水质数据研究了洞庭湖水质演变特征,识别了主要驱动因子,并探讨了水质下降对其生态风险影响.结果表明,1991~2015年间,洞庭湖水质总体呈下降趋势,TN和TP是影响水质变化的主要指标,其浓度年均值分别介于1.060~2.072mg/L和0.026~0.146mg/L;其中,1991~2002年间,TN和TP浓度均显著上升,多元回归分析显示水位和泥沙淤积是导致洞庭湖TN和TP浓度升高的主要因素;2003~2015年间,TN浓度进一步明显上升,而TP浓度维持高位,波动变化,氮、磷负荷输入量和水位是影响TN和TP浓度变化的主要因素.洞庭湖生态风险等级则由轻微风险转变为中等风险,TP是影响生态风险的主要水质指标;受洪水、农业面源污染和城市化等影响,洞庭湖磷风险时空差异较大,1991~2008年间,各湖区磷风险均有所升高,其中西洞庭湖磷风险增长幅度最大;2009~2015年,各湖区磷风险均有所降低,其中西洞庭湖下降幅度最大,而东洞庭湖下降幅度较小.因此,进一步控制入湖氮磷负荷、优化水位及重点关注磷风险是保护洞庭湖水生态的重要举措.     

洞庭湖表层沉积物营养盐污染特征与评价

为揭示洞庭湖表层沉积物营养盐的空间分布特征和污染状况,于2012年2月和2013年4月采集了该湖具有代表性的9个点位的表层沉积物,测定了其有机质(OM)、总氮(TN)和总磷(TP)浓度。结果表明,OM浓度为1.48%~4.22%,平均值为2.06%;TN浓度为382~2 217 mg/kg,平均值为1 340 mg/kg;TP浓度为142~716 mg/kg,平均值为294 mg/kg。与国内其他湖泊(水库)相比,洞庭湖表层沉积物中OM和TN浓度处于中等水平,其内源负荷不容忽视;OM和TN浓度的空间分布相似,总体表现为南洞庭湖区东洞庭湖区西洞庭湖区。TP浓度总体表现为东洞庭湖区西洞庭湖区南洞庭湖区。C/N为6.1~14.8,平均值为10.2。从生物沉积角度而言,洞庭湖表层沉积物OM主要来源于浮游动物与浮游植物。有机指数和有机氮评价结果显示,洞庭湖湖体沉积物环境状况较好,整体处于较清洁至尚清洁范畴。     

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.      

洞庭湖表层沉积物中重金属变化趋势及风险评估

为掌握洞庭湖重金属污染的变化趋势及风险,利用2007—2017年洞庭湖表层沉积物中Cr、Cu、Pb、Cd、Hg、As的连续监测数据,通过潜在生态风险指数法进行评价,并通过Daniel趋势检验和M-K（Mann-Kendall）突变检验对重金属的变化趋势进行分析,同时结合历史文献数据对1984—2017年洞庭湖沉积物中重金属的演变特征进行分析.结果表明,2007—2017年洞庭湖沉积物重金属RI（综合潜在生态风险指数）范围为32.63~917.23,平均值为196.24,属于“较高”风险水平,空间分布呈南洞庭湖>东洞庭湖>西洞庭湖,不同重金属单因子潜在生态风险水平呈Cd > Hg > As > Pb > Cu > Cr的特征.Daniel趋势检验和M-K突变检验结果显示,2007—2017年除西洞庭湖的w（Pb）、东洞庭湖和西洞庭湖的w（Hg）外,其他重金属质量分数在各湖区都呈下降趋势;东洞庭湖和南洞庭湖重金属潜在生态风险水平分别在2014—2015年和2016年发生了突变.1984—2017年洞庭湖沉积物中重金属质量分数演变特征分析表明,1984年和1990—1999年全湖重金属综合潜在生态风险分别为“较高”和“中等”水平,2004—2010年和2011—2015年均为“很高”水平,2016—2017年降至“较高”水平,同时w（Cu）、w（Pb）、w（Cd）、w（As）在2016—2017年下降明显,而w（Cr）、w（Hg）还有上升趋势.研究显示,洞庭湖重金属污染在2014—2017年有明显下降趋势,其主要原因可能是湘江和洞庭湖的全面综合治理,Cr、Pb和Hg在部分湖区还存在持续污染,应作为洞庭湖重金属下一步防治的重点.      

