光照对湖泊上覆水DON影响机制及环境学意义

利用三维荧光光谱和紫外-可见光谱技术,通过室内模拟实验研究了光照对洱海上覆水溶解性有机氮(DON)影响,经平行因子分析法(PARAFAC)和荧光区域积分法(FRI)解析了DON含量、结构组分变化特征,并探讨了其环境学意义.结果表明:(1)未加汞光照条件下,洱海上覆水DON含量随光照时间延长呈波动上升趋势,NH_4^+与DON含量呈显著负相关(R2=0.94,P<0.05),即NH_4^+与DON之间存在相互转化,且光照可能促进了NH_4^+向DON的转化;(2)加HgCl_2后实验组与对照组SUVA254(1.78、1.85)、A253/A203(0.35、0.34)、E2/E3(5.85、5.77)及SR(1.03、1.14)均值差别不大,未加HgCl_2实验组较对照组SUVA254、A253/A203、E2/E3值有一定差别,表明光照主要是通过微生物作用,进而影响DON特征,表现为光照增强了DON芳香环取代基结构的复杂程度,并且使得羰基、羧基、羟基和酯基种类有所增多;(3)PARAFAC识别出类蛋白质物质(T峰)和类富里酸物质(A峰)两类组分,表明腐殖质类物质与蛋白质类物质之间可能存在相互转化,且微生物所发挥的作用较为明显.以上结果表明,光照可增强生物活性,进而影响对DON的转化和降解.

巢湖水体藻类生长潜力研究

通过采样分析方法,调查了巢湖秋季全湖营养特征,并采用藻类生长潜力实验(AGP实验),研究了秋季巢湖微囊藻的生长潜力。结果表明,巢湖西半湖的富营养化程度高于东半湖。分析并研究富营养化程度不同的西半湖和东半湖的微囊藻的生长潜力测定表明,利用西半湖湖水培养的微囊藻群体生长状态优于东半湖。AGP实验表明,巢湖湖水在添加充足磷的情况下,藻类的最大现存量和平均最大特定增长率为7.93×105cells·mL-1和0.25·d-1;而在添加充足氮的情况下,藻类的最大现存量和平均最大特定增长率为2.54×106cells·mL-1和0.38·d-1。微囊藻的最大现存量及最大特定增长率与氮的相关性明显高于磷,说明与磷相比,在秋季水体中氮的增加可能会显著提高秋季蓝藻水华的暴发程度。

孟氏浮游蓝丝藻在模拟水体中的垂直分布与浮力规律研究

采用大型室内湖泊模拟装置对孟氏浮游蓝丝藻在富营养化湖泊中的垂直分布与迁移特征进行了模拟,并通过10 L玻璃瓶实验对孟氏浮游蓝丝藻浮力对光的响应进行了分析.湖泊模拟实验结果表明,光照后,表层孟氏浮游蓝丝藻开始向下层迁移,光照8 h后,藻丝在深2-3 m左右水层形成稳定聚集层;藻丝容易集聚层在光照度为10μmol·（m^2·s）^-1右水层,处于该水层上部的藻丝漂浮百分率〈50%趋向于沉降,处于该水层下部的藻丝漂浮百分率〉50%趋向于漂浮;无光照后,藻丝开始往水体表层聚集,无光照12 h后,约20%的藻丝聚集在水体表层,无光照48 h后,约50%的藻丝聚集在水体表层;说明浮游蓝丝藻白天主要分布在水体2-3 m处,在早晨或连续的阴天后,可能在水体表层形成水华.10 L玻璃瓶实验结果表明,强光照[100μmol·（m^2·s）^-1/无光照周期下藻丝漂浮百分率在30%-70%间变化,弱光照[25μmol·（m^2·s）^-1/无光照周期下藻丝漂浮百分率在30%-50%间变化,说明强光照[100μmol·（m^2·s）^-1/无光照周期下藻丝具有明显的沉降与漂浮特征.1昼夜内,藻细胞蛋白质和伪空胞的变化不明显,糖含量在14%-35%间变化,藻丝的浮力对光照的响应可能通过藻细胞的糖含量变化实现.

云贵高原典型湖泊富营养化演变过程及特征研究

选取滇池、洱海和抚仙湖3个云贵高原不同营养水平的湖泊,通过对其不同发展阶段的植物群落结构、水质类别、营养水平及流域人口和经济活动等进行研究,总结了云贵高原湖泊发展演化过程中的特征及差异性.结果表明:滇池、洱海和抚仙湖的植物群落结构、水质类别和营养状态均耦合良好,流域人口和经济活动是湖泊富营养化的重要影响因素.流域人口和经济的每一次飞跃,均会导致湖泊水质类别和营养水平明显升高.云贵高原不同类型湖泊的发展过程存在明显的差异性,不仅受控于营养盐的输入,同时也受到湖泊自身特点的影响.滇池是浅水湖泊,其富营养过程与长江中下游浅水湖泊的富营养发生过程基本一致;中等水深湖泊——洱海,其水位变化直接影响了沉水植物的存活,沉水植物的退化和消失与湖泊水质的下降和营养状态的上升关系密切;深水湖泊——抚仙湖,由于水深和基质的影响,大型水生植物很难生长,湖泊水质的下降与藻类数量的增长呈现较好的正向关系.云贵高原湖泊富营养化序列相似,但时间不同步.20世纪70年代是滇池进入中营养水平的关键年代,80年代末是滇池进入富营养化的关键时期;同时,20世纪80年代末也是洱海进入中营养水平的关键转型年代,90年代末期是洱海进入富营养化的加速阶段,同时也是抚仙湖水质下降的加速时期.

