混合层深度对藻类生长的影响研究

三峡水库蓄水后,支流库湾频繁暴发水华.为研究水华暴发关键因子,以临界层理论为指导,于2012年初冬季,在香溪河野外观测站建立围隔实验系统,研究水体混合对藻类生长的影响机制.围隔水下深度按梯度布设,表底掺混均匀,并注入由浮游动物网过滤的低Chl-a浓度的香溪河河水.结果表明,Zeu/Zmix(真光层深度与混合层深度之比)>1的围隔藻类生长迅速并暴发水华,Chl-a浓度最高达到90 mg·m-3,反之生长缓慢.临界层理论适用于本实验,Zeu/Zmix也存在一个临界值,低于临界值浮游植物生长会受光限制而不易暴发水华;在临界层理论的基础上,分析得藻类净初级生产力与Zmix存在负相关关系,即Zmix越小藻类净初级生产力越大.     

水华生消过程对巢湖沉积物微生物群落结构的影响

水华对湖泊水体和沉积物理化和生物学性质的影响已进行了较多研究,但鲜见水华生消过程对湖泊沉积物微生物群落结构的影响.本研究以巢湖为对象,通过PCR-DGGE方法分析了水华形成、持续和消亡阶段对沉积物微生物群落结构的影响.结果表明,巢湖水华形成期为5月15日~6月20日,持续期为6月20日~9月5日,之后进入水华消亡期.PCR-DGGE分析表明,非水华区沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数、Simpson指数随时间变化较小,微生物相似度较高,温度可能是影响非水华区微生物群落结构波动的主要因子;在水华区,沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数在水华形成期和消亡期较低,在水华持续期较高,而Simpson指数则呈相反趋势,微生物相似度相对较低,表明水华形成、持续和消亡过程对微生物群落结构、优势种有不同影响,温度和水华导致的水体性质变化可能是沉积物微生物变化的主要因子.本研究表明,水华生消过程对湖泊沉积物微生物有不同的影响,这对深入评价水华对湖泊水生生态系统的影响和利用微生物防治湖泊水华有重要意义.     

三峡小江回水区蓝藻季节变化及其与主要环境因素的相互关系

三峡水库支流回水区富营养化和水华近年来备受关注.通过对库区小江流域回水区段蓝藻群落组成及丰度的监测研究发现,2007年5月~2008年5月小江回水区共鉴定出蓝藻15属,40种,其细胞密度均值为(23.50±10.30)×105cells.L-1,占藻类总密度的24.1%,生物量均值为(768.70±287.40)μg.L-1,占藻类总生物量的8.9%.蓝藻丰度季节变化明显,春末夏初为蓝藻的繁盛期,盛夏后蓝藻丰度逐渐下降,并在冬季达到全年最低水平.鱼腥藻、平裂藻、束丝藻、席藻、微囊藻是常见蓝藻,它们的细胞密度总和约占蓝藻细胞总密度的79.1%,生物量总和约占蓝藻总生物量的77.6%,是小江回水区蓝藻的优势种群.对蓝藻丰度和营养物、温度、透明度、真光层深度等环境因素的相关性分析发现,小江回水区蓝藻生长对无机态氮、磷的吸收利用显著,且蓝藻生长摄取硝态氮可能比利用氨氮更加明显.温度升高、水下光学透射性能下降有利于蓝藻细胞密度和生物量的增加.结合研究同期水文、气象条件的观测结果,发现在降雨、径流的作用下,水土流失严重的小江回水区氮、磷营养物同泥沙一起输入水体,为蓝藻生长提供丰厚的物质基础.受泥沙颗粒的影响,水体混浊度提高而真光层深度减少,蓝藻自身对低光照、高浊条件的敏感性及其悬浮生长机制促其能够在上层水体大量生长并形成优势.     

三峡水库香溪河库湾冬季甲藻水华生消机理初探

2010年1—2月在香溪河库湾上、中、下游各选取1个监测点对水体环境因子及藻类进行监测,对水温、营养盐含量等进行分析,探讨香溪河库湾冬季甲藻水华的生消机理. 结果表明:2010年冬季,香溪河库湾末端暴发了甲藻水华,持续44 d,优势藻种为拟多甲藻(Peridiniopsis sp.),最高细胞密度达到11.8×106 L-1;适宜的水温、充足的营养盐以及良好的光照、弱分层水体是香溪河库湾冬季甲藻水华暴发的主要原因;Zmix/Zeu〔Zmix(混合层深度)与Zeu(真光层深度)之比〕在2~3之间时有利于甲藻生长;库湾中下游因水体掺混强烈而在冬季未暴发水华;后期水体分层状态的加强及Zmix/Zeu的减小是甲藻水华消失的主要原因.      

