环太湖河流水质时空分布特征

针对太湖流域所划分的5个污染控制区,对各区共29条主要环太湖河流水质指标进行了测定,分析其时空变化特征,旨在为合理预防和治理太湖水体富营养化提供依据. 结果表明,北部重污染控制区内河流污染最为严重,并呈现出北部重污染控制区＞湖西重污染控制区＞浙西污染控制区＞东部污染控制区的趋势. 对比10年来历史数据表明,环太湖河流水质呈好转趋势,但现状仍不容乐观. 入湖河流污染问题依然严峻,而削减氮入河量是太湖入湖河流治理的重中之重.      

东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征

以选自东部平原3种不同类型8个浅水湖泊的18个表层沉积物样品为研究对象,运用分级提取法,研究了沉积物中有机磷（OP）质量分数、形态及其分布状况,并探讨了OP组分与湖泊富营养化的关系. 结果表明:东部平原湖泊沉积物中w（OP）为65.2～539.2 mg/kg,占w（TP）的19.9%～40.6%,污染程度高的沉积物w（OP）高于污染程度较轻的沉积物. 沉积物中各形态有机磷主要以中活性有机磷（MLOP）与非活性有机磷（NLOP）为主,不同类型湖泊沉积物中各形态w（OP）顺序均为城市湖泊>大型养殖型湖泊>大型自然湖泊. 城市湖泊与养殖型湖泊以NLOP为主,其相对含量达到50%以上;而大型自然湖泊以生物有效性有机磷（LOP+MLOP）为主,其相对含量为54.6%～61.6%,表明沉积物中有机磷分布状况与湖泊污染程度和人类活动紧密相关. 酸提取有机磷质量分数〔w（HCl-P_o）〕为10.5～200.9 mg/kg,在不同污染程度湖泊沉积物中差异明显,其和总有机磷（P_o）的比值〔w（HCl-P_o）/w（P_o）〕与湖泊水质指标呈显著正相关（P<0.01）,与沉积物w（TP）,w（OP）,w（LOP）及w（MLOP）也均呈显著正相关（P<0.01）,即沉积物中的HCl-P_o可能是湖泊水体磷的重要来源,沉积物中w（HCl-P_o）/w（P_o）可以反映湖泊的富营养化程度.      

滇池沉积物中氮的地球化学特征及其对水环境的影响

采用连续分级提取法研究了滇池外海8个典型区域表层沉积物中总氮与生物有效性氮的含量分布特征,并探讨了不同形态氮释放的影响因素及其对水环境潜在的风险.结果表明,沉积物中总氮含量变化为1888.8~3155.8mg/kg,各形态氮的相对比例为残渣态氮(Residual-N,46.2%~66.3%)>强氧化剂可提取态氮(SOEF-N,22.9%~42.9%)>离子可交换态氮(IEF-N,4.5%~7.5%)>弱酸可提取态氮(WAEF-N,2.2%~4.0%)>强碱可提取态氮(SAEF-N,2.7%~3.8%).生物有效性氮包括IEF-N、WAEF-N、SAEF-N和SOEF-N,海埂沉积物中生物有效性氮的含量最高,与该区域的富营养化程度相一致.其中, IEF-N的分布与上覆水体中氮的含量关系密切,SOEF-N是水体中氮的重要来源.另外, NH4+-N是IEF-N、WAEF-N及SAEF-N中的主要组成部分.蓝藻水华严重的海埂沉积物IEF-N中的NH4+-N含量相对较低,可能表明了富营养化湖泊中浮游生物的大量繁殖与沉积物氮循环之间的耦合关系.     

洱海上覆水不同形态氮时空分布特征

为研究洱海上覆水各形态氮时空变化特征及其环境效应,收集了1992~2009年洱海上覆水总氮数据,逐月调查了2010年上覆水各形态氮含量.结果表明,1992~2010年洱海上覆水TN含量在0.20~0.67mg/L之间,总体呈上升趋势.2010年上覆水TN年均值为0.57mg/L,DTN为0.41mg/L,NH4+-N为0.17 mg/L,NO3--N为0.086 mg/L,DON为0.15mg/L,颗粒态氮(PN)为0.16mg/L,满足Ⅲ类水体要求;TN、DTN和DON北部最高,NH4+-N和NO3--N中部最高、PN南部最高;上覆水各形态氮年内呈先升后降趋势,TN、DON和PN在7月份达到最高值,DTN和NO3--N在9月份达到最高值,NH4+-N在6月份达到最高值;上覆水TN、DTN、DON和PN垂向分布底层最高,表层次之,温跃层12m处出现峰值.上覆水氮形态时空分布主要受外源氮输入影响,内源氮释放以DON和PN形态为主,NH4+-N和NO3--N分布受水生植物分布影响较大,TN是影响藻类季节性变化的主要因子.洱海营养水平受上覆水氮浓度影响较大,应以控制外源氮输入为重点,特别是雨季之初6、7月份,北部“三江”流域是重点控制区域.     

