不同营养水平调水对贡湖湾湖区水质及浮游藻类影响的模拟研究

为探究“引江济太”工程调水给受水湖区水体带来的生态效应,采用水生微宇宙模型进行为期11 d的室内模拟实验,以太湖贡湖湾湖区为受水水体,引入3组设定好的不同营养盐水平(贫营养水平O、中营养水平M、富营养水平E)的望虞河河水,研究在不同营养盐水平调水影响下,受水水体水生态环境的动态响应过程。结果表明:整个实验过程中,中营养和贫营养调水组的水体TN、NO_(3)^(-)-N、NH4_(+)-N、TP、SRP、TOC含量下降明显,富营养调水组影响效果较中营养和贫营养调水组差;调水提高了受水水体生态系统的多样性和均匀度水平,硅藻等非蓝藻细胞密度增加,蓝藻细胞生长受到竞争胁迫,中营养和贫营养调水的影响作用效果好于富营养水平。RDA分析结果表明,受水水体的pH、DO、SiO_(3)^(2-)-Si、TDS、NO_(3)^(-)-N、SRP是本实验水体影响藻类群落结构的主要环境驱动因子。

太湖贡湖湾2-甲基异莰醇(2-MIB)时空变化特征及影响因子

湖泊水体丝状蓝藻的大量出现会产生嗅味代谢物,引发由2-甲基异莰醇(2-MIB)主导的嗅味问题,威胁饮用水安全。太湖贡湖湾是苏州市、无锡市的重要饮用水源地,近年由2-MIB引起的水体嗅味问题时有出现,但相关研究鲜有报道。为掌握贡湖湾2-MIB时空变化特征及影响因子,研究分别于2022年3—12月和高温期间(7月29日—8月29日)开展逐月及高频调查。逐月调查结果显示,贡湖湾2-MIB浓度变化季节性差异显著,夏季浓度最高,可达124.3 ng/L。贡湖湾各点2-MIB的空间分布无明显差异。高频调查结果发现,高温期间贡湖湾入湖口附近水域2-MIB浓度变化剧烈,最高值可达1385 ng/L,超其嗅阈值(10 ng/L)近140倍。本文研究借助人工镜检及功能基因高通量测序技术,首次揭示拟浮丝藻是高温时段贡湖湾2-MIB的主要来源。主成分分析及相关性分析结果表明,水温、月均太阳辐射、总磷和叶绿素a是影响贡湖湾2-MIB逐月变化的关键环境因子。高温时段贡湖湾拟浮丝藻的时空变化主要受水温、日均太阳辐射、风力、硝态氮和溶解性总磷及微囊藻多个环境因子共同影响。

夏季典型风场下引江济太工程对贡湖湾水动力特征的影响

为探究引江济太工程对贡湖湾水动力特征的影响规律,以贡湖湾为例,基于太湖风生流物理模型分析了夏季典型风场下不同风速和望虞河引水流量作用时对贡湖湾的水动力特征影响范围和湾内垂向流速、平面环流分布的影响规律。结果表明,望虞河引水流量的变化对贡湖湾水动力特征的影响范围主要在近区和中区,对大太湖影响较小;引江济太工程的实施能显著改变近区和中区内望虞河出口轴线上的垂向流速分布特征,但对交界断面处垂向流速分布特征无影响;贡湖湾内平面环流特征受风速和引水流量的共同影响,风速和引水流量的变化对平面环流的面积、位置和形状影响显著。研究结果可为评价引江济太工程对贡湖湾水环境的影响提供水动力方面的理论支撑。

