水生高等植物对悬浮泥沙的去除研究

根据自然水体湿生植物（挺水植物）、浮叶植物以及沉水植物的空间分布规律，利用风车草（Cyperus alternifolius）、石菖蒲（Acorus tatarinowii）、菱（Trapa japonica）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）和苦草（Vallisneria spiralis）等水生植物构建由挺水植物、浮叶植物到沉水植物的串联系统，含沙水依次流经挺水植物、浮叶植物和沉水植物，测定各级植物对泥沙的去除效果。结果显示，输入悬浮泥沙浓度依次为21.76、37.04、45.09、71.18 mg/L，水力停留时间（HRT）分别为12、16、24、24 h，水生高等植物串联系统对悬浮泥沙的去除率分别为68.1%、71.7%、77.5%、74.0%，表明水生高等植物可有效去除水体中的悬浮泥沙，改善了透明度。水力滞留时间对植物去除悬浮泥沙的效果有较大的影响，水力滞留时间长，即使输入悬浮泥沙浓度很高，去除率和单位时间的净去除量也较高;浅水区的挺水植物对进水高浓度悬浮泥沙的有效过滤作用减缓了悬浮泥沙对深水区沉水植物的胁迫压力;沉水植物能进一步去除悬浮泥沙，抑制再悬浮作用，对水生生态系统的稳定有十分重要的作用。     

消浪工程对太湖底泥再悬浮及营养盐释放的影响

为了解863消浪工程对太湖底泥再悬浮及营养盐释放的抑制作用,于2005年7月15～17日在工程区投放悬浮物捕获器测定沉积物的再悬浮通量,并分层采集水样进行水体营养盐浓度的垂向分布研究。16日平均风速3 m/s时,测得的再悬浮通量上层最大值为7.22 g/d·m2,下层最大值为41.8 g/d·m2;17日平均风速5 m/s时,测得的再悬浮通量上层最小值24.7 g/d·m2,下层最小值为48.4 g/d·m2,沉积物再悬浮通量与风浪扰动强度关系密切。对比消浪工程区内外沉积物的再悬浮通量表明,消浪工程能够显著减弱风浪对底泥的扰动,抑制沉积物再悬浮,减轻营养盐的内源释放通量。实验结果还表明,太湖水体悬浮物浓度越高,悬浮物的有机质含量就越低,相应地,单位悬浮物中磷的含量也越低。随着风浪扰动的持续和增强,尽管能够将更多的沉积物间隙水中的溶解性磷带入水体,但是,野外观测中发现水体溶解性的磷含量并未相应增高甚至降低,这可能是由于水体中悬浮物浓度越高,对水体溶解性磷的吸附能力也越高,从而使得水中溶解性磷的含量增高不显著甚至降低。     

基于底泥再悬浮试验的太湖水质模拟

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对底泥再悬浮影响的规律,在室内矩形水槽内模拟了各种水动力条件下太湖底泥的起动规律,得到了太湖底泥在3种不同起动标准下的起动流速,通过考察上覆水中悬浮物浓度的变化,建立了底泥沉积物再悬浮通量与水体流速的定量化关系。结果表明:太湖底泥在个别动、少量动、普遍动3种标准下的起动流速分别为15、30和40 cm/s,且底泥沉积物再悬浮通量与流速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随流速增大而增大,且相关性较好。将该试验结果应用于太湖的水量水质数学模型中,并和太湖实测资料进行了对比,取得了比较满意的效果。该模拟装置能够在室内可控条件下较好地反映太湖沉积物再悬浮特征,对太湖的富营养化治理具有重要意义。     

海三棱藨草对崇明东滩沉积物磷素分布的影响

以海三棱藨草为例,运用实验模拟的方法,通过根际、近根和远根沉积物的对比分析,运用根际微生物作用理论,研究了大型植物对潮滩沉积物磷分布及迁移转化的影响。实验结果表明,海三棱藨草通过根系对磷的吸收和自身有机质降解,在沉积物里形成了水平的和垂直的浓度梯度,干扰了磷的正常累积和迁移。通过吸收,海三棱藨草对崇明东滩沉积物中磷的净化速率为16.7~46.1 mg·cm-2·d-1。     

