淀山湖浮游藻类群落的早期增长

对2004～2009年淀山湖浮游藻类群落生物量[以叶绿素a（Chla）表示]随时间的变化进行了数学模拟.模拟结果表明,Logistic增长模型能够很好地描述淀山湖浮游藻类群落春季和夏季的早期增长.一般说来,淀山湖春季以硅藻和绿藻为主的浮游藻类群落于2月下旬进入指数级增长,到3月上旬浮游藻类密度已经达到始盛点的2倍,浮游...     

水华蓝藻生物质对Cu~(2+)的吸附动力学及吸附平衡研究

文章初步研究了水华蓝藻生物质对重金属离子Cu2+的吸附特性,包括生物吸附动力学和吸附等温线。生物吸附动力学结果表明,Cu2+的生物吸附可分为两个阶段,第一个阶段能较快地达到平衡,而之后的阶段进行缓慢。透析袋处理的蓝藻生物质在不同pH(3,4,5,6)的铜离子溶液条件下,吸附效率依次为62.4%,78.1%,71.2%,60.35%,吸附最大值为7.81 mg/g。水华蓝藻生物质对Cu2+的生物吸附平衡等温线可以用Freundlich模型精确拟合。水华蓝藻生物质在处理低浓度的含Cu2+废水方面有潜力。湖泊富营养化的优势在于产生低成本的、大量的、可收集的水华,这说明自然环境中的藻类资源如蓝藻水华生物质,可能作为商业中使用的生物吸附剂。     

Long-term joint effect of nutrients and temperature increase on algal growth in Lake Taihu, China

To study how global warming and eutrophication affect water ecosystems, a multiplicative growth Monod model, modified by incorporating the Arrhenius equation, was applied to Lake Taihu to quantitatively study the relationships between algal biomass and both nutrients and temperature using long-term data. To qualitatively assess which factor was a limitation of the improved model, temperature variables were calculated using annual mean air temperature (AT), water temperature (WT), and their average temperature (ST), while substrate variables were calculated using annual mean total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and their weighted aggregate (R), respectively. The nine fitted curves showed that TN and AT were two important factors influencing algal growth; AT limited growth as algal photosynthesis is mainly carried out near the water surface; N leakage of phytoplankton and internal phosphorus load from sediment explains why TN was the best predictor of peak biomass using the Monod model. The fitted results suggest that annual mean algal biomass increased by 0.145 times when annual mean AT increased by 1.0℃. Results also showed that the more eutrophic the lake, the greater the effect AT had on algal growth. Subsequently, the long-term joint effect of annual temperature increase and eutrophication to water ecosystems can be quantitatively assessed and predicted.     

2009~2018年太湖湖泛强度变化及其影响因素

基于2009~2018年的每年4~10月对太湖湖泛易发区的逐日巡查成果,以及相关太湖气象、水文、水质和水华监测资料的综合分析,揭示了太湖湖泛发生的环境条件及年际差异性特征,分析了影响太湖湖泛强度年际变化的因素及防控途径.结果表明,2009~2018年10 a中太湖共发生大小湖泛事件75次,平均湖泛面积1.35 km²,最大面积9.20 km²,平均持续时间3 d,最长持续16 d;湖泛发生引起了水体有机质、氮和磷等水质指标明显增高;湖泛的发生均在水温20℃以上,发生首日均处在5~9月;年际湖泛强度变化较大,2017年湖泛强度最大,2018年次之,而2014年湖泛强度最小;年际湖泛强度与蓝藻水华强度及5~9月的湖水平均温度显著正相关,而与水体营养盐等指标关系不密切,表明年际气候条件的波动对湖泛情势影响很大;湖泛的形成与河口区蓝藻水华的堆积关系密切：除了5次草源性湖泛外,70次藻源性湖泛均发生在入湖河口附近水域,河口区的底泥污染状况及底泥悬浮状况可能对湖泛的发生具有促进作用.根据形成湖泛的腐烂物质、来源、发生地点和持续时间的不同,可将湖泛分为藻源性湖泛和草源性湖泛这2种类型,藻源性湖泛又可分为港源型、迁移型和原发型这3种.结果表明,控制蓝藻水华强度是降低湖泛风险的根本途径,而避免河口区蓝藻水华过度堆积及厌氧分解的措施,如对蓝藻水华的及时打捞、工程措施形成的局部流场改变、蓝藻水华的离岸打捞工程和滨岸水华堆积区的应急曝气工程,以及河口区的污染底泥疏浚等工程措施,是降低湖泛发生风险的工程措施选项.     

