太湖不同介质电导率时空变化特征

电导率是表征水体溶解性固体物质或盐度的重要参数,也是水体常规监测参数之一.为揭示太湖不同介质电导率的时空变化特征,对太湖水体水质历史数据(1980～2009年)以及近10年来野外监测数据(2009～2018年)进行统计分析.结果表明,近40年来太湖水体电导率呈显著上升趋势,并在1996～1997年发生突变.太湖水体电导率由1980～1996年的(239. 43±70. 60)μS·cm~(-1)增长到目前的(477. 31±23. 47)μS·cm~(-1),年均增长率10. 40μS·(cm·a)-1;空间上,西北湖区水体电导率显著高于东南湖区;水体电导率变化以主要离子变化为主导,氮营养盐的贡献基本可忽略;流域人类活动是引起水体电导率变化的主要因素.此外,太湖水体电导率受季节性径流的影响更为显著.与湖水电导率变化规律相比,西北湖区表层沉积物、孔隙水(0～10 cm)电导率均低于东南湖区,深层( 10 cm)则相反.剖面上,西北湖区表层沉积物、孔隙水(0～10 cm)电导率和深层( 10 cm)无显著差异,但东南湖区表层沉积物、孔隙水(0～10 cm)电导率高于深层( 10 cm).沉积物电导率与有机质呈显著正相关(P 0. 01),与p H呈负相关(P 0. 05),表明有机质对金属离子活化迁移具有明显的促进作用,而酸性环境下更有利于离子的活化.对不同介质间电导率分析发现,表层沉积物和孔隙水(0～10 cm)电导率均与上覆水电导率呈显著正相关(P 0. 01),而深层( 10 cm)沉积物及孔隙水电导率与上覆水电导率没有相关性,表明表层沉积物和孔隙水(0～10 cm)对上覆水电导率有明显影响.此外,整个剖面上(0～50 cm)沉积物电导率和孔隙水电导率呈显著正相关(P 0. 01),说明沉积物和孔隙水之间进行着比较充分的离子迁移交换,两者之间的相互影响总体上高于对上覆水的影响.     

太湖沉积物中微生物和磷化氢的时空分布及关系

对2004年春、夏、秋、冬季太湖表层沉积物中微生物群落进行了调查.结果表明,好氧细菌夏季生长较好;放线菌春、秋季生长较好;有机磷细菌夏季分布数最大;无机磷细菌各季节间差异不显著(P>0.05);厌氧细菌春、夏季节分布要略高于秋、冬季节.在空间分布上,好氧细菌在鼋头渚分布最多,贡湖最少;厌氧细菌与好氧细菌分布规律类似;放线菌则与此相反;有机磷细菌为小丁湾>梅园>贡湖>东太湖>鼋头渚;无机磷细菌为东太湖>梅园>鼋头渚>小丁湾,贡湖.磷化氢(PH3)在太湖表层沉积物中含量在(1.71±0.74)～(176.47±0.98)ng/kg之间,最大值出现在冬季东太湖点,最小值出现在春季贡湖点.PH3与微生物的相关性分析表明,PH3与无机磷细菌显著正相关,与厌氧细菌的相关程度次之,与有机磷细菌则无明显的相关性.     

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.      

太湖风生流水动力时空差异特征研究

为研究太湖的流场结构,更好实施引清调水方案改善太湖水质。在确定太湖四季主导风向及其平均风速的基础上,采用有限体积Godunov型通量差分裂(FDS)格式构建太湖水动力模型,并得到了实测流场的良好验证。并进一步研究各季节各湖区的流动规律,确定太湖风生流水动力时空差异特征。结果表明:太湖风生流流态特征主要与风向、风速有关;不同季节平均流速由大到小分别为:冬季、春季、秋季、夏季;从不同的湖区看,湖岸区最大、湖湾区次之、湖心区最小。由此可选择冬季、湖岸区实施调水方案改善太湖水质。     

鄱阳湖富营养化时空变化特征及其与水位的关系

为了研究鄱阳湖水体的富营养化状态与水位变化的响应关系,基于2009-2016年鄱阳湖15个长期监测点的调查数据,采用TLI（综合营养状态指数）法评价了鄱阳湖水体的富营养化状态,并应用主成分分析（PCA）探讨了鄱阳湖富营养化状态的时空变化特征及其与水位的关系.结果表明:①从年内变化来看,鄱阳湖除冬季（1月）处于轻度富营养化状态,其余3个季节均处于中营养状态,其中,夏季（7月）富营养化程度最低是由于其水位较高、换水周期快所致,冬季处于轻度富营养化是由于水位降低导致的营养盐浓度升高以及湖泊沉淀物的再悬浮和营养盐的释放;从年际变化来看,除2011年、2012年及2014年鄱阳湖处于轻度富营养化状态外,其余年份均处于中营养状态.②从空间上来看,鄱阳湖湖区整体处于中营养状态,空间差异不大,湖区中部东侧富营养化程度最高.③在年内季节变化上富营养化程度与水位呈负相关,富营养化的空间分布特征与水位关系较小.研究显示,鄱阳湖整体富营养化程度不高,但有向富营养化湖泊发展的趋势,建议通过控制湖区污染源来减轻其富营养化程度.      

