污染底泥的原位钝化技术研究进展

底泥是湖泊重要的内源污染来源,关于底泥污染控制的研究近年来受到广泛重视。目前对底泥污染的控制技术主要包括原位处理技术和异位处理技术。原位处理技术主要包括钝化、覆盖、生物修复等。钝化技术是一种高效的湖泊内源污染控制技术,它通过抑制内源营养盐的释放来控制水体营养盐含量。文章综述了底泥原位钝化技术的研究及其应用情况;分析了原位钝化技术的特点及主要功能;介绍了常用底泥钝化剂的应用情况以及新型钝化剂的研究进展;并对原位钝化技术的未来发展进行了展望。     

生态系统结构对太湖有机聚集体理化性质的影响

2007年1~12月对太湖4个不同生态类型湖区水体中有机聚集体(organic aggregates,OA)的丰度、有机质含量和营养盐(N、P)含量及其它水环境因子进行了同步监测.结果表明,①OA是太湖水体中营养盐的一个重要来源,其N、P含量分别占水体中TN、TP的16.5%及43.3%;②水体中OA的丰度与水体的富营养化程度密切相关,随着水体富营养化水平的提高和浮游植物生物量的增加,OA丰度及其中有机质的含量也呈现逐渐上升的趋势;③风浪扰动对太湖水体中OA的理化性质影响较大.OA作为营养盐的一个重要载体,可能是浅水湖泊营养盐循环中的一个关键点.     

营养盐对白洋淀草型富营养化的驱动与限制

对流入白洋淀的府河水体及沉积物中氮、磷营养元素进行了测试,并结合1991~2007年的历史数据,研究了白洋淀富营养化的基本特征及营养盐驱动机制.结果表明,府河氮、磷浓度严重超标,属于劣Ⅴ类水体.草型湖泊水生植物的生长与水体中营养盐限制类型密切相关.在高营养盐浓度下,水体氮、磷相对比(N/P)为14~16时,有利于水生高等植物生长,促使芦苇成为白洋淀优势物种.草型富营养化是白洋淀的基本特征,氮是湖泊草型富营养化的限制因子.通过降低府河输入白洋淀的含氮污染物总量,可有效缓解白洋淀草型富营养化状况.     

冰封期乌梁素海冰层中营养盐垂直分布特征分析

针对我国北方湖泊冰封期较长的特点,以乌梁素海为研究对象,通过冰封期采集的冰样和水样,对乌梁素海营养盐在水体中的垂向分布特征进行分析,冰封期过程中,冰体中的冰-水界面冰层中各营养盐浓度均大于其他冰层营养盐浓度,其中总氮、总磷、COD和氨氮在冰-水界面浓度分别是冰表层浓度的2.28倍、3.23倍、1.12倍和1.56倍。而水体中浓度均大于冰层中营养盐浓度。总体上水体中营养盐浓度超标,整个乌梁素海富营养化严重。     

滇池北部示范区水体和沉积物中氮的分布特征研究

根据对滇池北部示范区水体中总氮、氨氮和硝氮及沉积物中总氮和离子交换态氮的分析,阐述了研究区水体和沉积物中氮的时空分布特征和来源。得出近河口处受盘龙江汇入滇池北部的外源输入营养盐的影响更大,而相对远离河口的区域则受湖泊沉积物内源和湖体流场导致的水体中营养盐的空间交换影响更为显著。     

太湖水体溶解营养盐(N、P、Si)的冬、夏二季变化特征及其与富营养化的关系

先后于冬季(2003年1月)和夏季(2003年7月)对太湖水体溶解营养盐的组成进行了调查,分析了营养盐在湖水中的分布规律,初步探讨了太湖浮游植物营养盐限制因子的季节变化特征。结果显示:太湖溶解无机氮、磷、硅夏季比冬季略高一点,主要来自流域外源输入和湖泊内源释放,分布趋势受人为活动大小和湖泊自身特点的影响。     

蓝藻暴发对莫愁湖水体和沉积物营养盐的影响

以莫愁湖水体和表层沉积物为研究对象,分别于蓝藻暴发前(6月、7月)、蓝藻暴发期(8月)、蓝藻暴发后(9月、10月)采集水样和沉积物样品,分析了氮磷等营养盐及其形态赋存变化特征和水体的富营养化程度及水质变化,并探讨了水体和沉积物营养盐与蓝藻水华暴发的关系。结果表明,在蓝藻暴发期间,水体氮磷等营养盐急剧增加而沉积物中营养盐含量维持稳定,造成莫愁湖蓝藻暴发的主要原因是外源性氮、磷营养盐的输入而不是湖泊沉积物中氮、磷的释放;在蓝藻暴发前、中、后期,莫愁湖水质均为Ⅴ类,富营养化程度在轻度以上,水质污染严重。蓝藻暴发期间,水质整体呈下降趋势,水质恶化富营养化程度加重;通过相关分析发现,水体中叶绿素a含量与水体中总氮、总磷、高锰酸盐指数、亚硝态氮和氨态氮存在显著正相关关系(P0.01或P0.05),与水体中氮磷比存在显著负相关关系(P0.01),而与沉积物中总氮、总磷及水体硝态氮未发现显著相关性(P0.05),水体中营养盐浓度特别是磷含量的增加对蓝藻暴发具有重要影响,而沉积物氮磷及有机质含量与蓝藻暴发的关系较弱,同时蓝藻暴发对水体还原态氮的影响比氧化态氮影响更为显著。     

