太湖流域典型河网水体氮磷负荷及迁移特征

对西太湖流域典型河道水体及沉积物氮磷含量进行分析,利用原柱样培养实验测定了沉积物-水界面氮磷交换通量及需氧量(SOD),并探讨他们之间的关系,结果表明:研究区域河道水体和沉积物氮磷总体含量水平较高,水体TN和TP平均含量分别为4.12mg/L和0.16mg/L,沉积物TN和TP平均含量分别为1658.76mg/kg和712.25mg/kg, NO₃^--N为水体无机氮的主要存在形态,NH₄⁺-N为沉积物无机氮的主要存在形态.沉积物需氧量(SOD)区域间差异较大,大体呈现西、南部区域较高,北部区域较低的特征;沉积物-水界面各无机氮磷交换通量分别为:NH₄⁺-N为-188.08~329.45mg/(m²·h),均值为13.05mg/(m²·h);NO₃^--N为-118.68~42.86mg/(m²·h),均值-28.09mg/(m²·h);NO₂^--N为-18.37~-4.81mg/(m²·h);均值-8.22mg/(m²·h);溶解性活性磷(SRP)为-10.94~10.58mg/(m²·h),均值1.34mg/(m²·h). NH₄⁺-N整体表现为由沉积物向上覆水释放,且与沉积物有机质(LOI)呈极显著正相关,SRP交换通量与沉积物中TP和TDP均显著正相关,表明NH₄⁺-N的释放与沉积物有机质的分解有关,SRP释放主要受沉积物TP和TDP影响.总体看,西部区域点位沉积物及水体氮磷污染最为严重,氮磷交换通量也较大,在区域内又表现为下游入湖口 > 上游的特征,表明人类活动对太湖流域典型河网氮磷水平及迁移转化特征影响较大.     

基于Mann-Kendall法的湖泊稳态转换突变分析

采用变化趋势与倾向率、Mann-Kendall趋势检验法和突变点分析法对1981~2008年间太湖湖泊稳态转换关键因子总氮(TN)、总磷(TP)和叶绿素a(Chla)进行突变识别,结果表明,(1)TN、TP和Chla分别在0.05、0.10和0.05水平上呈显著增加趋势;(2)TN浓度在1990~1991年间和1994~1995年间发生了两次突变;TP浓度突变点发生在1987~1988年;Chla浓度历史变化存在三个阶段,1981~1989年为第一阶段,尚未产生突变阶段,第二阶段为1990~1996年,突变过渡阶段,第三阶段为1997~2008年,属于突变后的状态;(3)综合TN、TP和Chla浓度历史变化存在不同阶段,结合各因子的历史变化序列,太湖湖泊稳态转换突变点为1988年和1997年,并把太湖划分为三个阶段,第一阶段为1981~1987年, TP浓度为0.025mg/L,属于草藻共存,接近于清水稳态阶段;第二阶段为1988~1996年, TP浓度为0.086mg/L,属于藻草共存阶段;第三阶段为1997到2008年, TP浓度为0.103mg/L,属于藻型浊水稳态.研究结果表明Mann-Kendall法在湖泊稳态转换突变分析中具有一定的适用性.     

夏季太湖浊度分布特征及其在水－沉积物界面识别中的应用

基于2014年8月对太湖61个采样点的浊度和各物理化学指标的测定,分析夏季太湖浊度空间、垂直分布特征及其影响因素,利用实测的湖泊底层浊度垂直分层对水－沉积物界面进行定量识别.结果表明,夏季太湖浊度表、中、底层浊度平均值分别为(28.3±21.4), (23.0±13.3), (31.7±15.0) NTU,总体分布趋势为太湖北部贡湖湾、梅梁湾最大,其次为西部及湖心区,较低值出现在胥口湾及东太湖;线性回归分析表明,表、中、底层浊度分别与叶绿素a、无机悬浮物、总悬浮物浓度的拟合关系最好;基于浊度垂直分层定量识别的太湖水－沉积物界面厚度均值为(156.4±53.5) mm,其中贡湖湾及太湖西部厚度最大,其次为湖心区及梅梁湾,东太湖、胥口湾、竺山湾界面厚度最小,界面厚度与中层浊度存在显著的正相关(R2=0.552),风浪引起的频繁的沉积物再悬浮将增加水－沉积物界面厚度.太湖浊度的垂直分层可用于水－沉积物界面的定量识别,为水－沉积物界面营养盐交换和物质循环研究提供科学依据.     