洪湖历史时期人类活动的湖泊沉积环境响应

以洪湖北部和南部两个短柱钻孔(HN和HS)研究湖泊沉积,采用137Cs定年,沉积速率为0.155 cm/a。沉积物的总有机碳、总氮、磷以及元素和磁化率等指标分析表明：1840年前洪湖地区人类活动较弱,在湖泊沉积物中基本没有早期的人类活动信号的记录;1840年以后由于人口大量增加,人类活动增强,湖泊的营养水平有所增加,尤其是1950年以来沉积物中营养元素急剧增加;近50年来的湖泊营养程度的加重主要与流域内大量营养物质进入湖泊,以及大面积的围垦造成湖泊面积减小、自我调节能力降低有关。洪湖两孔的对比研究表明,不同区域之间存在着差异,可能与洪湖湖流作用及人类活动的影响差异有关。     

大型水生植物对骆马湖氮磷元素及磷酸酶活性的影响

在骆马湖中选择有大型水生植物生长区域及无草对照区,测定主要水质指标,采集沉积物柱状样,分层测定沉积物氮磷元素含量及磷酸酶活性,探讨大型水生植物对骆马湖生态系统中氮磷元素及磷酸酶活性影响特征,结果表明：（1）大型水生植物生长区上覆水透明度明显高于对照(CK),是对照(CK)19倍;但有草区凯氏氮(KN)、可溶性氮(DN)含量低于对照(CK),方差分析表明二者差异极显著(〖WTBX〗p〖WTBZ〗≤001);（2）大型水生植物生长能降低磷酸酶的活性,有草区不同深度沉积物酸（碱）磷酸酶活性总体小于对照(CK),但沉积物表层磷酸酶活性最强;（3）有草区不同深度沉积物TP含量低于对照(CK),但有草区表层沉积物凯氏氮(KN)含量高于对照(CK ).     

洱海罗时江河口湿地沉积物净氮矿化与硝化速率

为探究高原湖泊河口湿地氮循环过程,以洱海罗时江河口湿地沉积物为研究对象,布设8个监测点按季度开展现场调查,分析沉积物无机氮的时空分异特征,采用PVC顶盖原位培育法分别在夏、秋季开展沉积物净氮矿化与硝化速率实验研究.结果 表明:(1)湿地沉积物氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3-N)和总氮(TN)含量分别为5.92±6.31、14.49±20.89和1408.98±625.29 mg·kg-1,NH4+-N含量沿进水口到出水口方向呈递减趋势,且冬季显著高于其他季(P＜0.05).湿地西侧沉积物NO3-N含量高于东侧,NO3-N含量存在极显著的季节性差异,春季显著高于夏秋冬季(P＜0.01).(2)沉积物净氮矿化和硝化速率的变化范围分别为-0.244～0.256和-0.085～0.084 mg·kg-1·d-1,湿地进水口两个培养期的净氮矿化速率和培养期Ⅱ的硝化速率显著低于其他监测点(P＜0.05),而培养期Ⅰ的硝化速率在湿地中部较高.净氮矿化速率大于硝化速率并形成NH4+-N累积.河口湿地沉积物培养后的无机氮主要以NH4+-N形式存在(占NH4+-N和NO3-N总量的55.37％).(3) Pearson相关分析表明,净氮矿化速率与含水率显著负相关(P＜0.05),硝化速率与培养前的NO3-N含量呈极显著的正相关关系(P＜0.01),而与培养前的NH4+-N含量显著负相关(P＜0.05).     

