太湖湖泛现象的卫星遥感监测

2010年8月20日太湖地区Landsat ETM影像显示,太湖西部沿岸带存在湖泛黑水团现象,对该景遥感影像进行了大气校正,提取了湖泛样区、其他水体样区的ETM各波段光谱反射率数据统计特征。结果表明,湖泛样区在可见光波长的ETM波段1、2、3具有很低的反射率,水色暗黑,与人眼观察一致,而在反射红外波长的ETM波段4则有比波段3高的反射率,差异植被指数DVI>0,其原因为湖泛黑水团中,虽然大量蓝藻死亡分解,然而水中还残留有一定数量的活体蓝藻,残余叶绿素及细胞造成了虽然较弱、但仍较为稳定的反射红外波长处的光谱反射能力。提出了识别湖泛现象的遥感判据为ρ0.485<0.05 andρ0.56<0.08 andρ0.66<0.065 and(ρ0.83-ρ0.66)>0 andρ0.83<0.1。     

浅水富营养化湖泊蓝藻垂向分布特征及其动力机制研究——以太湖为例

蓝藻垂向运动的表征对于理解浅水富营养化湖泊中蓝藻水华的形成过程至关重要.本研究以太湖为研究区,通过野外实验观测,分析蓝藻生物量及颗粒物粒径分布的垂向变化特征,结合一维蓝藻平流运动模型,研究在不同扰动强度和群体粒径下的蓝藻垂向运动规律.结果表明,在低风速条件下(风速小于3 m·s^-1),太湖水体中蓝藻生物量在垂向上分布不均匀,其垂直分布剖线在水表或水柱某一深度形成峰值.当水华发生时,直径> 75μm的蓝藻群体主要聚集在水表,其剖线在水下形成不明显的峰值;在水华未发生时,75～175μm直径范围内的蓝藻群体主要聚集在水深1.2 m处,175～250μm直径范围内的大粒径蓝藻群体仍聚集在水表.垂向运动模拟表明,直径> 100μm的蓝藻群体随光照变化在水柱中进行周期性上浮下沉运动,直径<100μm的蓝藻群体,由于垂向迁移速度较小,在弱扰动条件下聚集在真光层深度附近.不同粒径蓝藻群体的垂向运动规律不同,导致蓝藻生物量垂直剖线在水表和水下形成两类特征峰.     

太湖沉积物中重金属污染状况及分布特征探讨

依据沉积学原理和水体沉积物重金属的环境地球化学特性，用地积累指数法和改进的多变量Chernoff脸谱图，对太湖沉积物中重金属的污染状况及不同重金属的地积累程度进行了综合性的评价。结果表明：（1）太湖沉积物中重金属的污染可划分为3个区域：湖心相对清洁区、湖岸轻度污染区和内湖综合污染区。（2）太湖沉积物中重金属存在轻度污染。其中铜污染极别高于其它金属，且集中的太湖北部地区。铬污染属于轻度污染，具有分布空间广且均衡的特点。     

太湖地区稻田氮素损失特征及环境效应分析

通过氮肥减量小区试验,研究了太湖地区稻田氮素径流损失、渗漏损失、氨挥发损失以及氨挥发通量的动态变化特征,阐述了氮素损失量、水稻产量与施氮量之间的关系。结果表明：稻季氮素径流损失和氨挥发损失均随施氮量的增加不断增加,而渗漏损失与施氮量没有显著相关性。综合整个稻季,氨挥发损失以分蘖肥期最高,基肥期次之,穗肥期最低。稻季氮素总损失为13.7～59.8 kg·hm-2,占总施氮量的16.5%～22.2%,且随施氮量的增加而不断增加,其中氨挥发损失占42.2%～72.0%,径流损失占22.2%～38.4%,渗漏损失占5.8%～22.7%。稻季181 kg·hm-2的氮肥用量,较常规施氮量减少了33%的氮肥,增加了10.3%的产量,降低了48.5%的氮素损失,较好地兼顾了粮食产量和环境效应;而对于重要环境区域或高污染区域,还可以尝试更低的氮肥投入,以达到更好的环境效益。     