夏季短期调水对太湖贡湖湾湖区水质及藻类的影响

贡湖湾作为"引江济太"工程长江来水进入太湖的第一站,湖湾水体生态环境的变化是对调水工程净水效果的最好响应,因此本文针对贡湖湾一次夏季短期调水展开调查研究,分别取2013年7月24日(调水前)和2013年8月18日(短期调水后)两次监测水样的水体理化指标和浮游藻类群落数据进行了对比分析,并对浮游藻类群落与环境因子做了相关性分析.结果表明:受来水影响,短期调水后监测区水体的p H略有下降,溶解氧、浊度、硝态氮、总氮、总磷以及高锰酸盐指数等水体理化指标浓度均较调水前有所升高;其中受调水影响最为显著的区域为望虞河的入湖口区、湾心区.两次监测调水前后湖区水体优势藻种属未发生变化,仍以微囊藻为主,但蓝藻种属比例有所下降,绿藻和硅藻等种属比例则有所上升.望虞河入湖口区和贡湖湾湾心区的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数受调水的影响升高.同时,浮游藻类群落结构与受水水体理化参数的冗余分析结果表明,此次监测的短期调水后,太湖贡湖湾监测湖区水体p H、溶解氧、硝态氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数等环境因子与浮游藻类的群落分布呈显著相关,是影响受水水体中藻类群落的主要环境因子.

蓝藻水华暴发期间太湖贡湖湾某水厂水源水及出厂水中微囊藻毒素污染分析及健康风险评价

水体富营养化导致的有害蓝藻水华仍是目前全世界普遍面临的水环境问题,而有害蓝藻水华所引起的饮用水安全问题亦受到人们的广泛关注.为了解太湖水源地水源水及自来水厂出厂饮用水中微囊藻毒素(MCs)的污染现状,于2014年8月期间对贡湖湾某水厂水源水及出厂水中浮游植物胞内及胞外MCs浓度进行了调查,并同时检测了相关的理化指标.结果表明,水源水中胞内MCs总浓度平均值为7165.5 ng/L,以MC-LR和MC-RR为主,平均浓度分别为3408.7和3398.8 ng/L,其中MC-RR占总MCs比例的平均值为56.1%;而胞外溶解性MCs浓度相对较低,平均浓度为142.6 ng/L,最高浓度仅为512.8 ng/L.水厂出厂水中胞内MCs的检出浓度(平均值为0.77 ng/L)和检出频率都很低,去除率达99.8%以上;而胞外溶解性MCs的检出浓度(平均值为21.71 ng/L)和检出频率相对较高,但浓度仍远低于国家标准1.0μg/L,其去除率相对较低,仅为62.9%~81.8%.数据分析发现,水源水中胞内与胞外MCs浓度之间呈显著正相关,胞内MCs浓度与总氮(TN)浓度、铵态氮(NH+4-N)浓度、总磷(TP)浓度、高锰酸盐指数(CODMn)和浊度呈显著相关,而胞外MCs浓度与TN浓度、TP浓度、CODMn、浊度和叶绿素a浓度呈显著正相关;逐步回归结果显示,TP对胞内MCs浓度变化的解释率最高,而胞外MCs浓度变化主要与胞内MCs浓度相关.最终,通过对出厂饮用水中MCs浓度非致癌风险指数的计算发现,出厂饮用水对人类健康的威胁较小,但致癌风险相对较高.

太湖贡湖湾水生植被分布现状(2012年)

贡湖湾是无锡和苏州两市的重要水源地,随着近些年太湖水质的急速恶化,贡湖湾蓝藻暴发现象日益严重,危及饮水安全.为提供贡湖湾水资源管理的理论依据,于2012年开展贡湖湾水生植被野外调查.对8个断面进行为期5天的调查,结果表明:(1)共记录贡湖湾水生植物20科27属34种,单子叶植物和沉水植物分别为优势分类群和生态型;(2)贡湖湾水生植被分布区面积占总水域面积的45.35%,为典型半草型湖泊;(3)共有8种水生植物群落分布,其中马来眼子菜群落分布区面积和生物量最大;(4)贡湖湾水生植被总体表现出北部无水生植被分布,东部生物量高、群落及物种组成复杂,其他区域生物量小、群落组成单一的分布格局.水质恶化和插网捕鱼对贡湖湾水生植被分布现状存在影响,过度清淤可能是造成北部水域裸露的原因.结合贡湖湾水生植被分布现状分析结果,建议在贡湖湾水生植被管理中要开展北部裸水区植被修复,促进湾口区域马来眼子菜群落生长,加强对"引江济太"工程上游来水和贡湖湾水质的监测,并注重外来入侵植物尤其是水盾草群落的监测.

