太湖五里湖生态重建示范工程——大型围隔试验

五里湖是太湖北部富营养化程度最为严重的一湖湾．从2004年1月起,为了改善水质,重建五里湖生态环境,在五里湖南岸建立了一个面积为10×104m2示范工程试验区,采用多技术措施集成应用,开展湖泊生态重建技术研究．经过近2年的生态重建研究与实践,在示范工程试验区内建立了挺水植物、浮叶植物和沉水植物群丛23个,水生植物种类从生态重建前的零上升至15科、22属、32种,水生植物的多样性指数(Shannon-Wieher index)达到2．33,覆盖度达到40％- 55％．水质监测结果表明,示范工程区内水体的TN、TP、NH4-N、NO3-N、NO2-N及PO4-P的平均值分别比示范工程区外下降了20．7％、23．8％、35．2％、21．1％、45．6％和54．0％,TN、TP分别下降至2．50mg／L、0．080mg/L以下,水质得到明显改善,达到或低于“浅水湖泊稳态转换理论”指出的向“稳定清水态”转换的临界值,水体透明度(SD)平均值也有较大幅度提高,平均从0．39m提高至0．70m;初步实现湖泊水体从藻类占优势浊水态向大型水生植物占优势的清水态转变．因此重建与恢复湖泊生态系统要从沿岸带着手,首先重建湖滨带结构与功能,通过湖滨带水生生物一系列反馈机制, 逐步改善湖泊水质,最终实现沉水植被恢复;湖泊敞水区应主要采用生物操纵技术措施来实现湖泊生态恢复．

太湖梅梁湾与五里湖浮游植物群落的比较

富营养化和风浪是影响大型浅水湖泊浮游植物群落的重要因素,本文于2003年10月至2004年9月对太湖梅梁湾和五里湖理化环境因子(水温、透明度值、悬浮质浓度和氮、磷营养盐浓度)和浮游植物群落进行了逐月监测,通过对两个湖区理化因子和浮游植物群落结构在周年内季节变化的比较研究,探讨富营养化程度以及风浪对浮游植物群落结构的影响,结果为:(1)梅梁湾由于受风浪影响悬浮物含量较高,五里湖则富营养化水平更高.(2)周年内五里湖浮游植物平均生物量(6.85 mg/L)高于梅梁湾的平均生物量(4.99 mg/L),两个湖区都呈现夏秋高峰、冬季低谷的变化特征.梅梁湾浮游植物群落季节演替的模式基本为:冬季硅藻(小环藻属Cyclotella spp.)和隐藻(隐藻属Cryptomonas spp.)-春季绿藻(细丝藻属Planctonema sp.)-夏季绿藻(绿球藻目Chlorococcales种类)和蓝藻(微囊藻属Microcystis spp.和浮游蓝丝藻属Planktothrix spp.)-初秋蓝藻(微囊藻属)和硅藻(浮游直链硅藻Aulacoseira spp.)-秋季隐藻(隐藻属).五里湖的季节演替模式没有梅梁湾明显,全年隐藻(隐藻属)都占优势,在此基础上,秋冬季硅藻(小环藻属和浮游直链硅藻属)占优势,裸藻(裸藻属Euglena spp.)在冬春季占优势,绿藻(绿球藻目种类和团藻目衣藻属Chlamydomonas spp.)在整个春季和初夏的优势地位在夏季被蓝藻(微囊藻属和浮游蓝丝藻属)所取代.群落构成的差异是浮游植物对两个湖区不同风浪条件和富营养化水平的响应结果.(3)通过与PEG(Plankton Ecology Group)模式的比较,梅梁湾和五里湖浮游植物群落的季节演替主要受水温、光照、营养盐(氮、磷)浓度和浮游动物牧食等因子的影响,因此,大型富营养化浅水湖泊浮游植物群落演替规律需要进一步的研究.

太湖梅梁湾和五里湖沉积物磷形态的垂向变化

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT),分析了太湖北部梅梁湾和五里湖沉积物中磷形态的垂向变化.结果表明,在同一湖泊,不同地点沉积物磷形态的垂向变化有差异.五里湖西部沉积物中铁/铝磷、无机磷和总磷在深度7～12cm处含量最高,往深层方向呈先增后减的垂向分布特征,而有机磷和钙磷含量则随深度增加呈减小趋势;梅梁湾小湾里沉积物中铁/铝磷、无机磷、有机磷和总磷含量均随深度增加呈减小趋势,至22cm以下略有增加,而钙磷却在柱样下部随深度增加呈累积趋势.研究还发现,近年来五里湖西部人为源的磷输入逐渐减小,可能得益于污水排放的削减;而梅梁湾小湾里沉积物中人为源的磷含量明显增加,可能与污水和农业径流输入有关.

