3S技术在太湖富营养化和蓝藻水华分布规律中的应用研究

应用3S技术,采用营养状态指数法、蓝藻水华分级评价方法以及蓝藻水华发生频率分析方法,对2010—2013年太湖富营养化状况和太湖蓝藻水华时空分布规律进行分析和研究,以期为太湖富营养化控制和蓝藻水华预警、监控工作提供技术支持,同时为太湖水环境治理提供科学依据。实践证明,3S技术能快速、全面、直观地反映太湖富营养化状况和蓝藻水华时空分布规律。结果表明:(1)2010—2013年太湖处于轻度富营养状态,太湖富营养化呈现西北高、东南低的分布规律;(2)2010—2013年,全太湖小型蓝藻水华发生次数最多,蓝藻水华级别越高,发生次数越少;(3)年际变化上,蓝藻水华发生次数总体趋于平稳,蓝藻水华发生呈现"小型多发、中大型少发、重大型偶发"趋势,蓝藻水华发生规模呈显著缩小趋势;(4)月际变化上,8月和9月是太湖蓝藻水华的高发月份,9月蓝藻水华发生规模最大;(5)空间变化上,太湖西部沿岸是太湖蓝藻水华首次爆发最频繁的水域,太湖西部沿岸区尤其宜兴沿岸是蓝藻水华爆发频率最高的水域。     

应用MODIS监测太湖蓝藻水华时空分布特征

利用波段比值算法对经几何校正和大气矫正后的MODIS/Terra L 1B数据进行处理，获取了2004～2010年天气晴好条件下太湖及各分湖区蓝藻水华的面积与时空分布，并在此基础上对太湖蓝藻水华的时空变化特征进行了分析。结果表明：2004～2010年太湖地区共暴发蓝藻水华539次；2004～2007年太湖蓝藻水华首次暴发时间逐年提前，暴发频次逐年增加，2007～2010年太湖蓝藻水华首次暴发时间逐年推迟，暴发频次逐年减少；2004～2010年3～8月份蓝藻水华暴发次数有增加的趋势，8～12月份蓝藻水华暴发次数有减小的趋势；2004～2010年太湖蓝藻水华主要发生在北部和西部湖区，东部和南部湖区发生次数较少，各分湖区蓝藻水华暴发概率大小的顺序为：西部沿岸>大太湖>梅梁湾>南部沿岸>竺山湖>贡湖     

Physiological effects of tetracycline antibiotic pollutants on non-target aquatic Microcystis aeruginosa

This study aimed to evaluate the aquatic toxicity of three typical tetracycline antibiotics, including tetracycline, oxytetracycline, and chlortetracycline, on the cyanobacterium Microcystis aeruginosa. The cell density, chlorophyll a content, protein content, and enzymatic antioxidant activities were determined. The results showed that the cell growth was significantly inhibited by the three compounds at a low concentration. The chlorophyll a and protein content decreased significantly after exposure to 0.05 mg L^?1 of each compound for 9 d. When exposed to 0.2–1 mg L^?1 of tetracycline, the superoxide dismutase (SOD) activity increased, but peroxidase (POD) and catalase (CAT) activities decreased. In contrast, when exposed to oxytetracycline and chlortetracycline at different concentrations ranging from 0.2 to 1 mg L^?1 and from 0.01 to 0.05 mg L^?1, the SOD activity decreased, but the POD and CAT activities increased. These findings indicate that tetracycline antibiotics influence cell growth and protein synthesis, and they also induce oxidative stress in M. aeruginosa at environmentally similar concentrations. Thus, this study may provide further insights into the toxic effects of tetracycline antibiotics and the controlled use of antibiotics.     

太湖蓝藻预警监测遥感自动解译系统研究

针对太湖蓝藻遥感监测自动化、智能化等业务需求,研究了太湖蓝藻遥感自动解译系统的总体架构、功能模块等。系统包括遥感数据接收子系统、蓝藻遥感解译子系统和海量遥感数据管理子系统,可实现从数据接收到报告编制全流程自动化处理。     

Organic matter produced by algae and cyanobacteria: Quantitative and qualitative characterization

This work aims at characterizing organic matter produced by an alga Euglena gracilis and a cyanobacteria Microcystis aeruginosa and assessing the evolution of its characteristics during growth. A culture medium was optimized. The species growth phases were monitored using both visible spectrophotometry and flow cytometry cell counting. Organic matter fractionation according to hydrophobicity and specific UV absorbance (SUVA) index were used to specifically characterize the produced algal organic matter (AOM). The AOM characteristics were both growth phase and species dependent. However, a similar evolution was observed. The hydrophilic fraction (HPI) was the major fraction whatever the growth phases and was almost the only one produced during lag and exponential phases. It represented around 75% of AOM during exponential phase and then decreased when the stationary phase appeared. It represented 46% and 60% of the AOM during late decline phase for the cyanobacteria and the alga respectively. The hydrophobic (HPO) and transphilic (TPH) fractions started to appear from the beginning of the stationary phase with more hydrophobic compounds coming from intracellular organic material of dying cells. HPO and TPH percentages still increased during the decline phase probably because of two additional processes: photo-dissolution and leaching of particulate organic matter from cells fragments. A comparison of AOM during late decline phase and natural organic matter (NOM) from Glane River (France) underlined that AOM was more hydrophilic and presented a lower SUVA for each fractions than NOM. However, the difference between NOM and AOM hydrophobicity narrowed during decline phase.     

