太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响

在太湖草型区、藻型区及河口区采集原状泥柱进行加藻培养实验,监测培养过程中溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、磷酸根(PO43--P)等相关指标的变化.结果表明,蔽光培养导致加藻体系中蓝藻大量死亡,形成水体极度缺氧环境(DO接近0),沉积物氮、磷释放量改变,上覆水NH4+-N、PO43--P...     

巢湖周围池塘氮、磷和有机质研究

巢湖周围池塘众多,根据池塘位置和地表径流补给差异,池塘可以分为村庄内池塘、毗邻村庄池塘和农田区域池塘(远离村庄的池塘).本研究采集了巢湖周围136口池塘上覆水和沉积物样品,调查巢湖周围池塘中氮、磷以及有机质污染现状.结果表明,池塘上覆水中总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、溶解态磷和COD平均含量分别为2.53、0.65、0.18、0.02、0.97、0.38和51.58mg·L-1;池塘沉积物中总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、无机磷、有机磷和烧失量平均含量分别为1575.36、35.73、13.30、2.88、933.19、490.14、414.75mg·kg-1和5.44%;90%以上的池塘总氮、总磷含量达到或超过富营养化水平.位于村庄内的池塘上覆水和沉积物中总氮和氨氮的含量显著高于位于农田区域的池塘.上覆水和沉积物中无机氮表现为:氨氮硝态氮亚硝态氮.池塘上覆水和沉积物中有机质与总氮、总磷之间存在显著的正相关性.池塘中氮、磷和有机物质主要为陆源性输入,池塘位置和径流补给方式明显影响其中的氮、磷和有机质含量.通过截留径流中的氮、磷和有机质,池塘能够有效减少进入巢湖的营养盐含量.     

巢湖2016年蓝藻水华时空分布及环境驱动力分析

针对近年来巢湖蓝藻水华暴发频繁,基于中分辨率成像光谱仪（moderate-resolution imaging spectrum-radiometer,MODIS）多光谱遥感数据,采用浮游藻类指数（floating algae index,FAI）和藻华像元生长算法（algae pixel-growing algorithm,APA）提取了巢湖蓝藻水华覆盖面积,在分析2016年巢湖蓝藻水华时空分布规律基础上,结合巢湖水质、气象数据,讨论了藻华暴发的主要环境驱动力.结果表明,2016年巢湖藻华暴发季节与往年一致（5~11月）,但藻华首次暴发时间推迟到5月,持续时间缩短至204 d,平均藻华面积85.53 km².其环境驱动力研究发现,尽管巢湖主要水质指标呈现下降趋势,但总氮、总磷浓度依然分别超过V类和IV类水质标准;与往年相比,2016年春季风速偏大（△W=0.1 m·s^-1）、降水偏多（△P=0.8 mm）与日照时数偏低（△S=-1.3 h）是巢湖藻华面积减少、起始暴发时间推迟的主要原因;藻华持续期内,降水成为影响藻华面积月际变化的主要影响因素,当日平均风速不仅与当天藻华面积存在较显著的负相关（P<0.05）,当风速较大时对后续几日的藻华面积产生一定的滞后影响.这些研究结果有助于了解巢湖蓝藻水华情况,为应对巢湖藻华暴发与气候变化提供理论依据.     

蓝藻水华对沉积物-水界面氮交换的影响

为了解蓝藻水华对浅水富营养化湖泊沉积物-水界面氮交换的影响,2013年9月在太湖梅梁湾采集沉积物与上覆水进行加藻培养实验。培养过程中监测温度、p H、溶解氧(DO)、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)。结果表明:培养过程中加藻组铵态氮、硝氮和总氮的变化分别在1.73~11.45、0.16~1.10、12.05~20.34 mg/L之间,显著高于对照组。培养后加藻组与对照组氮组分的变化差异明显。蓝藻水华衰亡显著降低DO浓度和ORP值,造成水体极度缺氧环境(DO接近0),促进沉积物和上覆水体的氮素交换。     

