太湖湖泊生态系统健康评价

湖泊生态系统健康包含两个方面的内涵:满足人类社会合理要求的能力和湖泊生态系统自我维持与更新的能力.获知湖泊生态系统健康状况及其区域分异特征,对于湖泊管理具有重要意义.本文基于对太湖的野外调查,计算了表征湖泊生态系统健康的系统能、系统能结构、生态缓冲容量和湖泊营养状态指数.聚类分析结果表明,太湖不同湖区生态系统健康状况存在一定差异,东部湖区较好,西部湖区较差,呈现由东南部湖区向西北部湖区递减的趋势.该结果对进一步研究湖泊生态系统健康评价指标阈值具有重要的参考意义.

太湖水动力学三维数值试验研究——4.保守物质输移扩散

物质输移扩散规律是大型浅水湖泊水质变化机理研究的重要内容,对湖泊水环境的管理具有重要的现实意义.本文在太湖湖流三维模型研究成果的基础上,创建了太湖保守物质输移扩散三维数值模型,并用之模拟了1997年冬季1～2月太湖总磷含量的变化,计算结果表明,模型计算值与观测值吻合,本文所建的保守物质输移扩散模型,可用于冬季太湖营养盐含量时空变化的计算。

太湖底泥中微囊藻环境适应性的实验研究

研究太湖冬季底泥和经过处理后的底泥中活体微囊藻 (Microcystisspp .)细胞的数量 ,并将分离出来的微囊藻经过低温 (3～ 4℃ )、高温 (>38℃ )、干燥、无光等处理 ,探讨了太湖微囊藻对不良环境的适应 ,为研究太湖藻类季节性变化规律和微囊藻水华的爆发机理。结果表明 ,微囊藻能在低温、高温、干燥、低光或无光的环境中长时间生存 ,条件适宜时又能快速增殖。这些特性使得微囊藻不仅具备良好的环境适应性和耐受性 ,而且具备良好的传播和增殖能力。讨论了微囊藻对不良环境的适应与其在水华中的优势地位的相关性。

太湖蓝藻水华年度情势的预测方法研究

基于太湖近20年蓝藻水华情势及相关环境因子的监测资料,采用多元回归分析法,构建了太湖春季(3—5月)、水华季(3—11月)蓝藻水华强度与冬季藻种情况、气象与水文因子、营养盐状况等环境因子的统计关系模型,利用该模型能够有效实施太湖蓝藻水华季度及年度情势预测分析,为类似湖库的蓝藻水华灾害防控提供技术支撑。

微囊藻和栅列藻光吸收特性的实验研究

在室内模拟槽中,以人工灯为光源,分别检测不同密度的微囊藻和栅列藻细胞悬液的光谱衰减,检测各样品的叶绿素含量和过滤后清液的溶解性有机碳(DOC)含量,并在紫外分光光度计上检测DOC光谱吸收,然后换算成吸收系数。再根据近似的线性加和关系计算出细胞悬液中各组分(藻细胞、水、DOC)的吸收系数。结果表明,微囊藻和栅列藻光衰减的波谱特征相似,在3个较高密度下的衰减系数的变化趋势相近,其衰减系数贡献率的平均值分别为84.95%和88.15%。将衰减系数除以各自的叶绿素浓度即可得到叶绿素的比吸收系数,两种藻3个较高密度的比吸收系数的平均值具有相似的波谱特征,在380～500、660～690nm两个波段有较明显的峰值,栅列藻和微囊藻在435nm的比吸收系数峰值分别为0.1118、0.0413(m2·mg-1chla),在670nm处的峰值分别为0.075、0.032(m2·mg-1chla)。但两者的比吸收系数差异较大,三个密度栅列藻在340～800nm的平均比吸收系数是0.0573(m2·mg-1chla),而微囊藻仅为0.0234(m2·mg-1chla),且微囊藻的所有波长的比吸收系数均小于栅列藻。根据这些参数来讨论两种藻类在分光衰减中的贡献率和光谱特征方面的差异及其生态学意义,以及在浮游植物的遥感监测方面的参考价值。

太湖梅梁湾藻类及相关环境因子逐步回归统计和蓝藻水华的初步预测

以太湖梅梁湾 1992 - 1999年的连续监测资料为基础 ,运用多元逐步回归统计方法 ,选择水温等 15项环境理化因素与藻类叶绿素a、藻类总生物量和微囊藻生物量等 3项生物因素进行逐步回归分析 ,找出与生物因素显著相关的环境因子 ,建立多元逐步回归方程 ,预测梅梁湾藻类生物量的变化情况 ,初步进行了梅梁湾蓝藻水华的预测预报 .结果显示 ,水温和总磷为梅梁湾藻类总生物量的显著相关因子 .水温、硝态氮和总氮为微囊藻生物量的显著相关因子 .

