湖北枝江市石子岭水库蓝藻水华研究

2009年8月21日对枝江市作为饮用水源的石子岭水库浮游植物和水体营养盐状况进行了调查.结果表明,该水库已经发生了微囊藻水华;浮游植物群落结构定量分析和多样性指数计算表明石子岭水库明显富营养化,惠氏微囊藻是是群落中绝对优势种.同时浮游植物生态位测度值表明微囊藻等蓝藻在时下的生态因子作用下将呈现逐渐衰退,而绿藻种群扩张,水库中浮游植物明显呈现由蓝藻优势向绿藻优势群落演替趋势.测定叶绿素荧光参数,以了解微囊藻水华的生长状态,比较研究中午强光下和经过24 h暗恢复及与室内培养的惠氏微囊藻三者的差异,表明夏末秋初阶段水库中微囊藻受到了一定的光照胁迫.水库中营养盐分析表明过高的总氮、总磷浓度和适宜的N/P比可能是水华暴发的主要原因,同时也是导致石子岭水库浮游植物呈现特定的群落结构特征的关键因素.     

三峡小江回水区磷素赋存形态季节变化特征及其来源分析

磷被普遍认为是富营养化的限制性因子,但河道型的三峡水库支流回水区在变化的水动力条件下磷的季节变化有其独特性.对2007年3月～2008年3月三峡小江回水区磷素的跟踪观测结果进行了分析.研究期间小江回水区总磷(TP)平均浓度为(61.7±2.7)μg·L~(-1),虽然各采样断面磷浓度差异不大,但其季节变化明显,大体上冬季最高、夏季较高、春季次之、秋季较低.颗粒态磷占TP平均浓度的54.05%,是TP的主要组成部分.结合同期对叶绿素a、悬浮无机颗粒物、悬浮有机颗粒物、河口流量、河口水位等主要环境变量的跟踪观测结果发现,颗粒态磷以吸附于泥沙颗粒表面或同矿质相结合的无机形态为主,并在降雨、径流的作用下进入水体使水中TP含量增加,该现象在低水位运行状态下更加明显.而在高水位运行条件下水动力条件的改变使磷素赋存形态向溶解态形式转变.小江回水区藻类生长对溶解性磷酸盐的生物利用过程十分明显,溶解性磷酸盐浓度同叶绿素a显著负相关.TP亦同叶绿素a呈负相关关系.研究认为,降雨、径流强度的加大及水位的降低虽然带来丰富的营养物,但亦使河道型的回水区水体更新周期缩短;而悬浮颗粒浓度升高导致的水体光学透射性能的下降以及洪水脉冲带来的不稳定的生长环境却阻碍了浮游植物的进一步生长和繁盛,这两方面综合作用的结果可能是小江回水区TP-Chla负相关的原因.     

三峡库区消落带4种典型植物根际土壤养分与氮素赋存形态

三峡水库消落带土壤N循环受到植被覆盖和季节性淹水的影响,对三峡水库水质具有潜在的不利影响,进行消落带植被恢复和提高土壤N保持能力成为保护库区水环境的重要措施.选择三峡库区一级支流澎溪河消落带为研究对象,分别在冲积潮土、紫色土和水稻土分布区采集狗牙根、香附子、苍耳以及玉米这4种典型植物根际、非根际土壤,分析了根际与非根际土壤理化性质与N赋存形态特征,并比较了不同植物类型根际富集效果,初步探究不同植物根际效应对消落带土壤N循环的影响.结果表明,所有植物根际土壤p H均低于非根际,有机质、全氮、全磷、速效氮均高于非根际,且根际富集率表现为香附子狗牙根玉米苍耳;不同植物根际对土壤全钾、有效磷、速效钾影响作用不一致;植物根际土壤中可转化态氮TF-N及其不同赋存形态离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、铁锰氧化态氮(IMOF-N)和有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)均高于非根际土壤,植物根际效应能够改变土壤N赋存形态及其对N循环的贡献率,但狗牙根和香附子根际土壤中TF-N占TN的比率低于非根际,而玉米和苍耳相反,表明消落带玉米和苍耳覆盖加快了N素向TF-N转化,不利于土壤N素保持;消落带土壤有机质、总磷和有效磷含量与可转化态N形态显著相关,是土壤N形态转化的主要因素.研究表明,消落带狗牙根和香附子覆盖对土壤N素的保持优于玉米和苍耳,植物根际效应对消落带土壤N循环的影响为消落带植被恢复中植物选择提供了参考.     