巢湖表层沉积物中磷赋存形态的时空变化

以巢湖表层沉积物为对象,采用欧洲标准测试委员会框架下发展的SMT分离方法分析总磷（total phosphorus,TP）、有机磷（organic phosphorus,OP）、无机磷（inorganic phosphorus,IP）、铁铝磷（NaOH-P）、钙磷（HCl-P）等磷形态的含量,利用ArcGIS 9.2和地统计学软件GS＋5.3进行空间数据和插值处理,探讨了巢湖表层沉积物中磷的形态分布特征及来源.结果表明：①沉积物中TN、TP和有机质含量的季节变化较小,在空间上均表现出西半湖含量高于东半湖的分布特点;C/N比率在21.35～28.19之间（平均值为24.94）,表明巢湖的入湖污染物主要以面源污染为主.②巢湖表层沉积物中TP含量的变化范围为528.90～1 385.71 mg.kg-1,IP为主要赋存形态（占TP的质量分数为55.78%～79.86%）.③巢湖表层沉积物中,OP含量为169.05～841.24 mg.kg-1,东、西半湖OP含量分别为376.02 mg.kg-1和406.53 mg.kg-1（占TP的质量分数为47.49%和36.28%）;NaOH-P含量为33.77～411.37 mg.kg-1,东、西半湖含量分别为108.37 mg.kg-1和276.30 mg.kg-1（占IP的质量分数为21.73%和33.12%）;HCl-P含量为194.95～477.45 mg.kg-1,东、西半湖HCl-P含量分别为321.71 mg.kg-1和338.08mg.kg-1（占IP的质量分数为64.50%和40.53%）,是IP的主要组成部分.④冬春季节OP含量高于夏秋季节,而夏秋季节HCl-P和NaOH-P含量高于冬春季节.     

基于多源数据的巢湖蓝藻水华时空分布及驱动因素分析

富营养化和有害藻类水华暴发是全世界淡水湖泊共同面临的生态环境问题之一.巢湖作为典型的内陆淡水湖泊,其富营养化水平和蓝藻水华暴发面积常年居高不下,且在各湖区表现为一定的时空分布差异.为认识和了解不同阶段巢湖蓝藻水华发生和发展基本规律,利用巢湖水上综合观测平台和卫星遥感等多源数据,获得2015~2020年水体中藻密度和水华面积的时空分布信息,并采用基于增强回归树的机器学习算法,定量评估不同阶段各环境因子对蓝藻水华影响的重要程度及相互作用关系.结果表明：①巢湖蓝藻水华表现出较大的季节变化特征,蓝藻细胞在春季开始复苏,主要在巢湖西半湖和沿岸地区形成轻度水华,水体藻密度在夏、秋季达到最大,该季节发生中等程度以上的水华频率较高.②非暴发期间,巢湖藻密度变化受物理和化学因素影响较大,二者对解释藻密度方差变化的贡献率可达80.3%,水体中高浓度溶解氧、弱碱性pH值（7.2~7.6）和适宜水温（3℃）是藻类细胞生长繁殖的有利环境条件,巢湖蓝藻水华首次暴发一般在气温稳定通过7℃初日11 d前后出现.③暴发期内,巢湖蓝藻水华发生主要受藻类生物量和气象条件的综合影响,气温、藻密度、日照时数和风速的累计贡献率为95%,各因子均存在一个有利于蓝藻水华发生的最适区间.多因子交互作用分析结果显示,在水体藻密度大、气温适宜和微风的综合作用下,巢湖蓝藻水华发生概率较高.上述研究成果分析和揭示了不同阶段巢湖蓝藻水华的时空分布特征及其主导影响因子,可为巢湖蓝藻水华防控和预测、预警提供科学依据.     