高原浅水湖泊沉积物中磷、氮形态化学研究

以滇池马村湾和海东湾为研究对象,对其沉积物－间隙水－上覆水三界面中的磷、氮形态作研究,其中钙结合态磷占的比例最大,其次是有机/细菌聚合态磷和残渣磷;总氮含量很高,平均值为2.63 mg/g,而亚硝酸盐氮含量很低,其它三种无机氮形态（硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮）之间并不存在恒定的化学计量关系,这主要是无机氮循环还受水体和沉积物中有机氮的影响。调查还表明沉积物中Fe P含量与间隙水中溶解性磷酸盐磷有着较好的线性关系,沉积物中Fe P含量与间隙水Eh呈对数关系。     

江苏天目湖表层沉积物中多环芳烃污染特征与来源

区别于长江三角洲地区众多的大型天然浅水湖泊,江苏天目湖是一个较深的水库型湖泊,也是重要的城乡生活及工农业水源地之一。为了解天目湖表层沉积物中多环芳烃（PAHs）污染状况, 2006年在天目湖全湖采集7个点位的表层沉积物样品,利用GC/MS分析了16种优控PAHs。结果表明：天目湖表层沉积物中16种优控PAHs总量介于28750~71393 ng/g（干重）,平均值为45852 ng/g;在空间分布上,北部受污染程度高于南部,主要是北部旅游业快速发展导致污染物排放的影响;沉积物中总有机碳含量与PAHs总量呈显著相关;利用特征化合物指数对PAHs的来源进行判别,指示天目湖表层沉积物中PAHs的主要来源是木材、煤的不完全燃烧。与不同地区水体沉积物PAHs含量对比表明,天目湖PAHs污染处于一个低至中等程度。基于沉积物中多环芳烃的环境质量标准,仅有1个样点芴浓度超过风险效应低值,但远小于毒性风险效应中值,因此沉积物中多环芳烃的生态风险较小。然而天目湖表层沉积物中的PAHs的污染程度已超过南水北调东线所经过的南四湖,而且天目湖湖水较深,湖水交换周期比较长,其PAHs污染应引起重视,需制定切实措施保护江苏“最后一泓净水”。     

太湖洑东流域陆地侵蚀与入湖物质通量的定量关系研究

在太湖流域选择了一个典型的半封闭洑东小流域,通过对该流域及入湖口区域沉积物的元素和同位素地球化学研究,建立了反映流域陆地侵蚀与入湖物质输入量之间的定量关系模型。研究结果表明:近40 a来洑东流域的入湖物质通量约为6074 t/a,与实际监测结果一致。根据流域土地利用类型和土壤侵蚀速率的分布,估算出流域土壤侵蚀总量为25670 t/a,说明侵蚀总量的237%进入湖泊,其余在河道或土地内部沉积下来。近40 a来太湖宜溧河湖交界区入湖物质通量〖WTBX〗（Q）与流域土壤侵蚀速率（E）和流域面积（A）的数学关系为：E=422Q/A。〖WTBZ〗结合湖泊沉积物来源分析结果,计算出流域内不同土地利用类型的平均土壤侵蚀速率,林地、茶园和水田的土壤侵蚀速率分别为1266、58355和17293 t/（km2·a）。该结果与¹³⁷Cs示踪法计算结果基本一致,表明利用湖泊沉积记录可以较好地反演流域不同土地类型土壤侵蚀量及其入湖营养通量的变化。     

太湖流域沉积物中有机氯农药空间分布特征及风险评价

为了解太湖流域表层沉积物中有机氯农药的空间分布和污染特征,采集全流域111个表层沉积物样品,用GC-μECD分析了20种有机氯农药的含量,并基于沉积物质量基准法对沉积物污染风险进行评价。结果表明:太湖流域沉积物中20种有机氯农药(OCPs)的总含量介于16. 3～96. 9 ng/g dw之间,平均值为35. 0ng/g dw,其中HCHs和DDTs是主要的检出成分,平均含量分别为12. 1、7. 6 ng/g dw,两者含量之和占总OCPs的25. 5%～85. 5%。特征化合物指数法分析结果表明,HCHs主要来源于林丹,而且该区域仍然有新的DDT输入,并且大部分p,p’-DDT通过好氧生物降解为p,p’-DDE。沉积物质量基准法评价结果显示,γ-HCH、DDTs潜在生物毒性较大。     