运用水质指数法评价南水北调中线水源地丹江口水库水质

丹江口水库是南水北调中线工程水源地,水库水质的好坏直接影响工程效益的发挥. 根据2005年雨季和枯季的水质监测数据,参照GB3838-2002中Ⅱ类水质标准,将21项水质监测指标分为难处理的毒性指标(ρ(As),ρ(Hg),ρ(Cd),ρ(Cr),ρ(Pb)和ρ(Se))、易净化的污染指标(pH,ρ(DO),I_Mn,ρ(BOD₅)和ρ(NH₃-N))及其他指标(ρ(DP),ρ(DIN),ρ(F-),ρ(Cl-),ρ(SO₄2-),ρ(NO₃--N),ρ(Cu),ρ(Zn),ρ(Fe)和ρ(Mn))3类,首先计算单项水质指数,然后分类别计算分类指数,最后得到综合水质指数(WQI). 结果表明:①重金属Hg,Se,Cd和Pb危及库区水质安全;②易净化污染指标及其他指标的WQI值小于20,但氮已对水质构成极大威胁;③水库水质在枯季好于雨季;④水质空间格局为汉江库区好于丹江库区,丹江库区好于库区下游. 对于水源地,在评价有毒重金属时应结合地表水环境标准和饮用水标准. 另外,就污染物成因及水资源保护措施进行了初步探讨.      

基于灰色极大熵原理的三峡库区(重庆段)生态系统健康评价

三峡库区(重庆段)是典型的河道型水库生态脆弱带,生态系统本底条件较差.明确库区生态系统健康状况及其胁迫因子,对促进库区可持续发展、维护三峡库区生态安全具有重要的现实意义.针对三峡库区(重庆段)目前的生态系统特点,构建了自然-社会-经济复合生态系统健康状况评价指标体系,并在灰色系统理论基础上,将信息论中Jaynes最大信息熵原理引入到生态系统健康评价当中,对三峡库区(重庆段)复合生态系统健康进行了评价.结果表明,三峡库区(重庆段)生态系统正处于急剧变化的过渡阶段,生态系统的生产、调节和服务功能分异明显.三峡库区(重庆段)生态系统东段的健康程度总体上好于西段,但东段内部空间分异明显,结构复杂.针对三峡库区(重庆段)现存的生态环境问题,提出了相应的调控措施和途径.     

降雨过程中香溪河流域非点源氮素入库特征研究

在香溪河流域主要支流开展了典型降雨事件过程中的水质水量同步监测,采用数字滤波法得到的基流指数分割了次降雨中的直接径流和基流,并用流量加权平均法估算了基流和直接径流中的氮素浓度,估算了降雨径流过程中点源和非点源氮素的入库(香溪河库湾)变化特征。结果表明:氮素浓度与流量的动态变化趋势基本一致,在降雨初期径流冲刷效应使浓度升高,在流量峰值到达的同时出现浓度最大值,之后随流量的减小而减小,并逐步趋于稳定;各形态氮素直接径流的浓度均大于基流,输出负荷以非点源为主,所占比例均达到70%以上,负荷贡献率表现为:TN>DTN>NO3--N>NH4+-N,TN的输出以DTN为主,DTN的输出以NO3--N为主;氮素输出负荷与径流量存在显著的相关性,TN、DTN、NO3--N、NH4+-N输出负荷与径流量的相关系数R值分别为0.93、0.95、0.98、0.88。有效控制农业非点源氮素输出是防治香溪河流域水体富营养化的关键。     

三峡库区丰水期表层水中酚类的分布特征及潜在风险

采用GC/MS技术对三峡库区干流及22条支流的47个表层水样中的15种酚类化合物进行分析,结果表明库区干流和支流表层水样中酚类总浓度的几何均值分别为52.47和87.99 ng.L-1.干流和支流中非氯酚类总浓度的几何均值均大于氯酚类,库区表层水以非氯代酚组分为主.苯酚、邻甲酚和2-硝基酚是库区干流水样中主要的酚类,分别占干流Σ酚类的79.1%、3.7%和3.6%.苯酚、邻甲酚、2,6-二氯酚和2-硝基酚是库区支流水样中的优势污染物,分别占支流Σ酚类的77.5%、5.4%、3.8%和2.2%.本研究中苯酚和2-硝基酚的检出浓度与《国家污染物环境健康风险名录》中的标准限值相比较,远低于可能导致生物毒性危害的标准限值,与国内外其他地区水体中苯酚含量相比也处于较低污染水平,说明表层水样中苯酚与2-硝基酚污染给研究区水环境带来的潜在风险较小.     

