太湖地区3种水稻土不同温度培养中有机碳库变化及其对升温的响应

全球变暖下土壤有机碳储存的变化是土壤与全球变化研究的热点问题.本研究选择了3种太湖地区代表性水稻土的表层土壤,分别进行20℃和25℃的室内恒温培养,监测培养过程中总有机碳、溶解性有机碳和微生物量碳的变化动态,试图了解这些土壤的有机碳分解过程对全球变暖的响应特点.结果表明,这些土壤培养中总有机碳变化可以用一级衰变动力学方程或对数衰减方程描述,但动力学特征依培养温度的不同而异.升温大大促进了铁渗水耕人为土和潜育水耕人为土中有机碳的分解与呼吸损失,而铁聚水耕人为土没有显著变化.供试土壤总有机碳损失的Q₁₀系数分别为:潜育水耕人为土(11.1～14.1)＞铁渗水耕人为土(4.4～6.4)＞铁聚水耕人为土(0.63～0.73).这一方面说明温度敏感性在同一地带的不同土壤间的差异超过文献上报道的不同气候带的差异,但另一方面揭示了水稻土可能是一类对全球升温敏感响应的人为土.溶解性有机碳和微生物量的碳的变化还提示不同温度培养下水稻土微生物群落结构可能改变,因而影响到土壤有机碳库的生物有效性在温度条件下的变化.可以认为,土壤升温下有机碳的变化不但与土壤有机碳的性质有关,而且与土壤性质控制下的生物条件的改变有关.故土壤升温下有机碳的损失不仅仅是温度对分解过程的反应速度的影响.当然,对于不同土壤间的这种差异还需从有机碳-土壤环境-土壤生物的相互关系上做进一步的工作.     

深圳湾海域沉积物中酸可挥发性硫化物与重金属生态风险评价

测定了深圳湾海域10个站点表层沉积物中的AVS、TOC和同步浸提重金属(SEM)的含量,对AVS、SEM的平面分布及AVS与SEM和TOC的相互关系进行了分析。结果表明:深圳湾海域表层沉积物AVS含量范围为0.06～7.41μmol/g,平均值为2.51μmol/g;SEM含量范围为0.71～5.15μmol/g,平均值为3.06μmol/g;AVS与SEM的平面分布较一致,呈从湾顶到湾中向湾外逐渐递减的明显趋势。调查海域AVS与SEM和TOC间具有良好的线性相关性,大多数站点∑SEM-AVS的差值均0<(∑SEM-AVS)<5,说明该海域可能存在重金属的中等毒性生态风险。     

厦门湾海滩微塑料污染特征

以厦门湾6个典型海滩为工作区,分析海滩微塑料的污染特征.结果表明:①厦门湾6个海滩的微塑料丰度数据范围介于(28. 1±9. 4)～(312. 7±35. 2) n·kg~(-1)之间.②厦门湾海滩微塑料分为碎片类、发泡类、薄膜类和纤维类等4种类型.各站位点均以碎片类和发泡类为主,占总数量的80%左右,薄膜类和纤维类所占比例较少.③厦门湾海滩粒径1 mm的微塑料占最大比例,超过60%.粒径为1～3 mm和3～5 mm的微塑料所占比例较小.④通过红外光谱分析,确认厦门湾海滩微塑料碎片类和纤维类的主要成分是聚乙烯,发泡类和薄膜类的主要成分是聚苯乙烯.⑤通过扫描电镜观测,大部分微塑料表面粗糙、凹凸不平,带有明显裂痕.整体而言,厦门湾海滩微塑料污染处于中等偏下的程度,陆源污染是厦门湾海滩微塑料污染的最主要来源.     

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.     

