基于主成分分析法的梅梁湖水质分析与评价

选取2010-2015年7-9月梅梁湖区域6站点的悬浮物、溶解氧、pH值、硝酸盐氮、氨态氮、高锰酸盐指数、总磷和总氮等8个监测指标数据,采取主成分分析法分析了该区域的水质,明确影响该水域主要污染因子。结果表明:8项指标提取为3个主成分,解释了84.14%的水质信息。从空间分布上来看,靠近湖岸的湖区水质较差,在远离入湖河口,水域开阔处,水质较好。在时间上,梅梁湖区域水质状况不断得到改善,水质状况主要受入湖污染负荷和入湖水量的影响。梅梁湖区域富营养化污染严重,有机污染程度得到了一定的改善。研究结果对进一步了解梅梁湖区域水质情况具有重要意义,同时也为江苏省梅梁湖水质管理的科学决策提供支持。

近40年来太湖梅梁湾底栖动物群落演变特征及驱动因素

梅梁湾是太湖北部最大湖湾,也是太湖生态环境问题最严重的区域之一,近年来对太湖治理力度不断加大,然而对其生态状况演变的认识尚不清晰。本文基于长期监测及文献资料,获得1980s以来太湖梅梁湾底栖动物及环境因子数据,分析底栖动物种类组成、优势种、丰度的时空变化,应用非度量多维尺度分析(NMDS)和随机森林(RF)分析群落结构演变及其与环境因子的关系。结果表明,梅梁湾1980-2019年共记录到44属(种)底栖动物,以摇蚊幼虫和软体动物为主,总丰度年际变化显著,40年来底栖群落结构发生显著变化,优势种经历了由较敏感的软体类为主到以耐污寡毛类、摇蚊幼虫等为主的转变。综合NMDS和随机森林分析结果,梅梁湾底栖动物群落演变大致可分为4个阶段:1980s及以前,物种多样性丰富,以河蚬(Corbicula fluminea)等大型软体动物为优势种;1990s-2007年,底栖动物群落快速退化,以耐污种占优;2008-2016年,水生态略有恢复,河蚬等清洁种略有回升;2017-2019年,耐污种优势度和丰度反弹。近40年来梅梁湾底栖动物群落变化主要受底质氮磷、有机质和水体营养盐、蓝藻水华等环境因子变化的影响,此外水生植物演替也是影响底栖动物群落变化的重要因素。

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.

太湖梅梁湾沉积物中有机氯农药的残留现状

采用GC/ECD分析了梅梁湾沉积物中有机氯农药的残留现状.所测样品中有机氯农药总浓度为1.78～64.74ng/g,其中,HCHs、DDTs在几乎所有采样点都有检出,含量分别是0.23～1.81ng/g、1.78～63.08ng/g. HCHs中,α-HCH与γ-HCH残留水平相当,未检出β-HCH. DDTs中p,p'-DDE残留水平较高.数据表明有机氯农药中HCHs可能有新的污染源输入,DDTs在多数采样点发生好氧生物降解,与国内不同水体表层沉积物中HCHs、DDTs的含量相比,梅梁湾沉积物中有机氯农药含量较低.

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.

太湖梅梁湾沉积物中磷吸附／解吸平衡特征的季节性变化

室内模拟研究了太湖梅梁湾4个季节沉积物在低磷湖水中的吸附/解吸特征,推测沉积物在各季节的"源"、"汇"转化过程,找出沉积物"源"、"汇"转化过程中最活跃的磷形态;同时通过对冬季沉积物进行不同温度的吸附/解吸热力学实验,探讨了温度对沉积物吸附/解吸磷过程的影响.研究结果表明:梅梁湾4个季节沉积物总磷及各组分磷含量大小关系为春<夏<冬<秋;夏季和秋季沉积物以释放为主,春季和冬季则以吸附为主;铁/铝磷是沉积物"源"、"汇"转化过程中较活跃的磷组分;沉积物对磷的吸附效率和平衡吸附量为春季最小,秋季最大;温度和沉积物磷含量对DIP吸附/解吸平衡浓度都有影响,吸附/解吸平衡浓度随温度的升高而增加,随沉积物磷含量的增加而减小.