水温分层对三峡水库香溪河库湾春季水华的影响

三峡水库蓄水以来,其支流库湾年复一年暴发严重的春季水华.为找出支流库湾春季水华的关键影响因子,2010年春季对三峡水库库首最大的支流香溪河库湾进行了原位定点连续监测,主要监测指标包括水温、水体透明度、水下光照及营养盐浓度等环境因子.结果表明,春季水温分层发育导致水体混合层深度突然减小是春季水华暴发的直接诱因,真光层与水体混合层之比(Zeu/Zmix)与叶绿素a(Chl-a)的皮尔逊相关系数达0.934(P<0.01).表明Critical Depth模型可用于解释三峡水库典型支流库湾水华生消机制.本研究将为三峡水库支流库湾水华预报及防治提供重要参考.     

基于复杂网络的城市湖库藻类水华形成识别研究

在对城市湖库藻类水华形成机理深入研究的基础上,将提取的影响水华暴发的关键因子总磷(TP)、总氮(TN)、温度(T)、pH值、溶解氧(DO)、光照(I)、叶绿素a浓度(chl_a)作为网络节点,将影响因素间的关系抽象成网络的边,构建了藻类水华形成的有向网络模型.同时,计算了复杂网络的统计特征参数,构建了节点的关键度模型,并进行修正,进而构建了水华形成的复杂网络统计特征参数模型G,对其进行半定量分级,从而实现对水华暴发的有效识别,最后采用北京城市河湖水质的实验数据对模型进行了验证.结果表明,复杂网络统计特征参数G与叶绿素a浓度有显著的相关性,能够较好地表征水华形成过程.     

成都市混合层高度与气溶胶层高度关系的研究

混合层高度(MLH)和气溶胶层高度(ALH)作为表征污染物在大气垂直结构上的最大高度,两者在某些情况下可近似相等,为探究成都市MLH和ALH是否可以等价替换使用,该文利用2017-2019年四川省环保厅超级监测站(西南交通大学站)以及同期成都温江探空站的监测数据,对成都市MLH和ALH的相关性和差异性进行分析研究。结果表明,MLH和ALH在数据分布上具有较大差异性,且MLH和ALH两者在数据上具有较弱的负相关关系。对成都市ALH和MLH的时间变化规律进行分析和研究表明,ALH在一般情况下明显高于MLH,但在白天,温度和辐射较强的时间段,ALH会低于MLH。因此在使用成都市MLH数据时,不能简单地将MLH用ALH进行替换。     

生物活性炭机理的实验研究及理论探讨

生物活性炭是70年代发展起来的一种新型水处理工艺。由于它在发挥活性炭物理吸附的同时,充分利用炭床中生长的微生物对有机物的生物降解作用,可延长活性炭寿命,降低水处理成本。可以近二十年来在其机理研究以及应用方面有很快发展。     

广东大亚湾藻类水华的动力学分析Ⅰ. 藻类水华的生消过程及其与环境因子的关系

1998年广东大亚湾澳头海域先后发生日本星杆藻(Asterionellajaponica)水华(01-24～02-23)、细弱海链藻(Thalathiosirasubtilis)水华(04-08～04-20)、裸甲藻(Gymnodiniumspp.)水华(04-29～05-08)、角毛藻(Chaetocerosspp.)水华(05-11～05-20)。本文研究了水华期间藻类的生消过程及其动态变化,并分析环境因子在水华形成和消亡过程中的作用和机制。研究结果显示稳定、适宜的水温是水华形成的必要条件,水温的急剧改变是水华消散的重要原因。海水盐度的大幅度波动与水华的消散密切相关。连续的低光照对藻类有诱导作用,而不同的藻类对光照强度的需求和反应并不完全相同。     

环境因子对水华暴发的影响研究

水华是当水体藻类开始大量生长和繁殖并且聚集,最终达到一定浓度的现象。综述国内大型浅水湖泊及水库中影响水华暴发的环境因素的研究现状,分析水体营养条件以及适宜的气象、水文、生物条件等有利于藻类生长或聚集的环境影响因子,同时简介中国水华污染现状。对水华暴发研究领域的未来发展具有一定参考价值。     