太湖流域耕地变化及其对生态服务功能影响研究

人类活动驱动下的土地利用变化对生态系统服务功能影响是当前生态学研究的前沿和热点,中国东部沿海经济发达地区耕地变化对生态系统服务功能影响尚不清楚。论文以中国经济快速发展和典型商品粮基地--太湖流域为研究区,利用多期遥感解译数据、统计资料和历史文献,分析太湖流域25 a 来耕地变化情况,并选取农产品生产、碳蓄积、水源涵养三个关键指标探讨耕地变化对生态系统服务功能的影响。结果表明:① 25 a 来太湖流域耕地减少显著,以城市建设用地占用为主,1985-2000 年流域耕地仅减少1 346.82 km²,主要集中在上海市和江苏省,态势并不严峻;2000-2010 年是流域耕地减少的主要时期,减少面积达4 317.46 km²,县级市耕地减少明显加剧。② 25 a 间太湖流域耕地变化造成生态服务功能退化明显,供给服务功能中仅小麦产量有所提高,稻谷和油料产量分别下降39.60%、56.56%,调节服务功能中土壤碳储量降低显著,但对水源涵养能力影响较小。建议加强耕地保护力度,协调耕地保护、经济发展和生态服务之间的平衡,有助于减缓流域耕地减少对生态服务功能退化的压力。     

马来眼子菜群丛对太湖不同湖区沉积物磷形态的影响

采用磷分级提取的方法对太湖贡湖湾、南部湖区马来眼子菜(Potamogeton malaianus)群落内外的沉积物样品进行了采集和分析,调查了沉积物中的不同形态磷的垂直分布状况,研究马来眼子菜群落对沉积物磷迁移转化的影响.结果表明:植物群丛对沉积物铁铝磷(Fe/Al-P)的影响在贡湖湾和南太湖表现不同.贡湖湾马来眼子菜群丛内部沉积物Fe/Al-P高于群落外部的27.6%,差异性显著(P<0.05);南太湖马来眼子菜群丛内部沉积物中Fe/Al-P均值低于群丛外部的47.4%,差异性显著(P<0.05).植物群丛对沉积物有机磷(OP)的影响在贡湖湾和南太湖表现相似,两湖区植物群丛外部沉积物中OP含量均值高于群落内部.马来眼子菜群丛对贡湖湾和南太湖沉积物中Ca-P有较明显的影响,植物的影响主要体现在表层0~15cm范围内,贡湖湾湖区沉积物Fe/Al-P和OP含量较高,在植物的影响下转化为Ca-P,因此Ca-P在表层沉积物中呈上升趋势;南太湖沉积物中Ca-P含量较高,在植物影响下Ca-P有一定量的释放,因此Ca-P在表层沉积物中呈下降趋势.     

Characterization of interaction between different adsorbents and copper by simulation experiments using sediment-extracted organic matter from Taihu Lake,China

The complex capacity of different types of organic matters （OMs） for Cu was quantitatively studied by simulation experiments using different adsorbents prepared from the sediment in Taihu Lake. The free Cu was measured with ion selective electrode （ISE） and complex capacity was calculated using a conditional formation constant model. The result indicated that the complex capacity was 0.048 mmol·g-1, 0.009 and 0.005 mmol.g-1for raw sediment, sediment without DOM, sediment without insoluble organic matters but with DOM and sediment without OM. Insoluble organic matter played a major role in the sorption of Cu in sediment and it can adsorb most Cu from water column. In the solution, Cu mainly existed as a complex with DOM and the DOM-Cu complexation capacity was 327.87 mg. g-1. The change of TOC and pH indicated ion-exchange in the interaction between free Cu and DOM. When the Cu concentration in the experiment reached the complex capacity of DOM, precipitation was the major mechanism to remove Cu from water phase, which was observed from UV absorbance change of DOM, that is, its aromaticity increased while molecular weight decreased. The desorption result indi- cated that DOM was more capable of desorbing Cu from adsorbents without OM than adsorbent with OM. The desorbed quantity with DOM was 1.65, 1.78 and 2.25 times higher than that with water for adsorbents without OM, raw adsorbents （sediment） and adsorbents without DOM.     