太湖贡湖湾食物网特征研究

应用稳定性同位素技术(δ^(13)C和δ^(15)N)研究了太湖贡湖湾食物网特征,结果显示由于食物来源变化多样性影响,导致贡湖的食物网结构和营养级关系变化较为复杂,贡湖主要生物类群δ^(13)C、δ^(15)N值表现出较大的种间差异。消费者δ^(13)C值从摇蚊幼虫的–32.3‰到锯齿米虾的–22.1‰,其值大小与营养级的关系没有规律性。消费者平均δ^(15)N值从褶纹冠蚌的10.3‰到位于顶端间下鳙的19.0‰,随营养级位置而升高。群落中所有种类的δ^(15)N、δ^(13)C值之间没有相关性(r=0.1835,P>0.05),表明该食物网是非线性食物网。研究结果验证了杂食性生物有机体普遍存在于富营养化的贡湖水域生态系统中,且δ^(13)C结果表明,浮游植物、固着藻类以及沉水植物为贡湖食物网中大多数生物有机体的主要碳源。贡湖食物链长度为4.44营养级。

贡湖湾水陆交错带中磷污染现状研究

于2012年11月和2013年5月分别对贡湖湾水陆交错带进行底泥和水体理化因子的采样调查,对比研究了水体和底泥中磷浓度的变化趋势。结果表明,贡湖湾水陆交错带退圩还湖后,随着植被自然恢复时间的延长,水体中磷的污染程度有所降低。总磷在各采样点的浓度均值由2012年11月的0.117 mg/L降到2013年5月的0.074 mg/L,溶解性总磷在各采样点的浓度均值由2012年11月的0.055 mg/L降到2013年5月的0.022 mg/L,水质从Ⅴ类提高到Ⅳ类。贡湖湾水陆交错带退圩还湖后未淹水区和淹水区底泥中总磷的浓度均呈增加趋势,未淹水区各采样点底泥中总磷的浓度均值由130.91 mg/kg增至524.79 mg/kg,淹水区各采样点底泥中总磷的浓度均值由49.28 mg/kg增至400.78 mg/kg。

太湖贡湖湾鲚(Coilia ectenes taihuensis Yen et Lin)食物组成的季节变化

鲚(Coilia ectenes taihuensis Yen et Lin)是太湖主要的鱼类之一,其产量随水体富营养化程度的加重呈上升趋势.本研究于2009年4-12月用刺网(a=10 mm)在太湖贡湖湾采集了鲚,分析了其胃含物中食物组成的季节变化以及鲚对食物种类的选择性.结果表明,鲚在各月中主要以浮游动物为食,同时也摄食幼鱼、幼虾和水生昆虫等.鲚的食物组成具有明显季节变化,4月份以桡足类为食,其中桡足幼体、汤匙华哲水蚤(Sinocalanus dorrii Brehm)和剑水蚤(Cyclops spp.)所占的平均个数百分比相当;6、8和10月份主要以枝角类为食,其中6月以裸腹溞(Moina spp.)为主,而8和10月以象鼻溞(Bosmina spp.)为主.食物选择性方面,鲚对大型浮游动物表现出主动选择;当环境中出现溞(Daphnia spp.)和透明薄皮溞(Leptodora kindti Focke)时,鲚对它们表现出很强的选择性摄食,但透明薄皮溞只出现在6月鱼类食物中;个体较小的裸腹溞也是鲚主动选择的重要食物,在整个调查期间鲚对裸腹溞都表现出较高的主动选择性;象鼻溞虽然在各月份食物中的出现率最高,但除10月份鲚对其表现出主动选择外,其它月份表现为主动回避或随机选择.本研究结果有助于我们了解鲚对浮游动物群落影响的季节变化,为制定合理的湖泊与渔业管理方案提供依据.