基于FVCOM的太湖梅梁湾夏季水温、溶解氧模拟及其影响机制初探

水体中的溶解氧是表征水生生态系统健康与否的重要参数之一.本研究基于太湖2008年8月16 20日的风速、风向、短波辐射等气象场资料以及实测的相关水质参量,利用FVCOM(即非结构化网格有限体积近海海洋模型)模式对太湖梅梁湾三维水温以及水体中溶解氧进行模拟,模拟结果与实测值基本吻合,水温的验证回归方程为y=1.02x,R2为0.690;溶解氧的R2为0.760.同时对溶解氧浓度的时空分布,梅梁湾溶解氧的"源"和"汇"及其贡献进行了分析.结果表明:太阳辐射、风速是影响水温日成层现象的重要因子;受水温和光照的影响,夏季梅梁湾的溶解氧存在垂直差异,呈现出"双峰双谷"的日变化特征;浮游植物光合作用制氧是水中溶解氧的最重要来源,水下光衰减直接控制着初级生产力的垂直分布;浮游植物呼吸及死亡是溶解氧的最大消耗者,余下依次为底泥耗氧、碳化需氧、细菌呼吸耗氧和硝化作用耗氧.

太湖梅梁湾沉积物中多环芳烃的生态和健康风险

持久性有机物引起的水质安全性问题日益受到广泛的关注.利用生态和健康风险评价的原理和方法,对太湖梅梁湾水源地沉积物中的多环芳烃可能导致的负面效应进行了分析.首先采用商值法筛选出该地区沉积物中具有潜在风险的多环芳烃,再进一步用建立在暴露浓度分布和物种敏感度分布上的概率法定量表征风险.结果表明,太湖梅梁湾水源地沉积物的多环芳烃中,菲、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽7种具有潜在风险;在保护95%的物种水平下,菲的风险最小,而荧蒽和芘风险较高,达20%.健康风险分析表明,美国EPA提出的7种具有遗传毒性的多环芳烃其致癌风险在梅梁湾沉积物中均在10-5水平以下.

2008年太湖梅梁湾浮游植物群落周年变化

2008年对太湖梅梁湾浮游植物群落的生态学特征进行了调查.结果表明:梅梁湾共检出浮游植物6门35种,其中绿藻门(Chlorophyta)种数最多,共20种,占浮游植物总种数的57.1%;其次是硅藻门(Bacillariophyta),共7种,占浮游植物总种数的20.0%.浮游植物的数量和生物量分别在298.2×104-368006.8×104cells/L和0.298-184.202mg/L之间;浮游植物数量以夏季(6月5日)最高,春季(3月20日)最低.浮游植物相似性指数变化在0.11-1.00之间;其中1月8日-4月3日的相似性指数高,在0.54-1.00之间,均在中度相似以上;其他时间下的相似性指数低,变化在0.11-0.50之间,为极不相似或轻度相似.浮游植物多样性和均匀度分别在0.01-2.29和0.003-0.72之间,其中1月8日-4月3日的多样性和均匀度较好,其他时间下的多样性和均匀度较差,表明1月8日-4月3日梅梁湾浮游植物分布比较均匀,群落结构复杂,而4月23日-12月9日浮游植物分布不均匀,群落结构简单.

太湖梅梁湾水域蓝藻水华前与水华末期细菌群落结构的变化

通过16S rRNA克隆文库研究了太湖梅梁湾2004年3月和9月表层水样中细菌组成的变化,发现在蓝藻水华前与水华末期的菌群结构存在差异,特别是最优势的细菌发生了很大变化.3月水样中的克隆子主要与Bacteroidetes(42.7%)、β-Proteobacteria(18.4%)、α-Proteobacteria(16.5%)和Actinobacteria(16.5%)相关,9月水样中的克隆子主要与Cyanobacteria(28.8%)、β-Proteobacteria(25.0%)、Actinobacteria(17.3%)和α-Proteobacteria(15.4%)相关.此外,在水华末期(9月)的细菌组成更为多样性,有11个类群;而未发生水华时(3月)的细菌组成只有7个类群.同相关研究比较发现,α、β-Proteobacteria,Actinobacteria均为太湖中的常见菌群,其分布较为广泛;而γ-Proteobacteria和Firmicutes多出现于太湖的沉积物中,在水体中较少出现;属于Bacteroidetes这一类群的浮游细菌在湖水中很丰富.所研究水域中发现的很多细菌的16SrRNA基因与出现在许多不同的淡水生境,包括国外贫营养湖、中营养湖和富营养湖中细菌的系统关系密切,还发现大量源于长江的克隆子,很少有与海洋中细菌相似的序列(除Bacteroidetes门的成员外).