2007年太湖五里湖浮游植物生态学特征

研究了2007年太湖五里湖浮游植物的生态学特征.结果表明:五里湖共检出浮游植物8门123种;其中绿藻种类最多,共57种,占浮游植物总种数的46.3%;硅藻次之,共23种,占浮游植物总种数的18.7%;浮游植物种数以冬春季多、夏秋季少.调查期间,浮游植物数量和生物量分别变化在386.2×104-5581.9×104cells/L和0.541-3.491mg/L,均以绿藻最高;浮游植物数量的季节变化表现为夏季>春季>秋季>冬季;且除绿藻外,浮游植物的季节演替规律与PEG模型基本一致.相似性分析显示,五里湖1、3、4、5月份的生境相似,6、7、8、9、11月份的生境相似.优势度分析显示,五里湖各个月份的浮游植物优势种都在2种以上,优势种主要有小球藻(Chlorell avulgaris)、小球衣藻(Chl.amydomonas microsphaera)、尖尾蓝隐藻(Chroomonas acuta)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginisa)等14种,优势种种数较多且优势度不高,变化在0.02-0.78之间;多样性和均匀度分析显示,五里湖浮游植物多样性指数和均匀度指数分别变化在1.5-2.7和0.26-0.59之间,多样性和均匀度都较好;表明2007年五里湖浮游植物群落结构比较复杂、处于较完整状态.

五里湖和贡湖不同粒径沉积物吸附磷实验研究

通过研究五里湖和贡湖不同粒径沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温曲线,分析了不同粒径沉积物氮、磷和有机质含量以及化学组成等理化特征对其吸附磷的影响,初步得出如下结论:五里湖和贡湖不同粒径沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温曲线具有相似的变化趋势;贡湖沉积物每一粒级的吸附量、吸附速率和吸附效率均高于五里湖沉积物;各粒级的变化趋势均为粘粒级>细砂粒级>粗砂粒级>粉砂粒级;各粒级中粉砂粒级SiO2含量最高,可能是造成其对磷的吸附量、吸附速率和吸附效率在各粒级中最低的原因。

太湖五里湖浮游植物群落结构特征分析

根据Jaccard相似性指数、Pielou均匀度指数、Mcnaughton优势度指数和Shannon-Wiener多样性指数研究了2008年太湖五里湖浮游植物的群落结构特征。2008年1—12月,五里湖共出现绿藻Chlorophyta、硅藻Bacillariophyta、蓝藻Cyanophyta、裸藻Euglenophyta、隐藻Cryptophyta、甲藻Pyrrophyta、黄藻Xanthophyta7门64种（包括变种和变型）。其中绿藻种数最多,共35种,占浮游植物总种数的54.7%;其次是蓝藻和裸藻,都为9种,均占浮游植物总种数的14.1%;硅藻7种,占浮游植物总种数的10.9%;隐藻2种,占浮游植物总种数的3.1%;甲藻和黄藻各一种,均占浮游植物总种数的1.6%。五里湖浮游植物数量和生物量分别变化在320.4×104～3390.6×104ind·L^-1和0.627～2.025mg·L^-1之间。浮游植物数量以夏末秋初最高,秋末最低;且除绿藻外,五里湖浮游植物的季节演替规律与PEG模型基本相似。相似性分析表明,浮游植物相似性指数变化在0.19-1之间;其中1月8日—4月3日的生境相似、4月23日—5月25日的生境相似、6月22日—8月12日的生境相似、8月28日—10月15日生境相似。优势度分析显示,浮游植物优势度指数变化在0.02～0.86之间,优势度不高;且除5月13日外,其他调查时间下的浮游植物优势种都在3种以上,优势种种数较多。多样性和均匀度分析显示,五里湖浮游植物多样性和均匀度分别变化在0.92～2.61和0.20～0.63,大多数调查时间下的浮游植物多样性和均匀度都较好,表明2008年五里湖浮游植物群落结构比较复杂、群落信息含量较大,群落结构处于较完整的状态。