太湖沉积物有机碳与氮的来源

选取太湖梅梁湾和湖心柱状沉积物,研究了其有机碳同位素(δ13C)和氮同位素(δ15N)、C/N、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量,并结合210Pb和137Cs沉积物年代测定技术,探究了近百年太湖沉积物有机质和氮的来源。结果表明:太湖梅梁湾湖区在近百年来,其有机质来源总体以自生为主。20世纪50年代以前,湖区受到人类活动的影响较小,沉积物有机质主要来自于湖泊自身水生植物的沉积;50年代到70年代,湖泊内部环境发生变化,湖区逐渐出现藻类大量死亡并沉积的现象,有机质主要来自于水生植物和藻类的共同沉积;70年代到80年代沉积物机质藻类贡献进一步增大;90年代后到现在,则以藻类的沉积为主要来源方式。梅梁湾湖区沉积物氮素的来源在50年代以前主要以流域土壤流失和大型水生植物的死亡为主;50年代到70年代,人类活动的加剧导致大量工业废水、生活污水的输入,藻类开始大面积爆发,氮主要来自于外源的输入、大型植物和藻类的死亡沉积;90年代后到现在,外源氮的输入得到有效地控制,藻类对沉积物氮的贡献相对显著。湖心区域沉积物有机质和氮的来源主要来自于湖泊内部水生植物的沉积。70年代前,沉积物有机质和氮的来源主要来自于水生植物的沉积和水土流失作用;70年代至今,虽然湖泊受到人类活动外源物质输入影响逐渐增大,但总体来讲贡献较小,沉积物有机质和氮的来源仍以湖泊自生为主。

沉水植物黑藻对上覆水中各形态磷浓度的影响

室内模拟研究了沉水植物黑藻对上覆水中不同形态磷浓度的影响及其季节性变化,并从沉水植物生长、间隙水和碱性磷酸酶活性(APA)三方面进行了讨论,进一步揭示磷在浅水湖泊水-沉积物界面的交换机理。结果表明,在本研究条件下,上覆水中各形态磷以溶解性总磷(DTP)为主,其他形态磷浓度变异较大,黑藻降低了上覆水中总磷(TP)、溶解性活性磷(SRP)和DTP浓度,也降低了DTP和SRP占总磷的比例,从而使颗粒态总磷(PP)和溶解性有机磷(DOP)占总磷比例升高。黑藻主要通过吸收上覆水中的磷和抑止沉积物、上覆水中APA使上覆水中各形态磷浓度保持较低水平,其中对SRP和DTP浓度的影响更明显。上覆水中各形态磷浓度呈现明显的季节性变化。在7～8月,TP、SRP和DTP浓度呈下降趋势,并在8月达到最低值;9～10月间有所升高,但仍然维持在较低水平,不同采样时间存在波动。

EDTA和铁对铜绿微囊藻和四尾栅藻生长和竞争的影响

铁限制不但会影响浮游植物的种群密度,而且会影响浮游植物的群落结构.为了探讨有机配体和铁的作用对湖泊中浮游植物的种群竞争,采用批量培养的方法,研究了不同EDTA及Fe浓度下,太湖蓝藻铜绿微囊藻和绿藻四尾栅藻的生长和竞争.结果表明,较高浓度的EDTA（≥13.5μmol/L）可以抑制铜绿微囊藻的生长,但不抑制四尾栅藻,因而有利于四尾栅藻占据优势;铁的浓度由3μmol/L增大至18μmol/L时,可缓解较高浓度EDTA（13.5~27μmol/L）对铜绿微囊藻的抑制作用,而增大其它微量元素浓度（B、Mn、Zn、Cu、Mo等）则无此作用;说明高浓度EDTA与铁的螯合作用能抑制铜绿微囊藻而不抑制四尾栅藻.高浓度EDTA对2种藻具有不同影响的原因可能是2种藻对铁的吸收机制不同.

长江中下游湖泊沉积物酶活性及其与富营养化的关系

为揭示富营养化湖泊沉积物营养物分解合成过程的生物化学机制,研究了长江中下游6个浅水湖泊沉积物氮、磷、有机质和铵氮含量,水解酶、氧化还原酶活性,微生物种类与数量及之间的关系.结果表明:大通湖、珊珀湖、赛城湖和军山湖等养殖型湖泊,污染严重,其沉积物脲酶活性明显高于污染程度轻的大型湖泊鄱阳湖和洞庭湖,且与沉积物总氮(TN)、有机质(OM)含量呈极显著正相关(r=885,P<0.01;r=0.900,P<0.01);沉积物碱性磷酸酶(APA)活性与总磷(TP)含量呈极显著正相关(r=0.986,P<0.01).湖泊沉积物过氧化氢酶、多酚氧化酶与过氧化物酶活性变化趋势相近,分布状况与湖泊污染程度、人类活动干扰程度等紧密相连.湖泊沉积物微生物以细菌为主,放线菌次之,真菌最少.各湖泊氨化细菌数量差异较小,而反硝化细菌数量差异较大,反硝化细菌可能是导致该区域湖泊沉积物氮素累积的重要生物指示因子,可以作为反映湖泊富营养化程度的生物指示因子.