洞庭湖表层沉积物中重金属污染评价与分析

为了解综合治理后洞庭湖表层沉积物中重金属的分布及污染程度,2015年12月对洞庭湖沅江市南嘴等31个点位采集0~20 cm沉积物,测定了沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As、Hg的含量,基于地积累指数法和潜在生态风险指数法对沉积物中重金属的污染状况进行了分析与评价。结果表明,洞庭湖重金属污染有所改善,但仍比较严重,以Cd最为严重,其次是Pb和As,且三大湖区重金属污染程度顺序为南洞庭湖>东洞庭湖>西洞庭湖;地积累指数法显示洞庭湖表层沉积物中7种重金属元素的污染程度顺序为Cd>Pb>As>Zn>Cu=Cr>Hg;潜在生态风险指数法显示洞庭湖表层沉积物中7种重金属元素的潜在生态风险因子的大小顺序为Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn=Cr。对洞庭湖沉积物中重金属的分布及来源分析发现,湘江、沅江、资江入口为重金属Cd污染最严重的3个点位,Cd主要来源于湘江、资江、沅江;Pb含量最高的点位为东洞庭湖龙口村,达到138.7 mg/kg,为工业企业集中区;Hg含量最高的点位依次为沅水入口、目平湖中与南,Hg的污染分别主要来源于沅水和周边27家污染企业;As含量最高的点位依次为澧水入口、湘江入口、资水入口和大通湖渔场内湖,说明澧水、湘江、资水给洞庭湖带来了As的污染,而大通湖渔场内湖的As来源于附近工农业污染。因此,治理湘江、沅江、资江流域重金属污染是控制洞庭湖Cd、Pb、As和Hg污染的重点途径。研究结果为洞庭湖水资源保护与有效利用、经济可持续发展及合理规划提供了指导作用。     

洞庭湖水质因子的多元分析

年1—12月在洞庭湖湖区采集360个水样,测定pH、ρ(DO)、ρ(BOD₅)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)、ρ(TN)、粪大肠菌群及ρ(Chla). 采用主成分分析法对采样断面水质因子进行分析. 结果表明:虞公庙、鹿角断面水质主要影响因子为ρ(DO)、ρ(BOD₅)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)、ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(NH₃-N)及ρ(Chla);南嘴、目平湖、横岭湖和万子湖断面水质主要影响因子为ρ(TP);小河嘴断面水质主要影响因子为ρ(TP)、ρ(BOD₅)和ρ(Chla);东洞庭湖断面水质主要影响因子为ρ(BOD₅)和ρ(Chla);岳阳楼和洞庭湖出口断面水质主要影响因子为ρ(DO)、ρ(COD_Mn)、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)和ρ(TN). 主成分综合得分对各断面水体受污染程度排序为虞公庙>鹿角>东洞庭湖>岳阳楼>洞庭湖出口>南嘴>横岭湖>目平湖>小河嘴>万子湖.      

三峡工程运行对洞庭湖水环境及富营养化风险影响评述

洞庭湖的江湖关系受自然因素及人为因素影响,其江湖关系的变化影响洞庭湖水文、水质、水环境容量和营养状态.近年来洞庭湖的富营养化指数不断升高,但水环境变化及富营养化风险变化的原因错综复杂,如何区分三峡工程运行等人类活动和气候变化等自然因素对洞庭湖水环境、富营养化风险的影响是洞庭湖江湖关系研究的难点.根据近年来洞庭湖江湖关系、水环境或富营养化水平的相关研究,对洞庭湖由于三峡工程运行导致的江湖关系变化,以及该变化对洞庭湖水环境、富营养化风险的影响的研究进展进行系统梳理、分析、总结和评述.现阶段研究得出,三峡工程运行导致的江湖关系变化影响洞庭湖不同时段的水环境容量,在一定程度上改善了枯水期和泄水期洞庭湖水质;三峡工程运行后洞庭湖水体中的ρ（TP）有所降低,但洞庭湖湖体ρ（TN）、ρ（TP）仍相对较高,已能够满足藻类生长的需求,水华发生的制约条件是水体透明度和水流流速;江湖关系变化后洞庭湖富营养化风险增大的时段是蓄水期,其他时段富营养化风险减小;流速较低的东洞庭湖湖滩区、蓄水期流速降低明显的南洞庭湖滩区水华发生的风险增大,为水华发生的敏感区域.大型枢纽工程对通江湖泊污染物迁移转化影响的机理分析、对通江湖泊水环境影响的模拟及相关参数研究、对湖泊水环境及富营养化风险的长期影响等方面的研究还有待进一步完善.      