生态疏浚对太湖五里湖湖区生态环境的影响

五里湖作为太湖富营养化最严重的区域,内源污染和生态退化成为困扰五里湖最主要的两个问题.生态清淤工程的特点是对所要疏浚污染底泥污泥厚度通过采样分析后精确测定,并且在施工过程中的控制精度也高于一般的工程疏浚.所以生态清淤既可以清除五里湖的内源污染,又能为其生态恢复创造条件.本文通过对五里湖生态疏浚对生态系统的影响,疏浚区底泥、水质质量的改善的效果以及对原位培养生物的抗氧化系统组分变化等多个方面进行分析评价,发现,五里湖生态疏浚区底泥中磷含量下降了30%,左右,重金属含量升高的地质积累指数小于1级.疏浚后半年内水体中总磷和溶解磷含量比疏浚前下降10%-25%左右,叶绿素a含量下降40%,左右,其它水质理化参数保持正常.作为生物标志物原位培养生物的抗氧化系统组分在疏浚前后变化较小所以认为,五里湖疏浚达到了一定的效果,并且控制了对生态的压力,为下一步生态修复创造了条件.

五里湖生态重建影响因素及其对策探讨

简要介绍了五里湖的概况、主要生态环境问题和对五里湖生态环境现状及其变化过程的调查,并从水文、水质、底质等方面分析了五里湖生态重建的影响因素。在此基础上结合蠡湖新城建设规划及五里湖综合整治规划,提出了相应的生态重建对策,即通过控源、利用生境修复措施创造生态恢复条件、人工重建水生植被和湖泊生态系统管理,重建良性的湖泊水生态系统。同时,从体制和机制创新的角度出发,探讨了湖泊生态系统的管理方式和途径。

五里湖与贡湖不同粒径沉积物中有机质、总氮和磷形态分布研究

研究了五里湖与贡湖不同粒径沉积物的化学组成,总氮、总磷、有机质、各形态磷含量及其在粒径组成中所占比例。结果表明:五里湖与贡湖沉积物不同粒径磷含量的差异主要在无机磷,而有机磷含量相差不大;各形态磷含量均为五里湖大于贡湖;五里湖沉积物总氮和总磷、有机质以及各形态磷的85%以上分布在细颗粒中,贡湖沉积物仅有50%～60%左右分布在细颗粒中,而分布在粗砂粒中的比例均最低。

调水工程对五里湖水环境影响分析

建立了五里湖二维水流水质耦合模型,并对模型参数进行率定.应用该模型模拟五里湖在不同计算工况下的CODMn浓度,分析调贡湖水入五里湖时五里湖水质的改善状况.计算结果表明:(a)各引排水方案下五里湖水质均能逐步达标,但所需引排水时间不同.(b)陆典桥处不抽水时,五里湖西部区水质很难得到改善.(c)考虑底泥释放时五里湖水质达标时间较未考虑时长3～4d.建议对五里湖进行清淤.

五里湖综合整治对湖水水质的影响

为探讨湖泊综合整治工程对城市湖泊水质的改善效果,利用国家野外科学观测研究站江苏太湖湖泊生态系统研究站1998—2009年的监测数据,结合湖体与环湖河道调查,分析了太湖五里湖综合整治工程对水质的改善效果.结果表明:综合整治之后,总氮、总磷及叶绿素a质量浓度平均值显著下降(P<0.01),分别由6.06mg/L,0.183mg/L和0.060mg/L降为3.48mg/L,0.133mg/L及0.024mg/L;而湖体透明度、悬浮颗粒物含量等感观指标无明显改善;退渔还湖区及其入湖河道水质明显优于更靠近城区的东出口区.营养盐含量环湖河道显著高于湖体,底泥中也较高,对湖体的生态恢复构成很大威胁.与太湖其他几个湖区相比,五里湖的营养盐含量仍然较高.研究表明,五里湖实施的综合整治措施在很大程度上改善了湖泊重污染的状况,但要获得稳定的高透明度景观水质,还需要实现湖泊水生态系统的深度调控,包括采取环湖河道的同步治理及湖体大面积沉水植被恢复等措施.

