三峡前置库汉丰湖试运行年水体水质现状及控制效果评估

三峡汉丰湖是世界范围较罕见的专为减弱消落带影响而修建的前置库,也是中国最大城市人工湖体,自汉丰湖试运行后,山水林田湖生态效益及建设宜居城市的社会效益显著.本文以三峡汉丰湖为研究对象,对汉丰湖试运行年支流来水及湖体断面进行水文、水质分层监测,包括水文参数(v、H等)、物理参数(T、pH、SD、DO、TSS等)、化学参数(高锰酸盐指数、Chl-a、TN、DN、NO_3~--N、NH_4~+-N、NO_2~--N、TP、DP、SRP等)共17个指标.监测结果表明:1 2月、10月等开始泄水蓄水时期水质较差,南河支流来水断面水质最差,调节坝出水断面最好;2汉丰湖水体总体呈轻度富营养化,主要污染指标为DN、TN、NO_3~--N、TP;3汉丰湖在试运行年对水体富营养化控制效果显著,Chl-a年平均消减率57.73%,高锰酸盐指数年平均消减率28.12%,SRP、TP、TN、TSS、NO_2~--N、DN、DP等年平均消减率20.15%~22.81%,NH_4~+-N、NO_3~--N等年平均消减率16.92%~18.74%,水体年平均富营养化指数降低15.74%.研究表明,1~3月、10~12月高水位湖泊形态试运行期间对各水质指标消减率高于5~8月河流形态时期,汉丰湖试运行良好,对水体富营养化控制效果显著,可消减三峡入库水体污染物浓度.     

典型水库型湖泊中CDOM吸收及荧光光谱变化特征:基于沿岸生态系统分析

为进一步了解水库型湖泊溶解性有机质(DOM)的地球化学特征,本文以三峡库区典型内陆水库型湖泊——长寿湖为研究对象,利用紫外-可见和三维荧光光谱,并结合湖区周边生态系统分析,讨论了长寿湖水体中CDOM的组成、来源和空间分布特征.结果表明,长寿湖不同采样点DOM浓度(DOC和CDOM)存在一定程度的空间分布差异,但各点FDOM分布较为稳定.回水区出现DOM累积,由于受陆源输入影响有限,水体内源活动主导,具有较明显"内源控制"特征,芳香性和分子量相对较低;而周边陆地以人工林兼旅游开发为主的采样点,陆源输入在带入较多腐殖化(高芳香性)组分的同时,人为活动排放也是导致其类蛋白组分丰富的重要原因;入湖区尽管周边果林和居民生活对水体DOM有一定影响,但上游河流输入的影响也不容忽视.另外,各采样点也出现了不受周边生态系统影响的独立的相关性特征,例如芳香性特征常数(SUVA280)和光谱斜率[S(275~295)]显著负相关、CDOM和FDOM极显著正相关、CDOM和S(275~295)负相关等.同时,长寿湖水体中CDOM的生色团主要由具有芳香性结构的大分子组分构成;至少51%的CDOM波动可以通过FDOM变化来进行解释,其中回水区荧光组分对CDOM变动的影响最为明显.在采用传统FI值无法区分DOM来源差异性时,结合采样点沿岸生态系统,综合紫外-可见和荧光光谱特征,有助于对DOM组成及来源进行解析.     

九龙江口滨海湿地生源要素空间分布特征

为了揭示亚热带典型滨海湿地生源要素的空间分布特征及影响因素,选取九龙江口滨海湿地为研究对象,于2009年夏采集表层沉积物及柱状样,利用元素分析仪和流动注射分析仪对主要生源要素碳、氮、磷、硫(C、N、P、S)进行分析.结果表明,九龙江口滨海湿地生源要素含量较高,总碳、总氮、总磷、总硫(TC、TN、TP、TS)的均值分别为(12.64±2.66)、(1.57±0.29)、(0.48±0.06)、(2.61±1.37)g·kg-1,空间分布差异性显著.红树林植被区表层沉积物的TC、TN、TP含量高于米草植被及光滩,高潮位TC、TN、TP含量>中潮位>低潮位,TS在米草植被及中潮位含量较高.柱状样的TC、TN具有相似的垂直变化趋势,均表现为由表层向下逐渐降低,且不同植被间的柱状样TC、TN含量在同一深度上都表现为:红树区>米草区>光滩区;柱状样TP平均值是光滩最低,TS平均值是光滩最高.冗余分析表明,植被类型、pH及潮位是影响表层沉积物生源要素(C、N、P、S)分布最显著的环境因子,解释量分别为24.0%、19.0%和11.6%.     

基于液相31P核磁共振(NMR)技术的巢湖沉积物中有机磷形态研究

利用改进的沉积物有机磷提取方法和液相31P核磁共振(NMR)分析方法,研究了巢湖表层沉积物有机磷形态.结果表明:西部湖区表层沉积物总磷含量高于东部湖区,其平均含量分别为(1089.82±108.14) mg·kg-1和(497.80±51.59) mg·kg-1;东部湖区沉积物中有机磷百分含量(31.88％±2.41％)高于西部湖区(20.86％±1.65％);表层沉积物主要磷份组成包括膦酸盐(Phon-P)、正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P);磷酸单酯为有机磷的主要组分,平均含量占总磷的22.12％±5.32％;磷酸单酯和DNA百分含量东部湖区大于西部湖区,磷酸单酯百分含量分别为25.99％±2.29％和16.30％±1.06％,DNA百分含量分别为5.61％±0.24％和3.85％±1.01％.31P核磁共振技术可以有效的应用于巢湖等富营养化湖泊沉积物磷形态分析;巢湖表层沉积物以无机磷为主,有机磷种类丰富,以磷酸单酯为主.     

