丹江口水库浮游细菌和氮磷循环基因垂直分布特征及其驱动因素

丹江口水库作为南水北调中线工程水源地,不同深度浮游细菌群落组成、 氮磷循环功能及其驱动因素尚未清晰. 选取丹江口水库5个生态点位,采用宏基因组学研究表层、 中层和底层垂直分布浮游细菌群落组成,分析预测氮磷循环功能及其驱动因素. 结果表明,丹江口水库主要由变形菌门、 放线菌门和浮霉菌门等优势种群组成,不同深度来源的浮游细菌群落结构具有显著差异,水温（T）、 氧化还原电位（ORP）、 溶解氧（DO）和Chla是影响浮游细菌群落组成的主要因素. 氮循环功能基因分析表明,主要涉及生物固氮过程、 硝化作用、 反硝化作用和异化硝酸盐还原作用等7个主要途径的gltB、 glnA、 gltD、 gdhA和NRT等39个氮循环功能基因. 磷循环功能基因分析表明,主要涉及有机磷矿化、 无机磷溶解、 调节等6个主要途径的pstS、 ppx-gppA、 glpQ和ppk1等54个磷循环功能基因. 聚类分析表明不同深度是影响氮磷循环功能基因组成和丰度的主要因素,表层和底层氮磷循环功能基因丰度高于中层样品. 奇异球菌属、 嗜氢菌属、 Limnohabitans和棍状杆菌属等是氮磷循环的关键物种. DO、 pH、 T、 总溶解性固体（TDS）、 电导率（EC）和Chla与氮磷循环功能基因显著相关,以上环境因子随丹江口水库深度增加浓度降低或升高,导致浮游细菌氮磷循环功能基因呈明显的垂直分布特征. 通过揭示丹江口水库不同深度浮游细菌群落组成、 氮磷循环功能及其影响因素,可为丹江口浮游细菌生态功能和多样性保护发挥潜在的作用.     

湖北丹江口水库主要离子化学季节变化及离子来源分析

2004～2006年对丹江口水库中的5个点位水质的 t 、pH、EC、TDS、ORP、SO^2-₄、Cl^-、NO^-₃、HCO^-₃、Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺和Si进行了测定.综合运用方差分析及主成分分析对它们的季节变化及其来源进行了研究.结果表明,丹江口库区水体呈弱碱性,属于弱矿化度水,水质类型为HCO^-₃-Ca型水.主要阴、阳离子浓度范围为：Cl^-,（4.0±0.5～6.9±1.8）mg·L^-1;NO^-₃,（4.6±0.9～6.8±1.7）mg·L^-1;SO^2-₄,（24.3±2.7～35.4±6.9） mg·L^-1;HCO^-₃,（133.0±11.7～153.5±29.6）mg·L^-1;Na⁺,（2.0±0.3～5.3±1.0）mg·L^-1;K⁺,（0.7±0.09～1.6±0.7） mg·L^-1;Ca²⁺,（33.0±2.1～46.6±0.8）mg·L^-1;Mg²⁺,（8.0±2.5～10.5±3.2）mg·L^-1.方差分析显示除HCO^-₃和Si外,t、pH、EC、TDS、ORP、SO^2-₄、Cl^-、NO^-₃、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺都表现出了显著的季节性差异,主要离子化学汛期浓度均小于对应的非汛期浓度.Na⁺和Mg²⁺的浓度只表现出秋汛<秋季,NO^-₃和SO^2-₄浓度却呈现出秋汛>秋季,这主要归因于降雨的大气沉降对水化学的贡献不同.HCO^-₃占主要阴离子的75%～88%,Ca²⁺和碱土金属分别占主要阳离子的60%～80%和87%～96%,表明碳酸盐岩风化是水体质子的主要来源及主要化学风化类型.参照我国及世界卫生组织饮用水标准,主要离子的浓度并未对人体产生危害.     