蓝藻水华及其降解对沉积物-水微界面的影响

模拟研究了不同条件下,蓝藻水华及其降解过程对沉积物-水微界面的影响.采用丙酮法测定水体中叶绿素质量浓度,溶解氧微电极测定界面溶解氧质量浓度,毫米级分层测定沉积物中营养盐与金属元素的垂直分布.结果表明,蓝藻水华及其降解过程改变了界面附近溶解氧环境和表层约3 mm深沉积物中营养盐与金属元素的垂直分布.扰动在蓝藻水华降解过程和C、P营养盐与Fe、Ca、Mg、Al和K等金属元素的早期成岩过程中起着重要作用.遮光加速了蓝藻降解,并且削弱了扰动的影响.无处理对照组沉积物表面出现了一层底栖藻,底栖藻的光合作用产生了氧气,造成表层1 mm沉积物中大部分营养盐与金属元素质量浓度和处理组间的显著性差异.相关分析结果表明,沉积物中P的垂直分布与Mn显著相关,其次是C.高分辨率研究结果可见,蓝藻水华及其降解过程在毫米级厚度内即对沉积物-水界面产生了影响.     

常见卫星传感器在蓝藻水华监测中的应用进展

在全球气候变暖的背景下,湖泊富营养化程度日益加剧导致了全球范围内蓝藻水华暴发频次和暴发范围的逐步增加。利用传统水质监测方法实现蓝藻水华的实时动态监测尚存困难,而遥感技术具有监测范围广、速度快和成本低等优势,于蓝藻水华动态监测中得到了广泛应用。文章在介绍湖泊蓝藻水华遥感监测的原理和方法的基础上,对几种常见卫星传感器在湖泊蓝藻水华监测中的应用现状进行了总结,对比了各种传感器和反演模型的优缺点,最后对目前湖泊蓝藻水华遥感监测研究中存在的不足和发展方向作了分析和展望。     

蓝藻水华聚集对水葫芦生理生态的影响

蓝藻水华聚集后常会引起水体溶氧(DO)下降、水体环境恶化,从而对水生植物的生长产生影响.采用模拟实验,研究了在不超过25℃、5种不同浓度蓝藻聚集后,对水葫芦生长的影响及其生理响应变化,以期为减轻蓝藻聚集对植物不良影响和提高水体净化效果提供理论依据.结果表明,蓝藻聚集浓度低于60 g·L-1的处理中,随着蓝藻浓度的增加,水体的DO、p H下降,ORP值降低到100 m V左右,TN降低了58%~78%、TP降低了43%~68%、COD降低了59%~73%,植物叶片可溶性蛋白、可溶性糖、MDA含量增加;并且蓝藻浓度越高,MDA含量越高.在不同蓝藻浓度处理中,在低于60 g·L-1的蓝藻聚集下,水葫芦仍可以生长;超过60 g·L-1的处理中,DO、ORP大幅度降低,水体出现缺氧乃至厌氧状态,植物叶片中可溶性糖的含量随着实验的进行表现为先增加、后减小的变化趋势,表明随着蓝藻浓度的增加,水葫芦对水体中氮磷的吸收能力降低,蓝藻聚集将对其产生不可逆的胁迫.各处理中植物的根长、总长、鲜重与实验刚开始相比,都呈现增加的趋势,根长增加0.29~2.44倍,总长增加0.41~0.76倍,鲜重增加0.9~1.43倍,并且随蓝藻浓度的增加,根长、总长增加的幅度减小.因此在利用漂浮植物水体净化中,将避免蓝藻的严重聚集,从而更好地发挥其水体净化功能.     

北方富营养分层型水库藻类季节性暴发机制及其阈值分析

季节性藻类水华严重威胁供水安全,为探明北方富营养分层型水库藻类季节性暴发机制,以李家河水库为例,于2017～2020年开展长期连续高频监测,采用传统藻群和功能藻群分类法,并耦合局部加权回归法和边界分析模型,提炼藻华季节性(春季和夏季)演替规律及暴发环境因子阈值.结果表明：(1)春季和夏季藻华演替规律及响应机制不同,春季以绿藻、硅藻和甲藻为主,而夏季以绿藻、硅藻和蓝藻为主;其中,春季以低温、小型且高比表面积藻为主,而夏季以高温、大型或团状且低比表面积藻为主;藻类生理和形态特征差异是造成季节性藻华的主要内因;(2)春季和夏季藻华主要驱动因子不同,春季藻华主要为水温、混合层深度(Z_mix)和光利用率(Z_eu/Z_mix)控制,而夏季藻华主要受水温、Z_mix、Z_eu/Z_mix和总磷(TP)的共同影响;主驱动因子的变化差异是诱发季节性藻华的主要外因;(3)春季和夏季藻华暴发的水环境阈值不同,春季藻类暴发的水温、Z_mix和Z_eu     

