太湖水体Chl-a预测模型ARIMA在引排水方案优化中的应用

我国东部大型浅水湖泊太湖的富营养化和藻华暴发一直是困扰该地区社会经济高质量发展的重要水问题之一,其中水资源分配不均及部分营养盐浓度较高,严重制约了太湖水体生态环境的健康发展。基于1999-2019年太湖水质、气象等逐月观测资料,构建了基于协变量(TN、TP、COD_Mn、降水量和引排水量)的叶绿素a(Chl-a)预测模型ARIMA(1, 1, 1)(0, 1, 1)₁₂,并结合2007-2019年历史引排水方案经验和效果,提出了未来平水年情景下降低太湖藻华大面积暴发风险的引排水方案优化策略。结果表明:所构建的ARIMA(1, 1, 1)(0, 1, 1)₁₂模型能有效预测太湖水体Chl-a浓度;且在预设未来情景下,通过同步增加引、排水量可有效降低水体营养盐含量。引排水方案的优化关键在于季节性水资源的合理调配,在满足水安全的基础上适当加大冬春季节引排水,可达到改善水动力和排出营养盐的效果。     

冬季巢湖SPOM来源、空间变化及营养盐效应

为研究枯水期巢湖水体悬浮颗粒物（SPM）营养元素组成及其潜在环境效应,分析了2020年1月巢湖18个采样点表层水体SPM含量、颗粒有机质（SPOM）含量及氮磷组成,并利用颗粒有机碳、氮同位素组成及C/N研究了冬季巢湖SPOM的来源及其空间变化. 结果表明,悬浮颗粒物总磷(PP)浓度为0.032~0.065 mg/L,平均值为0.049 mg/L;悬浮颗粒物无机磷(PIP)浓度为0.018~0.046 mg/L,平均值为0.032 mg/L,是PP的主要组分,二者浓度均呈西湖区>东湖区>中湖区的空间分布特征. 悬浮颗粒物总氮(PN)浓度为0.254~0.424 mg/L,平均值为0.342 mg/L,其中悬浮颗粒物有机氮(PON)占比较高,表明颗粒态氮以湖泊内源性有机来源为主. 巢湖表层水体SPOM的δ13C范围在?28.72‰~?26.68‰之间,δ15N为3.34‰~9.97‰,C/N为2.51±0.95,指示冬季枯水期水体SPOM主要来自内源水生生物碎屑,而陆源径流输入对湖泊颗粒物影响较小. 研究显示:冬季巢湖悬浮颗粒有机质主要来自湖泊内源,具有潜在的营养盐效应,污染控制需要相应的策略.      

渤、黄海在低氧形成期与消亡期生源要素的分布差异及响应特征

近年来,渤、黄海海域呈现溶解氧浓度降低并导致季节性低氧的特征,对海洋生态环境形成潜在危害。在此背景下,本文基于2011年6月（低氧形成期）和2011年11－12月初（低氧消亡期）在渤、黄海的观测数据,通过分析水体表观耗氧量（AOU）、pH、溶解无机碳（DIC）及营养盐之间的相关关系,探讨了生源要素在低氧形成期与消亡期的变化特征及主要控制机制。结果表明,生物的光合作用与有机物的降解过程是调控低氧事件前后渤海生源要素变化的主要因素之一,而黄海底层水体有机物的降解过程是调控水体溶解氧浓度及营养盐浓度变化的主要原因之一。     

