基于NEB试验的不同湖泊夏季营养物投入与藻类响应关系的比较:以淀山湖、小兴凯湖和洱海为例

淀山湖、小兴凯湖和洱海分别处在不同的营养阶段,夏季都存在蓝藻水华现象,有效控制蓝藻水华应控氮还是控磷一直存在争议.本研究采用营养物加富生物测试的试验方法,研究和比较三个湖泊限制性营养元素(N和P)夏季对浮游藻类生长的刺激作用,并采用多因素方差分析和两两比较方法(LSD)检验试验结果的显著性.结果表明:淀山湖(TN/TP=10左右)、洱海(TN/TP=29左右)、小兴凯湖(TN/TP=9左右)在夏季分别表现出显著的氮响应、氮磷双重响应、氮响应;较低氮磷比的营养程度较高的湖泊(淀山湖和小兴凯湖)夏季应控制氮含量,若添加氮更容易引发蓝藻(微囊藻)水华,而高氮磷比的初期富营养化湖泊(洱海)夏季应同时控制氮磷含量,同时添加氮磷的交互作用容易引发蓝藻(微囊藻)水华.

小兴凯湖表层底泥磷吸附容量及潜在释放风险

利用沉积物磷吸附指数（PSI）和磷吸附饱和度（DPS）研究了小兴凯湖表层沉积物的磷吸附容量,分析了沉积物中磷的吸附饱和度（DPS）与其他指标的相关关系,并讨论了不同采样点湖泊沉积物中磷的潜在释放风险.结果表明：13个采样点的表层沉积物的PSI为9.78∽197.53（mg·L）/（100g·μmol）,平均值为59.77（mg·L）/（100g·μmol）;DPS为9.95%∽24.47%,平均值为15.41%.PSI与草酸铵提取的磷（Pox）极显著正相关,与草酸铵提取的铁、铝（Feox,Alox）显著正相关,草酸铵提取的铁是影响PSI的主导因素;DPS主要受沉积物中原有吸附态磷的影响.此外,磷释放风险指数（ERI）8.99%∽129.94%的计算结果表明：小兴凯湖表层沉积物中磷释放诱发富营养化的风险处于高度风险范围,其中,受农业面源污染影响较大的北岸区域相比其他区域发生富营养化的风险更高.

小兴凯湖5月份浮游植物群落及其与环境因子的典范对应

于2013年5月份对小兴凯湖浮游植物群落进行调查。共鉴定浮游植物6门49种及变种，其中绿藻门种数最多，为19种；硅藻门次之1，8种；蓝藻门6种；金藻门3种；隐藻门2种；裸藻门1种。浮游植物丰度范围为（76．8～937．2）×104ind·L－1；生物量为（0．66～7．62）mg·L－1；Shannon－wiener指数为2．40～3．56；Pielou均匀度指数为0．50～0．85。采用Shannon－wiener指数和Pielou指数评价小兴凯湖水质状况，结果表明：5＃、6＃、7＃、8＃、9＃水质相对较好，其余7个样点处于中度污染状态。典范对应分析显示，总磷、总氮和总有机碳是影响浮游植物分布的重要环境因子，氯离子、硝酸根离子、浊度、透明度和pH值对浮游植物分布也具有显著影响。

基于AHM-CRITIC赋权的小兴凯湖水质评价模型

针对传统单一赋权方法的缺陷,将AHM主观权重和CRITIC客观权重相结合,构建AHM-CRITIC耦合权重;采用TOPSIS排序方法,量化样本与评价标准之间的相对关系,建立水质评价模型。选取COD-Mn、TN、TP、NH-3-N、DO、pH 6项指标作为评价因子,将该模型应用于小兴凯湖进行水质评价。AHM-CRITIC评价结果中Ⅱ类水占20,Ⅲ类水、Ⅳ类水各占10,Ⅴ类水占60,表明湖水水质整体较差;且由于水体富营养化现象严重,当地居民应科学排灌、文明发展旅游业以改善水环境。将AHM-CRITIC、AHM和CRITIC三种赋权方法进行对比,可得优化后模型能够有效避免主观权重极值和客观权重“不灵敏”的问题,提升整体评价精度与适应性,具有一定的应用价值。