梅梁湾、大太湖夏季和冬季CDOM特征及可能来源分析

基于2004年夏季水华暴发期和冬季在梅梁湾及大太湖各2次采样,分析了夏季、冬季CDOM的特征及其可能的来源,发现夏季CDOM吸收系数、叶绿素a浓度均明显高于冬季,DOC浓度、CDOM吸收系数a(355)的变化范围分别为5.17～12.42 mg/L、2.57～6.77 m-1,最大值均出现在冬季(12月15日)的直湖港入湖口。CDOM吸收系数与DOC浓度、定标后的荧光值一般都存在显著正相关,但夏季由于受浮游植物降解的影响,与DOC浓度和荧光的相关性明显低于冬季。表征CDOM组成和来源的参数比吸收系数、M值、S值存在显著的季节差异,夏季吸收系数a*(355)值明显要大于冬季,而S值、M值则要小于冬季。夏季水华暴发时CDOM吸收系数与叶绿素a浓度空间分布较为一致,吸收系数与叶绿素a浓度存在正相关,浮游植物降解产物可能是水体中CDOM的重要来源;相反,冬季CDOM吸收系数呈现从梁溪河入湖口、湾内往湾口递减的趋势,其来源可能主要以陆源为主,受入湖河流的影响较大。

太湖梅梁湾不同沉积物对3种沉水植物生长的影响

在人工栽培的条件下,研究了太湖重污染区梅梁湾2种不同沉积物(湖泥、岸泥)对苦草(Vallisneria natans(Lour.)Hara)、黑藻(Hydrilla verticillata(Linn.f.)Royle)、马来眼子菜(Potamogeton malaianusMiq.)3种沉水植物生长的影响.在上覆水相同条件下,湖泥中培养的3种沉水植物均生长良好,生物量高,分枝较多,其中苦草最为显著,生长在湖泥中的苦草比岸泥中的植株高,且提前发育成熟至生殖生长阶段;在湖泥中,3种沉水植物的叶绿素含量均较高,苦草在2种不同沉积物中的差别最大,叶色区别明显;在湖泥中,苦草、黑藻的根长及根系活力等指标均高于岸泥,但岸泥中的根较为粗壮,根数相对较多.试验结果表明:苦草、黑藻、马来眼子菜3种沉水植物能够适应梅梁湾湖泥的肥沃底质条件,生长发育正常,可以进行现场引种栽培试验.

太湖梅梁湾沉积物中重金属的赋存相态及其对污染历史的示踪

本文以梅梁湾沉积物中的重金属元素为研究对象,利用五步连续提取的方法将梅梁湾沉积物中的重金属元素分水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残留态六种相态．应用^(210)Pb、^(137)Cs定年法相结合,通过对百年沉积物的连续提取及元素富集系数的分析,得到重金属元素在不同相态中的含量随时间的变化．与历史时期人类活动相比较,重建了自19世纪末期到2000年的人类活动影响流域环境的历史,证实了重金属元素含量变化主要受人类活动的强度和方式制约．具明显影响的人类活动分三个时段,其中最为严重的时段是自1977年至今．与无锡历年工业产值变化的对比分析表明,各相态中重金属含量的相似变化记录了梅梁湾受湖湾沿岸居民的经济生产活动影响,污染程度日益加剧,且工业废污水中重金属主要以铁锰氧化物结合态进入太湖生态系统中．