营养盐与盐双重胁迫下水体中浮游细菌的响应

为阐释干旱地区内陆湖泊微生物群落对营养盐和盐双重胁迫的响应机制,针对干旱、半干旱地区许多湖泊水体受咸化与富营养化双重影响的特点,通过454高通量测序16S rRNA基因和多元统计分析,研究水体营养盐和盐的添加对细菌群落结构、多样性变化的影响. 结果表明,盐与营养盐的输入引起了水体中细菌群落组成和多样性的显著变化, 具体表现为:①随着盐度(以w计)的升高,α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)的相对丰度显著增加,从对照处理的16.0%±4.6%增至SO(贫营养-盐水)处理的39.8%±18.1%;但会受到水体营养水平的制约. ②富营养水平下,微咸条件(盐度为1.5‰)有利于细菌类群丰富度的增加,BE-30(微咸-富营养处理培养30 d样品)的Shannon-Wiener多样性指数(4.62)显著高于FE-30(淡水-富营养处理培养30 d样品,2.08)和SE-30(高盐-富营养处理培养30 d样品,1.69);③高盐(盐度为3.0‰)条件下,随着水体中营养盐含量的增加,喜营养的嗜盐细菌类群大量繁殖(SE-30中无法分类的Comamonadaceae科的相对丰度达到69.3%),因而降低了水体中细菌群落的多样性. 研究显示,α-变形菌纲和无法分类的Comamonadaceae科对盐与营养盐的变化较为敏感,可作为干旱区湖泊咸化和富营养化过程的参考类群.      

底栖藻对水丝蚓生物扰动效应的抑制研究

霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)是富营养化湖泊中的底栖动物优势种,通过生物扰动可以提高水体营养盐浓度,并促进浮游植物生长.富营养浅水湖泊经生态修复后,水体透明度会得到改善,有利于底栖藻快速生长,从而降低水体营养盐水平.那么,底栖藻能否抑制水丝蚓对富营养水体水质的不良影响?为此,本文开展了双因素(底栖藻和水丝蚓)的室外受控实验,结果表明:在无底栖藻处理中,水丝蚓显著提高了水体总氮(TN)、总磷(TP)、总溶解磷(TDP)和叶绿素a(Chl-a)浓度,同时显著降低水体溶解氧(DO)浓度;而在有底栖藻处理中,水丝蚓对水体TP、DO及Chl-a浓度的影响不显著.研究结果表明,水丝蚓的生物扰动提高了水体营养盐和浮游植物浓度,促进水体富营养化.但底栖藻群落的发展能在一定程度上抑制水丝蚓的生物扰动效应.     

覆盖物对底泥营养盐释放影响的模拟研究

研究了覆盖物对河流或湖泊底泥营养盐释放的影响.实验结果表明使用覆盖物进行底质封闭有可能成为现场底泥处理的一种有效配套技术.覆盖物可以有效抑制营养盐尤其是PO3-4和NH+4的释放,从而缓解了由于底泥挖掘而可能导致水体中氮、磷平衡破坏所带来的危害.     

鄱阳湖入湖河流氮磷水质控制限值研究

鄱阳湖近年氮磷营养物浓度逐步升高,入湖河流是鄱阳湖氮磷输入的重要途径.采用BATHTUB模型建立了鄱阳湖入湖河流与湖区ρ（TP）、ρ（TN）的响应关系,模拟了入湖河流执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中不同氮磷标准限值对湖区水质的影响,发现当入湖河流ρ（TP）执行河流Ⅲ类标准限值或超过Ⅲ类标准限值时,对应湖区ρ（TP）超标;入湖河流执行Ⅲ类及以上湖泊水质标准限值时,湖区水质可以达到Ⅲ类保护目标,但对入湖河流存在一定的过保护现象.因此,以满足现行湖泊水质达标为情景,以湖泊ρ（TP）、ρ（TN）各类别标准限值为目标,试算了入湖河流氮磷控制限值,提出了鄱阳湖入湖河流的氮磷控制限值建议方案,其中鄱阳湖湖体水质目标为Ⅲ类时,入湖河流ρ（TP）、ρ（TN）控制限值分别为0.075和1.20 mg/L,此时入湖河流氮磷控制限值方案既能保证湖泊水质达标,又不会造成对河流的水质控制过于严格.研究显示,基于湖泊水环境质量达标情况试算的入湖河流氮磷所需控制限值,建议可作为解决入湖氮磷污染控制问题的参考.      