基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区(水源地)为例,利用3年连续观测的逐时平均总叶绿素a浓度数据,对比研究了SARIMA、Prophet和LSTM(长短期记忆神经网络)3种时间序列模型在藻华(日平均叶绿素a大于15μg·L^-1)预测方面的效果.结果表明：(1)时间序列模型要求参数少,灵活性强,能清晰反映水质特征和未来变化趋势,可弥补传统藻类监测预警方法的局限性;(2)基于深度学习框架的LSTM模型,具有独特的迭代优化算法,对藻类非线性变化特征的识别和预测能力较强,其总叶绿素a逐日预测和7日预测效果均显著优于SARIMA模型和Prophet模型;(3)输入数据长度会在一定程度上影响模型预测效果,最优的输入数据时间长度为7 d;输入数据频率对预测效果也有影响,在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据;在预测藻华日时,两种频率数据无显著差异,但日频率数据能更准确识别藻华日特征.总结起来,基于...     

应用生态动力学模型评价上海淀山湖富营养化控制方案

近年来,由于淀山湖入湖河流和环湖污水排放,淀山湖水质严重富营养化,夏季高温季节蓝藻水华时有发生。基于最近开展的比较系统的大规模水文、水质、生物同步监测和底质氮磷营养盐释放通量实验,进行入湖氮磷营养盐通量计算分析。通过建立淀山湖水动力一生态动力学耦合模型,利用同步实测和历史资料进行水动力模型和生态动力学模型的率定验证,模拟典型风场作用下的淀山湖三维流场特征;利用生态动力学模型系统研究淀山湖氮磷营养盐和藻类的时空变化和演替规律,初步掌握淀山湖的富营养化过程;综合评价了污染负荷削减、水力调度（水体停留时间）等措施对控制淀山湖富营养化的作用,明确磷是淀山湖藻类生长的关键营养盐限制因子。模型预测结果表明,磷负荷削减50％以上才能使淀山湖夏季蓝藻生物量开始下降;削减90％以上的营养盐负荷才能有效抑制蓝藻水华;水体停留时间的长短是藻类是否过度繁殖的重要条件,加大引水流量,减少淀山湖水体停留时间是有效控制蓝藻水华的重要途径;目前阶段,与控制营养盐负荷（50％）相比,增大引水流量可以更有效地降低蓝藻暴发时的生物量。     

藻华聚集的环境效应:对漂浮植物水葫芦光合作用的影响

利用适应性强、生物量大的水生植物来净化污染水体,已成为目前水体生态修复的一种快捷有效的方法.然而,在夏季蓝藻水华严重聚集的水体,藻华聚集后对水生植物的生理生态影响及其环境效应,尚缺乏系统研究.本研究以水葫芦为代表,模拟在高温阶段(水温WT25℃)、水华严重聚集时,对水葫芦的光合作用的影响进行研究,以揭示蓝藻水华聚集后造成的浅水生态系统中水生植物消亡的深层机制,并为减轻藻华聚集对水生植物的不良影响、充分发挥水生植物的水体净化功能提供理论依据.结果表明,藻华聚集会很快消耗掉水生植物根区内的溶氧,呈现缺氧状态(DO0.2 mg·L-1);植物根区内ORP出现明显下降现象,实验进行1 d后低于-100 m V,实验结束时达-200 m V,水体呈现强还原环境.与对照相比,根区内p H值低0.7个单位.藻华细胞在死亡、分解后释放大量的无机营养盐于水体中,植物根区内的NH+4-N含量比对照实验中高102倍;较高的NH+4-N含量(平均为45.6 mg·L-1)加之缺氧的协迫作用,导致植物机体受到破坏,植物的光合作用能力严重下降.叶片的平均净光合速率仅为对照的0.6倍,实验结束时其光合速率Pn为3.96μmol·(m2·s)-1,而同期对照实验的叶片净光合速率Pn为22.0μmol·(m2·s)-1;叶片蒸腾速率仅为对照的0.55倍,至实验结束时其蒸腾速率为1.38 mmol·(m2·s)-1,同期对照实验的叶片蒸腾速率为7.61 mmol·(m2·s)-1,表明藻华长期的聚集对植物产生了不可逆的伤害作用.在实际生产中,要避免蓝藻的严重堆积和快速消亡,以减轻藻华暴发对植物的伤害,充分发挥植物的水体净化功能.     