月湖底栖动物的空间格局及其对水草可恢复区的指示

底质适宜是富营养湖泊恢复沉水植物(水草)的重要前提。大型底栖动物可综合指示底质的污染程度,于2002~2003年在武汉月湖开展了底栖动物水平分布对水草可恢复区指示作用的研究。首先通过月湖底栖动物与环境的相关分析,选择颤蚓科寡毛类作为底质营养状况的指示类群,然后利用同类湖泊群颤蚓与水草数据分析阈值,初步确定颤蚓密度≤100 ind/m2的底质适合水草生长,最后绘制月湖颤蚓分布的水平等值线,显示水草恢复的合适区域。在此基础上构建了应用底栖动物空间格局指示水草恢复区的技术原理框架。     

低溶解氧对苦草生长的影响

针对太湖梅梁湾生态净化示范区内重建的沉水植物存在的腐烂死亡问题及伴随的底层水体溶解氧偏低现象,在室外模拟生态系统内进行了低氧对沉水植物（苦草）生长的影响试验。结果表明：无论沉积物类型如何,一个月的低氧处理（溶解氧平均值为1.6 mg/L）对苦草株重、株高、分蘖数及叶片数等指标的影响均不明显,对块茎的影响则较显著,表现为块茎数量与重量显著下降。对岸边沉积物处理组而言,低氧对苦草根系的影响显著,表现为根须变细且数量增加,根系活力明显下降,中心沉积物处理组则不显著。同时,低氧处理使岸边沉积物处理组的沉积物氧化还原电位显著下降、水体营养盐浓度上升,尤其是磷酸盐浓度显著增加,中心沉积物处理组的环境理化因子变幅则相对较小。分析认为,低氧对苦草生长的影响虽不明显,但对其种群扩张有潜在的不利作用;梅梁湾生态净化示范区内沉水植物的腐烂死亡,低氧的作用是次要或间接的。     

附着生物对富营养化水体氮磷的去除效果

以太湖梅梁湾“863示范工程”水草恢复区原位湖水以及该区渔网围隔上的附着生物为材料,通过室内静态培养试验,研究了附着生物对富营养化湖水的氮、磷去除效果。结果表明,附着生物对水体中的氮有显著的去除效果,半个月内,附着生物对水体中总氮的累积去除率可达60%,在有附着生物的水体中总氮浓度从5 mg/L左右下降到2 mg/L左右;附着生物对水柱中氮的累积去除率和水柱中氮的浓度、附着生物的生物量以及附着生物作用时间密切相关。从培养过程中水体磷的浓度变化来说,培养初期,水体中磷的浓度比较高,附着生物对其有一定的去除作用;培养后期,水柱中磷的浓度比较低,附着生物不但不去除水中的磷,而且还向水柱中释放磷,这可能与附着生物向水体分泌碱性磷酸酶密切相关。     