Control concept and countermeasures for shallow lakes'eutrophication in China

Research on lake eutrophication in China began in the early 1970s, and many lakes in China are now known to be in meso-eutrophic status. Lake eutrophication has been showing a rapidly increasing trend since 2000. Investigations show that the main reasons for lake eutrophication include a fragile lake background environment, excessive nutrient loading into lakes, excessive human activities, ecological degeneration, weak environmental protection awareness, and lax lake management. Major mechanisms resulting from lake eutrophication include nutrient recycling imbalance, major changes in water chemistry (pH, oxygen, and carbon), lake ecosystem imbalance, and algal prevalence in lakes. Some concepts for controlling eutrophication should be persistently proposed, including lake catchment control, combination of pollutant source control with ecological restoration, protection of three important aspects (terrestrial ecology, lake coast zone, and submerged plant), and combination of lake management with regulation. Measures to control lake eutrophication should include pollution source control (i.e., optimize industrial structural adjustments in the lake catchment, reduce nitrogen and phosphorus emission amounts, and control endogenous pollution) and lake ecological restoration (i.e. establish a zone-lake buffer region and lakeside zone, protect regional vegetation, utilize hydrophytes in renovation technology); countermeasures for lake management should include implementing water quality management, identifying environmental and lake water goals, legislating and formulating laws and regulations to protect lakes, strengthening publicity and the education of people, increasing public awareness through participation in systems and mechanic innovations, establishing lake region management institutions, and ensuring implementation of governance and management measures.     

抚仙湖营养状态评价及营养物水质标准制定

在湖泊富营养化指标筛选的基础上,对湖泊营养状态评价的多种方法进行对比分析,制定湖泊营养物水质标准初始建议值,为更好地控制及治理湖泊的富营养化现象提供科学依据。以抚仙湖为例,通过综合营养状态指数法及国际公认的叶绿素a浓度分级法分别与统计学中的频率分布法相结合对湖泊营养状态进行评价。两种方法的结果显示评价标准差别较小,对抚仙湖营养物总的环境容量影响很小。对两种方法的适用范围进行研究后,确定抚仙湖营养状态及营养物水质标准：抚仙湖为贫营养湖泊,叶绿素a浓度为1.600 mg/m³,TP、TN浓度分别为0.006和0.173 mg/L,透明度为7.000 m。     

基于优化模型的抚仙湖营养物标准技术经济评估方法

在对美国水质标准经济分析研究的基础上,结合我国环境管理的实际情况,构建湖泊营养物标准的技术经济评估框架。计算标准建议值条件下的湖泊营养物容量及入量湖,得到削减量。通过不确定性优化模型对削减量进行分配,核算湖泊富营养化控制成本,并假设标准执行后,对流域经济造成的影响进行评估。将该方法应用于抚仙湖营养物标准的技术经济评估系统,结果表明,通过优化模型对削减量进行分配的削减成本较原规划低,通过构建的技术经济评估框架对该成本进行评估,标准执行后,对流域经济影响适中。     

鄱阳湖流域人为氮磷输入演变及湖泊水环境响应

人类活动导致的氮磷营养盐富集是我国湖泊富营养化问题形成的重要驱动力.鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,随着流域经济社会的迅速发展,湖体营养盐水平上升,降低了鄱阳湖及长江中下游地区的水环境质量.然而,人类对鄱阳湖流域氮磷输入的影响程度尚不明确,湖体氮磷浓度与流域人为氮磷输入的关系也缺乏定量研究.因此,本研究基于人为净氮输入模型(NANI)、人为净磷输入模型(NAPI)和多元统计回归模型,评估了鄱阳湖流域1949—2013年人类活动导致的氮磷输入量,构建了人为氮磷输入与湖泊氮磷浓度的响应模型.结果表明,研究期内鄱阳湖流域的人为净氮输入和人为净磷输入分别增长6倍和15倍,化肥施用是20世纪80年代以来的主要增长因子;鄱阳湖氮磷浓度与流域人为氮磷输入显著相关,根据多元回归模型的可决系数,NANI可解释88%的湖体TN浓度变化,NAPI和湖泊平均水位可解释64%的TP浓度变化.提高氮磷的循环利用率同时维持湖泊生态水位对于降低鄱阳湖富营养化水平具有重要意义.     

