环太湖城市群土地利用转型及其生态环境效应

探讨土地利用转型所引发的生态环境效应对于推动区域经济可持续发展,改善生态环境具有重要意义。以环太湖城市群为例,利用GIS空间分析方法,综合生态环境质量指数和生态系统服务功能测度结果,揭示土地利用转型所带来的生态环境效应并识别其显著区域。结果显示：(1)2000～2018年,农业生产用地转为生活用地是研究区土地利用转型的主要特征,共计转出3 054.3 km²。生态用地总体变化缓慢,但水域生态用地面积波动较大。苏南城市郊区土地系统有序程度快速提高,研究区东北部和南部土地利用无序程度增强;(2)区域生态环境质量从0.407持续下降至0.392。区域生境质量由0.328降至0.303;固碳服务高值区主要分布在湖州西南部,低值区主要集中在苏州东北部;水资源供给总量由157.33亿m³升至165.41亿m³;游憩服务高值区主要分布在湖州西南部和太湖周边,低值区主要分布在太湖中心以及嘉兴东南部;(3)区域生态综合指数均值下降0.026,苏州中部下降最为严重,形成大面积块状冷点,张家港市东部、溧阳市西部生态环境状况有所改善,形成多个局...     

太湖流域3种氯酚类化合物水质基准的探讨

按照美国地面水水质基准制定的程序和规范,筛选了太湖流域广泛存在的水生生物物种并收集了相应的基础毒性数据,探讨了五氯酚(PCP)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)和2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)在我国太湖地区的水生态基准的定值.同时采用蒙特卡罗构建物种敏感度分布(SSD)曲线和生态毒理模型方法预测了3种氯酚类化合物对太湖水生生物的急性基准浓度(CMC)和慢性基准浓度(CCC).结果表明,基于EPA规范方法和急慢性毒性比率得到的PCP、2,4-DCP和2,4,6-TCP3种氯酚类化合物的CMC值分别为25、908和594μg·L-1,CCC值分别为12、176和162μg·L-1;基于SSD曲线得到的CMC值分别为25、818和648μg·L-1,CCC值分别为6、75和198μg·L-1;基于生态毒理模型得到的CCC值分别为4、15和67μg·L-1,显示出3种方法得到的氯酚类化合物的CMC或CCC在同一个数量级上,但在数值上由生态毒理模型得出的CCC要小于其它两种方法,并且除PCP的急慢性基准值与美国EPA推出的水生态基准值相近外,其它两种氯酚类化合物的急慢性基准值均低于美国EPA推出的急慢性基准值.研究结果希望能为我国水质基准的制定提供一些有用的线索.     

基于GF-1 WFV影像和BP神经网络的太湖叶绿素a反演

叶绿素a浓度是可直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价湖泊水体的富营养化程度.太湖是典型的二类水体,光学性质复杂,应用一类水体线性反演模式拟合较为片面且难以找到最佳拟合模型.BP神经网络模型具有模拟复杂非线性问题的功能.为研究高分一号卫星16m多光谱相机WFV4结合BP神经网络进行太湖叶绿素a浓度监测的可行性,实验利用GF-1 WFV4影像和实时的地面采样数据,建立了BP神经网络模型,同时采用波段比值经验模型进行对比.经精度检验,BP神经网络模型预测值与实测值之间的可决系数R2高达0.9680,而波段比值模型的R2为0.9541,且均方根误差RMSE由波段比值模型的18.7915降低为BP神经网络模型的7.6068,平均相对误差e也由波段比值模型的19.16%降低为BP神经网络模型的6.75%.结果证明,GF-1 WFV4影像应用BP神经网络模型反演太湖叶绿素a浓度较波段比值模型精度有所提高.将经过水体掩膜的GF-1 WFV4影像用于训练好的BP神经网络反演太湖叶绿素a浓度分布,结果显示,叶绿素a高浓度区集中分布在湖心区北部、竺山湾、梅梁湾区域,与之前的研究一致.本文研究结果验证了采用BP神经网络模型对GF-1 WFV4影像进行太湖叶绿素a浓度反演的可行性.     

太湖流域河流入河污染负荷通量与入湖水质响应关系分析——以殷村港为例

以2020年1—12月太湖主要入湖河流殷村港水质自动监测站的监测数据及2020年太湖水位资料为依据,构建了一维水量水质耦合数学模型,建立了入河污染负荷通量与入湖控制断面水质响应关系,以入太湖控制断面殷村港站达Ⅲ类水质水为目标,模拟计算了殷村港站主要污染物入湖水质变化过程。结果表明,殷村港站高锰酸盐指数、氨氮、总磷等水质指标浓度最大值均明显的降低,其中氨氮浓度降低幅度相对较大,主要集中于3—6月;高锰酸盐指数和总磷日均入河污染负荷通量变化相对较小,氨氮日均入河污染负荷通量降低幅度相对较大;殷村港站高锰酸盐指数、氨氮、总磷等水质指标年入河污染负荷削减量分别为24.17,41.43,3.87 t。提出,基于核算出的削减量需进一步结合污染负荷通量过程和污染源溯源分析,确定不同水质指标下入河污染负荷控制方向,为科学合理规划殷村港主要污染物的入河污染负荷总量控制提供科学依据。     