2009-2017年太湖湖泛发生特征及其影响因素

湖泛是太湖蓝藻水华较为独特的灾害表征形式,也是危害湖泊生态服务功能的主要因素,认知其发生机制、演变特征对湖泊蓝藻水华灾害防控具有重要作用.本文基于2009-2017年江苏省水文部门逐年4-10月对太湖湖泛易发区现场巡查获得的湖泛发生状况数据,结合期间水质、入湖水量、营养盐负荷等环境条件变化监测,分析了太湖水域湖泛发生的时空变化特征,研究了湖泛发生前后的环境因子变化规律,探讨了湖泛强度年际波动成因.结果表明,2009-2017年太湖共发现面积超过0.01 km^2的湖泛61起,年发生次数3~17次不等;湖泛发生位置主要集中在太湖湖西沿岸带,9年发生了32次,占总频次的一半以上;其次为梅梁湾;贡湖相对较少,而巡查的东部湖区未发现湖泛事件.通过对湖泛发生日与前10日的环境条件对比分析发现,湖泛发生前5天持续的高温、低压和低风速等气象条件有利于湖泛发生:气温连续高于25℃、气压低于101.0 k Pa,有利于诱发湖泛;主导风向为东南风也有利于太湖西北部蓝藻水华严重区域的湖泛发生;大量蓝藻水华物质是湖泛发生的重要物质基础:湖泛发生前10日,湖体平均藻密度基本在1500万cells/L以上.湖泛发生强度还受前一年营养盐外源负荷的影响,湖泛发生频次较高的年份,前一年总磷和总氮营养盐入湖负荷也均处于较高水平.研究表明,尽管2007年无锡贡湖水厂发生饮用水危机以来太湖流域已经开展了大量的水环境治理工程,但是截至目前,太湖的湖泛发生风险仍处于较高水平,在营养盐还未控制到较低水平之前,太湖的湖泛巡查与防控仍是十分必要和艰巨的任务.

太湖冬季底泥中活体藻类的检测

2002年冬从太湖梅梁湾采集柱状底泥,取三段进行直接镜检和用MA培养基进行光照培养. 镜检发现表层(0-3cm)底泥中有多种藻类细胞,中层(10-13cm)底泥的藻类细胞种类明显减少,下层(20-23cm)底泥中没有发现藻类细胞. 底泥培养的结果与之有相似的趋势,但得到的活体藻类细胞的种类相应减少. 培养3个月后得到在外观和群落结构上与夏季水华相似的群落. 结果表明底泥中的微囊藻和小环藻在太湖底泥中具有良好的适应性,占有明显的优势地位,底泥可以作为水华蓝藻的越冬场所和来年水华的种源.

太湖浮游植物生物量的周期性变化

于2002年定点观测了太湖梅梁湾水体5个层位上的悬浮质和叶绿素含量,同时比较了太湖近6年的叶绿素和悬浮质检测结果.将叶绿素及其与悬浮质的比值的平均数作为对生物量的衡量指标.结果表明,浮游植物生物量呈现相同的多峰型变化,2个峰之间平均间隔约为50d.在太湖水华优势种微囊藻(Microcystis spp.)室内分解试验的基础上,检测到的生物量波动周期与微囊藻细胞分解和生长过程所需的时间之和(43～50d)是一致的.讨论了生物量波动周期与多种环境因子的相关性.

太湖水质的时空分异特征及其与水华的关系

在大量调查数据的基础上，分析了太湖水质的时空分异特征，探讨了太湖不同湖区、不同季节水质差异的原因。研究结果显示：北部的入湖河口区、几个湖湾、湖心区、西南湖区、东部湖区水体的透明度、高锰酸盐指数、氮、磷、叶绿素等富营养化指标差异显著。入湖河口区的高锰酸盐指数和营养盐含量高于南部湖区数倍，也明显高于北部湖湾区，这反映出太湖西北部人湖河道污染对太湖影响显著。不同季节太湖水质指标也差异显著，冬春期（12～次年5月份）水体的氮含量高于夏秋季（6～11月份）近1倍。水质季节性的显著差异进一步说明了外源输入对太湖水质的影响。研究表明太湖水质的时空异质性既受太湖湖泊形态特征本身的影响，也更多受到外源污染的影响，解决太湖的蓝藻水华问题，首先要在太湖的外源污染控制方面取得突破。