太湖贡湖湾虾类种类组成与时空分布特征

分别于2005年4月、7月、10月利用蹦网对贡湖湾虾类种类组成和时空分布进行调查.共采集到虾类9605尾,属于2科3属5种,分别是秀丽白虾(Exopalaemon modestus)、日本沼虾(Macrobrachium nipponense)、锯齿新米虾中华亚种(Neocaridina denticulata sinensis)、细足米虾(Caridina nilotica gracilipes)、细螯沼虾(Macrobrachium superbum).其中,秀丽白虾的数量占总数量的63.79%、细足米虾占13.93%,锯齿新米虾中华亚种占12.69%,日本沼虾占9.46%,细螯沼虾占0.11%.虾类密度分布随生境类型和季节不同而有差异,不同生境中虾类密度分布由大到小顺序是:微齿眼子菜区、混合植被区、马来眼子菜区、沿岸少草区及裸地区,生物量分布的大小顺序是:微齿眼子菜区、马来眼子菜区、混合植被区、沿岸少草区及裸地区.季节分布中,虾类密度和生物量分布最大的均为夏季(7月),其次为春季(4月)和秋季(10月).

引水对太湖贡湖湾有机污染时空变化的影响

外源输入与蓝藻水华是太湖水体有机污染的重要来源,为探究引江济太对太湖有机污染时空变化特征的影响,选取2013-2014年丰水期、平水期和枯水期,分析对比各季节望虞河引水期太湖贡湖湾西岸、湾心以及东岸水域叶绿素a、高锰酸盐指数以及总有机碳含量的时空差异。结果表明,引水期望虞河河水有机污染指标的浓度低于太湖水体,引水期从望虞河入湖口至贡湖湾口水域叶绿素a、高锰酸盐指数以及总有机碳含量均呈现递增趋势,引水能显著降低贡湖湾水体有机污染的含量。受东南季风与引水作用影响,夏季贡湖湾西岸叶绿素a含量与高锰酸盐指数显著高于其它水域;秋季引水对湖湾有机污染物相对削减率最高,叶绿素a、高锰酸盐指数与总有机碳含量相对削减率分别高达51.4%、83.4%和57.9%,冬季次之,夏季对叶绿素a的削减效果更为显著。望虞河引水对太湖有机污染的改善效应呈现显著的空间与季节性差异。

太湖贡湖湾(望虞河以西)主要河口区域水质状况评价

为探讨贡湖湾(望虞河以西)河口区域的水质状况,采用WQI(水质综合指数)在夏季(2017年8月)和冬季(2018年3月)对其8个河口区域的31个点位进行了水质状况评价,并计算WQImin(最小水质综合指数),识别主要水质因子。WQI将水质状况分成5个等级进行评价,即WQI>90为非常好,70<WQI≤90为好,50<WQI≤70为中等,25≤WQI≤50为差,WQI<25为非常差。研究表明:①研究区域的水质状况具有显著的季节性差异,夏季的水质状况总体评价为中等(WQI为54.62),冬季总体评价为好(WQI为73.63);②河口之间的水质状况具有区域性差异,夏季闸门内外水质状况差异明显,河道的水质状况优于湖泊,小溪港河口区域水质状况相对最差(WQI为47.50),冬季壬子港河口区域的WQI最小,为62.84;③总磷(TP)、总氮(TN)、溶解氧(DO)和高锰酸盐指数(CODMn)等4个水质指标是影响研究区域水质状况的关键性因子。研究显示:贡湖湾(望虞河以西)河口区域的水质状况具有明显的时空差异,WQI的分级评价和关键因子识别能为研究区域的水环境治理提供参考依据,并有助于为相关管理部门对同类河口的水生态修复提供决策思路。

水体浊度对风速、风向及其时间累积效应的响应——以太湖贡湖湾为例

水体浊度是影响水下光场及营养盐循环的关键要素之一,其变化过程与水生生态环境演变关系密切.基于2015-2016年7个时段于太湖贡湖湾内外的金墅和上山村两站点的水体浊度及东山气象站的逐时风场数据,利用分位统计等方法,探讨了风速、风向及时间累积效应对水体浊度的影响.结果表明:在以风场驱动为主要动力来源的大型浅水湖泊中,春、秋两季水体浊度的变化频率高于夏、冬两季,且春季变率更为突出;冬季风场和水体浊度的变率均较夏季明显.风场(包括风速、风向及其累积时间)是影响水体浊度变化的关键因素.其中风速是主要决定性因子;风向对水体浊度有较明显的影响,其通过对风速效应的修正进而影响水体浊度,该修正作用可用三角函数表征;水体浊度变化同时还受前期风场累积的影响,其前期时间累积效应的有效时段为2~10 h.该研究给出了风速、风向及风场累积效应的耦合对水体浊度的影响模型,有助于弄清风场对水体浊度变化的影响机制.