太湖梅梁湾和月亮湾春夏两季沉积物扰动下BAPP的转化规律

采用室内模拟试验研究了沉积物扰动下上覆水中可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的变化规律,并分析了BAPP与悬浮物中内源磷间的内在联系.试验用沉积物分别于春季和夏季采自太湖梅梁湾和月亮湾.结果表明,沉积物扰动降低了上覆水中生物有效磷(BAP)含量,降至初始状态的40%左右.BAPP也明显降低,其占BAP的百分比稳定在50%左右,梅梁湾春季除外.扰动状态下颗粒态磷(PP)生物有效性显著降低,第12h时,BAPP占PP的百分比仅为10%左右;这与悬浮物中NH₄Cl-P和Fe/Al-P的降低明显相关,但其与 (AAP+NH₄Cl-P)占Tot-P的百分比相关性更好[r=0.565(n=48)].这暗示,沉积物扰动可能延缓了水体富营养化发展进程.     

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.     

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

四环素抗性基因在人工湿地中的去除及累积

以垂直潜流人工湿地系统为试验装置,考察了猪场养殖废水中四环素类抗生素抗性基因(tetW、tetM和tetO)在人工湿地中的去除及累积情况.结果表明,养猪废水中的3种抗性基因均有检出且含量较高,tetW、tetM和tetO的平均绝对含量分别为1.07×1010、4.03×1010和4.92×1010copies.L-1.通过湿地系统处理后,水体中抗生素抗性基因绝对拷贝数和相对表达量均明显降低,tetW、tetM和tetO的平均去除率分别为95.73%、92.21%和95.05%.在系统运行末期,湿地表层土壤和底层土壤中tetW、tetM和tetO的绝对拷贝数和相对表达量均有明显的升高,并且抗性基因在表层土壤中的累积水平高于底层土壤.因此,人工湿地系统可有效降低养猪废水中抗生素抗性基因的绝对及相对含量水平,系统的运行条件可对抗生素抗性基因在湿地系统中的积累产生影响.     

Investigation of low-molecular weight organic acids and their spatiotemporal variation characteristics in Hongfeng Lake, China

The identities and concentrations of low-molecular-weight organic acids (LMWOAs) were determined by ion chromatography throughout a 20-m water column in Hongfeng Lake, China. The spatiotemporal variations of LMWOAs and their contributions to dissolved organic matter (DOM) in a research period of 24 hr were also investigated. The results demonstrated that five LMWOAs (lactic, acetic, pyruvic, sorbic, oxalic acid) were detected, and their total concentration and proportion in DOC were 6.55 μmol/L and 7.47%. Their average levels were 2.50, 0.65, 2.35, 0.96 and 0.09 μmol/L, respectively. LMWOAs were higher during daytime (10:00-18:00 on Jun 13, 2008) than nighttime (21:00-6:00 the next morning), in particular 4.99 μmol/L high in the epilimnion ( 1 m water depth), reflecting the fact that direct import from terrigenous sources and photochemical production from humic materials were dominant during LMWOAs’ origin and accumulation. The same factors caused LMWOAs to be 0.63 μmol/L in the epilimnion higher than in the hypolimnion. The rapid decrease of total organic acid (TOA) up until 18:00 mainly resulted from bio-uptake and mineralization in the hypolimnion (>1 m water depth). Pyruvic acid increased with time in the epilimnion and decreased in the hypolimnion, largely related to the two contrary processes of continuous degradation and synthesis of macromolecular organic matter during life materials’ cycle mediated by organisms. Simultaneously, plankton behavior and thermal stratification played a pivotal role in LMWOAs’ behavior in the water column, causing decreasing and increasing profiles. The distribution of LMWOAs represents an interesting resource for biogeochemical research of DOM in aquatic ecosystems.     

Speciation of organic phosphorus in a sediment profile of Lake Taihu II. Molecular species and their depth attenuation

The understanding of organic phosphorus(P) dynamics in sediments requires information on their species at the molecular level,but such information in sediment profiles is scarce.A sediment profile was selected from a large eutrophic lake,Lake Taihu(China),and organic P species in the sediments were detected using solution phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy(31 P NMR) following extraction of the sediments with a mixture of 0.25 mol/L NaOH and 50 mmol/L EDTA(NaOH-EDTA) solution.The results showed that P in the NaOH-EDTA extracts was mainly composed of orthophosphate,orthophosphate monoesters,phospholipids,DNA,and pyrophosphate.Concentrations of the major organic P compound groups and pyrophosphate showed a decreasing trend with the increase of depth.Their half-life times varied from 3 to 27 years,following the order of orthophosphate monoesters > phospholipids DNA > pyrophosphate.Principal component analysis revealed that the detected organic P species had binding phases similar to those of humic acid-associated organic P(NaOH-NRP HA),a labile organic P pool that tends to transform to recalcitrant organic P pools as the early diagenetic processes proceed.This demonstrated that the depth attenuation of the organic P species could be partly attributed to their increasing immobilization by the sediment solids,while their degradation rates should be significantly lower than what were suggested in previous studies.