巢湖十五里河沉积物生物有效性氮磷分布及相关性

在巢湖十五里河采集15个沉积物柱样,对表层(0～10 cm)沉积物生物有效性氮、磷含量和空间分布特征及相互关系进行研究. 结果表明,十五里河表层沉积物的各形态〔IEF(离子交换态),WAEF(弱酸可提取态),SAEF(强碱可提取态)和SOEF(强氧化剂可提取态)〕生物有效性氮、磷含量存在较为明显的空间变化性. w(生物有效性氮)占w(TN)的53.4%～67.9%,且w(SOEF-N)＞w(IEF-N)＞w(SAEF-N)＞w(WAEF-N),其中w(SOEF-N)为411.35～965.47 mg/kg,占w(TN)的33.4%～43.7%;w(生物有效性磷)占w(TP)的47.3%～89.4%,且w(SAEF-P)＞w(SOEF-P)＞w(WAEF-P)＞w(IEF-P),其中w(SAEF-P)为311.74～960.33 mg/kg,占w(TP)的33.0%～78.0%. 不同形态生物有效性氮的相关性较差,其中w(IEF-N)与w(WAEF-N)和w(SAEF-N)呈负相关,相关系数分别为-0.042和-0.122;w(WAEF-N)和w(SAEF-N)和w(SOEF-N)的相关系数仅为0.320～0.513. 生物有效性磷的相关性相对较强,其中w(IEF-P)与w(WAEF-P)呈显著正相关,相关系数为0.527,w(WAEF-P)与w(SAEF-P)呈极显著正相关,相关系数为0.653. 不同形态生物有效性氮、磷的相关性不显著.      

巢湖重污染汇流湾区沉积物营养盐分布与释放风险

南淝河、十五里河等多条入湖河道的向心型分布使巢湖西北部湖区形成汇流湖湾,了解该水域沉积物中营养盐累积分布及其释放风险,对评估污染状况具有重要意义. 于该研究湾区设置17个采样点,对沉积物营养盐含量及形态分布进行了调查分析,并使用静态释放方法对沉积物营养盐释放风险进行了研究. 结果表明:研究湾区表层沉积物中w(TN)和w(TP)分别为1 399.3~3 739.4和607.9~1 602.3 mg/kg,均远高于巢湖沉积物中w(TN)、w(TP)的平均值;w(NH₄+-N)占w(TN)的5.62%~17.60%,16个采样点的w(Al-P)占w(TP)的50%以上,由此导致沉积物中NH₄+-N和PO₄3--P释放通量较大,分别达到14.27~128.24和0.07~13.00 mg/(m2·d),并且在各河口区域释放风险相对高于湾区其他区域;氮、磷含量垂向分析显示,营养盐污染累积始于20世纪50年代(沉积物深度为24 cm),自80年代到90年代后期营养盐积累速率急速加剧. 沉积物中高含量的氮、磷营养盐及NH₄+-N和PO₄3--P释放通量导致该研究湾区沉积物成为巢湖水体的潜在污染源,因此亟需进行以各河口区域为重点的营养盐污染整治.      

巢湖沉积物中磷蓄积时空变化及人为污染定量评价

研究了巢湖表层沉积物及西部湖心区沉积岩芯中总磷(TP)及NaOH提取态磷(NaOH-P)、HCl提取态磷(HCl-P)、有机磷(OP)含量变化,揭示了沉积物中磷的人为污染贡献量时空变化特征.1850年以来,西部湖心区沉积岩芯中TP呈明显的3段式变化,1850～1950年,TP含量较为稳定;1950～1980年,TP含量逐渐增加;1980年以来,TP含量达到近150年来的最大值,平均为858.3 mg.kg-1.沉积岩芯中NaOH-P及OP含量变化趋势与TP一致,但NaOH-P所占TP质量分数在上述3个阶段中逐渐增加,OP所占TP质量分数相对稳定;沉积岩芯中HCl-P含量较为稳定,所占TP质量分数逐段降低.表层沉积物中NaOH-P与TP含量空间变化规律一致,总体上为西部湖区>东部湖区,北部湖区>南部湖区.采用地球化学方法对沉积物中磷含量"粒度效应"进行矫正,计算得到1850年以来上述3个阶段沉积岩芯中磷的人为污染贡献量平均分别为59.5、118.8、297.9 mg.kg-1;表层沉积物中磷的人为污染贡献量为22.9～2 500.0 mg.kg-1,由西北部湖区向东南部湖区递减,与水体TP质量浓度变化趋势完全一致.人为污染贡献的磷主要以NaOH-P结合态蓄积于巢湖沉积物中.除了农业面源污染之外,通过南淝河输入的来自合肥等城市废水是西部湖区磷污染的主要"贡献者".     