洱海上覆水溶解性有机氮特征及其与湖泊水质关系

研究了洱海上覆水溶解性有机氮(DON)含量及空间分布,利用三维荧光和紫外光谱技术分析了其结构组分特征,探讨了DON与湖泊水质间关系.结果表明:2014年洱海上覆水DON含量在0.08~0.33mg/L之间,全年平均为0.18mg/L,时间分布为春季 > 夏季 > 秋季 > 冬季,空间分布呈南部 > 北部 > 中部的趋势,垂向分布呈中层 > 表层 > 底层的趋势.洱海上覆水DON腐殖化程度较高,取代基中羰基、羧基、羟基、酯等含量较少,主要以脂肪链为主;自生源指数(BIX)在0.84~1.19之间(平均值0.94),荧光指数FI值在1.58~1.66之间(平均值为1.63),表明洱海上覆水DON受陆源输入和内源生物代谢共同影响;另外,洱海上覆水DON主要组分为腐殖质类物质(平均61.82%),且在0~2m各荧光组分转化量最大,其类蛋白成分P_(I+II,n)始终小于20%.洱海上覆水DON和溶解性总氮(DTN)呈极显著正相关(R=0.949, P < 0.01),类蛋白物质与类腐殖质比值(P_(I+II,n)/P_(III+V,n))与TN、DTN和SRP呈显著正相关(R=0.467~0.552, P < 0.05),表明上覆水DON含量在一定程度上可以指示洱海水质状况,特别是其类蛋白物质含量能较好的指示其水质状况,即类蛋白物质含量越高,上覆水体氮磷含量越高.     

pH对洱海沉积物-上覆水溶解性有机质荧光特征影响

不同pH条件下(pH=2、4、6、8、10、12)培养洱海沉积物,利用三维荧光光谱(3DEEM)技术研究了其溶解性有机质(DOM)在培养前后荧光光谱特征变化.结果表明:①培养前,洱海沉积物DOM类富里酸荧光峰在pH(2—8)发生"红移",pH(8—12)时发生"蓝移",紫外区类富里酸(A峰)荧光强度可见区类富里酸(C峰)荧光强度,类富里酸荧光物质受pH影响不大,这与其结构复杂且不易降解有关.②培养前,洱海沉积物DOM类酪氨酸物质受pH影响较大,可见光区类酪氨酸(B1峰)荧光强度紫外区类酪氨酸(B2峰)荧光强度,这与其结构不稳定、易降解及其酚羟基解离pH范围有关.③培养后,洱海沉积物DOM可见区与紫外区类富里酸荧光强度比培养前分别降低了34.1%、32.2%,可见区与紫外区类酪氨酸荧光强度较培养前升高了57.06%、86.65%,即洱海沉积物DOM在培养后部分类富里酸物质逐渐降解为易被微生物利用的类酪氨酸物质,且在偏碱性(pH=8)环境条件下转化最为明显,沉积物DOM组成结构的转化对湖泊水污染与富营养化具有重要指示意义.     

夏季滇池不同来源溶解性有机磷特征及其生物有效性

夏季选取了滇池不同来源(滇池湖体、入湖河流和大气降雨)水样,研究了其溶解性有机磷(DOP)含量及分布特征,并利用酶水解技术表征了其DOP生物有效性.结果表明,滇池湖体、入湖河流和大气降雨DOP浓度分别在0.001~0.117,0.002~1.722,0.006~0.112mg/L(平均0.027,0.197,0.037mg/L),分别占溶解性总磷(DTP)的18.3%~92.5%,4.2%~100%,25.4%~100%(平均55.3%,60%,58.9%),不同来源DTP均以DOP为主,入湖河流DOP浓度明显高于滇池湖体和大气降雨.不同来源DOP酶可水解磷(EHP)浓度分别为n.d.~0.058,n.d.~0.673,n.d.~0.031mg/L(平均0.017,0.064,0.010mg/L),分别占DOP的0%~127.5%,0%~105.6%,0%~55.6%(平均77.9%,38.7%,23.2%).不同来源DOP酶水解率(EHP/DOP)较高,滇池湖体DOP酶水解率明显高于入湖河流和大气降雨.不同来源DOP时空分布特征明显,且其生物有效性存在较大差异.其中,滇池湖体EHP以活性单酯磷和类植酸磷为主,入湖河流和大气降雨EHP以活性单酯磷为主,尤其是大气降雨二酯磷和类植酸磷含量较少,滇池湖体、入湖河流和大气降雨DOP生物有效性依次降低.不同来源DOP是与溶解性反应磷(SRP)同等规模的生物可利用磷源,二者共同维持了滇池富营养化.滇池治理要从全流域出发,考虑不同来源各形态磷对水质的影响.     