洞庭湖表层水和底泥中重金属污染状况及其变化趋势

为评价洞庭湖重金属污染程度,分析了洞庭湖湖区9个采样点表层水及底泥中Hg、Cr、Cd、As、Pb和Cu的浓度水平,并采用地积累指数法和潜在生态风险指数法对底泥中的重金属污染现状进行评价. 结果表明,洞庭湖表层水中重金属质量浓度远低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》一级标准限值,底泥中w(Hg)、w(Cr)、w(Cd)、w(As)、w(Pb)和w(Cu)均高于背景值,其平均值分别为背景值的5.0、3.1、22.7、2.2、2.5和1.9倍. 洞庭湖表层水中ρ(As)与底泥中w(As)呈显著正相关. 近30年来,洞庭湖底泥中除w(Hg)下降外,其他重金属质量分数均有所上升. 地积累指数法评价结果表明,洞庭湖底泥中不同种类的重金属I_geo(地累积指数)表现为Cd＞Hg＞Cr＞As＞Pb＞Cu,Cd和Hg的I_geo分别为3.92和1.73;不同区域的重金属I_tot(综合地积累指数)呈虞公庙>横岭湖>洞庭湖出口>东洞庭湖>蒋家嘴>鹿角>万子湖>南嘴>小河嘴的分布特征,虞公庙和横岭湖的I_tot均大于10.0.潜在生态风险指数法评价结果表明,各污染物对洞庭湖生态风险构成危害的影响程度为Cd＞As＞Cr＞Hg＞Cu＞Pb,整个洞庭湖区的RI(潜在生态风险指数)为99.0~696.7,平均值为281.8,属于中等潜在生态危害,其中南洞庭湖的虞公庙和万子湖的RI分别为696.7和565.9,已成为潜在生态风险区域.      

昆承湖沉积物中重金属及营养元素的污染特征

对昆承湖9个采样点柱状沉积物中营养元素(TN,TP和TOC)和重金属元素(Pb,Cu,Zn,Cd和Cr)的垂向分布进行测定. 结果表明,各元素含量都表现为随沉积深度而降低的趋势.相关研究表明,TOC与TN的环境行为近似,说明TN的沉积与生物有机物的沉积相伴随.重金属元素(Pb,Cu,Zn,Cd和Cr)含量均与TOC含量呈显著正相关关系,表明沉积物中重金属污染受人类活动作用影响较为明显.碳氮比分析表明,昆承湖沉积物中的有机质有着明显的双重来源. 对沉积物进行环境评价发现,昆承湖沉积物有机污染较轻,仍处于较清洁状态至尚清洁范畴.地积累指数评价显示,重金属污染主要集中在沉积物表层,主要污染元素为Zn,而Cd和Cr基本属于无污染状态.      

重庆市主城区次级河流总氮总磷污染特征分析及富营养化评价

为掌握重庆市主城区次级河流水环境状况,于2013年4月~2014年3月,在重庆市主城区选取6条典型次级河流测定水体理化指标,开展水体总氮(TN)、总磷(TP)污染特征分析及富营养化评价.结果表明:16条河流TN、TP污染较为严重,不同季节TN、TP均超过国际认可的发生水体富营养化临界值;富营养状态指数评价结果表明,各季节所有河流都处于富营养化状态,富营养化程度排序为:盘溪河清水溪跳蹬河花溪河伏牛溪朝阳河.2各次级河流TN、TP季节变化情况较为显著,为春、冬季TN、TP质量浓度高,夏、秋季TN、TP质量浓度低;3河流在各季节TN、TP从上游向下游增加趋势比较明显,污染物沿河流不断聚集,污染物质量浓度递增率最大达到1.25 mg·(L·km)-1.因此,进一步深入研究城市次级河流污染特征对城市水体污染控制具有重要意义.     