微囊藻和栅列藻的垂直迁移及生态学意义

本研究在自制沉降柱中,检测铜绿微囊藻(Microcystisaeroginosa)和斜生栅列藻(Scenedesmusobliquus)不同生长时期的细胞群体在不同光照条件下的垂直迁移。本文首次提出藻密度衰减系数(K)的概念、拟合方法和生态学意义,并根据等细胞密度沉降面的沉降速率来计算细胞沉降速率(Vc),以这两个参数来衡量细胞的沉降特性,对细胞垂直迁移研究的方法进行了的探索。结果表明,两种藻细胞群体在三个生长时期和四种光照条件的沉降特性表现已定的差异。栅列藻细胞密度的衰减系数(K)最小值为-0.0021cm-1(上浮),最大值为0.0065cm-1(下沉);微囊藻的K最小值为-0.0029cm-1(上浮),最大值为0.0036cm-1(下沉)。两种藻沉降曲线的指数拟合的R2大多在0.6以上,说明K值是一个较好的衡量细胞群体沉降特性的参数,细胞密度与深度的关系较好地服从指数规律。细胞沉降速度V的最大值(4.681cm·h-1,下沉)出现在栅列藻的指数期,最大上浮速率-1.790cm·h-1,出现在微囊藻的稳定期。本文得到的活体藻细胞群体的垂直迁移特性差异的实验数据,说明该实验方法的适用性和两种藻沉降特性差异的可检测性。本文讨论了水华优势种形成与藻细胞群体迁移特性之间的关系。

太湖梅梁湾冬季表层水体致大肠杆菌阿拉伯糖抗性正向突变

本文采用阿拉伯糖抗性正向突变试验(ara试验)并辅以鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷回复突变试验(Ames试验)对太湖梅梁湾冬季表层水样品致突变性进行分析研究.ara试验结果表明9个点样品中有5个(主要为入湖河口及近岸样品)表现显著的直接致突变性,加入哺乳动物来源的代谢活化系统S9后,结果仍呈现同样的趋势.A-mes试验在增加两倍半上样剂量的条件下表现出与ara试验大体一致的检出率.在本研究中.ara试验对于成分复杂的环境样品表现更高的检出灵敏度.表明ara试验作为首选方法来检测环境中复杂化学物基因毒性方面有良好前景.

新方法、新理论为太湖环境治理和生态修复提供科技支撑

2007年震惊中外的太湖蓝藻危机事件暴发,太湖富营养化及其蓝藻水华治理成为国家和全民关注的重大而紧迫的问题,对危机事件的应急处置、蓝藻水华暴发的科学解释和未来十年太湖水环境的治理及生态恢复等,向科研工作提出了更高的要求。中科院太湖湖泊生态系统研究站(简称"太湖站")自建站以来对太湖进行了全面、长期的监测,开展了浅水湖泊系统研究、环境治理与生态修复技术研发和示范。特别是近十年来,在环保部、国家自然科学基金委和中科院等重大项目支持下,在太湖站野外科学平台的支撑下,联合院内外科研人员进行了多学科交叉研究,取得了一系列研究进展。在学科建设方面逐步创建了湖泊现代过程物理、化学、生物多学科协同的野外原位研究方法,发展了湖泊科学环境要素过程与格局和生态系统结构与功能相结合的研究新局面,揭示了人类活动和气候变化对湖泊关键生态过程的驱动作用,阐明了湖泊生态系统响应环境变化的特征、区域差异和反馈机制,以及生态系统退化的环境作用机理;在技术研发和应用方面提出了富营养化湖泊治理及生态恢复的方法与策略,应用于太湖治理并取得了显著成效。这些科研成果填补了大型浅水湖泊湖沼学研究的空白,不仅使我国的湖泊科学研究在国际湖泊科学研究前沿领域崭露头角,也使得太湖站成为了无可替代的野外科研支撑平台和国际知名的湖泊科学研究基地。

水体富营养化的渐进性和灾难性

水体富营养化是全球范围内的普遍现象,他的危害性已越来越引起全人类的关注。本文从生态学、地球化学循环和全球气候变迁的角度,结合人类的社会活动,讨论了水体富营养化发生的机制、危害,并从全球角度提出人类面对富营养化应有的态度和应采取的对策。

藻华爆发期太湖不同区域沉积物多样性

本研究以藻华爆发期的太湖不同区域沉积物为对象,测定氮、磷和生物量碳等理化性质,并通过末端限制性酶切片断长度多态性分析(T-RFLP)的分子生态学手段,鉴定不同富营养化湖区7个标准采样位点沉积物中细菌群落结构差异。结果表明,总氮、总磷含量以6#、16#样品最高,且各形态氮和各形态磷的趋势也与总氮、总磷趋势基本一致;生物量碳为6#和16#明显高于其他位点,其余各位点相近。T-RFLP结果显示,各位点细菌多样性间存在差异,其中16#样品的多样性指数最低,6#、7#和1#较高;在种群组成上各个位点无论是组分还是比例均有显著差异。另外,所取7个沉积物样品中与氮、磷循环相关的α、β和γ-变形菌纲含量非常丰富,且与硫、铁循环相关的δ-变形菌纲含量也很丰富。