梅梁湖和五里湖水-沉积物界面的物质交换

研究了25℃条件下太湖北部湖区水－沉积物界面的物质交换结果表明：五里湖沉积物中的氮、磷和CODMn的释放程度明显高于梅梁湖，其NH4＋－N、DTP和DCOD的平均溶出速率分别为158．2、2．05和27．8mg／（m2·d）；梅梁湖北部湖区形态氮处于“负释放”状态，DTP和DCOD溶出速率分别为0．584mg／（m2·d）和8．9mg／（m2·d）．此外，形态氮、磷和DCOD的水－沉积物界面物质交换量与底泥中总氮、总磷和有机质含量有显著对应关系根据内源负荷分析．认为减少局部湖区沉积物氛、磷和COD的释放。

太湖梅梁湾沉积物中酸挥发性硫化物垂直变化特征研究

水体沉积物中的酸溶性硫化物 (AVS)极易与二价金属阳离子反应生成难溶金属硫化物 ,从而控制沉积物中二价有毒金属的化学活性和生物有效性 .测定沉积物中的AVS和同步提取金属 (SEM) ,依据SEM AVS的比值可作为判定重金属生物有效性的良好指标 .通过对太湖梅梁湾 2个不同站点沉积物中AVS与SEM随深度分布的研究得出 :①AVS含量随着深度的加深先上升后降低 ,SEM含量随深度的加深呈逐渐降低趋势 ;②SEM AVS只在最表层 (0～ 2cm)大于 1,低于这一层都小于 1.③在表层沉积物 (0～ 2cm)中 ,可能存在重金属生物毒性效应 .但对于单个金属而言 ,Ni、Cu具有产生毒性作用的潜能 ,而Zn、Pb对沉积物中的生物不具有毒性 .

太湖典型区2010-2017年间水质变化趋势及异常分析

自2007年太湖蓝藻水华引起无锡供水危机后,在太湖流域及湖区开展了一系列综合治理措施以改善太湖水环境质量.本研究在太湖梅梁湾和贡湖湾各设置3个采样点,自2010年4月起每月2次监测太湖水质.结合水文气象数据及无锡市环境监测站和太湖局的同期数据,明确太湖自2010年以来,水质整体良好,总氮浓度在波动中呈现下降的趋势,总磷浓度在2014年前也是在波动中呈现下降的趋势,但在2015和2016年有所回升,回升比例约为15%~20%.2015和2016年总磷浓度出现回升的主要原因是这2年的2次大洪水过程携带大量N、P进入太湖湖区,洪水消退过程中,N大多以溶解态排泄出湖区,而P则由于大多数以颗粒态存在,逐渐沉积到湖泊中,随着微囊藻生长消耗水体溶解态P以及水体p H和溶解氧的变化逐渐释放到太湖水体中.

太湖蓝藻水样中藻蓝蛋白提取方法比较

以2011年8月20日采集的太湖梅梁湾的夏季蓝藻水华为研究对象,通过12个样点平行样的藻蓝蛋白实验提取,基于光谱吸收特征和浓度值,对反复冻融法、超声波法、溶胀法、丙酮法的提取效果进行比较评价.结果表明:4种方法获取的藻蓝蛋白提取液在620 nm附近出现吸收峰,其中,反复冻融法的峰高最强,超声波法最弱,说明反复冻融法的提取效果优于其他方法;反复冻融法、超声波法、溶胀法获取的部分蓝蛋白提取液在670 nm附近具有次吸收峰,与藻蓝蛋白标样的吸收曲线存在差异;反复冻融法、超声波法提取的藻蓝蛋白浓度值变异系数小于0.6,表明这两种方法较其他方法稳定;反复冻融法提取的藻蓝蛋白浓度值高于其他3种方法,可推荐作为太湖蓝藻水样中藻蓝蛋白的提取方法.

太湖梅梁湾水污染及蓝藻分析计算

构建了太湖梅梁湾污染及蓝藻扩散、运移变化计算模型,模型主要由4个部分构成:(a)基于GIS构建的计算网络;(b)基于水动力学基础的水质扩散运移模型;(c)水质进程模型,包括衰减模型和溶解氧模型;(d)蓝藻浓度计算模型.实例计算结果表明:用该模型模拟梅梁湾总磷、总氮、溶解氧和蓝藻质量浓度4项污染指标的扩散、运移变化,精度较高,其确定性系数分别为0.70,0.74,0.88和0.86.

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.