浅水湖泊模型PCLake及其应用进展

浅水湖泊是与人类关系最为密切的淡水生态系统之一。随着浅水湖泊富营养化的发生,人们对浅水湖泊也日益关注,并尝试采用不同生态模型对湖泊水质进行预测。PCLake模型是浅水湖泊专用模型,可以准确预测浅水湖泊污染物的变化。该研究介绍了PCLake模型原理概况,梳理了应用实例。从浅水湖泊的稳态转换研究、气候变化、湖泊管理等领域阐述了PCLake模型的应用研究现状,同时对PCLake模型与CAEDYM模型、LakeWeb模型、MIKE21模型、CE-QUAL-W2模型、WASP模型等常见的湖泊水生态模型进行了对比分析,探讨PCLake模型的适用性与局限性,展望其未来发展方向,旨在为浅水湖泊PCLake模型研究领域提供系统参考。     

不同生物量苦草在生命周期的不同阶段对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了不同生物量苦草在1年内生命周期中不同阶段对水体水质的影响.研究结果表明,不同生物量的苦草在对水体水质的影响有较大的差异,此差异受苦草生长状况的影响显著.通过单因素方差分析得出从整个生命周期看,苦草生物量为992.00g时,对水体pH值影响最大,不利于苦草吸收NH4+-N和ρ(TOC)的降低;为496.00g时,水体ρ(DO)的周年平均值处于较高水平,约8.65mg/L;为228.00g时,有利于ρ(TP)的降低,不利于其吸收NO3--N和ρ(TN)的降低.其中,生长期,苦草对水体营养盐的去除率随生物量的增加不断增大,当生物量达到2380.00g时,去除率放缓;衰亡期,苦草生物量为168.00g时,水体TN去除率取得极大值,为784.00g时,水体TP去除率取得极小值.最终确定214.00g的苦草残余生物量为最佳滞留量,此时苦草密度为118.00g/m2.     

沉水植物腐解对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了苦草在衰亡腐解过程中营养盐的释放规律以及对水体水质的影响,并初步探讨了其影响机理. 在初始生物量为689g/m2的条件下,苦草衰亡与腐烂分解对水体水质的影响呈2个阶段. 第1阶段为10月—翌年2月寒冷的秋、冬季节,表现为降解释放过程,但这一过程向水体及底泥中释放的碳、氮、磷较少,大部分碳、氮、磷仍保留在苦草残体中,水体pH及ρ(DO)也没有明显的变化. 第2阶段为3—4月天气回暖后,苦草残体的腐解速率急剧加快,向水体及底泥释放大量营养盐;3月水体TOC、TN、TP总量较2月分别增长了216.64%、60.96%、144.40%,底泥中TOC、TN、TP总量分别增长了31.20%、9.41%、19.99%;pH增长了6.27%,ρ(DO)降低了91.5%. 沉水植物腐解过程中各营养盐的赋存形态不断发生转化,并在水-底泥-植物三者间进行迁移.      

太湖湖滨带藻密度与水质、风作用的分布特征及相关关系

为研究太湖湖滨带水体藻密度、水质及风作用的时空分布特征,于2010年春、夏季调查了太湖湖滨带的水质、藻密度,同时结合风级、风向等数据,运用偏相关法分析了藻密度分布与水质、风作用的相关关系. 结果表明:春季湖滨带水体藻密度低于夏季,平均值分别为1.88×106、1.75×108 L-1,竺山湾、梅梁湾、西部沿岸藻密度较高. 太湖湖滨带水体ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(NO₃--N)、ρ(NH₃-N)、ρ(COD_Mn)春季平均值分别为0.10、4.48、0.99、2.36、6.46mg/L ,夏季分别为0.16、2.09、0.60、0.43、6.73mg/L,其中高值主要分布在竺山湾、西部沿岸、梅梁湾湖滨带;在时间上,ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(DO)春季较高;ρ(TP)、pH夏季较高. 太湖湖滨带春、夏季风作用均以向岸的正作用力为主,夏季和春季风力作用平均值分别为0.26和0.73.风作用值较高的区域出现在梅梁湾、贡湖、西部沿岸. 偏相关分析结果表明:春、夏季藻密度分布均与风作用值呈显著正相关;春季只有透明度与藻密度的分布显著相关,夏季藻密度分布与ρ(COD_Mn)、ρ(SS)呈显著性正相关,而与pH呈显著负相关. 在富营养化严重的太湖,N、P等营养盐已经不再是藻类暴发的限制因子,而风作用及与之密切相关的湖流,北部竺山湾、梅梁湾似口袋状的地理形态,是影响藻密度分布的重要因素;另外,入湖河流污染对北部、西北部湖滨带自生藻类的滋生,水生植物、浮游动物对藻类分布也会有不同程度的影响.      

基底条件和栽培方式对芦苇和香蒲生长发育的影响

在太湖西五里湖湖滨带生态恢复示范工程区,通过人工栽培的方法研究了3种基底条件和2种栽培方式对芦苇和香蒲生长发育的影响. 结果表明,在不考虑波浪影响的条件下,芦苇在原状土基底上成活率较高,在生土和生土上覆湖泊底泥基底上,芦苇成活率较差. 芦苇群落侧重于靠增加其分蘖数来提高对植物地上部生物量的贡献,而香蒲则利用增加地上部分的高度来提高对植物地上部生物量的贡献. 以西五里湖湖泊底泥作为回填土处理比采用原土回填的方式更有利于芦苇的生长发育. 由于试验选用的香蒲根部比重较大,营养吸收能力强.试验期间,基底条件和回填土处理对单株种植的香蒲成活和生长发育影响不大. 单株种植的芦苇成活率、日生长量以及地上部株高增量均不如单株种植的香蒲.虽然芦苇分蘖数较多,但从总体上看,芦苇不适合单株种植.      

