小兴凯湖浮游植物功能群特征及其影响因子

为分析北方寒冷地区浑浊型富营养化湖泊湿地浮游植物功能群时空变化特征及其影响因子,分别于2014年春季(5月)、夏季(7月)和秋季(9月)对小兴凯湖12个采样点进行了浮游植物采样,系统分析了浮游植物功能群的组成特征. 结果表明:小兴凯湖浮游植物共划分为21个功能群,其中重要功能群为H1、MP、D、C、Y、X2、J和W1,春季以功能群X2和D占优势,分别占49.02%和24.32%;夏季以功能群X2、C和H1占优势,分别占28.86%、16.11%和14.16%;秋季以功能群X2和C占优势,分别占46.97%和27.66%. 浮游植物功能群随季节变化表现为X2+D→X2+C+H1→X2+C的特点,反映至水体环境,春季为低温、高营养、中度浑浊水体,夏季为高温、富营养、高度浑浊、低光照水体,秋季为低温、富营养、高度浑浊、低光照水体. Pearson线性相关性分析表明,重要功能群功能群H1同ρ(TP)极显著正相关;功能群D同透明度、ρ(BOD₅)极显著正相关,同ρ(COD_Cr)显著正相关,同浊度和ρ(TIC)显著负相关;功能群X2同透明度极显著正相关,同ρ(TP)显著正相关,同浊度极显著负相关. RDA多元统计分析表明,ρ(TP)、浊度、透明度是小兴凯湖浮游植物功能群的主要影响因子,ρ(TC)、ρ(TOC)同大多数小兴凯湖浮游植物功能群正相关,但不是主要影响因子,ρ(TIC)与小兴凯湖浮游植物功能群无相关性. 小兴凯湖虽然整体营养盐水平很高,但较高的浊度抑制了浮游植物的生长.      

小兴凯湖表层底泥磷吸附容量及潜在释放风险

利用沉积物磷吸附指数(PSI)和磷吸附饱和度(DPS)研究了小兴凯湖表层沉积物的磷吸附容量,分析了沉积物中磷的吸附饱和度(DPS)与其他指标的相关关系,并讨论了不同采样点湖泊沉积物中磷的潜在释放风险.结果表明:13个采样点的表层沉积物的PSI为9.78~197.53(mg?L)/(100g?μmol),平均值为59.77(mg?L)/(100g?μmol);DPS为9.95%~24.47%,平均值为15.41%.PSI与草酸铵提取的磷(Pox)极显著正相关,与草酸铵提取的铁、铝(Feox,Alox)显著正相关,草酸铵提取的铁是影响PSI的主导因素;DPS主要受沉积物中原有吸附态磷的影响.此外,磷释放风险指数(ERI)8.99%~129.94%的计算结果表明:小兴凯湖表层沉积物中磷释放诱发富营养化的风险处于高度风险范围,其中,受农业面源污染影响较大的北岸区域相比其他区域发生富营养化的风险更高.     

兴凯湖有色可溶性有机物来源与组成特征—中国境内特大型界湖

运用光谱吸收与三维荧光－平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)分析了兴凯湖有色可溶性有机物(CDOM)吸收光谱、荧光光谱特征以及荧光组分与主要水质参数的相关性,以探究兴凯湖CDOM来源组成特征.结果表明:平行因子分析法解析CDOM三维荧光图谱,得到陆源类腐殖质C1、微生物作用类腐殖质C2、类酪氨酸C3和类色氨酸C4.兴凯湖中陆源类腐殖质C1能较好反演DOC、TN浓度变化,且在富营养化更强的小兴凯湖中反演效果更好.吸收系数a₂₅₄、荧光峰积分比值I_C:I_T、光谱斜率S_275-295、DOC与C1-C2、C4在兴凯湖中线性拟合程度均较好,与C1的相关性最好,这意味着陆源类腐殖质是兴凯湖CDOM库的主要贡献者,入湖河流输入是兴凯湖CDOM的重要来源之一.小兴凯湖DOC、a₂₅₄均极显著高于大兴凯湖,说明小兴凯湖的CDOM丰度要高于大兴凯湖.小兴凯湖CDOM的I_C:I_T、C1-C2和C4的值均极显著大于大兴凯湖(P<0.001),小兴凯湖S_275-295与光谱斜率比值S_R均极显著小于大兴凯湖,小兴凯湖PC1得分均值显著高于大兴凯湖品,意味着相较于大兴凯湖而言,小兴凯湖CDOM陆源输入信号更强烈,腐殖质化程度更高,亦即河流输入、农业面源污染导致小兴凯湖CDOM腐殖质化程度升高,且这一部分CDOM分子量较大,应加强兴凯湖流域中生态渔业、生态农业、生态旅游、农田退水等河流污染源排放的控制管理.     