模拟气候变化背景下铁输入对小兴凯湖狭叶甜茅生理生态的影响

富铁地下水从农田流入湿地生态系统是近些年来湿地所面临的环境问题之一,在气候变化背景下更为复杂。通过湿地微生境人工模拟实验,研究铁输入、温度和水位3因素对兴凯湖湿地植物优势物种——狭叶甜茅(Glyceria spiculosa(Fr.Schmidt.)Rosh.)整个生长周期生理生态的影响。对狭叶甜茅的株高、叶片数目、基茎、叶面积,叶片叶绿素a、b,地上生物量及其总氮(TN)、总碳(TC)、总磷(TP)、总铁(TFe)含量的分析测试结果表明:(1)温度为主要影响因素,降温2℃效果明显且对株高、叶片数目和叶面积最显著。对照温度处理叶绿素a、b值最大,主要为生长速度相对缓慢而造成叶绿素聚集在细胞中导致浓度较高。(2)水位对狭叶甜茅基茎、地上部分总铁含量影响最显著,5 cm淹水处理更有利于地上部分总铁含量富集。(3)3个铁输入强度对狭叶甜茅生理生态各指标没有达到显著水平。综合各指标特征加权分析表明,温度升高对其生长产生不利影响,降温2℃处理植物表现出良好的适应性,淹水及铁输入条件下其生长状况显著增强,以目前小兴凯湖外源铁输入强度情况下湿地植物铁含量会有所增加。可以推测,在全球变暖趋势下,狭叶甜茅这种对气候变化敏感的物种,其生存将面临一定的威胁。

小兴凯湖富营养化和沼泽化程度分析

于2013年7月20日、8月23日和10月17日,在小兴凯湖内布设13个采样点,采集水样,测定水样的氮、磷含量;采用综合营养状态指数法,对小兴凯湖水体富营养化程度进行分析,同时对其沼泽化程度进行评价。结果表明,7月20日、8月23日和10月17日小兴凯湖水体中总氮质量浓度分别为0.38~3.12 mg/L、0.40~2.05mg/L和0.38~1.14 mg/L,分布在北岸河流入湖口采样点水体总氮含量较高。8月23日,水体中的总氮含量明显高于其它采样日;7月20日、8月23日和10月17日小兴凯湖水体中总磷质量浓度分别为0.05~0.11 mg/L、0.06~0.12 mg/L和0.09~0.18 mg/L;7月20日、8月23日和10月17日水体中的氮磷比分别为7.76~63.57、7.05~25.56和3.42~12.29,表明该湖属于磷营养限制性湖泊。各采样点综合营养状态指数为52.52~66.57,表明小兴凯湖整体处于轻度富营养状态;沼泽化综合指标为0.143~4.000,表明小兴凯湖大部分区域已处于重度沼泽化状态。

东北小兴凯湖沉积物POPs污染特征及生态风险评价

采用GC-MS分析了小兴凯湖表层沉积物多环芳烃(PAHs)、有机氯农药(OCPs)和邻-苯二甲酸酯(PAEs)的污染特征,探讨了污染物的主要来源及生物毒性风险.结果表明:①小兴凯湖沉积物中PAHs含量范围在82.1~534.6 ng·g^(-1)之间,西北湖区含量较高.沉积物中OCPs和PAEs含量范围分别在4.8~50.4 ng·g^(-1)和33.3~401.6 ng·g^(-1)之间,东南湖区含量较高;②沉积物中PAHs以3~5环化合物为主(占85%以上),主要为燃烧源,其中煤和薪柴燃烧贡献47%,汽油和柴油燃烧贡献39%,石油产品泄漏贡献14%.OCPs以六氯环己烷(HCH)为主(占78%),主要来源于新的林丹的使用和少量工业HCHs的输入.PAEs以邻-苯二甲酸二正丁酯(DBP)和邻-苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)为主(占94%),生活垃圾和工农业生产为其主要来源;③小兴凯湖沉积物中PAHs、OCPs和PAEs在东北地区处于低水平污染,相比于国内其他地区的湖泊河流,总体处于低污染水平,目前无生态风险,但部分点位OCPs具有中度生态风险.

