大型深水湖库溶解氧时空变化及驱动因素:以江西仙女湖为例

为探究深水湖库溶解氧的时空分布规律及其主控因素,本文以南方亚热带大型深水湖库——江西省仙女湖为研究对象,基于20082021年仙女湖4个国控站点溶解氧的历史数据分析其年际变化的规律及原因;另于2016年水污染事件发生前(2014年5月2015年4月)及水污染事件结束后(2018年1月2018年12月)对仙女湖进行加密逐月监测,采用结构方程模型(SEM)分析仙女湖溶解氧的主要驱动因素。研究结果表明,20082021年仙女湖水体溶解氧浓度先下降后上升,变化范围为5.1~18.7 mg/L,季节均值为春季>冬季>秋季>夏季。水污染事件发生前高溶解氧区域多出现在舞龙湖湖心区及湖出口位置,水温、叶绿素a浓度和浊度是溶解氧浓度变化的主要驱动因素;水污染事件结束后高溶解氧区域多出现在钤阳湖及舞龙湖枝杈状湖湾位置,叶绿素a浓度及营养盐浓度成为溶解氧浓度变化的主要驱动因素;而pH与溶解氧主要是协同变化的关系。根据对仙女湖最深点(江口)的垂向监测结果,溶解氧的垂向差异为夏季>秋季>春季>冬季,夏、秋季在5 m以下出现低溶解氧(DO<5 mg/L)区域,且夏季观察到明显的温跃层及温跃层内溶解氧的极小值现象。总体来说,水污染事件使得仙女湖水体营养平衡被打破,营养盐浓度大幅上升导致的浮游植物数量增多是仙女湖水体表层溶解氧浓度升高的主要原因,而深水溶解氧浓度变化则与水温、水深密切相关。

鄱阳湖外围湖泊水体营养波动周年特征的比较湖沼学研究

近年来,我国最大淡水湖泊湿地鄱阳湖的水体富营养化趋势明显且日益受到各方关注，而对鄱阳湖湖体外围各类浅水湖泊富营养化情况及其动态却了解颇少.为深入了解鄱阳湖外围不同湖泊的富营养化现状、季节动态及驱动机制，于20142015年对毗邻鄱阳湖南岸的南昌市大小不同的3个城市或城郊浅水湖泊（青山湖、瑶湖、军山湖）水质参数和营养状态进行周年观测.结果表明，青山湖、瑶湖和军山湖的高锰酸盐指数范围分别在2.6?4.5、2.1?4.6和1.6?1.9mg/L之间，仅军山湖目前未受到有机物污染影响,3个湖泊两两之间均呈极显著差异.青山湖和瑶湖水体总氮（TW)、总磷（TP)浓度远高于湖泊富营养化转换的阈值（TW:0.20mg/L,TP:0.02mg/L),且TP污染最为严重，仅达到地表水汉?劣V类标准.在3个湖泊中，水体氮主要以可溶性态氮的形态占优势，水体磷形态除了军山湖外，另外2个湖泊主要以颗粒态磷占优势.青山湖、瑶湖和军山湖的叶绿素a(Qil.a)浓度范围分别为34.65?184.48、7.66?120.67和2.42?17.41pg/L,各湖泊的Chl.a浓度均在冬季达到最低值，且军山湖与其他2个湖泊的Chl.a浓度均呈极显著性差异,青山湖与瑶湖无显著差异.基于综合营养状态指数法对3个湖泊的营养状态进行评价发现，青山湖富营养化程度最高，已达到轻-中度富营养的稳定富营养状态;其次为瑶湖，营养状态不稳定，在中营养-轻度富营养-中度富营养水平之间巨幅波动;军山湖相对最低，全年整体处于贫营养-中营养状态之间，处于波动上升的趋中营养状态.同时发现3个湖泊的水体富营养化程度的年内波动依赖于不同的水温环境，水温是以上3个亚热带浅水湖泊富营养化程度年内季度波动的重要影响因子之一.Pearson相关分析还发现,3个湖泊的Chl.a浓度均与水柱TW和TP浓度呈显著正相关,其中青山湖和军山湖的水柱Chl.a浓度与总溶解性氮和总溶解性磷浓度均呈极显著正相关关系.整体来说,水柱氮是影响3个湖泊水环境特征的主导因子之一，磷是2个富营养化湖泊的主导影响因子,在富营养化湖泊控制和削减磷营养盐输入的同时，应考虑如何有效降低氮的输入,并着力控制中温季节（水温为15?25T)的营养输入和快速富营养化风险防控；中营养湖泊（军山湖）应在控制磷的输入和消减水柱氮上进行系统调控，尤其重视高温季节（水温>25^)的防控与预警，这将对鄱阳湖外围浅水湖泊的水环境保护和治理提供重点方向与新型管理思路.