西太湖秋季蓝藻水华过后细胞裂解对溶解性有机碳影响

从2009年7月~2010年3月每月采集西太湖表层水样,分析叶绿素含量﹑蓝藻细胞裂解速率﹑磷酸盐浓度的变化,并通过切向流超滤系统分离得到的高分子量(1kDa~0.5μm)溶解性有机物的碳氮比值和高分子量溶解性有机碳浓度的变化.结果表明,西太湖蓝藻细胞裂解速率在11月达到最大值(0.43d-1),而磷酸盐和高分子量溶解性有机碳浓度分别在12月与9月达到最大值.细胞裂解速率与磷酸盐﹑高分子量溶解性有机碳浓度之间没有相关性,说明水华过后影响磷酸盐浓度﹑高分子量溶解性有机碳的因素很多,蓝藻细胞裂解只是其中重要因素之一.藻类水华的出现可能导致水体中其它磷形态(如有机磷)与磷酸盐之间的迁移转化,而大型浅水湖泊扰动导致的沉积物再悬浮和水华过后频繁的细菌活动都可能是影响高分子量溶解性有机碳的因素.秋季水华过后蓝藻细胞裂解释放的有机碳进入微食物网循环,引起细菌活动频繁,而溶解性有机物中含碳化合物比含氮化合物容易降解,所以碳氮比值逐渐减少.此外细菌通过硝酸盐合成溶解性有机氮也可能是碳氮比值减少的一个重要原因.     

太湖北部不同湖区春、夏季溶解性酸性多糖分布

为研究太湖dAPS(dissolved acidic polysaccharides,溶解性酸性多糖)的时空变化,探讨湖泊水体中dAPS对有机碳的贡献和重要性,于2012年春、夏季调查了太湖北部不同湖区(竺山湾、梅梁湾、贡湖湾、湖心区)水体中ρ(dAPS),分析了其时空变化特征及其与ρ(Chla)之间的关系,并探讨了不同湖湾中dAPS对DOC(溶解性有机碳)的贡献率. 结果表明,太湖北部水体中ρ(dAPS)春、夏季变化范围为3.02~9.93mg/L,平均值为(6.10±1.59) mg/L. 夏季太湖北部各湖区之间ρ(dAPS)没有显著性差异,春季梅梁湾中ρ(dAPS)显著高于湖心区(P<0.05),其他湖区并没有显著性差异. 春、夏两季ρ(dAPS)的最低值均出现在湖心区. 除贡湖湾外,夏季太湖北部各湖区ρ(dAPS)与ρ(Chla)都存在显著线性正相关,而春季各湖区则无显著线性关系. 这说明春、夏季dAPS的受控因素不一样,夏季ρ(dAPS)受藻类影响较大. 夏季各湖区dAPS对DOC的贡献率以贡湖湾最高,平均值高达46.7%±7.7%,春季则以梅梁湾的贡献率较高,平均值为68.6%±5.9%,这意味着dAPS在太湖水体有机碳循环中起着重要的作用.      

太湖叶绿素a浓度分布的时空特征及其影响因素

基于2005—2009年20次太湖采样期间的水质监测数据,研究了太湖叶绿素a浓度的主要分布特征,分析了水环境因子对叶绿素a浓度分布的季节性和空间性影响.结果表明,太湖叶绿素a浓度分布的空间差异较大,主要表现为梅梁湾、竺山湾、太湖西部和西南部湖区为叶绿素a浓度距平经验正交分解(EOF)第一模态空间分布的显著正值区,太湖湖心和东南湖区则为负值区;影响叶绿素a浓度的因子有水温、溶解氧、总氮、磷酸根和总磷,但总磷和水温的影响相对更为显著,而各季节叶绿素a浓度的影响因子则略有差异;影响藻类生长的因子存在较大的空间分布差异,但总磷、水温和溶解氧是其主要限制性因子,氮类营养盐的影响则处于次要地位.     

太湖水体中5种有机磷农药混合物生态风险评价

有机磷农药是一类广泛分布于我国水环境中的污染物,即使在水体中的污染水平处于规定“安全标准”之下,其联合暴露产生的风险仍有可能威胁水生生态安全。采用基于浓度加和模型与生物敏感度分布曲线的混合物风险商法,评价了太湖水体中敌敌畏、对硫磷、甲基对硫磷、马拉硫磷和乐果5种有机磷农药混合物产生的生态风险。结果表明：2003～2004年期间3个不同时期太湖水体中5种有机磷农药的混合物生态风险商(RQ_m )均大于1,有机磷农药混合物在2003～2004年期间对太湖水生生物构成了一定威胁。