三峡水库藻类“水华”预测

根据三峡库区江段16条一级支流以及重庆市35座大中型〖JP2〗水库的调查资料，分析天然河流与水库两种不同水流条件下，水体叶绿素a浓度与总磷和透明度的关系。结果发现,在水库环境中，水体叶绿素a的浓度与总磷以及与透明度都具有较好的相关性，但在河流条件下则没有明显的关系。由于三峡库区江段大多数支流的营养水平已达到富营养化状况，当三峡水库建成、水流条件发生变化后，在支流河口等水域存在爆发“水华”的风险。为此，我们根据1998年枯水期，在三峡库区长江江段流域面积大于100 km2的40条支流河口实测的总磷浓度，利用所建立的水库环境中总磷与叶绿素a 浓度的关系，对三峡成库后在局部水域爆发“水华”的可能性和程度进行了分析，并提出了相应的对策。     

太湖春季和秋季蓝藻光合作用活性研究

采用Phyto-PAM浮游植物分析仪测定太湖蓝藻光合作用活性的时空间分布.结果表明,太湖蓝藻光合活性具有显著的时空差异:春季蓝藻的最大光量子产量F_v/F_m (可变荧光和最大荧光之比)和实际光量子产量F_v'/F_m'分别在0.35~0.49和0.16~0.29之间,秋季蓝藻分别在 0.33~0.53和0.21~0.43之间,太湖秋季蓝藻的最大光合作用能力和实际光合作用能力大于春季蓝藻.春季和秋季蓝藻的非光化学淬灭NPQ(non-photochemical quenching)分别在0.012~0.17和0.035~0.26之间,秋季蓝藻的NPQ高于春季蓝藻,说明秋季蓝藻的自我保护能力高于春季蓝藻.快速光响应曲线(Rapid light curve, RLC)的特征参数表明春季蓝藻的光能利用效率、最大电子传递速率和光饱和强度点高于秋季蓝藻;从空间分布来看,蓝藻的最大光合作用能力、实际光合作用能力和光合作用效率在营养水平低和有水草分布的湖区相对较低,富营养化水平高的湖区则相对较高.因此,降低太湖营养盐浓度,恢复水生植物,能够抑制蓝藻的光合作用活性和生长,从而降低蓝藻水华强度.     

改性黏土絮凝海洋原甲藻对水体中氮、磷的影响研究

通过对比研究典型有害微藻海洋原甲藻(Prorocentrum micans Ehrenberg)自然消亡(A1组)及改性黏土絮凝(A2组)两种体系,考察两体系中氮、磷等主要水质因子的变化情况.结果表明,改性黏土能有效去除P. micans并影响其后期生长状态,0.4g/L改性黏土添加3.5h后去除率可达60%以上,且藻密度无二次增长.改性黏土絮凝藻华过程中能有效去除水体营养元素, A2组DIP和DIN较A1组分别降低85%和35%.另外,添加改性黏土对水体有机氮、磷影响值得关注,第33d A2组TON和TOP较A1组分别减少约120, 6μmol/L. 改性黏土对有机氮、磷存在一定的埋存保护作用,通过吸附絮凝、螯合等作用使有机氮、磷脱离水体系统,而自然消亡体系中的微藻消亡后将通过分解、矿化等过程快速进入水体参与再循环.该研究系统阐述了改性黏土絮凝P. micans对水体营养环境的影响,以期为现场治理提供理论支持.