湖泊营养物基准的制定方法研究进展

系统论述了国外湖泊营养物基准制定程序和技术方法,重点分析了国外营养物基准指标的选取和确定湖泊营养参照状态的方法,并分析了其适用性和可行性.湖泊营养物基准指标的选取要综合考虑富营养化控制关键因子和不同分区湖泊区域差异性,所选指标要具有相对稳定、因地制宜、早期预警等特点.湖泊参照状态的确定主要包括调查数据和历史数据的统计分析、模型预测和推断、古湖沼学重建等方法.统计学方法充分利用历史及现状的实测水质和生物数据,保证制定的基准适用于大多数湖泊,对于历史监测资料缺乏或污染严重的湖泊,该方法确定参照状态较困难;模型预测和推断方法用于受人类影响较严重的湖泊参照状态确定,但也需要大量数据进行校准和验证;古湖沼学重建法利用湖泊沉积重建湖泊自然营养本底和定量恢复历史时期湖泊营养状态演化序列,进而推导湖泊参照状态,需要复杂的数据分析和专家判断,同时也难以适用于沉积物受扰动较大的浅水湖泊.我国的大部分湖泊普遍受人类影响较大,历史数据稀缺,不同分区湖泊的差异性显著,针对国外营养物基准制定方法优缺点,需要加以优化改进,建立我国完善的湖泊营养物基准制定方法体系,指导我国湖泊营养物基准的制定.     

湖泊微生物群落构建机制及研究展望

湖泊微生物生态过程研究是深入了解湖泊生态系统结构与功能的关键。论述了湖泊微生物多样性时空分布规律及群落构建机制研究进展,总结了微生物群落构建机制的分析方法,介绍了微生物生态网络构建原理及应用。群落构建机制分析方法分为统计分析法、模型推断法和生态网络分析法。统计分析法包括群落结构差异分析、群落结构-环境因子关联分析和方差分解分析等,此类方法能够初步识别驱动群落组成与结构时空差异的影响因子,判别空间因素与已知环境变量对群落构建过程的相对贡献;模型推断法包括中性群落模型方法和零模型方法等,能够进一步实现对群落构建生态过程的区分,量化和比较随机性因素及确定性因素的相对重要性;生态网络分析法可用于揭示物种共现模式,探究作为确定性因素的生物相互作用,也可用于物种-环境响应关系的研究,探究环境选择过程对群落结构的影响。     

电渗法对太湖环保疏浚底泥脱水干化研究

利用粘土颗粒带有负电荷,而其中水分子显示正极性的特性,采用电渗的方法在环保疏浚底泥中通入电流,使得带有极性的水分子向阴极流动,从而达到对底泥脱水的效果.利用电渗法对太湖环保疏浚底泥进行脱水研究,分析其含水率随时间的变化、出水量与能耗的相关关系,以及其影响因素和优化方案.试验表明,经过240 h的电渗法脱水之后,底泥的含水率从开始的38.72%降至32.85%,可在较短时间内脱去底泥中的水分;电渗效果受底泥含水率、电压梯度、电极的耐腐蚀性、电极布置方式的影响;改善电极材料有利于提高电渗效率和降低能耗.在对不同电极布置方式的比较中发现,排形电极比环形电极更有利于排出底泥中的水分.通过对电渗试验的经济分析得出,电渗法进行环保疏浚底泥脱水的工程费用约为4.29元/m3原状土.      

铜绿微囊藻生长条件优化模拟研究

采用Plackett Burman实验设计与响应曲面法(RSM)相结合,研究了环境因子对铜绿微囊藻生长的影响。首先采用Plackett-Burman设计对影响藻细胞生长的环境因子进行筛选,结果表明:温度、NaNO3、K2HPO4、Ferric.Citrate对铜绿微囊藻的生长有重要影响,各因子影响值大小为E温度EK2HPO4ENaNO3EFerric.Citrate。在此基础上,用Box-Behnken设计对铜绿微囊藻的生长条件进一步优化,通过对藻细胞最大现存量与各考察因子之间的输入响应关系进行分析,结果表明:铜绿微囊藻的最佳生长条件是:温度为29℃,NaNO3为1.059 mmol/L,K2HPO4为0.057 mmol/L,Ferric.Citrate为0.024mmol/L,此时藻细胞的最大现存量为10.8293×105cells/mL。     

阳澄湖和滆湖微囊藻毒素分布及其与富营养化因子的关系

2013年6—10月进行了阳澄湖和滆湖的水样采集及分析,对水体中胞内和胞外3种微囊藻毒素(MC-LR,MCRR,MC-YR)和TN、TP、Chl-a等富营养化指标在两湖的分布情况及关系进行了研究。结果表明,阳澄湖的微囊藻毒素及富营养化因子浓度在不同点位的差异小,而滆湖从北部到南部呈下降趋势,两湖相比,滆湖的浓度远远高于阳澄湖;富营养化因子影响微囊藻毒素的浓度分布和变化;相关性分析表明MC-LR、MC-RR和MC-YR与CODMn、TN、TP、PO3-4-P、Chl-a分别呈极显著正相关性(P0.01),MC-LR、MC-YR与NH+4-N呈显著负相关(P0.05);逐步回归性分析显示Chl-a是影响3种微囊藻毒素浓度的关键因子,可以通过Chl-a对水体中MCs的浓度进行预测,为微囊藻水华和微囊藻毒素污染的预警提供重要的科学参考。     