兴凯湖沉积物营养盐分布特征及来源解析

兴凯湖是我国面积最大的跨境湖泊,其水质变化受到国际社会的共同关注。沉积物内源污染释放是影响水质的重要因素,研究沉积物营养盐的分布特征及来源,可为兴凯湖水环境治理提供重要依据。以兴凯湖中国湖区为研究对象,通过沉积物营养盐及蓄积量调查,阐明沉积物中总氮（TN）、总磷（TP）和有机质（OM）的分布特征及埋藏通量,采用有机污染指数法和沉积物碳氮比（C/N）、碳磷比（C/P）特征分析其污染程度及来源。结果表明：与国内其他湖泊相比,兴凯湖沉积物TP浓度处于较低水平,但小兴凯湖沉积物TN、OM浓度处于较高水平;水生植被覆盖度高的小兴凯湖西泡子和东北泡子及沉积物淤积严重的大兴凯湖西部湖区和中部湖一区营养盐浓度较高;兴凯湖OM来源同时受水生植物和陆源物质输入的影响,且小兴凯湖受陆源输入影响更大,OM与TN具有同源性,与TP不具有同源性;兴凯湖沉积物整体属轻度污染,其中小兴凯湖沉积物有机污染较大兴凯湖严重。研究显示,小兴凯湖作为大兴凯湖的前置湖泊,削减了输入大兴凯湖的污染物,但其较高的沉积物营养盐浓度可能会对大兴凯湖产生潜在影响,因此,应重视小兴凯湖沉积物引起的污染。

     

农药施用对兴凯湖水中农药残留的影响及其风险评价

主要研究了中国东北兴凯湖周围水稻种植区域农药残留以及对湖水水质的影响.分别于水稻抽穗期和水稻成熟期在兴凯湖地区对稻田、排干和大小兴凯湖地表水进行采集并对27种农药及其降解产物进行分析.结果表明,在水稻抽穗期所分析的27种农药及其降解产物全部检出,总浓度范围为247.97~6 094.49 ng·L^-1;水稻成熟期检出25种,总浓度范围为485.36~796.23 ng·L^-1,两时期对比,抽穗期的农药及其降解产物检出数量更多且总浓度更高;在水稻抽穗期阿特拉津、西草净和多效唑为主要检出农药,在水稻成熟期阿特拉津和稻瘟灵为主要检出农药;大小兴凯湖水中农药的分布特征与排干水相似,表明大小兴凯湖水中农药及其降解产物很可能来源于稻田排干的输入;在排干和大小兴凯湖水中,阿特拉津、西草净、扑草净、丁草胺、稻瘟灵和草酮RQ均值大于0.1,对水生生物存在潜在生态风险.     

兴凯湖水体磷形态特征及与气候变化的响应关系

兴凯湖是亚洲东北部最大的淡水湖,水体总磷（TP）浓度超标是近年来兴凯湖水质下降的主要原因,气候可能对区域水质有重要的影响。以兴凯湖中国湖区为研究区域,通过分析兴凯湖水体磷素时空变化特征,探究其主要组成形态,明确区域内气候因子变化对兴凯湖水体TP浓度的影响。结果表明：1）2010—2021年,兴凯湖水体TP浓度整体呈先降后升的趋势,冰封期水质状况优于非冰封期,大兴凯湖TP浓度相较于小兴凯湖更高。2）2022年5月磷形态数据表明,大、小兴凯湖水体TP主要由颗粒态磷（PP）组成（占比为60%和76%）,PP是大、小兴凯湖TP超标的主要形态;小兴凯湖的PP与溶解磷浓度表现为北部高于南部,大兴凯湖PP浓度总体表现为东部高于西部,溶解磷浓度则呈相反趋势。3）近年来兴凯湖流域的气温及降水量均呈上升趋势,小兴凯湖TP浓度与气温、降水量均呈显著正相关,气温与降水增加可能会导致更多的营养盐进入水体,造成水质下降;大兴凯湖TP浓度与气候变化无明显相关性,但小兴凯湖与大兴凯湖的TP浓度之间呈显著正相关,表明大兴凯湖受区域气候变化影响较小,但其水质状况与小兴凯湖有紧密的关联性。无论冰封期还是非冰封期,小兴凯湖水质均优于大兴凯湖,作为大兴凯湖的前置湖泊,小兴凯湖在净化上游流域面源污染方面起到了重要的作用。