太湖不同富营养化水域砷的分布特征及其环境影响因素

对夏季与冬季太湖不同营养水平湖区(竺山湾、梅梁湾、贡湖湾和南太湖)上覆水的砷含量及水质参数进行调查,运用多元分析技术分析砷的空间与季节分布特征及其与水质参数之间的关系.结果表明,北部湖区(竺山湾、梅梁湾和贡湖湾)水体中总砷(TAs)、砷酸盐[As(Ⅴ)]、亚砷酸盐[As(Ⅲ)]及甲基砷(MMA+DMA)的平均含量(2.58~3.34、1.37~2.34、0.53~0.64和0.16~0.36μg·L-1)均高于南太湖(1.73、1.10、0.31和0.10μg·L-1),显示了砷在太湖北部与南部的空间分布差异.此外,夏季TAs、As(Ⅴ)、As(Ⅲ)和甲基砷的平均含量分别为3.40、2.06、0.73和0.25μg·L~(-1),均高于冬季(1.78、1.10、0.30和0.17μg·L~(-1)),呈现明显的季节分布特征.因子分析与冗余分析结果进一步表明,总磷(TP)、总铁(TFe)和叶绿素a(Chl-a)是影响太湖水体砷时空分布的关键环境因子.其中,TP、TFe与太湖水体中TAs和As(Ⅴ)的分布存在显著正相关;Chl-a含量对As(Ⅲ)和甲基砷的分布有显著影响,推测浮游植物(Chl-a)对砷还原和生物甲基化具有一定的调控作用.     

太湖水质时空分布特征及内源释放规律研究

将太湖 2 0 0 1～ 2 0 0 2年的水质监测数据与空间数据相结合 ,采用基于因子分析的主成分分析方法将太湖的水质参数概括为 5个主成分 ,提取并反证了湖泊水质各个主成分的科学内涵 ,分别为 :水体营养指数 (F1)、富营养化指数 (F2 )、水体溶解氧指数 (F3 )、水体色度指数 (F4)和水体酸碱指数 (F5 ) ;研究了各主成分的空间分布特征和随时间的变化规律 .在室内环形水槽内模拟了水动力条件下太湖底泥的起动规律 ,得到了太湖底泥在 3种不同起动标准 (个别动、少量动、普遍动 )下的起动流速 ,并利用泥沙起动的理论模型给予了验证 ,最后得出太湖底泥在 3种不同起动标准下的起动流速分别为 :3 7.9cm·s- 1 ,46 7cm·s- 1 ,5 9 8cm·s- 1 .通过考察上覆水中TN、TP浓度的变化 ,建立了底泥中TN、TP释放率与水体流速的定量化关系 .并将太湖水量水质的同步监测资料应用在数学模型中 ,解决了以往模型中底泥释放率取为常数的不足 ,取得了较好的效果     

太湖化学耗氧量和生化需氧量的时空分布特征

基于2009年2月(冬季)、5月(春季)、8月(夏季)、11月(秋季)全太湖32个站点的化学耗氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、溶解性总氮(DTN)、溶解性总磷(DTP)、浮游植物色素数据,分析了太湖COD、BOD的时空分布特征,并探讨了影响COD、BOD时空分布的因素.结果表明,2009年太湖COD值为3.40～6.16mg·L-1,平均值为(4.38±0.72)mg·L-1;BOD为0.64～5.93mg·L-1,平均值为(1.91±1.63)mg·L-1.COD值在秋冬季节较高,其值显著大于春夏季(p0.001);而BOD值冬季较高,其它季节都较低.COD与BOD的空间分布格局相似,呈现出自竺山湾、太湖西北沿岸区向梅梁湾区、湖心区、东南湖湾区依次递减的趋势.分类统计结果显示,河口沿岸区COD、BOD值显著高于开敞水域区(p0.001).相关性分析结果表明,COD、BOD与DTN、DTP、浮游植物色素的相关性存在季节性差异.夏季浮游植物色素浓度与COD、BOD相关系数最高,说明夏季浮游植物降解对水体内COD和BOD的贡献要高于其它季节.COD与BOD的时空分布特征主要受降雨量、河流输入、"引江济太"及太湖浮游植物活动等的影响.     