水利工程背景下河流水华暴发成因分析及模拟研究

研究发现,河流水华暴发的主要驱动因素除受过量营养盐摄入、气候变化导致的气温上升和降雨等限制外,水文情势的影响尤为显著.在高强度人类活动影响下,水利工程开发导致的水文情势改变是否为河流水华加剧的成因之一,是水与环境学科交叉研究亟待探索的一个重要应用基础问题.通过对近10年来国内外在水利工程背景下河流水华暴发成因研究进展的综述,辨识了河流水华发生的"水循环-水环境-水生态"相互作用关系;对考虑水文变化的河流水华预测统计学模型、智能算法和水质水量耦合机理模型等进行了回顾和总结,并提出了基于水循环物理过程联系的生物及生物地球化学过程、社会经济用水与管理人文过程等与河流水华发生相互作用与反馈的水系统论研究体系.当前我国水利工程调水影响区下的河流水华问题研究仍面临着一些难点和挑战:① 过去关于水利工程调水对河流中下游水生态的影响研究多数是基于情景假设和规划条件下的预断,随着近年来我国多个大型水利工程的正式实施运行,当前以实际工程调水为背景（如南水北调、引江济汉工程等）开展水华模拟的研究成果仍然十分有限;② 水利工程调水影响区下的河流水华发生机理尚不明确,当前多数藻类生长模型并没有将流域水循环过程影响纳入考虑因素,对河流生态水文过程作用机理与耦合及定量关系分析方面的研究相对匮乏;③ 现阶段水利工程背景下的河流水华问题研究多停留在定性分析和宏观定量阶段,缺乏基于以水系统理论为导向的水生态系统与河流水文情势共同作用机制的定量化研究.      

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.     

遮光对滇池春季藻类水华的影响

为了研究(太阳)光强与水华藻类增殖的关系并探讨光强调节措施对水华的控制效果,2014年3-4月在滇池(草海)开展了基于围隔试验的水华早期遮光控藻效果的研究,结果显示:相比同期对照组,遮光率为85%时利于浮游植物生长且生物量升高了13.4%(5.8%~26.4%),遮光率为99%时抑制浮游植物生长且浮游植物生物量削减了28.8%(21.7%~41.5%),这与滇池高日照辐射与紫外强度及春季相对较低的水温有关;藻类组成方面,遮光99%后能提高蓝藻所占比例,且使群体微囊藻明显漂浮聚集于水体表面;遮光对藻类活性、水质等亦有一定影响。结合该研究与其它相关研究分析,水华控制中遮光率的选择需因控制目标、水华阶段性与地域特点制宜。     

三峡水库支流大宁河水华特征研究

以三峡水库支流大宁河水华敏感期(2007年4~6月和2008年4~5月)水质和水华的调查数据为依据,研究了其水质变化、营养盐构成及水华特征.结果表明,水华敏感期大宁河自回水段以下氮磷含量较高,总氮范围为0.84~3.21 mg/L,总磷为0.011~0.531 mg/L,氮营养盐主要以TDN为主(TDN/TN为84%),而磷营养盐以TDP占优(TDP/TP为60%);N/P值均高于16,藻类生长受磷限制.高锰酸盐指数和溶解氧含量低且变化稳定.叶绿素a为1.41~219.04 mg.m-3.相关性分析表明Chl-a与TP、高锰酸盐指数、DO、pH呈显著正相关(rChla-TP=0.453、rChla-高锰酸盐指数=0.641、rChla-DO=0.584、rChla-pH=0.409,p0.01),与SD呈显著负相关(rChla-SD=-0.392,p0.01);pH受多参数影响,但受藻类生长影响较大.通过显微镜对藻类进行鉴定,发现大宁河自回水段以下水华敏感期藻类分布较广,共发现8门82属124种,其中硅藻门和绿藻门分布最多,其次为蓝藻门和甲藻门,其余藻种较少.大宁河在水华敏感期暴发了3次自回水段以下大规模水华,水华期间藻密度最高值是正常值的14~1427倍,水华优势种主要有绿藻门的波吉卵囊藻、小空星球藻、土生绿球藻、实球藻和小球藻;裸藻门的扁裸藻、矩圆囊裸藻;硅藻门的小环藻、冠盘藻和舟形藻;甲藻门的埃尔多甲藻等;发生多藻种同时水华的情况;出河口处藻类较少.