鄱阳湖-珠湖浮游植物群落结构时空变化特征与环境因子的关系

珠湖是鄱阳湖唯一具有重要饮用水水源供水功能的大型子湖和国家水质良好湖泊,但长期以来对其浮游植物群落结构及其时空变化情况缺乏了解。为研究浮游植物在珠湖的空间分布特征及其与环境因子的关系,2018年1月、7月、12月在珠湖设置13个采样点开展浮游植物调查。三期调查共鉴定浮游植物79种,隶属于7门58属,绿藻门和蓝藻门种类最丰富,浮游植物平均生物量为4.80 mg·L^(-1),平均细胞丰度为2.56×106个·L^(-1)。珠湖藻类在空间上分布存在差异,在7月、1月内珠湖团林—四十里街湖区蓝藻较其他湖区优势明显,在12月团林—四十里街湖区隐藻的优势度明显高于其他湖区,双港湖区及县水源地湖区的硅藻较其他湖区优势明显。珠湖水质生物学评价结果表明,珠湖目前处于中污型向重型过渡的状态。RDA分析显示,TDN、TN、CODMn、TP、WT等环境因子解释了物种与环境之间关系的93.96%,TDN是影响藻类生物量的主要环境因子。

仙女湖及入湖河流浮游植物功能类群与环境因子的相互关系

文章分析了仙女湖及入湖河流浮游植物群落结构和功能类群的时空分布特征,探讨了影响其时空分布规律的关键环境因子。调查期间共鉴定表层水体中浮游植物82种(属),包括蓝藻15种(属),绿藻33种(属),硅藻23种(属),甲藻3种(属),裸藻5种(属),隐藻2种(属),金藻1种(属)。各季节平均密度和生物量分别在7.95×106—2.19×109 cells/L和10.52—792.91 mg/L变化。群落功能类群的结果表明,冬、春河流生境中具硅质结构的无鞭毛个体浮游植物(硅藻门)占据主导地位(Ⅵ功能群),而湖区生境中具鞭毛、中等到大型的单细胞或群体浮游植物(如隐藻和甲藻)具有明显优势(Ⅴ功能群);而夏秋季节不同生境中虽然Ⅵ型浮游植物数量仍然相对较高,但是具伪空胞的、较大表面积/体积比的丝状个体浮游植物(Ⅲ型)以及具胶质鞘、小的表面积/体积比的群体类的浮游植物(如蓝藻,Ⅶ功能群)在某些河流和湖泊生境中的比重有显著增长。功能类群与环境因子的相关分析表明:冬、春季Ⅴ与Ⅵ功能群浮游植物生物量主要受到总氮和总磷水平影响;而夏、秋季节Ⅲ与Ⅶ功能群浮游植物受到水温、浊度、总氮和总磷水平的多重影响。