太湖不同生态型湖区悬浮颗粒磷空间分布和降解速率

对太湖不同生态型湖区水体悬浮颗粒物含量,有机磷组成及降解特征进行分析,研究了富营养化湖泊颗粒磷性质及其对水体磷循环的影响.太湖颗粒P平均占水体TP浓度的75.86％;不同生态类型湖区间颗粒物性质差异明显,河口区和湖心区的颗粒物含量高于藻型湖区和草型湖区,但颗粒物有机质比例分布却相反.利用³¹P液相核磁共振法（³¹P-NMR）发现太湖悬浮颗粒P的成分包括膦酸酯,正磷酸盐,磷酸单酯,磷酸二酯,焦磷酸盐和多聚磷酸盐6类,含量分别为1.06%,50.99%,33.02%,2.48%,10.68%和3.80%.不同生态型湖区之间颗粒P组成差异明显,河口区正磷酸盐含量最高,达到82.57%,藻型湖区和湖心区颗粒有机磷比例最高,分别达到达到 64.02%和63.95%;颗粒物焦磷酸盐和多聚磷酸盐可能以藻源性颗粒物来源为分别与Chla浓度呈显著相关（P<0.05; P<0.01）.颗粒态生物可利用性磷（PEHP）与正磷酸盐显著相关（P<0.05）,说明颗粒物正磷酸盐是颗粒物生物可利用性磷的重要来源.太湖PEHP降解速率平均为47.3min,PEHP占水体生物可利用磷（EHP）的65.16%,说明颗粒P是水体溶解性反应磷（SRP）补充的重要来源.     

太湖流域典型河网水体氮磷负荷及迁移特征

对西太湖流域典型河道水体及沉积物氮磷含量进行分析,利用原柱样培养实验测定了沉积物-水界面氮磷交换通量及需氧量(SOD),并探讨他们之间的关系,结果表明:研究区域河道水体和沉积物氮磷总体含量水平较高,水体TN和TP平均含量分别为4.12mg/L和0.16mg/L,沉积物TN和TP平均含量分别为1658.76mg/kg和712.25mg/kg, NO₃^--N为水体无机氮的主要存在形态,NH₄⁺-N为沉积物无机氮的主要存在形态.沉积物需氧量(SOD)区域间差异较大,大体呈现西、南部区域较高,北部区域较低的特征;沉积物-水界面各无机氮磷交换通量分别为:NH₄⁺-N为-188.08~329.45mg/(m²·h),均值为13.05mg/(m²·h);NO₃^--N为-118.68~42.86mg/(m²·h),均值-28.09mg/(m²·h);NO₂^--N为-18.37~-4.81mg/(m²·h);均值-8.22mg/(m²·h);溶解性活性磷(SRP)为-10.94~10.58mg/(m²·h),均值1.34mg/(m²·h). NH₄⁺-N整体表现为由沉积物向上覆水释放,且与沉积物有机质(LOI)呈极显著正相关,SRP交换通量与沉积物中TP和TDP均显著正相关,表明NH₄⁺-N的释放与沉积物有机质的分解有关,SRP释放主要受沉积物TP和TDP影响.总体看,西部区域点位沉积物及水体氮磷污染最为严重,氮磷交换通量也较大,在区域内又表现为下游入湖口 > 上游的特征,表明人类活动对太湖流域典型河网氮磷水平及迁移转化特征影响较大.     

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.     

夏季太湖浊度分布特征及其在水－沉积物界面识别中的应用

基于2014年8月对太湖61个采样点的浊度和各物理化学指标的测定,分析夏季太湖浊度空间、垂直分布特征及其影响因素,利用实测的湖泊底层浊度垂直分层对水－沉积物界面进行定量识别.结果表明,夏季太湖浊度表、中、底层浊度平均值分别为(28.3±21.4), (23.0±13.3), (31.7±15.0) NTU,总体分布趋势为太湖北部贡湖湾、梅梁湾最大,其次为西部及湖心区,较低值出现在胥口湾及东太湖;线性回归分析表明,表、中、底层浊度分别与叶绿素a、无机悬浮物、总悬浮物浓度的拟合关系最好;基于浊度垂直分层定量识别的太湖水－沉积物界面厚度均值为(156.4±53.5) mm,其中贡湖湾及太湖西部厚度最大,其次为湖心区及梅梁湾,东太湖、胥口湾、竺山湾界面厚度最小,界面厚度与中层浊度存在显著的正相关(R2=0.552),风浪引起的频繁的沉积物再悬浮将增加水－沉积物界面厚度.太湖浊度的垂直分层可用于水－沉积物界面的定量识别,为水－沉积物界面营养盐交换和物质循环研究提供科学依据.     

底泥扰动下藻类对不同形态磷在水体中分布的影响

研究了反复扰动与藻类共存条件下,水体中溶解性磷、颗粒态磷、生物有效磷的分布规律,并分析了颗粒物质物理化学吸附与藻类生物利用对水体中磷消失的贡献率.结果表明,扰动抑制了水体中藻类生长,叶绿素a增加量仅为3.53μg/L(初始30μg/L)和4.80μg/L(初始120μg/L),而无扰动下该值分别为21.36μg/L (初始30μg/L)和14.49μg/L (初始120μg/L).并且,溶解氧水平和pH值均低于无扰动状态.扰动导致水体中总磷和颗粒态磷显著增加,但溶解性总磷(DTP)和溶解性磷酸盐(DIP)均有所降低.对于DTP而言,扰动状态下,颗粒物质吸附占90%,而无扰动下,则降低至60%,相应地,藻类生物利用则增加至40%.无论扰动与否,BAP基本处于稳定状态,而BAPP占BAP的百分比则有所增加.扰动状态下BAPP占PP的百分比明显低于无扰动状态.这暗示了扰动对水体中磷迁移和转化的作用大于藻.