洞庭湖沉积物不同形态氮赋存特征及其释放风险

为了揭示湖泊沉积物中氮的空间分布特征及其释放风险,采用连续分级提取法研究了洞庭湖表层沉积物中EN(可交换态氮)、HN(酸解态氮)及NHN(非酸解态氮)的赋存特征;同时,结合BN(生物可利用态氮)的含量和释放通量的大小,探讨了各形态氮对BN的贡献及与释放通量的相关关系. 结果表明,受水动力和湖盆地形的影响,沉积物中各形态氮含量空间差异较大. 全湖w(TN)在735.91~2846.51mg/kg之间,平均值为1371.85mg/kg,东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口w(TN)的平均值分别为1513.43、1173.14、1262.76和1363.31mg/kg. 从各形态氮含量占w(TN)的比例来看,w(HN)最高,平均占66.74%;其次是w(NHN),平均占21.46%;w(EN)最小,仅占11.80%. 东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口w(BN)的平均值分别为189.31、170.16、152.87和139.51mg/kg,其值大小主要受w(EN)和w(HN)的影响. 东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口沉积物中NH₄+-N释放通量的平均值分别为6.32、7.03、7.78和146.96mg/(m2·d),沉积物中NH₄+-N释放通量主要受EN控制,其中尤其受可交换态NH₄+-N的控制,而沉积物中的HN和TN尚不是影响沉积物氮释放的主要因素.      

太湖湖滨带底泥氮、磷、有机质分布与污染评价

采集了环太湖湖滨带表层(0~10cm)底泥,研究分析了湖滨带底泥中有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)的空间分布特征,并对太湖湖滨带底泥进行营养评价.结果表明,湖滨带底泥中OM含量在1.42%~9.96%之间,空间分布趋势为:东太湖>竺山湾>贡湖>梅梁湾>南部沿岸>东部沿岸>西部沿岸; TN含量在458~5211mg/kg之间,空间变化趋势为东太湖>竺山湾>东部沿岸>贡湖>南部沿岸>梅梁湾>西部沿岸; TP含量在128.56~1392.16mg/kg之间,空间变化趋势为竺山湾>梅梁湾>东太湖>南部沿岸>贡湖>东部沿岸>西部沿岸,OM与TN分布趋势相似,TN与OM之间极显著正相关(r = 0.903, P<0.01),TP与OM之间弱相关(r = 0.073, P<0.332).结合综合污染指数和有机指数评价法可知,太湖湖滨带底泥环境质量整体较好,氮、磷污染除东太湖和竺山湾属重度污染外其他各区属轻中度污染;有机污染除东太湖外大部分区域属较清洁区.     

白洋淀水体富营养化和沉积物污染时空变化特征

雄安新区成立以后,在白洋淀流域实施了一系列污染综合整治措施.为评估白洋淀污染状况并识别主要污染来源,本文在淀内采集了30个水体样品和29个沉积物样品,分析了水体中的COD、TP、TN、NH~+_4-N和Chla这5项指标和沉积物中TN、TP和重金属(Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、As和Cr),结合历史监测数据分析了白洋淀污染时空分布特征及其影响因子.结果表明, 2019年白洋淀淀内水体整体处于富营养化状态, 30个采样点中"轻度富营养化"点位8个,"中度富营养化"16个,"重度富营养化"6个,与1991～2017年相比,淀区北部地区多数点位的营养程度明显下降,污染整治措施基本上遏制了水体污染加重趋势.沉积物营养盐污染依然严重,TN含量在1 483.7～14 234.1 mg·kg~(-1)之间,平均值为5 054.9 mg·kg~(-1),变异系数高达46.5%,TP含量在360.3～1 964.4 mg·kg~(-1)之间,平均值为925.4 mg·kg~(-1),变异系数为25.7%.重金属地累积指数计算表明沉积物中I_(geo)平均值均小于1,属于清洁或轻度污染,主要污染物为Cd、Zn和Cu.重金属生态风险除部分点位(L3、L21、L28和L29)处于重度和严重生态风险等级外,淀区整体处于中等风险水平.整体上,白洋淀水体污染区域正在从北部向南部转移,主要影响因素从外源污染向淀中村和沉积物污染引起的内源污染转变.     

长江中游典型湖泊沉积物重金属分布特征、生态风险评估及溯源

集中采集洞庭湖、洪湖和赤湖表层沉积物样品并检测其中10种重金属含量,使用地理信息系统表征空间分布,利用地累积污染指数法（I_geo）、富集因子法（EF）和潜在生态风险指数法（RI）协同评估重金属积累的潜在风险,并利用相关性分析（Pearson）和主成分分析（PCA）溯源.结果表明,Cd元素的污染状况和潜在生态风险最为严重,东洞庭湖、洪湖和赤湖中ω（Cd）的平均值分别为2.85、1.59和3.57 mg·kg^-1,分别是对应省份土壤背景值的25.87、11.36和37.58倍,均超出风险筛选值（0.6 mg·kg^-1）,其中赤湖超出风险管制值（3.0 mg·kg^-1）.除Cd外,洪湖中的As值得关注,赤湖中的Cu、As、Zn和Pb都不容忽视.三湖的潜在生态风险排序为：赤湖（RI=1 127）>东洞庭湖（RI=831）>洪湖（RI=421）.重金属来源主要是工矿业冶采、农业生产和水产养殖等,部分重金属（Mn和Cu）为自然源.研究对长江中游典型湖泊沉积物重金属防控具有重要意义.     

