基于GIS的太湖蓝藻预警系统研究

蓝藻爆发恶化了太湖水质,严重降低了太湖的使用功能。文章分析太湖蓝藻爆发的影响因素,结合预警模型和GIS技术,描述了太湖蓝藻预警系统的设计与实现流程,为太湖蓝藻预警提供科学、合理的辅助决策支持。     

太湖重点污染控制区综合治理方案研究

太湖流域是中国人口和城镇最为密集的经济发达地区,同时也是富营养化和生态破坏严重的大湖流域之一。太湖的水质污染目前已严重影响流域的可持续发展,并对人们的身体健康造成潜在危险。如何治理太湖、保护太湖已成为当地政府和科技人员的紧迫任务。笔者通过对太湖近15 a来水质发展趋势及污染物来源的分析,提出了太湖污染治理的重点污染控制区及相应的治理工程方案。      

太湖蓝藻胞内有机质的微生物降解

蓝藻水华消亡时,藻细胞裂解会产生大量的胞内溶解性有机质（I-DOM）.本研究利用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和三维荧光-平行因子分析法（EEM-PARAFAC）,考察太湖蓝藻I-DOM在微生物降解过程的组成变化,并研究了温度（20、25和30℃）和I-DOM初始浓度（5、10和20 mg·L^-1）对I-DOM生物降解的影响.结果表明,I-DOM能较好被微生物降解,14 d后,DOC的去除率为50%~74%.初始I-DOM主要包含类色氨酸组分C1（80%）,存在C2（一种广泛存在的类腐殖质,16.0%）和C3（微生物来源类腐殖质,3.7%）;几乎不含C4（微生物来源类腐殖质,0.3%）.微生物降解过程,这些组分既被消耗,同时又能被产生,呈现以下变化趋势：C1组分减少;C2组分变化趋势复杂,其先下降后增加,随后又下降;C3和C4先增加后减少.S_r、E₂：E₃和HIX指标的变化显示,降解过程中,溶液中DOM分子量增大,腐殖性增强.本实验条件的温度和I-DOM初始浓度范围均不改变各组分的变化趋势;3个温度中25℃条件下降解效果最佳;而随着I-DOM初始浓度的增加,I-DOM降解增强.结合笔者关于I-DOM光降解的研究,推断太湖水华消亡产生的DOM可能有以下的归趋：其中类色氨酸能被有效降解,而各类腐殖质难以完全降解;这些类腐殖质芳香性较强,极可能与金属物质发生作用而从水体中去除,被埋藏在沉积物中.本研究有助于探明太湖蓝藻水华消亡产生DOM的归趋.     

水铝钙石对不同镉污染农田重金属的钝化效果及机制

水铝钙石(Ca-Al-LDHs)是一种新型的层状复合金属氢氧化物,具有较大的比表面积、良好的阴离子交换性能和高稳定性的优点.本研究选择高Cd污染农田、中Cd污染农田和低Cd污染农田3种不同Cd污染水平的自然农田土壤作为研究对象.通过室内钝化实验,探讨水铝钙石对3种Cd污染农田土壤Cd、Pb、Zn有效态的变化规律以及形态转换的影响,进一步采用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)初步探讨其钝化机制.结果表明,在高中低这3种Cd污染土壤中,水铝钙石均能够增加土壤pH,降低Cd、Pb和Zn的有效态含量,其中Cd有效态含量最大降幅分别为97. 7%、96. 3%和91. 8%.水铝钙石促使高Cd污染土壤中Cd、Pb和Zn的可交换态转化成活性低的碳酸盐结合态、铁锰氧化态和残渣态,高Cd污染土壤的钝化效果优于中低污染土壤.水铝钙石的吸附作用、层间离子交换作用以及表面羟基和羧基等活性官能团的配位反应,在很大程度上降低了土壤重金属的生物有效性.因此,水铝钙石可有效应用于Cd、Pb、Zn等重金属污染农田的钝化修复.     

太湖不同湖区夏季蓝藻生长的营养盐限制研究

采集太湖6个湖区水样,利用营养盐添加,现场培养实验研究了水华蓝藻在不同湖区水体中生长的氮、磷限制情况和蓝藻的生长潜力.结果表明,梅梁湾水体只有氮、磷同时添加才对蓝藻生物量具有显著的促进作用,表明该湖区水华蓝藻的生长不仅存在磷限制,而且存在明显的氮限制.在太湖西部河口区、竺山湾和贡湖湾,蓝藻对单独的氮添加没有反应,而单独磷添加和氮磷同时添加对蓝藻生长具有同样的促进作用,表明磷是这些区域藻类生长的主要限制因子.东太湖水体不论氮磷单独还是同时添加对蓝藻生长均没有促进作用,表明存在氮磷以外的限制因子.氮磷供应充足的情况下,梅梁湾和西部河口区水体培养的蓝藻生长速率最高,表明这两个水域蓝藻的生长潜力最大,氮磷输入极易刺激蓝藻大量增殖,这在一定程度上解释了为什么蓝藻水华在这两个区域更为严重.蓝藻在贡湖湾和胥口湾水体中生长速率较低,在东太湖水体中的生长速率最低,因此这些水域的蓝藻增殖潜力较低.     