长期施肥条件下水稻土磷素分布特征及对水环境的污染风险

对太湖地区稻麦轮作黄泥土进行23 a长期施肥试验,设14种处理:不施肥(C0)、氮肥(CN)、氮钾肥(CNK)、氮磷肥(CNP)、磷钾肥(CPK)、氮磷钾肥(CNPK)、稻草加氮肥(CRN)、有机肥(M0)、有机肥加氮(MN)、有机肥加氮钾(MNK)、有机肥加氮磷(MNP)、有机肥加磷钾(MPK)、有机肥加氮磷钾(MNPK)、有机肥加稻草加氮(MRN)。结果表明:(1)与无磷处理比较,耕层(0—15 cm)全磷(TP)、有效磷(O lsen-P)和无机磷(I-P)含量均显著增加,有机磷(O-P)含量仅在MNP、MPK、MNPK和CPK处理中显著增加;耕层以下O-P无显著增加,MNPK、MNP、MRN和MN处理中I-P下移可达25 cm,而MNPK处理中TP及MNPK、CNP处理中O lsen-P下移可达30 cm;耕层磷素积累量及磷素下移深度与施磷量、施肥模式(化肥磷、有机肥磷;单施、混施)和磷素形态有关。(2)有机肥I-P下移深度比化肥I-P深。(3)不同施肥处理对水体环境存在不同的污染风险,其中以MNPK处理下土壤磷素对水体环境的污染风险最大;地表水的污染风险大于地下水,稻季的污染风险大于麦季,丰水年的污染风险大于平水年。     

太湖胥口湾表层水和沉积物中多环芳烃的浓度水平及生态风险

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是环境中普遍存在的稠环类化合物,由于其对人体健康和生态环境产生较大危害,美国环保局将16种PAHs列为优先控制的污染物。PAHs也是太湖流域的主要污染物之一。作为华东地区的重要水系和水源地,研究太湖环境质量的变化对改善太湖流域水生生态系统和提高沿岸居民身体健康具有重要意义。论文研究了太湖胥口湾水域表层水和沉积物的PAHs。结果显示,表层水和沉积物的PAHs总浓度分别为7.2~83 ng·L~(-1)和66~620ng·g~(-1)干重;年均值为29 ng·L~(-1)和218 ng·g~(-1)干重;年均毒性当量浓度为2.4 ng·L~(-1)和28 ng·g~(-1)干重。沉积物中的主要污染物为荧蒽、芘和,影响毒性当量浓度的主要是苯并(a)芘和二苯并(a,h)蒽。4环PAHs在沉积物中占主要,其浓度百分比为44%~48%,而5环PAHs则占毒性当量总浓度的90%以上,说明其危害主要来自5环PAHs。PAHs特征化合物比值分析表明,胥口湾沉积物中PAHs主要来源于煤和木材燃烧,表层水大部分为燃烧和石油的混合来源。污染水平的时空变化特点为丰水期(8月)表层水PAHs浓度偏高,沉积物偏低。湖区和湖岸的PAHs浓度只在丰水期有显著差异,表层水PAHs浓度湖区高于湖岸,沉积物相反;其他时期湖区和湖岸PAHs浓度无显著差异。根据加拿大沉积物环境质量标准,胥口湾整体生态风险水平较低。从时空分布特征来看,个别生态风险较高的点主要分布在湖岸,5月平水期可能是沉积物中PAHs生态风险较高的频发期。     

江苏太湖地区不同种植模式下肥料投入与养分平衡分析

为明确农业面源污染对太湖水体富营养化的影响,以江苏省太湖地区为研究对象,选取宜兴市、苏州市吴中区和溧阳市3个地区作为典型调查区域,对太湖地区稻麦、稻油2种种植模式下的肥料投入和养分平衡状况的研究结果表明,太湖地区稻麦、稻油2种种植模式下的周年氮肥投入量分别达到556.2和488.0 kg.hm-2,盈余率分别为100.2%和62.5%,稻季氮肥平均投入量为298.0 kg.hm-2,明显高于麦季的229.1和油菜季的218.9kg.hm-2;2种种植模式下的周年磷肥投入量分别为117.6和116.7 kg.hm-2,盈余率较低,仅为9.0%和-7.4%;周年钾肥投入量最少,分别为107.3和105.3 kg.hm-2,且都存在超过50%的亏缺。2种种植模式下,氮肥投入量明显高于磷肥与钾肥,导致大量氮素盈余,磷肥投入较为合理,达到基本平衡状态,投入量最少的钾肥则存在严重的养分亏缺。     