Growth and nutrient accumulation of Phragmites australis in relation to water level variation and nutrient loadings in a shallow lake

Shallow lake eutrophication is a global environmental issue. This study investigated the effects of water level variation and nutrient loadings on the growth and nutrient accumulation of Phragmites australis (reed) by field samplings in Baiyangdian Lake, the largest shallow lake of northern China. The field samplings were conducted in two sites of different nutrient loadings during the whole growth period of reeds, and three types of zones with different water depths were chosen for each site, including the terrestrial zone with water level below the ground, the ecotone zone with the water level varying from belowground to aboveground, and the submerged zone with water level above the ground. The result showed that reed growth was more limited by water level variation than nutrient loadings. The average stem lengths and diameters in terrestrial zones were about 26.3%-27.5% and 7.2%-12.0% higher than those in submerged zones, respectively. Similarly, the terrestrial status increased the aboveground biomass of reeds by 36.6%-51.8% compared with the submerged status. Both the nutrient concentrations and storages in the aboveground reeds were mainly influenced by the nutrient loadings in surface water and sediment rather than the water level variation of the reed growth environment, and the nutrient storages reached their maxima in late August or early September. It was observed that the maximum nitrogen storage occurred in the terrestrial zone with higher nutrient loadings, with the value of 74.5 g/m 2 . This study suggested that water level variation and nutrient loadings should be considered when using reeds to control and remediate eutrophication of shallow lakes.     

湖泊营养物基准研究进展

湖泊营养物基准是进行湖泊富营养化综合评估、预防、控制和管理的科学基础和重要手段。系统论述了国内外湖泊营养物基准的最新研究进展,重点分析了统计分析法、压力-响应模型法、模型推断法和古湖沼学法等的优缺点及适用性,提出了我国湖泊营养物基准研究的发展趋势和面临的挑战。参照湖泊最能真实反映湖区的原始状态,但参照点不易获得;模型推断法需要大量的数据资料来构建表征水体特征的函数模型,其复杂性使该方法对营养物基准的制订存在较大难度。压力-响应模型法将成为湖泊营养物基准制订的发展方向,深入开展压力-响应模型机理研究,在水生态基准与富营养化之间关系、营养物基准与浮游生物之间响应关系及营养物基准对特殊敏感种群关系研究的基础上,加强营养物基准的制订与湖泊管理需求的紧密结合。     

Nutrient exchange and release experiment and its simulation study in lake water-sediment interface

The sediment distributed and insolated under lake was collected for experiments. The nutrient layer distribution conditions of sampled sediment and its physical and chemical characteristics were analyzed to simulate and assess the influence degree to lake water quality. Based on the dynamic water exchanging experiments the nutrient release process in sediment and influence mechanism to substance exchanging on water-sediment interface was studied, and the correlation between the changing content of total phosphors and total nitrogen in sediment and covered water were analyzed for setting up a simulation model. At the same time the influence degree is explained in detail. The experimental results indicated that even if clean water without nutrient contents was used for water exchangement so as to decrease pollution or prevent eutrophication, however owing to the vertical nutrient distribution in lake sediment, it will lead to the increasing release amount greatly especially when the organic nutrient contained in sediment turns into inorganic status because of isolation. Besides the release process of total phosphate （TP） and total nitrogen （TN） were modeled and each nutrient＇s exchanging equation at interface caused by covered water nutrient concentration changing was set up. According to the simulating prediction, TP and TN content of cover water will also sustain a steady higher level in a long period. The nutrient release amount of sediment is not only affected by the covered water concentration but also connects with accumulative time. The experiments provide the fundamental theoretical and practical basis for taking ecological restoration project. And research is helpful to prevent or restore lake eutrophication.     

水温和营养盐增加对太湖冬、春季节藻类生长的影响

为探讨水温和营养盐增加对冬、春季节太湖藻类生长和群落演替的影响,研究了不同水温(不增温、12.0、14.0、16.0、18.0、20.0℃)和不同营养盐浓度(低、中、高营养盐浓度)下藻类的生长及优势种群变化. 结果表明:藻类∑ρ(Chla)〔蓝藻、绿藻及硅藻中ρ(Chla)总量,下同〕随着水温的升高呈增加趋势,在20.0℃下∑ρ(Chla)为0.19~12.94μg/L,显著高于其他水温试验组(0.01~6.83μg/L);与较低水温(不增温、12.0、14.0℃)相比,较高水温(16.0、18.0、20.0℃)更能显著促进藻类对氮、磷营养盐的吸收利用. 添加营养盐后,硅藻、绿藻ρ(Chla)的日均值分别为0.52~4.07、0.17~0.52μg/L;湖水中∑ρ(Chla)呈增长趋势,并且浮游植物群落结构的优势种由绿藻转变为硅藻,硅藻ρ(Chla)所占比例从试验初始的50%升至75%~98%, 说明营养盐增加可加大硅藻的竞争优势;而绿藻的生长则可能同时受水温和营养盐共同作用的影响,因此太湖冬、春季节藻类的演替同时受到水温和营养盐的影响.