全球气候变化对太湖蓝藻水华发展演变的影响

对太湖周边4个常规气象观测站的47年观测资料进行分析,以探讨全球气候变化对太湖蓝藻水华演变的影响.结果表明,20世纪80年代之前,太湖流域气象条件的年代际尺度变化趋势不利于蓝藻的生长和水华的形成,而在20世纪80年代以后,尤其是20世纪90年代以后,气温、风速、降水变化都较大,且都有利于蓝藻的生长和水华的形成,这与蓝藻水华的观测事实一致.据此定义了蓝藻水华气象指数,每年太湖蓝藻水华气象指数能够很好地反映蓝藻水华的发展变化情况.进而,分析了反映ENSO循环变化的Ni?o3指数与太湖流域气象条件变化的相关性,结果表明ENSO循环与太湖流域风速、降水在年代际尺度上有着非常好的相关性.据此预测,2000年以后10~20年中,太湖蓝藻水华气象指数将继续在高位振荡,若蓝藻生长所需的营养盐浓度得不到有效的控制和明显的降低,蓝藻水华在气候条件的影响下,仍将可能大面积暴发.     

石田螺处理城市剩余污泥试验

应用石田螺（Sinotaia quadrata）摄食和消化城市剩余污泥,通过考察石田螺的最佳养殖密度、城市剩余污泥经石田螺处理前后性质的变化和重金属转移规律,对石田螺处理城市剩余污泥的可行性进行了研究. 结果表明:石田螺在养殖密度为13～15 kg/m3时存活率较高;石田螺可将城市剩余污泥直接转化为颗粒螺粪,可有效去除污泥中的有机物,对VS和TOC去除率分别达到23%和37%. 对城市剩余污泥经石田螺处理后得到的螺粪进行厌氧发酵产气试验,12 d后的总产气量仅为0.5 mL,可见螺粪的厌氧消化活性较低,这可在一定程度上避免污泥腐化发臭. 石田螺对城市剩余污泥中Cr,Cu,Zn,Pb和Cd 5种重金属的富集系数（BCF）分别为1.09,1.36,1.17,1.33和3.41;石田螺对Ni无富集作用. 城市剩余污泥处理后得到的螺粪重金属质量分数符合国家《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284—84）,在其他污染物项目达标的前提下,可用作为城市绿化用肥或土壤改良剂等,实现污泥的资源化利用.      

内陆水体叶绿素反演模型普适性及其影响因素研究

利用具有较大时空差异性的水体组分和光学特性数据集对现有叶绿素半分析(三波段和四波段模型)和生物光学反演模型进行检验,研究叶绿素反演模型的普适性及其影响因素.结果表明,叶绿素生物光学分析反演模型具有较高的普适性,总体反演精度可以接受,但反演精度受叶绿素比吸收系数时空差异影响较大;三波段和四波段叶绿素反演模型反演精度较高,但是由于水体组分组成及其生物光学特性差异使得反演因子最佳波段位置和反演模型参数存在较大的变异性,大大降低了三波段和四波段叶绿素反演模型的普适性,其中后向散射系数光谱曲线形状和叶绿素比吸收系数是三波段和四波段模型普适性的主导影响因素.     

北太湖水体固氮作用及其影响因子

为探究北太湖固氮作用,使用乙炔还原法对其水体的原位固氮作用和室内的N、Fe和Mo对鱼腥藻固氮速率的影响进行研究。结果发现:北太湖的年均固氮速率为3.08 ng/(L·h),并表现出明显的时空变化特征,梅梁湾水区的速率最高(2.75 ng/(L·h)),湖心区速率最低(1.38 ng/(L·h));固氮速率在夏季最高[6.03 ng/(L·h)],春[1.08 ng/(L·h)]、秋[0.81 ng/(L·h)]次之,冬季最低[6.97×10-5 ng/(L·h)]。进行相关分析发现:鱼腥藻的生长不受N、Fe和Mo影响(P>0.05);但N是控制鱼腥藻固氮速率的主要因素(P<0.01),而Fe和Mo含量对鱼腥藻的固氮作用并不产生显著影响(P>0.05)。北太湖水体的原位水温(P<0.01)、DTN(P<0.01)、蓝藻生物量和NO₃-(P<0.05)是导致水体原位固氮速率时空差异的主要原因。     

太湖竺山湾春季浮游细菌群落结构及影响因素

为研究太湖竺山湾春季浮游细菌群落结构,利用高通量测序对竺山湾4个采样点(雅浦港、沙塘港、竺山湖南和椒山)浮游细菌的16S rRNA基因进行序列测定.结果表明:测序文库的覆盖率很高,测序结果完全可以代表样本的真实情况;椒山的物种丰富度最高,但物种分布均匀度较低;竺山湾主要优势菌门为蓝藻门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),蓝藻门平均丰度高达64.73%,正处于水体复苏阶段,已有蓝藻水华暴发态势.属水平优势细菌主要有鱼腥藻属(Anabaena)、hgc I_clade、CL500-29_marine_group、微囊藻属(Microcystis)、聚球藻属(Synechococcus)和分枝杆菌属(Mycobacterium);运用冗余分析(RDA)探讨浮游细菌与环境因子的关系,结果表明,水温、Chl-a、NH+4-N、DO和PO3-4-P是影响浮游细菌群落的主要环境因子,其中,DO能显著影响微囊藻属,营养盐和水温对其也有一定程度影响.