基于GF-1 WFV影像和BP神经网络的太湖叶绿素a反演

叶绿素a浓度是可直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价湖泊水体的富营养化程度.太湖是典型的二类水体,光学性质复杂,应用一类水体线性反演模式拟合较为片面且难以找到最佳拟合模型.BP神经网络模型具有模拟复杂非线性问题的功能.为研究高分一号卫星16m多光谱相机WFV4结合BP神经网络进行太湖叶绿素a浓度监测的可行性,实验利用GF-1 WFV4影像和实时的地面采样数据,建立了BP神经网络模型,同时采用波段比值经验模型进行对比.经精度检验,BP神经网络模型预测值与实测值之间的可决系数R2高达0.9680,而波段比值模型的R2为0.9541,且均方根误差RMSE由波段比值模型的18.7915降低为BP神经网络模型的7.6068,平均相对误差e也由波段比值模型的19.16%降低为BP神经网络模型的6.75%.结果证明,GF-1 WFV4影像应用BP神经网络模型反演太湖叶绿素a浓度较波段比值模型精度有所提高.将经过水体掩膜的GF-1 WFV4影像用于训练好的BP神经网络反演太湖叶绿素a浓度分布,结果显示,叶绿素a高浓度区集中分布在湖心区北部、竺山湾、梅梁湾区域,与之前的研究一致.本文研究结果验证了采用BP神经网络模型对GF-1 WFV4影像进行太湖叶绿素a浓度反演的可行性.     

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.     

太湖底泥疏浚的水环境质量风险性分析

采用基于因子分析的主成分分析法将五里湖的16个水质参数概括为5个主成分,研究了各主成分以及其综合主成分在疏浚前后的变化,并以此为依据就底泥疏浚对水环境质量的影响进行了评价.结果表明,疏浚过程中,五里湖疏浚区的综合主成分得分最高,为1.15,水质综合排名在最后,水体色度和污染指数(F1)也达到最高值5.0;同时对照区综合主成分得分以及水体污染和色度指数(F1,F2)也相应升高,水质质量明显下降;这说明疏浚运作具有促进表层沉积物发生再悬浮和扩散作用,以及沉积物中内源性营养盐和重金属离子的释放作用.采用Monte Carlo随机采样法,利用平衡分配模型模拟和预测了疏浚过程中悬浮沉积物中重金属离子释放的阈值,结果表明疏浚过程中大部分重金属离子由悬浮沉积物向水体中释放的风险性较高,可信度达到90%以上,尤其是重金属离子Ni²⁺以及非金属污染物As释放的风险性较大,其可能的释放量分别分布在各自地表水环境质量标准EQS的28.6%～+∞之间和34%～+∞之间,说明底泥疏浚具有导致五里湖水体环境质量短期恶化的风险.此外,Monte Carlo随机采样分析方法应用也许可为湖泊底泥疏浚生态风险评价提供一条新的途径.     

太湖草型湖区沉积物再悬浮对水体营养盐的影响

再悬浮过程中沉积物对水体营养盐的内源贡献是湖泊,特别是浅水湖泊富营养化研究中的重要问题.采用原位沉积物柱样和原状上覆水的Y型扰动装置,被用来研究常规风情下太湖草型湖区沉积物的再悬浮和沉降过程对水体营养盐负荷的影响.结果表明,小风和中风的再悬浮过程导致水体氨氮和磷酸根磷含量显著下降,单位面积水柱含量最大变化量分别为-0.140 g·m-2和-1.59 mg·m-2;大风条件下,水体氨氮含量下降幅度很小,磷酸盐则出现明显增加趋势,最大增量为0.81mg·m-2.再悬浮过程之后的沉降过程中,中、小风条件的水体氨氮含量变小,大风条件的含量没有明显变化.磷酸根磷含量在中、小风条件下与风浪前差别较小,大风条件的含量则明显增大,最大增量为1.36 mg·m-2.因此,沉积物的再悬浮过程和沉降过程对上覆水体的营养盐动态负荷都产生重要影响.与太湖无植被湖区的研究结果对比说明,水生植物的存在对风浪作用下沉积物与上覆水的物质交换有一定的抑制作用.     

太湖部分沉积物中多环芳烃生态风险评估

对2009年12月采集的部分太湖表层沉积物中多环芳烃类化合物（PAHs）的现状进行调查和研究,结果表明,太湖流域表层沉积物中共检出属于美国优先控制16种PAHs中的9种,各采样点位PAHs浓度范围在264.9—1703.2 ng·g-1之间.分析显示,表层沉积物中以4环及4环以上PAHs为主,两者之和约占PAHs总量的...