丹江口水库水质空间异质性多指标监测综合分析技术及效果

为深入分析丹江口水库水质时空差异性,探索影响水质的重要因子,提供更具综合性的水质分析方法,基于5个不同观察点,监测水质理化指标和浮游细菌(真菌)群落多样性指标,并采用判别分析法、配对T检验法、直接相关和典型相关分析法进行分析。结果表明：丹江口库区5个观察点的水质在2016年和2017年分别属于良好状态和优秀或良好状态,但是判别分析法显示水质理化指标在5个观察点上整体存在显著差异;浮游细菌(真菌)群落多样性指标在5个观察点上整体存在显著差异; 5个观察点水质理化性质在2 a的2个时期上均无显著性差异,即水质营养状态无显著变化,但两者之间存在显著相关性;对丹江口库区的水质理化指标群与浮游细菌(或真菌)群落多样性指标群按照2个不同时期分别进行典型相关分析,发现水质理化指标的变化趋势与浮游细菌群落多样性指标变化趋势一致;依据所有水质理化指标和浮游真菌(或细菌)群落多样性指标进行综合判别分析,可对不同观察点进一步精细分类;通过典型相关分析发现浮游真菌(或细菌)群落多样性指标可以间接指示或反映水质变化的特点;环境因子（水质理化指标）中重要指标包括X₃(COD)、X₅(NH₃-N)、 X₇(Chl-a)和X₈(SD);浮游细菌群落多样性重要指标包括Y₁(序列条带)、Y₂(OTU数)、Y₃(Ace指数)和Y₄(Chao1指数);浮游真菌群落多样性重要指标包括Y₁(序列条带)、Y₂(OTU数)和Y₃(Ace指数) 。本研究采用的多指标综合分析技术较单指标逐一分析更能全面客观地反映水质变化全貌,可为完善和丰富水质环境监测数据综合分析技术手段提供一定的参考。本研究结果可为相关管理部门监测和改善南水北调中线水源区水质并制定政策提供基础数据和参考依据。     

生物活性炭工艺深度处理丹江口水库水的中试

活性炭过滤是饮用水深度处理的重要工艺,其中滤速、炭层高度、温度和炭龄是影响活性炭滤池运行效果的关键因素. 以丹江口水库水为处理对象,以混凝-沉淀-砂滤出水作为炭滤池进水,以高锰酸盐指数和UV₂₅₄去除率为评价指标,考察2011年4月—2013年5月取自北京某水厂的新炭、1年炭、3年炭和5年炭(2011年5月时炭龄)对水中有机物的去除效果. 结果表明,随着滤速的增大,有机物去除率降低;活性炭炭柱滤速为8 m/h时,高锰酸盐指数和UV₂₅₄去除率分别为41.9%和41.2%,能够获得较好的处理效果. UV₂₅₄去除率随总炭层高度的增大而增大. 随着炭层高度的增加,单位高度活性炭滤料对UV₂₅₄的去除率降低.夏季高温期,1年炭对高锰酸盐指数和UV₂₅₄的去除率分别为44.2%~57.4%和38.5%~53.1%,高于其在冬季低温期的去除率(38.9%~51.1%和31.7%~45.5%). 活性炭在使用初期,主要依靠吸附作用去除有机物;随着使用年限的增长,活性炭的生物载体作用日益明显,生物作用占主导地位,炭龄对有机物去除效果的影响变小,不同炭龄活性炭的处理效果差异不大,可适当延长活性炭的使用年限,降低处理成本.      

丹江口水库浮游植物分布特征及影响因子

为研究丹江口水库浮游植物的群落特征,探讨影响浮游植物时空分布的环境因子,2014年9月对丹江口水库浮游植物群落进行调查。9月共采集浮游植物26种,隶属于6门18科24属,其中蓝藻6种,绿藻10种,硅藻6种,隐藻2种,甲藻1种,金藻1种。9月总生物量10.36mg/L,总密度4.25×107个/L。丹库总生物量大于汉库总生物量。     