谷壳和柚子皮生物炭的制备及其对红壤重金属的稳定化效应

选取柚子皮和谷壳,在低氧控温条件下制备生物炭,研究柚子皮和谷壳生物炭的结构特征及其对红壤重金属的稳定化效果。结果表明,谷壳的热分解温度在260~355℃,该阶段失重率达44.2%,碳化温度在355~630℃,该阶段失重率为34.7%。柚子皮的热分解温度在180~430℃,该阶段失重率为65.4%,碳化温度在430~500℃,该阶段失重率为19.6%。在制备生物炭时,热解温度越高,获得的生物炭表面官能团含量越少,热解时间越长,生物炭表面官能团数相对越多。重金属稳定化实验发现,300℃制备的生物炭对铅镉稳定化效果总体优于500℃制备的生物炭;柚子皮生物炭对红壤镉的稳定化效果优于谷壳生物炭,两种生物炭对红壤铅镉的稳定化作用主要归因于生物炭表面酚醇羟基、甲基、亚甲基、羧羰基、酯基等官能团的化学吸附作用,表面物理吸附作用贡献较小。

低氧、高铵和低光对沉水植物苦草(Vallisneria natans)生长与C-N代谢生理指标的影响特征

湖泊富营养化导致沉水植被大面积衰退和群落逆向演替,诱发一系列次生环境问题,并严重影响到水域生态环境质量.为了从对植物表型生长与C-N代谢生理指标影响的角度深度揭示富营养化水体中沉水植被的致衰退机制,本文以我国长江中下游淡水湖泊常见沉水植物优势种群——苦草(Vallisneria natans)为研究对象,利用L_(16)(4~5)正交试验设计方法,实验模拟研究富营养化水体中低氧、高铵和低光3种重要因素对苦草生长与C-N代谢生理指标的胁迫影响特征.本试验设置了3因素4水平,分别为4个低光照强度(50%、40%、30%和20%自然光照)和4个高铵浓度水平(0.5、1、2和4 mg/L)以及4个低氧处理浓度(7.5、6.5、5.5和4 mg/L).结果显示:光照强度低于30%、溶解氧浓度低于5.5 mg/L时,植株生长与C代谢受阻严重,碳水化合物储存量降低;铵态氮>1.0 mg/L时,苦草N代谢活跃,游离氨基酸(FAA)含量明显升高,可溶性糖(SC)/FAA比降低,淀粉呈降低趋势.研究表明富营养湖泊中苦草的衰退是多种因素综合作用的结果,低氧、高铵与低光均会对苦草的生长与C-N代谢产生不利影响;受损沉水植被在藻-草稳态转换的富营养化湖泊中应通过控制水体高铵浓度,严控低氧出现,及时提高水下照度或透明度(如控磷)来予以保护和科学管理;而在次生裸地且藻类占优势的富营养化水体中沉水植被的恢复与重建过程不仅要降低水体营养盐水平尤其是氨氮的水平,还应着重考虑如何有效提高水下光强与溶解氧浓度,并将如上环境因子控制在一定变幅范围内,且控制条件应原则上严于保护受损沉水植被所需的条件.

不同营养水平湖泊底质营养盐和铅释放过程及其通量

以富营养化程度不断加重的军山湖、瑶湖和青山湖(以下简称"三湖")沉积物为研究对象,采用室内原状泥柱静态培养的模拟湖泊实验,结合表层水和上覆水理化参数,研究"三湖"沉积物-水界面部分营养盐(总磷、氨氮)和重金属铅的释放过程和通量。结果表明:富营养化的青山湖沉积物氨氮释放通量为487.8 mg·m-2·d-1,呈现氨氮"源"的特点;青山湖和瑶湖总磷释放通量分别为-9、-5.85 mg·m-2·d-1,均对磷微呈"汇"的作用;瑶湖和军山湖沉积物铅释放通量分别为-0.285、-0.017 mg·m-2·d-1,均对铅呈现出"汇"的作用。