洞庭湖区典型内湖表层沉积物中氮、磷和重金属空间分布与污染风险评价

为了解洞庭湖区内湖表层沉积物中氮、磷和重金属污染空间分布及其生态风险,分别对南湖、黄盖湖、冶湖、鹤龙湖、洋沙湖、湘阴东湖、华容东湖等7个内湖进行现场调查及表层沉积物采样,采用主成分分析法、相关分析法分析了氮、磷和重金属的来源,同时运用综合污染指数法（FF）、地积累指数法（I_geo）与潜在生态风险指数法（RI）评价内湖的污染现状及其生态风险.结果表明:①南湖w（TN）高于洞庭湖区土壤背景值,累积倍数为0.03倍;华容东湖、南湖、冶湖、湘阴东湖、洋沙湖、黄盖湖w（TP）均高于洞庭湖区土壤背景值,累积倍数分别为1.94、1.63、0.84、0.53、0.28、0.26倍;各内湖中w（Cd）、w（Hg）、w（Cu）、w（Pb）、w（Cr）、w（Zn）、w（Ni）均高于洞庭湖沉积物背景值,累积倍数平均值分别为1.09、2.29、1.24、1.62、0.66、0.44、1.78倍.②主成分分析与相关性分析表明,第1主成分TN、Cu、Cr、Ni的质量分数主要受农业生产及养殖业影响,第2主成分Cd、Hg、Pb、Zn的质量分数受工业活动影响最大,第3主成分TP、As、Sb的质量分数主要受生活污染影响.③综合污染指数表明,南湖表层沉积物氮、磷面临重度污染,华容东湖、黄盖湖面临中度污染,湘阴东湖、鹤龙湖、洋沙湖面临轻度污染.④地积累指数表明,南湖表层沉积物重金属面临严重污染,黄盖湖、鹤龙湖面临重污染,湘阴东湖、华容东湖、冶湖面临偏中度污染,洋沙湖面临轻度污染.⑤潜在生态风险指数表明,南湖、湘阴东湖表层沉积物重金属面临较高风险,其余5个内湖面临中等风险.研究显示,洞庭湖区内湖表层沉积物不同程度受氮、磷及重金属污染,南湖综合污染尤为严重,内源污染应引起重视.      

洞庭湖水质及富营养状态评价

根据2009年洞庭湖水质监测数据,参照GB3838-2002中Ⅲ类水质标准,采用单因子评价法、综合污染指数法和综合营养指数法对洞庭湖水质及富营养状况进行评价。单因子法结果表明,在总氮、总磷不参与评价的情况下,2009年洞庭湖湖体水质整体为优;湖水中总氮、总磷污染严重,监测断面总磷浓度均劣于Ⅲ类水质要求。综合营养指数评价结果表明,洞庭湖水质处于中营养和轻度富营养水平;综合污染指数评价进一步表明,洞庭湖湖体水质劣于入湖口水质,入湖口水质劣于出湖口水质的分布特征。     

东洞庭湖沉积物中重金属的分布特征、污染评价与来源辨析

基于2008年1月对东洞庭湖6个具代表性监测断面的采样分析,通过地累积指数模型、多变量分析理论和主成分分析法,研究了东洞庭湖沉积物中重金属的污染富集分布特征及其主要来源. 结果表明,沉积物中重金属元素Cd和Hg在各采样断面的污染富集程度均较高,尤其是在樟树港、洞庭湖出口2个采样断面的污染富集程度达到重度污染水平. 相关分析表明,w(Pb),w(Hg),w(Cd)和w(Zn)之间呈显著正相关,w(Cr)与w(As)之间也呈显著正相关,其他重金属之间无显著的相关性. 通过主成分分析研究了重金属的来源,发现2个主成分的贡献率分别为52.267%和33.380%. 结合洞庭湖水系自身特点及周边点源、非点源污染情况,将东洞庭湖沉积物中的重金属划分为2类:Pb,Hg,Cd和Zn作为第一主成分,主要受人类活动中的工矿业采冶支配;第二主成分为Cr与As,与人类活动中的生活污水排放和农业生产有密切关系.