太湖水温分层现象的监测与分析

水温是湖泊环境研究中的重要物理参数之一。湖泊中水温的状况及其分层现象将直接或间接的影响到湖库水环境中的各种物理、化学和生物过程。深水型湖泊的温度成层现象为众多学者所公认,也是研究热点之一,而浅水型湖泊的温度成层温差小、持续时间短,因此鲜有此方面的研究。本文以典型浅水湖泊－－太湖为研究对象,根据现场近3个月的监测资料,分析了太湖的水温结构,证明了太湖水温日成层现象的存在,并对太湖日成层现象发生规律及其影响因素做了初步的探讨。     

太湖沉积物及孔隙水中氮的时空分布特征

通过2009年4月和9月2次大规模采样监测,研究了太湖沉积物和孔隙水中不同形态氮的时空分布规律. 结果表明:太湖沉积物和孔隙水中不同形态的氮在垂向变化上没有明显的季节性差异. 沉积物中氮在水平分布上表现为w(TN),w(NH₄+-N)和w(NO₃－-N)在北部湖区和东部湖区较高,而在湖心区较低;在深度变化上,w(TN)从下往上逐渐增大,而w(NH₄＋-N)却呈相反的趋势,w(NO₃－-N)没有明显变化. 沉积物中w(有机氮)占w(TN)的80%,二者之间有很好的相关性(R=0.894,P<0.01),w(TN)主要受w(有机氮)影响. 孔隙水中的氮在水平分布上表现为ρ(TN),ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)与沉积物中的氮分布基本一致;垂直变化上,孔隙水ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)从下向上逐渐减小,而ρ(NO₃--N)无明显变化规律;孔隙水中ρ(NH₄+-N)占ρ(TN)的50%,二者之间也有很好的相关性(R=0.886,P<0.01),ρ(TN)主要受ρ(NH₄+-N)的影响. 分析显示,2种介质中3种形态的氮有很好的相关性. 对沉积物中不同类型的有机质和各形态氮的相关分析发现,沉积物中有机质的类型和含量是影响氮素迁移转化的重要因素.      

太湖典型湖区中胶体有机碳浓度的时空变化

利用切向流超滤技术研究了太湖梅梁湾与贡湖湾2个不同生态类型的典型湖区在不同季节胶体有机碳(COC)的浓度变化,并同步观测了浮游植物、叶绿素(Chla)、悬浮物(SS)等背景指标.结果表明,作为藻型湖区的梅梁湾,其COC浓度夏季最高,秋季最低;作为草型湖区的贡湖湾.其COC浓度在秋季最高,冬季最低;太湖梅梁湾和贡湖湾COC浓度的差异和季节变化有关,夏季梅梁湾COC浓度高于贡湖湾,差异为一年中最大;太湖水体COC浓度和Chla浓度显著正相关(r=0.81,P=0.015),表明浮游植物的生命活动址太湖水体COC的一个重要来源.     

太湖表层沉积物中PPCPs的时空分布特征及潜在风险

使用HPLC-MS/MS技术,对太湖周边15个河流入库口和6个水源地沉积物中9种药物及个人护理品(PPCPs)进行检测,其几何均值范围分别为1.60~129 ng·g-1和1.36~22.0 ng·g-1,其中咖啡因的含量占15个河流入库口沉积物中9种PPCPs总含量的52%,为河流入库口沉积物中PPCPs的优势污染物,林可霉素、甲氧苄啶、阿奇霉素、磺胺甲恶唑、泰乐菌素等5种抗生素的含量占6个水源地沉积物中9种PPCPs总含量的79%,为6个水源地沉积物中PPCPs的优势污染物.从空间分布来看,太湖西偏北部分的竺山湾和宜兴东部湖区附近沉积物中的PPCPs含量较高;从PPCPs的组成来看,各采样点PPCPs有不同的来源,总的来说有市政污水排放、畜牧养殖业污水排放和水产养殖业用药直接施用于太湖水体等3个来源.15个河流入库口沉积物中人类使用药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大,6个水源地沉积物中兽用及水产养殖业中使用的药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大.本研究检测出太湖周边河流入库口中有较高含量的PPCPs,说明周边区域有污染源持续向太湖输入;应用风险商值(RQ)模型评价太湖表层沉积物中PPCPs残留对沉积物生态环境的影响,河流入库口与水源地对乙酰氨基酚、阿奇霉素和磺胺甲恶唑的RQ大于1,对沉积物生态环境具有高风险;卡马西平的RQ值介于0.1~1之间,对沉积物生态环境具有中风险;其他几种PPCPs化合物RQ值介于0.01~0.1之间,对底栖生态环境具有低风险.     