不同生态修复措施下太湖西五里湖沉积物氮磷形态的时空分布

以太湖西五里湖为研究对象,研究了生态修复工程实施两年后,疏浚区、疏浚并水生植被重建示范区、退渔还湖区及对照区沉积物中氮、磷形态的季节变化及垂直分布特征,同时分析了各区上覆水的氮磷含量.结果表明:生态修复措施的实施对沉积物中氯磷形态分布及上覆水的氮磷含量影响显著.示范区和退渔还湖区水体中氮磷含量较低;沉积物中不同磷形态的垂直分布变化较复杂;疏浚基础上进行的水生植被重建对Lab-P、Al-P、Fe-P的吸收作用显著,对Ca-P、Org-P的影响较小;退渔还湖区沉积物磷形态以Ca-P、Org-P为主,Fe-P所占比例较低,与疏浚区不同.生态修复措施对沉积物中TN的影响较小;示范区NH_4^+-N含量在秋季突增,可能与植物残体形成的有机质的分解有关.疏浚区水体中氮磷含量与对照区差别不大,沉积物中TN的平均含量还略高于对照区,因此单一的疏浚措施对水环境改善的长期作用需要进一步研究.而示范区水体及沉积物中的TN、TP含量均比较低,水生植被恢复较好,可见在减少外来污染的前提下,对湖区底泥进行疏浚并开展水生植被恢复工程应该是控制湖泊富营养化的有效途径.

太湖五里湖非点源污染物的来源与控制对策

现场调查显示,五里湖非点源污染物来源于城区道路、居民区、农业和绿化施肥等方面,在降雨时通过河道、湖周散流和大气沉降方式入湖.根据流域环境特点,将五里湖流域划分为西南山地风景旅游管理区,北部新城污染控制区和东南农业、渔业综合整治区3个区域类型,并对各区提出了如下的非点源污染控制对策:西南山地风景旅游管理区需采取陆上植被保护和滨水植被恢复工程;北部新城污染控制区需采取滨水区、河口区、河道区植被恢复工程以及人工湿地工程;东南农业、渔业综合整治区需采取有机农业工程、污水处理工程、植物塘净化工程和河道生态净化工程.

典型城市湖泊五里湖底栖动物群落演变特征及其生态修复应用建议

底栖动物作为湖泊生态修复中常用的淡水生物类群,对维持和稳定湖泊生态系统结构与功能具有重要作用,探明底栖动物群落演变特征对湖泊生态修复实践具有重要的指导意义.本研究于2007—2017年对太湖五里湖底栖动物群落结构开展了11年的长期调查,结合底栖动物历史数据以及水体、沉积物和浮游植物等相关资料的分析,探讨了五里湖底栖动物群落结构演变特征及潜在的影响因素.在综合分析底栖动物及环境因子变化特征的基础上,结合五里湖开发与修复工程的特点和发生时间,发现五里湖底栖动物群落演变过程总体可划分为自然演变、快速退化、生境修复和缓慢恢复4个阶段.在自然演变阶段,生境特征为底栖动物群落演变的直接影响因素,如水深、溶解氧和底质类型等;在快速退化阶段,人类活动干扰(如围湖造田)剧烈成为此阶段底栖动物群落演变的主要影响因素;在生境修复阶段,五里湖内开展的综合整治(包括生态清淤、污水截流、退渔还湖、动力换水、生态修复、湖岸整治和环湖林带建设等工程)等各项生态修复工程成为群落演变的主要影响因素,但在此阶段底栖动物优势种仍为耐污种;自2014年以来进入缓慢恢复期,软体动物投放成为底栖动物群落演变的一个重要影响因素,铜锈环棱螺等软体动物成为优势种.综合以上分析结果及底栖动物在生态修复中的应用实践,今后应加强对底栖动物生态修复投放过程及之后的维护管理等方面的研究.

太湖五里湖底泥污染特性研究

五里湖是太湖污染最严重的水域。为对其治理提供依据,在该湖区设置了4个采样点,对底泥的表层样、柱状样、间隙水样和上覆水体作了重金属和营养盐分布测试,并作了数据统计分析。结果表明:以地积累指数评价,五里湖底泥的重金属污染程度为轻度,总体可达到《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)三级标准,根据超出背景值的倍数分析,五里湖重金属含量顺序为Cu>Cd>Pb>Hg>As>Cr。重金属含量表层(0～5cm)相对较低,第二层(5～10cm)和第三层(10～20cm)是主要的污染沉积层,这与底泥沉积特征是相对应的。表层底泥总氮、总磷和有机质含量较高并具有明显的相关性,相关系数介于0.7576～0.8622之间,显示了污染物质的同源性。表层底泥和间隙水中营养盐含量明显高于湖水,相对于湖水呈可释放状态,是湖体内源污染之一。