三峡水库香溪河库湾夏季蓝藻水华成因研究

为探讨香溪河夏季蓝藻水华发生过程及主要影响因素,于2010年7月19日~8月30日在蓝藻水华暴发区域开展持续监测,并对水华过程进行分析.结果表明,水华持续25d,自7月23日暴发,8月16日逐渐消退,藻密度最高达到108.03′106cells/L,优势藻种为鱼腥藻(Anabaena);自身悬浮机制、固氮机制、能够产生藻毒素抑制其他藻类生长,是鱼腥藻成为优势藻种的主要原因;充足的营养物质、显著的水体分层是水华暴发的必要条件,水华期间蓝藻对硝氮利用显著;在具备充足的营养盐的稳定水体中,水温持续升高、混合层与真光层比值的降低是诱发蓝藻水华的关键因子,并且在混合层与真光层比值为0.5时对蓝藻增殖影响最大.     

Microbial diversity accumulates in a downstream direction in the Three Gorges Reservoir

Organic and inorganic materials migrate downstream and have important roles in regulating environmental health in the river networks. However, it remains unclear whether and how a mixture of materials (i.e., microbial species) from various upstream habitats contribute to microbial community coalescence upstream of a dam. Here we track the spatial variation in microbial abundance and diversity in the Three Gorges Reservoir based on quantitative PCR and 16S rRNA gene high-throughput sequencing data. We further quantitatively assess the relative contributions of microbial species from mainstem, its tributaries, and the surrounding riverbank soils to the area immediately upstream of the Three Gorges Dam (TGD). We found an increase of microbial diversity and the convergent microbial distribution pattern in areas immediately upstream of TGD, suggesting this area become a new confluence for microbial diversity immigrating from upstream. Indeed, the number of shared species increased from upstream to TGD but unique species decreased, indicating immigration of various sources of microbial species overwhelms local environmental conditions in structuring microbial community close to TGD. By quantifying the sources of microbial species close to TGD, we found little contribution from soils as compared to tributaries, especially for sites closer to TGD, suggesting tributary microbes have greater influence on microbial diversity and environmental health in the Three Gorges Reservoir. Collectively, our results suggest that tracking microbial geographic origin and evaluating accumulating effects of microbial diversity shed light on the ecological processes in microbial communities and provide information for regulating aquatic ecological health.     

岗南水库沉积物溶解性有机物光谱时空分布特征及环境意义

为探究岗南水库沉积物溶解性有机物（DOM）的时空演变机制,本文使用紫外-可见光谱（UV-vis）和三维荧光光谱-区域积分法（EEM-FRI）,分析了岗南水库沉积物DOM的来源及分布特征.结果表明：岗南水库夏季沉积物DOM的相对浓度显著高于春季、秋季以及冬季（p<0.05）;E₂/E₃值显示岗南水库沉积物DOM分子量为夏季>春季>秋季>冬季;各采样点的紫外可见光谱特征指数存在显著的季节差异（p<0.001）.荧光区域积分显示各组分存在显著的季节差异（p<0.001）,采样点的空间差异不明显（p>0.05）;易降解类物质占比大于腐殖质物质,并呈现出显著的季节差异（p<0.05）,占比大小为春季>夏季>冬季>秋季.沉积物DOM具有高的荧光指数（FI指数均>2.0）以及低腐殖化指数（HIX指数大多数<4.0）,表明岗南水库沉积物DOM呈现出低腐殖化、较强自生源的特征.荧光区域积分各组分与三维荧光光谱指数的相关性表明,易降解类物质（P1、P2、P4以及P1+P2+P4）与BIX、β：α、以及Fn280呈现显著正相关（p<0.05）,与HIX以及Fn355呈现显著负相关（p<0.05）;类腐殖质物质（P3、P5以及P3+P5）呈现出与之相反的变化趋势.聚类分析显示易降解类物质与腐殖质物质明显被分离为两部分.与此同时,综合冗余分析（RDA）、层次聚类分析（HP）、随机森林分析（RF）、集成回归树分析以及多元回归分析,发现氨氮、溶解性总氮、pH值以及温度是影响沉积物DOM荧光区域积分组分演变的关键环境因子.