太湖贡湖湾人工湖滨带水生植物恢复及其富营养化控制

以太湖贡湖湾人工湖滨带为对象,研究湖滨水生植物修复过程及其富营养化控制效果.人工湖滨区域内的消浪带、岸上护坡措施为水生植物修复提供了良好的生境条件,形成了包括荇菜(Nymphoides peltatum(Gmel.)Kuntze)、睡莲(Nymphaea tetragona Georgi)、菱(Trapa bispinosa Roxb.)为主的浮叶植物群落,以及以黑藻(Hydrilla verticillata(Linn.f.)Royle)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)、小眼子菜(Potamogeton pusillus L.)、竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)为主的沉水植物群落.通过设置研究区、对照区,持续监测溶解氧、总氮、总磷、氨氮、叶绿素a浓度等水体指标,烧失量、氮含量、磷含量等沉积物指标,水生植物生物量、覆盖度,浮游藻类等指标.不同时期、不同区域间的时空分布显示:随着水生植物的恢复,水体营养状态指数(TLI)、沉积物生物生产力指数(BPI)显著下降,水体透明度显著提升;较高浓度的总氮(>3.0 mg/L)、氨氮(>0.6 mg/L)环境不利于浮叶植物的生长,沉水植物对其则表现出更好的适应性,同时水生植物在成长过程中直接从水体/沉积物中吸收氮;颤藻(Cyanophyta oscillatoria)、直裂藻(Cyanophyta merismopedia)等浮游藻类吸收了水体磷,水生植物利用了沉积物磷,共同缓解了磷在湖滨区域的累计.总结以上,湖滨带的水文水质条件可以影响水生植物群落结构,进而决定氮、磷的控制效果,所以在湖滨带修复中构建合适的生境条件是水生植物发挥氮磷控制效果的重要前提.水生植物在恢复过程中对浮游藻类群落结构的影响是显著的,并且以此影响到湖滨水体中磷的分布.

太湖贡湖湾和梅梁湾微囊藻群落的时空分布及其驱动因子

于2010年7月至2011年6月期间,对太湖贡湖湾及梅梁湾微囊藻的种类组成及其群落的时空分布差异进行调查,并探讨影响微囊藻群落时空分布的环境因子.结果表明,7-11月太湖贡湖湾和梅梁湾都表现为鱼害微囊藻(Microcystis ichthyoblabe)、惠氏微囊藻(M.wesenbergii)及铜绿微囊藻(M.aeruginosa)顺次成为优势种的演替过程,其余时间段内以鱼害微囊藻及其它微囊藻为主.通过CCA分析环境因子与微囊藻属内各种类之间的关系,发现温度是驱动其季节演替的主要因素.两个湖湾之间及同一个湖湾内中心与岸边区域的微囊藻种属分布差异不明显.但是受到风的作用,两个湖湾中下风向位置的微囊藻细胞丰度较高.惠氏微囊藻和铜绿微囊藻更易受到风的影响而向下风向位置迁移,这是因为惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体粒径相对较大,易于漂浮在表层而通过表层迁移聚集于下风向处.可见风引起的表层迁移是影响微囊藻群落空间分布的重要因素.

太湖贡湖湾大型浮游动物群落结构的季节变化

2006年7月至2007年6月对太湖贡湖湾大型浮游动物群落结构的季节变化进行了研究,共鉴定出大型浮游动物35种,年均密度为467个/L,年均生物量为1.726mg/L。贡湖湾大型浮游动物优势种为针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)和萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus);其中,针簇多肢轮虫年均密度为99个/L,占大型浮游动物总数量的22%,萼花臂尾轮虫年均密度为49个/L,占大型浮游动物总数量的11%。相关分析表明,轮虫数量与颗粒悬浮物浓度(r=-0.603,P<0.05)和桡足类生物量(r=-0.670,P<0.05)呈显著负相关;枝角类数量与轮虫生物量(r=-0.606,P<0.05)显著负相关;桡足类数量与水温(r=0.596,P<0.05)和总磷(r=0.596,P<0.05)呈显著正相关性,与枝角类生物量(r=0.776,P<0.01)极显著正相关。