巢湖表层沉积物中重金属的分布特征及其污染评价

以巢湖表层沉积物为研究对象,利用BCR连续提取法研究了沉积物中Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Zn、V和Pb等8种重金属元素的分布特征,同时运用潜在风险指数法和地累积指数法综合评价了巢湖沉积物中重金属的生态风险。结果表明,巢湖沉积物中的重金属含量在空间上表现出东西高、中间低的分布特征。巢湖表层沉积物中Cr、Co、Ni、V和Cu 5种重金属都主要以残渣态为主,Zn和Cd主要以弱酸提取态为主,Pb以可还原态为主,同时,Co和Cu 2种元素的可交换态及可还原态含量占有较高比例,具有潜在危害性。相关性分析显示,Cr、Cu、Pb、Ni、Zn和Cd 6种重金属元素的来源和分布可能具有相似性,Co和V 2种重金属元素具有相似的地球化学行为且其主要来源可能与其他几种重金属不同。潜在生态风险指数评价结果表明,巢湖表层沉积物中8种重金属元素构成的生态危害顺序为:Cd>Pb>Co>Cu>Ni>Zn>V>Cr,Cd具有高的生态危害等级,其他7种重金属元素均为低生态危害等级。地累积指数法评价结果表明:巢湖沉积物重金属元素的富集程度为Cd>Zn>Pb>Co>Cu>V>Ni>Cr,Cr属于清洁级别,Co、Cu、V和Ni处于轻度污染水平,Zn和Pb处于偏中度污染,Cd达到了重污染水平。     

城市固体废物不确定性多目标优化管理模型

在对城市固体废物管理进行系统分析,以及对各种模型深入研究的基础上,提出了不确定性多目标动态优化固体废物管理模型.模型以系统成本最小和环境影响最小为目标框架,采用不确定性分析、污染损失理论,将城市固体废物管理过程中对环境产生的影响进行货币化,使环境和经济有效地统一起来,以更加客观地解决多目标问题;同时采用完整、合理的约束条件,进一步对模型进行有效补充.将该模型应用于案例城市的优化结果表明:采用该模型可使每t固体废物处置成本较原方案减少8～18元,每年最少可节约2.8×107元,大大减少了运营成本.该模型采用二次污染处理至达标排放的费用,因此可以在系统成本最小的基础上,兼顾固体废物对环境产生影响最小的目标,有效地解决了多目标解法存在的问题.      

东北湖区典型流域生态安全评估

为评估东北湖区湖泊生态安全,在山口湖流域水质特征分析的基础上,分别采用模糊综合评价法、层次分析法和DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）模型对山口湖流域水环境质量、陆域生态系统健康状况和流域生态安全进行综合评估.结果表明:①2014年山口湖水体氮、磷、有机物质量浓度较低,各月营养水平存在较大波动:3月冰封期ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Mn）最低,分别为0.681、0.022、6.31 mg/L;5月冰层溶解时ρ（TN）和ρ（COD_Mn）最高,分别为1.771、8.27 mg/L.在3条入湖河流中,长水河受生活源和农业面源污染较重,ρ（TN）年均值为2.244 mg/L,超出GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准限值;南水河污染较轻,ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为1.061、0.059 mg/L;土鲁木河受人类活动影响较小,污染最轻.②模糊综合评价结果显示,除5月外,2014年山口湖水体总体上处于GB 3838-2002 Ⅲ类水质.③1988-2014年山口湖陆域生态系统处于优秀状态,但健康指数由1988年的90.06降至2014年的87.63,森林覆盖率下降、农田比例增加是陆域生态系统健康状态下降的主要原因.④2014年山口湖流域生态安全指数值为72.61,处于较安全状态,经济发展水平落后、入湖污染物未有效控制、透明度低、水产品供给指标功能较差、污染物处理能力差是影响山口湖生态安全的主要因素.研究显示,需减少农田化肥施用量,加强农村和农业面源污染防治等措施,控制污染物入湖量,加强环境监管能力建设和科技支撑,提高山口湖流域生态安全状态.      

我国东部浅水湖泊水生态效应特征

为探究我国东部浅水湖泊生态系统的时空异质性及其演替的响应指标,基于东部浅水湖泊长时间序列（1986-2014年）的监测数据,分析了不同湖泊类型的水质和浮游植物群落分布特征,并综合运用稳态转换理论和典范对应分析方法（CCA）,研究了富营养化湖泊浮游植物群落的演替特征以及响应因子.结果表明:①从水系上看,太湖水系湖泊的水质最差,ρ（TP）、ρ（TN）和ρ（Chla）最高,分别为（0.276±0.606）（3.563±1.430）mg/L和（14.801±10.117）μg/L,SD（透明度）为（0.486±0.272）m;从水文连通性上看,湖泊的水质为通江湖泊>非通江湖泊>阻隔湖泊.②空间分布上,湖口以下干流浮游植物密度最高,为2.674×107 L-1.蓝藻门为东部浅水湖泊的优势种群,密度最高达1.897×107 L-1,绿藻门和硅藻门次之,黄藻门最少,仅为3.951×103 L-1.③东部浅水湖泊生态系统演替发生在ρ（Chla）为5.21~10.57 μg/L阈值范围内.④以东部典型湖泊-太湖为例,浮游植物群落分别在1997-1998年和2000-2001年两个时间梯度达到最大值.EC（电导率）和ρ（TN）是影响太湖浮游植物群落分布的显著因子.研究显示,随着东部浅水湖泊水质恶化,浮游植物群落结构特征发生突变,导致其生态系统发生演替,预防东部浅水湖泊生态系统演变应严控EC和ρ（TN）.