     

兴凯湖百余年营养演化历史及营养物基准

兴凯湖是东北亚地区典型湖泊。20世纪末以来人类活动持续增强,该湖营养快速富集,水体生态状况发生转变,但其环境演化历史及营养本底等信息尚知之甚少。本研究基于对该湖多根沉积钻孔年代、元素及沉积硅藻等多指标的分析,重建了兴凯湖百余年来的环境变化历史。结果表明：兴凯湖历史上保持着良好的环境生态条件,21世纪第一个十年以前水体环境变化较小(硅藻种群弦距<0.0005),近20 a来,兴凯湖生态环境逐渐退化,硅藻从以低—中营养Aulacoseira granulata的优势组合逐渐转变为以Cyclostephanos dubius为代表的富营养组合,污染元素(Pb、Zn等)含量及沉积速率快速升高。基于种群相似性的对比发现2000 a前的硅藻种群变化较小,故采用1994—1998年的水体监测均值作为兴凯湖的营养基准,即水体总磷(TP)、总氮(TN)基准分别为35μg·L^-1及970μg·L^-1;结合参比元素回归分析得到的大、小兴凯湖沉积物TP基准分别为360 mg·kg^-1、500 mg·kg^-1,可作为该...     

土地利用对兴凯湖入湖河流水质影响及生态修复策略

兴凯湖是中俄跨境湖泊,其水质变化受到国际社会的高度关注,入湖河流水质状况对兴凯湖水质有着重要影响。以兴凯湖中国境内流域为研究区域,基于内梅罗污染指数法、方差分析、冗余分析、聚类分析等方法,分析兴凯湖入湖河流水质污染特征,探究流域土地利用结构对河流水质的影响,并据此提出入湖河流分类修复策略。结果表明：兴凯湖入湖河流水质为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类~劣Ⅴ类,化学需氧量、总磷、高锰酸盐指数是主要超标因子;兴凯湖入湖河流丰水期水质整体优于平水期,大兴凯湖入湖河流水质整体优于小兴凯湖;兴凯湖流域土地利用对入湖河流水质的解释度在丰水期和平水期分别为52.31%和45.38%,耕地对河流水质产生负面影响,林地、水体对入湖河流水质起改善作用,而人造地表、草地在不同水期对入湖河流水质的影响不同。基于入湖河流水质、流域土地利用结构的聚类分析,将兴凯湖入湖河流分为生态保育型、生态修复型和综合治理型3种类型,并提出了具有针对性的治理与修复策略。

     

兴凯湖沉积物重金属生态风险评价及污染特征分析

兴凯湖是中俄跨国境湖泊,开展兴凯湖沉积物重金属生态风险评价及来源解析,对区域生态环境保护和治理具有重要意义。通过采集兴凯湖中国湖区表层及柱状沉积物样品,测定重金属As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Cr和Zn浓度,运用地累积指数法、潜在风险指数法对重金属污染状况和潜在生态风险进行评价,并通过数理统计分析其潜在来源。结果显示：小兴凯湖表层沉积物中Cr、Ni、As、Cr、Hg浓度均值超过黑龙江省土壤背景参考值,大兴凯湖表层沉积物中仅Ni、Cd浓度均值超过黑龙江省土壤背景参考值。地累积指数评价显示小兴凯湖表层沉积物Hg的污染程度较高,主要为轻度污染和偏中度污染,As和Cd以无污染为主、轻度污染次之,大兴凯湖Cd主要为轻度污染,其余重金属主要为无污染。潜在生态风险指数评价显示,兴凯湖表层沉积物总体呈无污染到偏中度污染,Cd为最主要的生态风险因子。As、Hg和Cd是重金属污染的主要因子,受入湖河流上游农业生产活动及矿产开发冶炼的影响,位于小兴凯湖东侧及大兴凯湖西侧区域污染风险相对更高;此外,考虑到大兴凯湖Cd呈底部富集特征,其可能受到自然背景影响。

     

兴凯湖中国区域水质及污染现状调查研究

基于调查监测数据和历史数据,分析兴凯湖中国区域水质及污染现状。结果表明,兴凯湖为Ⅳ类水质,水质状况为轻度污染,处于轻度富营养化状态。主要污染指标为总磷,浓度呈逐年升高的趋势。分析其原因,穆棱河分洪水是兴凯湖地面水的主要来源,这部分水质远较其他入湖河流水质差,因此穆棱河湖北闸在洪水期的泄洪水是兴凯湖的一个主要污染源。