太湖贡湖湾水体中微囊藻毒素的时空分布及健康风险评估

水环境中微囊藻毒素(MCs)的污染会对人体健康造成负面影响。现阶段MCs健康风险评估多是基于慢性暴露情景,在急性事件的评估中存在局限性。为了评估太湖贡湖湾水域MCs污染及其健康风险状况,采用酶联免疫法(ELISA)对贡湖湾11个监测点表层水中的MCs赋存状况进行1年的逐月监测,分析MCs的时空分布特征,并研究MCs的赋存与不同环境因子的关系。另外,结合MCs的急性毒性阈值,采用非致癌风险指数(HI)评价模型对其风险状况进行评价。在监测时段内,贡湖湾水体中的MCs浓度整体处于较低水平,总微囊藻毒素(TMC)的全年平均浓度为0.06μg·L-1,其中靠近西北岸的水体中MCs浓度相对较高;11月贡湖湾水体中MCs的赋存水平最高,TMC和胞外微囊藻毒素(EMC)的平均浓度分别达到0.10和0.07μg·L-1。贡湖湾水体中MCs浓度与氮磷比(N/P)之间具有显著的负相关性,表明N、P的含量变化会影响贡湖湾水体中MCs的赋存,而温度对贡湖湾水体中MCs浓度的影响并不显著。贡湖湾水体中MCs的HI风险指数范围为0.024～0.070,表明贡湖湾水体的MCs污染总体上处于极低或低风险水平,其中在11月风险指数相对较高;另外,靠近西北岸的S3、S4、S5点显现出了相对较高的风险等级。总体而言,贡湖湾水体中MCs的污染水平较低,引起人体健康风险的可能较小,然而,MCs的长期暴露是否会引起慢性健康风险尚未可知,仍需对MCs的污染加强监管。

风生流对贡湖湾水环境的影响过程模拟研究

为分析风生流对贡湖湾水环境的影响,基于MIKE21构建贡湖湾二维水动力和水质模型,模拟分析TN、TP、NH;-N迁移变化与风生环流的关系。结果表明,该模型误差符合要求,能较为准确地模拟风生流影响下贡湖湾污染物的迁移扩散过程;风生流对贡湖湾湖流结构影响明显;夏季湖流流速全年最低,大部分介于0.8~1.2 cm/s,水体流动性与交换能力较弱,易爆发蓝藻;风生环流作用下,污染物离岸浓度降低并向湖心扩散,贡湖湾水质呈"均匀化"趋势;风生环流某种程度上推动了太湖水质"均匀化"现象。结果对太湖贡湖湾水体污染治理及水环境科学管控有一定的指导意义。

无锡市湿地公园地域性景观设计——以贡湖湾湿地公园为例

基于对贡湖湾湿地公园本土性景观资源的具体分析,探讨其地域性景观特点及优化方案,并就无锡市湿地公园及江南地域范围内湿地公园在地域性景观设计实践及研究方面展开思考。通过文献类比、田野调查、量化分析等方法,分析贡湖湾湿地公园低维护景观及场地肌理保留的地域性特点,总结本土性植物种植搭配、江南地域意象的运用、人性化设计及景观互动性设计的优化解决方案,得出无锡及江南地域内的湿地公园应坚持本土为主、外来为辅、优化种植、活化人文的结论,并提出注重地域性资源在景观空间中的表达,营造本土性的景观空间体验的景观设计策略。

望虞河引水工程对贡湖湾水质及主要取水口总磷的影响

建立二维平面太湖水动力-水质模型,运用有限体积法对太湖贡湖湾的总磷(TP)分布进行了求解。通过设计不同的望虞河引调水方案进行计算和分析。结果表明:望虞河正常排水或闭闸时,贡湖湾西岸TP会达到地表水Ⅴ类水标准,水质较差。通过望虞河向贡湖湾内引水时,贡湖湾西岸TP会降至地表水Ⅳ类水标准,有效改善了贡湖湾水质。