太湖水体中NSAIDs的时空分布规律和生态风险评价

非甾体类消炎药(non-steroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs)是太湖水体中检出频率较高的一类药物残留物,但目前尚无研究从整个时空角度报道多种典型NSAIDs混合物在太湖的赋存情况.为此,采用高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)技术检测了全太湖19个断面5种典型NSAIDs(双氯芬酸、布洛芬、吲哚美辛、萘普生和酮洛芬)的赋存浓度,分析了NSAIDs的时空分布规律及其与环境因子的相关性,并应用混合风险熵值(mixture risk quotient, MRQ)模型初步评估了NSAIDs混合物的生态风险.结果表明,相比于太湖中部,太湖北部、西部和东部水体的NSAIDs混合物赋存浓度较高,酮洛芬是NSAIDs混合物污染的主要贡献者;太湖水体中NSAIDs混合物在夏季(15.9～134.3 ng·L^-1)和秋季(16.4～144.6 ng·L^-1)的赋存浓度较高,而在春季(25.3～72.5 ng·L^-1)和冬季(14.6～57.4 ng·L^-1)的赋存浓...     

太湖底泥的空间分布和富营养化特征

太湖是一个大型的浅水湖泊，周围有数十条入湖河流，陆地风化物质被携带入湖即形成了底泥，由于湖底地形的差异。底泥在湖中的分布并不均匀，根据浅地层剖面仪的测量，在湖的西部存在一条南北向分布，宽度不等的古河道，底泥主要分布于古河道，在湖的沿岸和东太湖也有分布，根据估算，太湖底泥的蓄积量约为13.5亿m^3。太湖周围人口密集，工农业发达，二十多年来经济的快速发展引起了湖泊的富营养化，太湖底泥中的营养元素不断增高，并在一定的条件下向水体释放，加剧了水体的富营养化，引起连续多年春夏季节的蓝藻爆发，经过政府的源头控制和治理。目前富营养化状况初步得到遏止，并有改善的迹象。但底泥中的营养元素可以在很长时间内释放，因此富营养化的治理将是一个长期的过程。     

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.      

我国湖泊系统氮磷时空变化及对富营养化影响研究

本文收集整理了32篇已公开发表的学术论文的湖泊富营养化有效监测数据约140组,对湖泊氮磷时空特征和富营养化的关系进行分析。结果表明,我国湖泊总氮(TN)和总磷(TP)的变化范围分别为0.11~29.2 mg/L和0.006~1.04 mg/L,其中氮的变异性比磷大。TN/TP的变化范围在0.86~84,几何平均值为16.43,这说明磷素是我国湖泊富营养化的一个主要限制因子。TN与纬度存在极显著的相关关系,随着纬度的升高,TN含量极显著地减少,但TN与经度的相关关系较弱(p=0.126),这可能与氮在经度上变异性大有关。TP与纬度和经度的相关关系都达到显著水平,随着经纬度的升高,TP显著地减少。TN/TP与经纬度也都存在显著的相关关系,随经度和纬度的升高,我国湖泊的TN/TP显著升高,表明磷素富集可能是造成南方湖泊的富营养化程度高的重要原因。我国湖泊水体氮素和磷素在化学计量上的变化,可能与我国目前湖泊富营养化频发密切相关。自上个世纪90年代至今,我国湖泊磷素含量上升极为显著,但氮素则变化不大(p=0.275),从而引起TN/TP显著下降,所以,解决我国湖泊富营养化问题的关键在于"磷"素的输入控制。     

洱海悬浮颗粒物时空分布特征及其环境学意义

水体ρ（SPM）（SPM表示悬浮颗粒物）是衡量水污染程度的指标之一,其在湖泊内源释放和水环境变化中扮演重要角色.通过采集不同季节、不同区域、不同水深的洱海SPM,研究其时空分布特征,并对其成因进行解析,从而阐明其对洱海水质的影响机制.结果表明:①ρ（SPM）的季节性变化趋势为夏季>秋季>冬季>春季,藻类生长是其夏季明显高于其他季节的主要原因,其空间分布规律为中部>北部≥南部,其垂向分布规律为表层>中层>底层.②水体ρ（SPM）与水中溶解性有机物浓度间的关系表明,上覆水中SPM的迁移转化是影响上覆水溶解性有机物的重要因素.③DON（溶解性有机氮）的K_d（分配系数）（lg K_d为6.12±0.47）高于TDN（溶解性总氮）（lg K_d为5.70±0.48）,表明DON比TDN具有更高的颗粒反应性,DON可以很大程度上被浮游植物吸收利用,产生更高的ρ（SPM）,使得湖泊存在富营养化的风险.研究显示,洱海水体ρ（SPM）受入湖河流和湿沉降的影响较小,受内源代谢影响较大,较高水温、较高pH（8.98）、较低ρ（DO）均是导致藻源性ρ（SPM）增大的原因.