小兴凯湖水质评价

利用模糊综合评判法和单项污染指数法,对2012年9月的小兴凯湖水质进行了评价。在小兴凯湖内及其周边河流和农用渠共设置20个采样点,测试了叶绿素a、总氮和总磷等10项水质指标。分析结果表明,各样点水体的叶绿素a含量、总氮含量和总磷含量达到地表水环境质量标准(GB3838—2002)Ⅳ类或Ⅴ类水标准,氨氮含量、高锰酸盐指数、悬浮物含量、硝态氮含量、亚硝态氮含量和溶解氧含量优于Ⅲ类水标准。运用统计学方法,从10项监测指标中筛选出高锰酸盐指数、总氮含量和总磷含量氨氮含量和叶绿素a含量5个指标作为参评因子;在模糊综合评判中,采用污染贡献率方法确定单因子权重系数;模糊综合评判法评价结果表明,水质为Ⅴ类水的采样点占采样点总数的80%,利用单项污染指数法再次验证,得到评价结果与模糊综合评判法基本相同,说明小兴凯湖水体污染较重;对比不同的采样点可以看出,农业污染是影响小兴凯湖水质的重要因素。

小兴凯湖浮游动物丰度和水质评价

2013年,在小兴凯湖设置了12个采样点,对小兴凯湖浮游动物丰度和水环境因子进行了监测;采用水质理化因子和营养状态指数法,评价小兴凯湖水质状况。结果表明,5月10日的浮游动物丰度最高,其次为7月10日和9月10日的,11月10日的浮游动物丰度最低,其值差异较为明显;11月10日小兴凯湖水体的营养状态指数最高,其次为7月10日和9月10日的,5月10日的营养状态指数最低,营养状态指数平均值为63.25;在12个采样点中,营养状态指数最高的是6号采样点,最低的是12号采样点,各采样点营养状态指数平均值为66。水质指标和营养状态指数评价结果都表明小兴凯湖水体处于富营养化水平。

小兴凯湖浮游植物群落结构及多样性

为了解小兴凯湖浮游植物群落结构及其营养状况,2011年5～9月对小兴凯湖12个采样点的浮游植物进行调查,对小兴凯湖浮游植物的种类、丰度、生物量和多样性及其变化进行研究。结果表明,小兴凯湖这5个月共采集浮游植物7门121种及变种中,以硅藻门(Bacillariophyceae)、绿藻门(Chlorophyta)和蓝藻门(Cyanophyta)为主,分别约占44%、26%和22%;优势种有颗粒直链藻极狭变种(Melosira granulata var.angustissima)、小球藻(Chlorella vulgaris)和固氮鱼腥藻(Anabaena azotica);丰度变化范围在13.06×104～153.87×104个/L之间,生物量在0.11～1.73mg/L之间;多样性指数中,Shannon-Wiener指数变化范围在2.64～4.64之间,Margalef指数在1.46～5.17之间,Pielou均匀度指数在0.35～0.86之间。通过对小兴凯湖浮游植物的组成、生物量及多样性指数的综合评定,小兴凯湖浮游植物全年以蓝藻和硅藻为主,7月浮游植物种类最多,9月浮游植物种类最少;Shan-non-Wiener多样性指数和Margalef种类丰富度指数都在5月最高,9月最低;Pielou均匀度指数在9月最高,7月最低;未受扰动湖区浮游植物多样性指数明显高于受人类活动影响的湖区。