丹江口水库真核浮游植物群落分布特征及其与环境因子的关系

浮游植物是湖库生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,了解其群落组成对保护水生生态系统平衡具有重要意义.2021年6月在南水北调中线工程水源地丹江口水库淅川库区设置7个采样点,分4层分别在0.5、5、10和20 m处共采取28个样品.采用高通量测序测定真核浮游植物群落结构,分析真核浮游植物群落在水平和垂向上的分布特征.采用冗余分析探讨了浮游植物主要类群与环境因子的关系.结果表明：①库区真核浮游植物共12门68属,物种为甲藻-硅藻-绿藻型结构.水平方向上浮游植物群落差异较大,各采样点垂直方向上浮游植物丰度和多样性存在较大差异.宋岗、土门和党子口浮游植物群落多样性和丰度随水深增加呈下降趋势,其他采样点的浮游植物群落与水深关系趋势不明显.②硝氮（NO₃^--N）、水深、溶解氧（DO）、pH和水温（WT）是影响库区浮游植物垂直分布的重要环境因子.环境因子对浮游植物门类影响各异,甲藻门与NO₃^--N和水深呈负相关,与其他环境因子呈正相关;硅藻门与NO₃^--N和水深呈正相关,与其他环境因子呈负相关;绿藻门与WT、pH和DO呈负相关,与水深无明显相关性.     

丹江口水库水位抬高面临的挑战及其对策

移民与生态环境问题是丹江口水库水位抬高所面临的主要问题。移民问题是水位抬高首当其冲需要解决的难题,存在政策法规、移民资金、安置措施、脱贫致富等问题,需要以市场为导向,综合考虑诸多因素,制定可行的移民规划,确保移民的稳定和发展。生态环境问题是非常艰巨的问题,水土流失严重、污染源与污染总量日益增加、水质下降、支流库湾富营养化进程加剧等问题将困扰水库的运行与管理,后靠移民的生产生活也在一定程度上对生态环境产生影响;建议成立专门的监管机构,全方位开展水源地保护工作,确保水库水质安全和南水北调中线工程战略目标的实现。     

南水北调对丹江口水库区土地资源的影响

湖北省丹江口水库是南水北调冲线工程的水源区。随着调水工程的实施,库区土地资源将受到深远的影响。以丹江口水库及其四周海拔低于２００ｍ的区域为研究范围,选用９０年代初获取的ＬａｎｄｓａｔＴＭ假彩色合成图像为主信息源,运用目视判读和地理信息系统（ＧＩＳ）方法,对该区的土地资源利用现状进行了比例尺为２５万分之一的遥感制图和计算机面积量算;在此基础上,对工程实施后本区土地资源的淹没损失,土地利用结构的变化进     

丹江口水库氮磷内源释放对比

利用柱状沉积物采样器在丹江口水库采集不同点位原位柱状沉积物,通过静态培养释放实验及间隙水分子扩散模型两种方法获取沉积物-水界面N和P释放速率,分析水体N和P释放特征.结果表明,不同采样点N和P界面交换速率差异显著.静态培养条件下,5个点位NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放速率分别为13. 07～24. 88 mg·(m~2·d)~(-1)和3. 06～6. 02 mg·(m~2·d)~(-1);分子扩散模型条件下,5个点位NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放速率分别为2. 67～7. 25 mg·(m~2·d)~(-1)和0. 04～0. 18 mg·(m~2·d)~(-1). N和P释放速率总体呈北高南低的趋势,支流N和P最低释放速率分别是主库区最高释放速率的1. 48和1. 57倍.两种方法均表明郭家山支流N和P的释放速率最高,具有较大内源N和P释放风险.比较两种方法发现,利用Fick定律计算出的界面N和P释放速率明显小于柱样模拟方法得出的结果,N和P的R/F值分别为3. 43～4. 98和29. 67～72. 88,这表明用分子扩散模型法进行内源释放速率估算时,偏离真实情况较大,而原柱样静态模拟实验则较贴近真实情况.     

基于因子分析定权法的丹江口水库水体营养度综合评价

指标权重值的确定是多指标水质评价法实际应用中的关键问题。针对模糊评价等方法中权重值确定所具有的主观性,提出了基于因子分析定权的水质综合评价法及富营养化指数的概念,并将其应用于南水北调中线工程水源地-丹江口水库水体营养度的综合评价。结果表明,丹江口库区的污染物类型可以分为两类;丹江口库区水体营养度全年时段内均处于中营养化水平,但是,不同采样点、不同季节时的水体富营养化指数的差异还是较大的。总体来看,丹江口库区中,小太平洋水质最好,陶岔水质次之,大石桥水质最差。