淡水水体中微囊藻毒素的监测技术

随着水体富营养化的日益加剧 ,有毒蓝藻水华在世界范围内频繁发生。有毒蓝藻产生的毒素对人类和动物有潜在的危害 ,迫切要求对水体中特别是饮用水源中的蓝藻毒素进行监测。微囊藻毒素是蓝藻产生的一类环状七肽 ,可以抑制蛋白磷酸酶 1和 2 A。微量微囊藻毒素还促进肿瘤的发生。简要介绍了近年来发展起来的几类微囊藻毒素监测技术 ,以期引起有关部门的重视     

蓝藻胞外聚合物对供水管网水质的影响

针对游离态蓝藻胞外聚合物（EPS）在常规水处理工艺中不易去除、残留蓝藻EPS极易进入供水管网的特性,研究了蓝藻EPS对供水管网水质变化及生物稳定性的影响.针对管道使用时限分析了不同管道内部产生附膜条件下,蓝藻EPS对供水管网中余氯、浑浊度、生物稳定性、有机组分等主要水质指标变化规律的影响.结果表明,蓝藻EPS加快了管网余氯衰减速度,导致管网水质浑浊度在12~24h后即超出生活饮用水卫生标准上限,并使管网水质生物稳定性降低,BDOC在72h内增加37.2~39.5%,AOC增加365~393%,总活菌数升高18~20倍.阐明了蓝藻水华爆发时期净水厂出厂水残留蓝藻EPS在管网余氯存在前提下,仍然能够作为微生物营养基质和代谢能量,而促进管道内细菌生长繁殖,增加微生物代谢活性,刺激微生物胞外有机组分分泌释放,导致管网水质二次污染.     

滇池外海规模化控养水葫芦局部死亡原因分析

为了找出外海规模化控养水葫芦(E.crassipes)局部死亡的原因,于2013年8月对控养水域水葫芦空白对照区、健壮区、轻度枯死区以及重度枯死区的水质理化性质、蓝藻生物量及水生植物病理学等方面进行了比较研究。结果表明:轻度和重度枯死区蓝藻生物量高达(4.21±0.49)×109 cells/L和(757.00±19.00)×109 cells/L,均显著高于空白区和健壮区(0.14±0.09)×109 cells/L和(1.46±0.11)×109 cells/L(P0.05);NH+4-N浓度为11.44±0.02mg/L和369.87±15.37mg/L,均显著高于空白区和健壮区0.32±0.01mg/L和0.34±0.01mg/L(P0.05);轻度和重度枯死区溶氧仅1.40±0.13mg/L和0.30±0.04mg/L显著低于空白区和健壮区的7.70±0.83mg/L和6.80±0.97mg/L(P0.05);枯死区水体氧化还原电位(Eh)较低,重度死亡区水体Eh为-279.70±29.70mv显著低于其他3处水域。并且,通过对枯死水葫芦常规病理学检测,并未发现病变迹象。由此推断:水葫芦死亡原因可能主要由下风向种养区蓝藻过量堆积死亡,致使水质恶化,水体严重缺氧,进而引起水体NH+4-N浓度过高,最终导致水葫芦死亡。这为今后种养水葫芦进行水体生态修复理论研究与实践运用提供借鉴和参考,也为利用水葫芦作为蓝藻拦截带,在水葫芦影响下的湖泊营养物质迁移与氮、磷、碳循环动力学提出了新的研究内容。     

全球气候变化对太湖蓝藻水华发展演变的影响

对太湖周边4个常规气象观测站的47年观测资料进行分析,以探讨全球气候变化对太湖蓝藻水华演变的影响.结果表明,20世纪80年代之前,太湖流域气象条件的年代际尺度变化趋势不利于蓝藻的生长和水华的形成,而在20世纪80年代以后,尤其是20世纪90年代以后,气温、风速、降水变化都较大,且都有利于蓝藻的生长和水华的形成,这与蓝藻水华的观测事实一致.据此定义了蓝藻水华气象指数,每年太湖蓝藻水华气象指数能够很好地反映蓝藻水华的发展变化情况.进而,分析了反映ENSO循环变化的Ni?o3指数与太湖流域气象条件变化的相关性,结果表明ENSO循环与太湖流域风速、降水在年代际尺度上有着非常好的相关性.据此预测,2000年以后10~20年中,太湖蓝藻水华气象指数将继续在高位振荡,若蓝藻生长所需的营养盐浓度得不到有效的控制和明显的降低,蓝藻水华在气候条件的影响下,仍将可能大面积暴发.     

适宜太湖蓝藻水华形成的风场辐散特征及其形成机制

对太湖周边17个气象观测站的7年常规观测资料聚类分析发现,在适宜蓝藻水华形成的高温、微风气象条件下,太湖湖面风场往往出现辐散特征,在此辐散风场的驱动下,蓝藻水华迁移过程必然与均匀风场驱动下有所不同;数值模拟结果显示,这种辐散风场是由于非绝热加热不均匀造成的局地次级环流叠加在弱的背景风场之上引起的;其强弱程度是受湖陆温差和背景风速共同决定的,并据此给出了湖面风场辐散强度指数.