2018年山东近岸养殖区营养盐结构及限制特征

本研究依据2018年山东近岸养殖区调查资料,采用营养盐限制法则评价方法,对DIN、PO₄-P、SiO₃-Si的平面分布、结构及限制特征进行了分析。结果显示,2018年,山东近岸养殖区DIN、PO₄-P和SiO₃-Si年平均浓度分别为（0.253±0.048）mg/L、（0.00743±0.00238）mg/L和（0.269±0.089）mg/L,渤海养殖区片的DIN、SiO₃-Si浓度总体高于黄海养殖区片,高值站位多分布于莱州湾等半封闭海湾;PO₄-P浓度均普遍较低。N/P、Si/N和Si/P的年平均值分别为131±47、0.92±0.47和90±60。N/P高值区多分布于渤海养殖区及海阳－莱阳区片;Si/N、Si/P高值区多分布于牟平区片及渤海的潍坊、龙口及莱州－招远区片。对营养盐限制状况的分析表明,山东近岸养殖区营养盐结构表现为明显的磷限制和枯水期的硅限制。4个季节磷限制状况都较为明显,枯水季节的冬季、春季和秋季硅限制较为明显。建议滩涂贝类养殖区片合理规划放养密度,充分利用海洋初级生产力,净化水质;筏式养殖贝类、藻类养殖区片积极推广贝藻兼养、轮养,开展时空立体养殖,调整养殖品种结构,改善因营养结构改变导致的贫营养状况。     

三峡库区大宁河沉积物营养盐时空分布及其与叶绿素的相关性分析

为研究大宁河底泥营养盐时空分布与藻细胞分布的关系,本研究在大宁河选择4个代表性的取样点:菜子坝、白水河、双龙和大昌,利用垂直重力采泥器,按照2 cm厚度分层选取底泥,检测底泥中总氮,氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、无机磷、有机磷和叶绿素的垂向分布,分析叶绿素与营养盐的相关性.结果表明,菜子坝底泥0.0~2.0 cm总氮浓度最高,白水河底泥2.0~4.0 cm的总氮浓度最高;菜子坝底泥2.0~4.0 cm氨氮浓度最高,1和2月白水河底泥4.0~6.0 cm浓度较高;硝酸氮和亚硝酸氮(除3月)在菜子坝底泥2.0~4.0 cm浓度最高;氨氮、硝酸氮和亚硝酸氮浓度在同一个采样点底泥4.0 cm以下分层差异不显著;白水河底泥总磷0.0~6.0 cm呈增加趋势,菜子坝底泥表层的总磷和无机磷的浓度显著高于其它分层,而且每一分层中总磷、无机磷浓度都高于其他3个取样点相应的分层;有机磷在菜子坝和大昌的浓度高于白水河和双龙的浓度,但是同一采样点底泥不同分层的有机磷浓度差异不显著;同一深层底泥中的叶绿素a浓度在大昌最高,其次是白水河,再次菜子坝,双龙处的叶绿素浓度最低;只有1月在大昌取样点处无机磷和叶绿素a的浓度显著正相关,相关系数为0.87,底泥中的营养盐不是影响底泥藻细胞分布的主要影响因素.     

三峡库区回水区营养盐和叶绿素a的时空变化及其相互关系

为探讨三峡水库调度运行背景下,库区回水区营养盐和叶绿素a时空变化及其相互关系,于2013年5月~2014年5月在三峡库区北岸最大、也是库区水华频发的支流——澎溪河的回水区高阳平湖进行了定点和高频监测.结果表明水体热分层是高阳平湖水华发生的诱导因素.高阳平湖水体热分层发生于春季(3月初),消亡于夏末(9月中旬),冬季没有分层.2014年春季,随着水体分层的发生和发展,表层叶绿素a在69 d内从14.92μg·L-1骤增至183.73μg·L-1,并暴发水华,之后叶绿素a随着混合层深度增加而下降.水体没有分层时,表、中和底层营养盐浓度相近;水体分层之后,各层磷浓度有了明显差异,表层和底层总磷浓度相差(0.18±0.04)mg·L-1.高水位期(9月至次年4月),高阳平湖硝氮和溶解性磷高于低水位期(5~8月)的含量,分别占总氮、总磷浓度的71.4%~95.4%和42.7%~94.4%,是总氮和总磷的主要组成部分,干流倒灌输入的硝氮和溶解性磷是其主要来源.     