太湖五里湖水体悬浮物中水溶性有机质(WSOM)的荧光光谱组分鉴别及其与氮形态的关系

采用三维荧光光谱-平行因子法(EEMs-PARAFAC)分析太湖五里湖水体悬浮物中水溶性有机质(WSOM)的荧光光谱特征,研究其组分类型、分布规律以及来源,进一步探讨悬浮物中水溶性有机氮和无机氮含量与WSOM荧光组分之间的关系.结果表明,悬浮物中WSOM荧光组分主要由2个类腐殖质(C1、C2)和1个类色氨酸类蛋白质(C3)组成.总荧光强度在57.56~200.01 R.U./g之间,平均为115.42 R.U./g,其中C1、C2、C3的相对比例分别为35.55%、34.05%和30.40%;空间上由西向东逐渐增强,东五里湖高于西五里湖,沿岸区高于湖心区.荧光指数和生物源指数变化范围分别在1.48~2.34和0.65~0.87之间,反映了悬浮物中WSOM主要来源于微生物、藻类的自生生物源.多元回归统计分析结果表明,悬浮物WSOM与氮元素的迁移转化密切相关,且有机氮与WSOM荧光组分的相关系数大于无机氮.

五里湖营养状况及治理对策探讨

1990—1991年对五里湖的调查表明,该湖已发展到富营养一重富营养阶段。湖水中TN、TP、Chla、BOD_5和COD_(cr)的平均含量分别达到2.25mg/L、111μg/L、31.8μg/L、4.9mg/L和17.5mg/L,平均透明度只有0.51 m。表层底泥中氮、磷和有机质的含量分别高达0.181％,0.071％和2.51％,成为巨大的内营养源;而外源营养物则主要来自梁溪河和五里湖北岸各支流。以硅藻为主的浮游藻类年生产力约为5200 t/km^2(鲜藻),是该湖有机污染的主要来源。治理应从污染源控制入手,在东北端河道上建闸拦污,在北岸建立环湖集污河道;废止航运和局部清淤以削减内污染源;在沿岸带恢复水生植被以固持底泥;在东部湖区建立拥有水生植被的水源保护区以改善中桥水厂的水源水质。

太湖五里湖背角无齿蚌体内滴滴涕和六六六的残留

作为建立淡水“贝类观察”体系的初步尝试，选定2003年3月采自太湖五里湖水域的背角无齿蚌（Anodonta woodiana）为研究对象，测定其体内滴滴涕（DDT）和六六六（HCH）含量。除β型外，α型、γ型和6型HCH异构体及p，p’-DDE，o，p’-DDT，p，p’-DDD，p，p’-DDT均在蚌样本中明显检出。∑DDTs湿重含量5．86～14．13ng·g^-1[平均（9．27±3．04）ng·g^-1]，高于∑HCHs湿重含量2．45～6．46ng·g^-1[平均（4．00±1．22）ng·g^-1]。p，p’-DDE、p，p’-DDD与α型、γ型HCH异构体分别为∑DDTs和∑HCHs的优势组分，说明太湖五里湖水域目前DDT的污染源可能很少，但存在较明显的新输入HCH。各蚌样的残留水平没有超过农业部、美国食品与药品管理局（FDA）和联合国粮农组织（FAO）颁布的最大限量。

太湖梅梁湾与五里湖沉积物活性硫和重金属分布特征及相关性研究

对太湖梅梁湾和五里湖表层及柱状沉积物中的酸性可挥发性硫化物(AVS)、同步可提取金属(SEM)及重金属总量的分布特征进行研究.分析发现,表层沉积物中的AVS与SEM具有相同的分布特征,其浓度均自河口稳定沉降区至湾(湖)心方向减小.表层沉积物中AVS/SEM<1,说明表层重金属具有潜在的生物有效性.AVS浓度在沉积深度上具有先增加后减小的趋势,且波动幅度较大,而SEM的浓度保持相对稳定.比较SEM与重金属总量得知:Cu和Ni的提取量有自表层至下层逐渐降低的趋势,表明硫结合态的Cu、Ni在逐渐增加;Pb和Zn的提取量与硫态沉积物相比较低,说明太湖AVS对Pb和Zn的控制作用较小.由AVS与活性铁的摩尔比可知,重金属在研究湖区沉积物中变化较强.

环境因子对五里湖沉积物磷释放的影响

本文论述了溶解氧、pH、温度和沉积物中微生物作用对太湖五里湖区沉积物磷释放的影响,以及在pH为8.4、好氧和厌氧二种状态下沉积物释放试验后滤液对斜生栅列藻(Scende es(?) obliq(?))和羊角月芽藻(Selena(?) ca(?))增长的影响.结果表明:溶解氧降低、pH和温度升高、微生物作用有利于沉积物磷向水体释放,与湖水组相比,厌氧状态下沉积物磷释放后滤液能显著促进斜生栅列藻增长,但不能促进羊角月芽藻增长,好氧状态下沉积物磷释放后滤液均不能促进二种藻类的增长。