巢湖及其入湖河流表层沉积物营养盐和粒度的分布及其关系研究

为识别巢湖及其入湖河流的主要污染特征及其来源,测定了巢湖及其入湖河流34个采样点表层沉积物总氮(TN)、总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)及有机质(OM)浓度,分析了TN、TP、IP、OP、OM浓度及粒度分布间的相关性。结果表明,巢湖西半湖区沉积物营养盐浓度明显高于东半湖区,巢湖中部沉积物营养盐浓度明显偏低。南淝河沉积物营养盐浓度明显高于其他入湖河流,并在流经合肥市的下游处达到最高值。相关性研究表明,沉积物中TOC与TN,TN与OM,TP与IP表现出显著相关性,表明沉积物中氮主要以有机氮的形态存在,与有机氮相比,沉积物中无机氮浓度相对恒定,沉积物中磷主要以无机磷的形态存在;TN与TP、IP也表现出显著相关性,表明沉积物中氮磷来源具有同源性。随着沉积物粒径的增大,沉积物粒径与TOC、TN、TP、IP的相关性变差。     

洱海水华蓝藻多样性初步研究

在对洱海水华藻类长期监测的基础上,报道了洱海水华蓝藻群落中的优势种类共计3属12种,并详细描述其形态特征,进一步讨论了近年来洱海藻类水华的发生特征和演替规律。     

太湖与巢湖水华蓝藻越冬和春季复苏的比较研究

研究了太湖、巢湖水华蓝藻的越冬和春季复苏的动力学特征.结果表明,太湖从秋季11月时蓝藻大量下沉进入底泥越冬,到次年5月后底泥中的蓝藻开始复苏进入水体.在11月～次年5月的越冬过程中,底泥中的蓝藻保持增长,其中在3～5月蓝藻生长加快.巢湖中蓝藻表现出类似的下沉越冬和春季复苏规律,即蓝藻自11月开始下沉,但巢湖底泥中的蓝藻在3～4月时即开始复苏.本研究表明太湖和巢湖中蓝藻都有明显的下沉越冬和春季复苏现象.太湖不同营养盐湖区蓝藻的越冬和复苏规律相似,底泥中的蓝藻数量在越冬过程中相差不大,说明越冬期间底泥中蓝藻含量与夏季水体中蓝藻数量可能没有直接联系.     

NOAA卫星监测巢湖蓝藻水华的试验分析

采用实地水质采样分析、水面光谱测量等实地监测 ,并结合NOAA气象卫星遥感信息 ,对巢湖水华进行星地同步调查监测。结果表明 ,蓝藻叶绿素的存在使得进入近红外波段水体反射率明显上升 ,基于这一光谱特性以及蓝藻特有的漂浮特性 ,可利用NOAA卫星监测巢湖等内陆大面积的严重污染湖泊蓝藻水华的分布状况。     

湖面亮温对巢湖水华影响的遥感监测分析

利用2002～2007年NOAA气象卫星搭载的先进甚高光谱分辨率辐射计(NOAA/AVHRR)资料,对巢湖蓝藻水华发生频次和湖面亮温的时空分布规律进行统计分析,得到巢湖水体表面亮温的时空分布规律,并探讨其与气温、降水等气象因子以及水华之间的关系和可能存在的机制.从结果来看,湖面亮温与水华发生频次的空间分布规律相近,而在时间分布上存在着较大的差别.一方面,空间分布的相似性表明,湖面亮温高的区域容易发生水华现象;另一方面;时间分布的不一致性表明还有其它的因素会影响水华的发生.通过讨论,得出以下结论:①以5月为分界线,巢湖水华总体上可以分为春季和夏季两大暴发期,春季藻类在较低的水温条件下就能生长繁殖,并暴发水华,但难以形成较大的规模.②受降水量增加的影响,在气温达到最高值的7月不仅湖面亮温所有降低,而且水华发生频次也有所减少.     