2014年7月小兴凯湖浮游植物群落结构及其影响因素

于2014年7月,在小兴凯湖布设12个采样点,采集浮游植物样品和水样,研究浮游植物群落结构及分布,测定的湖水理化指标;采用典范对应分析方法,揭示影响小兴凯湖浮游植物群落结构及分布的主要水环境因素。研究结果表明,2014年7月在小兴凯湖中共记录浮游植物6门30属36种;主要为绿藻门,其占全部种类的47.2%;主要优势种为坚实微囊藻(Anabaena firma)、细小平裂藻(Merismopedia minima)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)和杆裂丝藻(Stichococcus bacillaris);浮游植物丰度为7.56×10~5~1.03×10~7ind./L,平均丰度为(3.27±0.95)×106ind./L;12个采样点可以被划分为3组,其对应的3个区域的浮游植物群落结构存在明显的空间差异;小兴凯湖水体中平均总磷和总氮质量浓度分别为0.11 mg/L和0.76 mg/L,达到国家Ⅲ类水域标准,连接北部湖区的灌渠是小兴凯湖水体外源营养盐输入的主要来源,北部湖区水体中的营养盐(总磷和总氮)含量显著高于南部湖区(p<0.01);影响小兴凯湖浮游植物群落结构的主要环境因素是水体p H、总氮含量、水深和透明度。

小兴凯湖水质的空间异质性

于2013年9月,在小兴凯湖湖区的入湖口、农田排水渠、湖心、主要景观区和人口密集区布设14个采样点,选取10项水质指标,利用统计学方法,对水质指标进行空间分析及插值,以揭示其空间分布特征和变化趋势。结果表明,新开流、857农场抽排干和兴凯湖农场31队采样点的水质最差,新开口和东北泡子采样点的水质最好;水体污染水平空间变异特征明显。人类活动是影响小兴凯湖水质空间变异的主要因素,其中,农业面源污染和居民生活废物输入湖中的氮、磷和有机物是主要污染源,旅游业对该湖水质影响的强度逐渐加大。

富铁农田退水对小兴凯湖沉积物磷吸附释放影响

为探究三江平原富铁农田退水对湖泊富营养化程度的影响,本研究以小兴凯湖作为对象,分析了沉积物磷形态、含量、吸附释放参数及其主要影响因子。结果表明,受农田退水影响,小兴凯湖富营养化程度为中度污染,水利连通性较差且周围为稻田的东北泡子为重度污染。沉积物最大磷吸附容量(Q_(max))为29.41~125.00 mg·kg^(-1),对上覆水磷的吸附较容易,且释放率平均仅为11.73%。沉积物对磷的吸附受环境因子和自身理化性质影响,环境因子中Fe/P和温度对磷吸附呈显著促进作用,pH在5~9范围内波动对沉积物磷吸附的作用较小;沉积物理化性质中粒径组成和无机磷中Fe-P含量影响显著。本研究成果为揭示富铁农田退水影响下湖泊富营养化程度及内源磷释放风险提供了基础数据。

小兴凯湖表层沉积物的理化特征和磷吸附效率研究

在小兴凯湖设置了12个采样点,2018年9月11~13日,在各采样点,采集表层(0~5 cm深度)沉积物样品;2018年5月12日、7月13日、9月11日和10月11日,在各采样点,采集湖水样品;测定表层沉积物样品和湖水样品的理化指标,计算出表层沉积物的磷吸附效率;分析水体理化指标对表层沉积物理化特征和磷吸附效率的影响。研究结果表明,小兴凯湖水体中的总磷和总氮含量符合地表水Ⅳ类水域标准,水体中的化学需氧量含量符合地表水Ⅴ类水域标准;水体中总铁离子含量较大,是地表可饮用水铁含量的2.87倍;各采样点表层沉积物中全磷和全氮含量都较大,东北泡子采样点表层沉积物中的全氮和全磷含量尤其偏大;表层沉积物中铁离子和铝离子含量较大,表层沉积物粒径组成主要以粉粒为主;冗余分析结果表明,表层沉积物的磷吸附效率分别与表层沉积物中黏粒所占比例、粉粒所占比例、有机质含量、铁离子含量、铝离子含量正相关,与砂粒所占比例负相关;大量富铁地下水排入小兴凯湖中,促进了其表层沉积物的磷吸附作用。