黄土高原纬度梯度上的植物与土壤碳、氮、磷化学计量学特征

选取陕西省延安市的富县、甘泉县、安塞县和榆林市的靖边县、横山县、榆阳区为研究区域,测定和分析研究区植物叶片和不同土层土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,阐明植物叶片和土壤化学计量学特征随纬度梯度的变化模式,为预测黄土高原植物营养元素的限制情况和生态系统的土壤养分状况提供依据.结果表明:1在35.95°~38.36°N的纬度范围内,植物叶片C、N、P含量的变化范围分别是336.95~477.38、18.09~33.17和1.07~1.73 mg·g-1,平均值分别为442.9、25.79和1.37 mg·g-1,变异系数分别为11.9%、17.4%和13.3%;植物叶片C、N、P含量与纬度之间存在显著的相关关系,但植物叶片C含量与叶片N、P含量随纬度的变化存在差异:随着纬度的升高,植物叶片C含量随之降低;而叶片N、P含量随之升高.植物叶片C∶N、C∶P均随着纬度的升高,呈现减小趋势;而植物叶片N∶P与纬度的相关关系并不显著.20~10、10~20和20~40 cm这3个土层土壤C和N的空间分布具有一致性,均随着纬度的升高呈指数减小的趋势,且含量随着土层的加深逐级递减;土壤P的空间分布与C、N不同,随着纬度的升高呈现先增加后减少的趋势.0~10 cm、10~20 cm土层土壤C∶N随纬度的升高变化不显著,20~40 cm土壤C∶N随纬度的升高明显下降;3个土层的土壤C∶P、N∶P均随纬度的升高呈指数减少.3植物C、C∶N和C∶P与不同土层的土壤C、N、P均呈现显著的相关关系,植物N、P与土壤C、N呈现显著的相关关系,而叶片N∶P与不同土层土壤的C、N、P相关关系均不显著.研究表明,植物C、N、P含量与纬度之间存在一定的相关性,而植物与土壤的C、N、P含量之间的相关性并不一致,且与全球尺度相比,黄土高原地区草本植物生长更易受磷限制.     

澜沧江梯级水坝库区沉积物重金属和营养盐污染特征及评价

为研究梯级水坝运行条件下沉积物中重金属和营养盐的污染状况,于2016年对澜沧江漫湾和大朝山梯级水坝库区表层沉积物中重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn)和营养盐(总有机碳TOC、总氮TN)的污染特征展开了调查,并采用潜在生态风险指数(RI)、有机指数(OI)、有机氮百分数(ONP)、TOC/TN和Pearson相关分析评价了梯级水坝库区沉积物污染状况及空间分布特征.结果表明,沿着库区河流纵向梯度,重金属和营养盐污染均表现为坝前静水区相对较高的空间分布格局.重金属潜在生态风险指数(RI)评价结果表明,上游漫湾库区重金属生态风险(I～III级)总体高于下游大朝山库区(I～II级);而营养盐污染程度则表现为下游大朝山库区高于上游漫湾库区的分布格局.两库区沉积物有机质主要由水库水体产生,漫湾库区坝前静水区雨季有机质来源主要为陆源.Pearson相关分析表明,沉积物重金属生态风险与营养盐污染的来源具有一定的空间差异性.梯级水坝工程对沉积物的重金属和营养盐污染具有显著的累积和拦截效应.     

不同光照条件下浒苔与三种赤潮微藻的竞争

针对苏北浅滩水体浊度高、营养盐含量大、且被大多数学者认为是南黄海绿潮起源的实际情况,本文通过室内培养实验,研究了不同光照条件（0~4500lx）下浒苔与中肋骨条藻、东海原甲藻和新月菱形藻对营养盐的竞争作用;并与苏北浅滩实际水体光照相结合,评估了浒苔与3种微藻在不同深度下的生理状态.浒苔与微藻的竞争,是决定暴发何种藻华的关键因素之一.结果表明,与3种微藻相比,浒苔对光照的适应性更强,最大日均相对增长率为11.91%/d.微藻与浒苔共培养时,生长情况明显劣于单独培养,中肋骨条藻、东海原甲藻和新月菱形藻的生长抑制率分别为30%~46%,3%~44%,25%~41%,并且不同微藻对竞争作用的响应不同.营养盐监测数据表明,对有限营养盐的争夺是浒苔和微藻竞争作用的主要机制,研究结果为苏北浅滩浒苔绿潮的暴发机制提供了依据.