太湖西北部湖区入湖河流氮磷水质标准修正方案研究

氮磷污染一直是太湖流域的首要污染问题,有效遏制氮磷入湖量的增加是治理太湖的重要任务。然而由于我国现行的地表水环境质量标准(GB3838-2002)中河流和湖泊氮、磷水质标准存在差异,即河流无总氮控制指标、河湖总磷标准不一致的问题,往往造成通过控制入湖河流污染来改善太湖湖泊水质时,湖泊污染物浓度往往达不到治理目标。以太湖西北部湖区及其入湖河流为例,利用BATHTUB模型模拟入湖河流与湖泊TN、TP的关系,推算太湖在满足现行湖泊水质标准中TN和TP各类别目标值的情形下的环境容量并以此环境容量决定入湖河流的水质,进而提出相应的方案进行比选,从而提出太湖入湖河流氮磷水质标准修正方案。结果表明:(1)当太湖入湖河流执行现行河流水质TP标准时,对应湖泊的水质TP超标,并不能达到保护湖泊的目标;(2)当太湖西北部湖区入湖河流TN、TP执行现行湖泊水质标准,对应湖区水质均能达标并且优于目标限值,然而该方案对于污染较为严重的太湖区域的实际参考意义不足;(3)以现行湖泊水质标准TN、TP各类别为目标值反推计算入湖河流水质指标,既能保证湖泊水质达标,又不会使河流水质标准过于严格,因此其结果可作为入湖河流水质标准修正的参考,从而提出太湖入湖河流TN、TP水质标准建议方案。     

长江中下游湖泊沉积速率的测定及环境意义——以洪湖、巢湖、太湖为例

对长江中下游洪湖、巢湖和太湖沉积物采用210Pb和137Cs相结合的方法测定沉积速率。洪湖钻孔中210Pbex随深度的增加没有呈现指数衰减分布,因此获得的平均沉积速率并不可靠;而根据137Cs蓄积峰计算得出洪湖钻孔在1963~1986年沉积速率最大,这可能是因为当时大规模开垦导致湖区周围水土流失,大量的侵蚀物质被带入湖中,从而导致沉积速率上升。对巢湖钻孔用210Pb法和137Cs得到的沉积速率具有可比性,研究发现20世纪70年代以来随着深度的减少,巢湖钻孔中沉积通量在增加,说明巢湖流域内水土流失逐步加重,可能与土地开发、植被破坏等人为活动有关。对太湖钻孔利用137Cs 1963年对应的蓄积峰进行校正,采用210Pb计年的CRS模式获得不同时段的沉积速率发现在80年代末尾沉积物堆积通量最高,达到0.6 g·cm-2·a-1。两种计年方法的结合有助于认识沉积速率的变化情况。     

底泥悬浮对营养盐释放和水华生长影响的模拟

通过室内模拟实验研究了扰动引起的太湖底泥悬浮对水体氮磷营养盐和蓝藻水华的影响,其中底泥和上覆水均来自太湖,扰动强度以悬浮物浓度表示。实验监测了底泥扰动过程中以及扰动停止后48 h之内水体氮磷营养盐和叶绿素a的变化,采样间隔为6 h。实验结果表明,扰动明显增加了水体中总氮、总磷、活性磷等含量,但是可溶性无机氮的增加不明显,叶绿素a含量没有出现明显的增长。水华没有出现明显增长很可能是氮限制的原因。由此推测太湖一次风浪扰动过程引起的底泥营养盐释放不一定就能够加剧蓝藻水华的暴发。底泥中释放的营养盐对蓝藻水华的影响需要进一步研究     

太湖和滇池表层水体水质与水华蓝藻生物质生化性状的关系

根据2010年5～8月对滇池海埂和太湖竺山湖监测点的逐月监测结果,对同时期不同地域湖泊水体的污染状况进行比较研究,并评估了表层水体水质与水华蓝藻生化性状指标之间的相关性。结果表明：滇池水体的富营养化程度较太湖高,从取样月份之间差异来看,滇池表层水体水质指标均呈现先升高后降低再升高趋势,以6月份为最高,而太湖则呈逐月升高趋势。滇池蓝藻生物质中凯式氮、全磷和总养分（N+P2O5+K2O）含量均与太湖相当,但是滇池蓝藻C/N较太湖高,且除As、Cd元素超标外,各样品中其余重金属元素的含量均低于有机肥料行业标准（NY525 2011）。通过进一步的相关性分析表明,无论滇池还是太湖水域,其水华蓝藻中的Pb和Cr之间表现出明显的同源性;此外,表层水体NH+4 N水平可以作为水体富营养化程度的快速指示指标