“哨兵-2”卫星影像及C2RCC算法在太湖冬春季水色分析中的应用

利用太湖2019—2022年冬春季“哨兵-2”卫星10 m分辨率的MSI影像和SNAP软件C2RCC (Case 2 RegionalCoastColour)模块,以适合浑浊、富营养程度较高、光学复杂的“二类水体”的C2X-nets为模式,开展太湖叶绿素a、总悬浮物浓度、透明度等水色参数反演。结果表明:冬春季太湖各湖区叶绿素a浓度处于较低水平,但4月中旬起有明显抬升;太湖西部沿岸区、南部沿岸区和湖心区总悬浮物浓度较高,表明这些湖区易受风浪影响,造成沉积物再悬浮;太湖东部沿岸区、北部湖湾及东太湖遥感反演的水体清澈度较高,可能与这些湖区冬春季沉水植物菹草的分布有关,菹草生长对水质有较好的净化效果。总体来看,基于C2X-nets模式的C2RCC反演算法从较高分辨率卫星遥感影像中提取的水色信息,能有效反映太湖冬春季水色指标的空间分布特征,可为湖体生态状况及动态变化的长期监测评估提供有价值的参考。     

DDT对太湖大银鱼种群危害的生态风险

DDT作为难降解、高脂溶性的污染物,对湖泊水生生态有重要影响。该研究选择太湖大银鱼(Protosalanx hylocranius(Abbott))种群为研究对象,通过分析大银鱼在整个生命周期富集DDT的过程,结合相关的毒理学研究成果,分析DDT富集对大银鱼各生长阶段种群存活率的影响;并在此基础上,应用Lesile矩阵模型分析DDT富集对大银鱼种群规模的影响,研究结果表明,当太湖水体DDT浓度为9.3μg.L-1时,随着DDT在大银鱼体内的富集以及由此导致的毒性效应的影响,大银鱼种群规模在一个生命周期内减少6.39%,其影响较为显著。虽然具体的定量过程受到一些不确定性因素,如水体污染物浓度、剂量-反应关系等的影响,模拟准确度有待进一步提高,但本研究同样也为湖泊水生生态风险的细化提供了有益的尝试。     

太湖水体溶解态磷的时空变化特征

对2010年太湖西岸区北段、湖心北区、贡湖、梅梁湾、竺山湾、西岸区南段、湖心南区、南岸区和湖心区9个研究点位水体中的溶解态总磷(TSP)、溶解态反应磷(SRP)和叶绿素a(Chl-a)进行了长达1年的动态监测,全面分析了太湖不同月份、不同区域水体溶解态磷含量的时空动态变化特征及其与藻类生长的相关性。全湖月平均TSP变化范围为(0.027±0.019)~(0.054±0.042)mg/L,SRP变化范围为(0.009 ± 0.006)~(0.035 ± 0.020) mg/L,夏秋季SRP含量高于春冬季。北太湖区溶解态磷含量普遍高于南太湖区,近岸溶解态磷含量高于离岸。各点位年均TSP变化范围为(0.019±0.011)~(0.104±0.038) mg/L,SRP变化范围为(0.009±0.006)~(0.041±0.022)mg/L。全年SRP变异(53.2%)高于TSP(23.4%)、近岸变异高于离岸、表层高于底层。溶解态磷含量日变化特征不明显,外源磷输入影响太湖水体溶解态磷分布。全年中太湖水体TSP、SRP与Chl-a呈显著正相关,相关系数分别为0.313(P<0.01)、0.284(P<0.01)。