污染浓度对多级人工湿地-塘系统处理微污染河水中COD的影响

针对微污染水水质不稳定,COD_Mn波动较大的问题,本研究构建了3套中试规模的以"前置生态氧化塘、两级水平潜流湿地和表流湿地为核心、后置沉水植物塘"为工艺的多级人工湿地-塘组合系统（处理水量230 L·d^-1,分别命名为S1、S2和S3）.在3种进水浓度条件下（原水、稀释2倍和稀释1.3倍后的水体,分别作为S1、S2和S3系统的进水）,考察了3套湿地-塘系统各单元对实际微污染河水中COD_Mn的处理效果,并采用高通量测序等方法解析了S1系统湿地单元微生物群落分布特征.研究结果表明,3套系统的平均出水COD较进水有着非显著的升高,从升高的程度来看,S2>S3>S1.污染浓度相对最高、运行时间最长的S1系统对COD有着更好的净化效果.相较于S2系统,S3系统更高的进水浓度有利于COD去除.S1和S2系统的二级水平潜流湿地较其他单元有着较好的COD去除作用,平均去除率分别为18.60%和26.52%.S3系统的表流湿地较其他单元有着较好的COD去除作用,平均去除率为8.92%.微生物群落分析结果表明,S1系统的一级、二级水平潜流湿地中细菌丰度和多样性沿程提高,两个单元所富集的相同优势菌群包括α-变形菌纲、γ-变形菌纲和拟杆菌纲,与COD降解有关的菌属分别包括unclassified_f__Burkholderiaceae、unclassified_c__Alphaproteobacteria、norank_f__Blastocatellaceae和norank_f__Saprospiraceae、红细菌属.表流湿地中细菌丰富度进一步升高,但生物多样性有所减少,其中蓝菌属和norank_c__Actinobacteria可能与表流湿地出水COD升高有关.本研究为大型河口湿地-塘复合生态系统处理微污染地表水时工作重心由浓度削减向污染物释放控制的转移提供了宝贵的工程经验.     

淮河流域南四湖可挥发性有机物污染特征及风险评价

通过调查南四湖可挥发性有机物的污染特征并对生态风险和健康风险进行评价,2017年11月在南四湖25个取样点采得水样,利用吹扫捕集和GC-MS对52种VOCs进行检测.乙苯、间/对-二甲苯、邻-二甲苯、1,2-二氯苯和萘检出率达到100%;顺式1,3-二氯丙烯和甲苯的检出率为96%;1,2,4-三甲基苯的检出率最低,仅为12%;1,2-二氯苯平均浓度最高,达到3.49 μg·L^-1,1,2,4-三甲基苯平均浓度最低仅为0.02 μg·L^-1.南四湖水体中1,2-二氯苯浓度总体上高于其他VOCs,间/对-二甲苯和乙苯在NSH-24号点位浓度远超过该点位其他的VOCs,但所有VOCs中值均未超过4 μg·L^-1.南四湖水体VOCs浓度的空间分布呈现西北和东南两端高,中部低的特点.造成南四湖VOCs污染的主要原因可能是航运船只航行过程中排放的尾气,次要原因为上下游支流中VOCs的汇集和人为因素影响.对南四湖的健康风险评价发现,总体上看南四湖并无致癌或非致癌的健康风险,但个别点位的风险值偏高,甚至超过US EPA规定的风险阈值.南四湖有12个点位的生态风险商值超过了1,即存在对水生生物的生态风险.     

1961—2018年呼伦湖水面面积变化特征及其对气候变化的响应

为揭示近60年来呼伦湖水面面积的变化规律,确定影响呼伦湖水面面积变化的主要因素,采用曼-肯德尔检验（Mann-Kendall tests）、一元线性回归和小波分析法解析1961—2018年呼伦湖水面面积及其所在区域气温、降水量、蒸发量和相对湿度的变化趋势、突变特征和周期性变化规律,采用皮尔逊相关性分析（Pearson correlation analysis）和灰色关联分析研究水面面积与气象要素的相关性.结果表明:1961—2018年呼伦湖水面面积在1 739~2 360 km2之间,总体以72.84 km2/（10 a）的速率显著减小,2009年人工调水实施以后水面面积逐渐恢复并稳定在2 030 km2左右.近60年来呼伦湖区域气候暖干化明显,表现为气温显著升高、蒸发量显著增大、相对湿度显著降低、降水量非显著减少.1961—2018年,呼伦湖水面面积对气候突变及其周期波动存在相应的响应,水面面积与区域蒸发量呈显著负相关,Pearson相关系数为-0.546,与区域蒸发量和降水量的灰色关联度为0.938~0.960,人工调水实施前（1961—2008年）水面面积与气象要素的相关性强于1961—2018年.研究显示,气候变化引起的蒸发量增大是呼伦湖水面面积减小的重要原因,人工调水严重干扰了2009—2018年呼伦湖水面面积对气候变化的响应.