基于生物光学模型的巢湖悬浮物浓度反演

根据2009年6月巢湖32个样点实测的遥感反射率、悬浮物浓度、吸收系数及散射系数等数据,分析巢湖水体各组分的吸收、散射等固有光学特性,确定悬浮颗粒物单位散射系数、后向散射概率等固有光学参数,构建基于生物光学模型的悬浮物浓度反演模型,并利用准同步获取的环境1号卫星CCD影像数据反演巢湖悬浮物浓度.结果表明,555 nm处悬浮颗粒物单位散射系数的平均值为0.48 m2/g,以555 nm为参考波长,建立指数衰减模型对悬浮颗粒物单位散射系数进行参数化,模型的决定系数可以达到0.99;此外,在760～900 nm(Band4)范围内,后向散射概率不具有波长依赖,其值稳定在0.051.利用所得到的表观及固有光学量构建巢湖水体遥感反射率模型,反演巢湖悬浮物浓度,得到实测值与反演值之间的相对误差随着浓度的增加而呈现下降的趋势,平均相对误差为17.25%,由此表明该方法适用于反演悬浮物浓度较高的湖泊水体;利用两景环境1号卫星CCD影像数据反演得到的巢湖悬浮物浓度主要在0～100 mg/L之间变化,其中6月13日巢湖悬浮物浓度40 mg/L的水域占到总面积的54.37%,而6月15日巢湖61.62%的水域悬浮物浓度40 mg/L,且这2 d巢湖悬浮物的分布与当时的气候变化一致.     

巢湖蓝藻异味成分分析及影响因素研究

采用气相色谱-质谱联用仪对受测水体异味中的挥发性有机物成分进行研究。结合样点的风速、温度等气象条件及异味情况,将最终记录所得数据汇总进行相关性分析并绘制回归曲线。结果表明:(1)二甲基三硫为夏季巢湖蓝藻暴发时的主要异味物质,其次有β-紫罗兰酮、甲硫醇、二甲基二硫及2-甲基异茨醇等物质。(2)较高的温度是水体异味的主要诱因。3个样点(距巢湖1410m、820m、0m处)在低于一定温度(依次分别为31.5、29、26℃)的时候显示无味或者微臭。(3)蓝藻异味和距巢湖距离显著相关,据线性回归计算,当离湖边距离约为2133m时,几乎不会有异味情况的发生。(4)蓝藻异味和无雨天数呈显著正相关,持续无雨天数越久,异味情况越严重。异味程度与空气湿度呈负相关,空气湿度越大,异味情况越轻。异味程度与风速呈正相关,风速越大,异味情况越严重。     

基于MODIS数据的太湖蓝藻变化与水温关系研究

以太湖为研究区,基于2008年4～12月的60景EOS—MODIS 1B遥感影像数据。利用NDVI算法结合目视判读解译了水华分布变化的基本信息,通过劈窗算法反演太湖湖面水温,发现在2008年太湖蓝藻生长、暴发、衰退周期中。水华面积的大小与湖面均温值之间关系密切：在20℃以下时表层水温与太湖蓝藻生长暴发或沉寂消亡具有明显的相关性;20℃-30℃时水华的面积大小受到湖面温度和其他因素的共同影响,容易发生大规模蓝藻暴发：30℃以上时过高的表层水温会对蓝藻的上浮聚集具有一定抑制作用：太湖蓝藻全年消亡的临界温度与其初始生长的临界温度相比更低。研究同时发现太湖湖面温度的空间差异是影响蓝藻水华分布迁移的重要因素之一。     

EOS/MODIS数据在太湖蓝藻水华时空分布规律提取中的应用研究

EOS/MODIS数据非常适合于蓝藻水华的监测.为充分发挥EOS/MODIS数据高时间分辨率以及高光谱的独特优点,在2008年太湖蓝藻预警遥感监刹的基础上,利用MODIS数据开展了蓝藻水华时间和空间分布规律信息的提取方法研究,从蓝藻水华分布频率、分布区域的迁移变化以及基于水质指标反演(以温度为例)的相关性分析等方面系统开展太湖蓝藻水华时空发生规律提取方法研究,为蓝藻应急治理工作提供支持.     

滇池水华分形结构动态研究

采用MODIS-NDVI数据,运用CART分枝树法将滇池水体分成富集区、过渡区和水面,依据分形理论对滇池水域不同分区微景观镶嵌体的分维数进行计算,揭示其分维特征,结果表明:滇池水体微景观镶嵌体具有统计意义上的自相似性,是一种随机分形结构,微景观的分维值越大,其形态越复杂,反之越简单.滇池99.7%面积属于富营养区,滇池...