太湖竺山湾缓冲带内湿地表层沉积物氮、磷和有机质的分布特征及评价

采集太湖竺山湾缓冲带内湿地表层沉积物,分析总氮(TN)、总磷(TP)和有机质(OM)的空间分布特征,并进行污染评价。结果表明:竺山湾缓冲带内湿地表层沉积物中TN质量浓度为0.41~3.07mg/g,平均值为1.42mg/g;TP质量浓度为0.195~0.771mg/g,平均值为0.438mg/g;OM质量分数为1.16%~6.07%,平均值为2.98%,空间分布差异明显。竺山湾缓冲带内湿地表层沉积物中OM主要来源于水生生物的分解,与TN具有很高的同源性,而与TP同源性很低。与国内其他湿地相比,竺山湾缓冲带内湿地表层沉积物中TN和TP处于中等水平,OM处于较高水平。但对TN和TP的综合污染指数评价发现,超过一半的点位处在中度和重度污染水平。     

太湖湖泊缓冲带不同类型草林复合系统中氮、磷的溶出与沉降特征

以太湖竺山湾缓冲带中湿地岸带、支浜岸带、人工防护林3种主要类型的草林复合系统为研究对象,分别对其自身氮、磷溶出及沉降特征进行了研究,从而揭示缓冲带本身对地表径流和地下渗流的影响。结果表明,3种样地中总氮的溶出率在0.3%~2.5%,平均溶出率表现为人工防护林支浜岸带湿地岸带;总磷的溶出率在0.8%~4.0%,平均溶出率表现为支浜岸带湿地岸带人工防护林。氮、磷在向下沉降的过程中表现出不同的规律。各样地不同深度土壤渗透液中总氮浓度的变化趋势不一,基本表现为随深度增加而增加,总氮浓度为湿地岸带人工防护林支浜岸带;总磷浓度的变化趋势也不尽相同,与总氮相比,总磷的沉降效果不显著。综合来看,3种草林复合系统对污染物的沉降效果为湿地岸带人工防护林支浜岸带。     

镜泊湖沉积物各形态磷分布特征及释放贡献

将镜泊湖分为北部湖区、中部湖区、东部湖区、西部湖区、南部湖区共设置23个表层沉积物采样点和10个沉积柱芯采样点,采用The Standards,Measurements and Testing Programme （SMT）法测定沉积物中总磷（TP）、无机磷（IP）、有机磷（OP）、铁/铝结合态磷（NaOH-P）、钙结合态磷（HCl-P）.分析镜泊湖沉积物各形态磷的来源、空间分布特征和对磷释放的贡献.结果表明,镜泊湖湖区沉积物各形态磷有3个主要成分,其中成分1主要代表生活污水和工业废水,主成分2主要代表农业污染,主成分3主要代表碎屑岩、自生磷灰石和含磷矿物质等;镜泊湖沉积物各形态磷的空间分布具有一定的空间差异性,分布特征受镜泊湖水文特征和人类活动影响较大.湖区沉积物各形态磷含量整体而言随深度的增加不同程度的下降;对沉积物不同形态磷的磷释放贡献进行分析,分析表明,镜泊湖各湖区沉积物短时间尺度内以滞留为主,但在长时间尺度下具有一定的释放风险.     

黑藻腐解对水-底泥-黑藻系统中磷迁移转化的影响

在步入式模拟实验室内,通过控制温度、光照等措施模拟水-底泥-黑藻系统,设置对照组和30g黑藻组、60g黑藻组自然腐解,检测黑藻衰亡腐解期间黑藻生物量及水、底泥和黑藻中总磷及各形态磷含量的变化,从而探讨磷在该系统内的迁移转化。结果表明:黑藻腐解具有明显的阶段性,实验初期分解速率明显高于实验中后期。黑藻组DO总体变化趋势一致,均先下降再升高,pH值在实验期间整体变化不大,变化区间均为7.4~8.4。对照组与30 g黑藻组中ORP总体呈先上升再下降趋势,60 g黑藻组ORP呈先下降后上升趋势。在整个研究阶段,磷含量上升幅度排序为60 g黑藻组>30 g黑藻组>对照组。黑藻的腐解改变了系统中磷元素的循环,在腐解前期抑制底泥中磷的释放,腐解后期促进磷的释放,并对各形态磷的迁移转化有明显影响。     

总氮浓度对3种沉水植物生长的影响

在1/40 Hoagland营养液的基础上,采用NH4NO3为氮源,设定了2、4、8、16 mg·L-1 4个不同总氮浓度的培养液,以洗净的长江河沙为栽培基质,分别对3种我国湖泊中常见的沉水植物马来眼子菜(Potamogetonmalaianus)、苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)进行了为期45d的水培试验,研究了水体中不同总氮浓度对3种沉水植物分枝数、根长、株高、鲜重等生长指标的影响,以期为富营养化水体中沉水植被的恢复与先锋物种的选择提供科学依据.结果表明,试验结束时不同处理的马来眼子菜的各项生长指标均显著增加,苦草没有产生新的分枝,黑藻的根长没有显著的增加;不同处理的3种沉水植物的鲜重在试验结束时均有显著增加,其增加的顺序表现为马来眼子菜＞苦草＞黑藻的趋势;植物株高和鲜重的净积累随处理浓度的升高而显著增加,根系的净伸长则随处理浓度的升高而显著降低.由于马来眼子菜所有的生长指标均表现出比苦草和黑藻有显著的生长优势,因此,在符合本试验条件的水体沉水植被的恢复过程中可以作为先锋植物.