沉水-挺水植物镶嵌组合的水体氮磷去除效果研究

水生植物组合净化法被认为比单一物种净化富营养化水体的效果更佳。以4种沉水-挺水植物先锋种的镶嵌组合方式开展了富营养化水体的氮磷净化动态模拟实验研究。结果表明,水菖蒲-金鱼藻组合6d和18d分别能使V类水体的TN、NO_3^--N、TP、PO_4^(3-)-P的去除率达到44.15%、45.71%、40.80%、44.48%和86.27%、92.59%、90.99%、97.67%,水菖蒲-穗花狐尾藻组合分别为52.32%、57.89%、41.70%、45.75%和88.25%、95.06%、91.94%、98.63%,狭叶香蒲-金鱼藻组合分别为47.64%、49.68%、48.99%、52.87%和96.59%、97.69%、95.48%、98.78%,狭叶香蒲-穗花狐尾藻组合分别为52.96%、61.74%、55.02%、57.44%和97.46%、98.57%、96.52%、99.09%。4种氮磷污染物的吸收呈时间依赖的非线性响应特征,最终试验确定了乡土种穗花狐尾藻+狭叶香蒲的镶嵌组合为不同生活型水生植物组合净化氮磷效果最优模式。研究证实,不同生活型的水生植物物种的合理镶嵌组合所形成的水生植物群落,比单一生活型水生植物氮磷除去率更高,且净化效果更为稳定。

江西仙女湖流域大型底栖动物群落结构及水质评价

以典型的亚热带大型山地丘陵湖泊——江西省仙女湖研究为例,2014-2015年每月对仙女湖湖区及主要入湖河流进行了大型底栖动物群落的周年动态研究。经鉴定得底栖动物111种,隶属3门53科77属。其中软体动物40种,节肢动物61种,环节动物10种。优势种为中华颤蚓、梨形环棱螺、河蚬、锯齿新米虾、羽摇蚊、粗腹摇蚊属、前突摇蚊属、霍甫水丝蚓。仙女湖大型底栖动物年平息栖息密度为346 ind./m2,年平均生物量为54.26 g/m2;不同区域和季节底栖动物的栖息密度与生物量有显著差异（P〈0.05）,河流型生境R2年平均栖息密度最大,为722 ind./m2。湖泊型生境L4年平均栖息密度最小,为251 ind./m2。1月的平均栖息密度最高,为567 ind./m2,5月平均栖息密度最低,为163 ind./m2。用辛普森多样性指数对不同区域水质进行评价,结果表明,入湖河流和钤阳湖为轻度污染,舞龙湖为中度污染。系统聚类和MDS排序分析表明,大型底栖动物的分布具有环境空间异质性,可以划分为2个群落。

陡水湖流域大型底栖动物群落结构及其环境影响因素

于2016年6月～2017年5月对陡水湖流域的大型底栖动物进行了调查,共采集到大型底栖动物40属(种),隶属4门6纲28科,其中节肢动物最多(18种),占总种数的45.0%,其次为软体动物(15种),占总种数的37.5%,环节动物最少(7种),占总种数的17.5%。优势种为霍甫水丝蚓、苏氏尾鳃蚓、椭圆萝卜螺、梨形环棱螺、放逸短沟蜷和河蚬。各采样点区系相似性分析表明陡水湖流域明显分为库区与入库河流。入库河流底栖动物的平均密度和生物量分别为476.64±28.91 ind./m^2和46.706±15.293 g/m^2,明显高于库区的平均密度(452.34±78.45 ind./m^2)和平均生物量(1.569±0.209 g/m^2)。多样性指数分析显示入湖河流物种多样性高于库区。典范对应分析显示总磷、化学需氧量和氨氮显著影响陡水湖流域底栖动物群落的空间分布。

两种多裂叶型沉水植物组合净化富营养水体氮磷的对比实验研究

水生植物组合净化技术被认为比单一物种净化富营养化水体的效果更佳的技术方法。以2种多裂叶型沉水植物先锋种(金鱼藻和穗花狐尾藻)的镶嵌组合方式开展了富营养水体氮磷消减潜力的对比实验研究。结果表明,沉水物种组合试验中所选的沉水植物先锋种均在富营养化水体(氮磷含量达Ⅴ类水质)中生长良好,且对TN、NO_3^--N、TP、PO_4^(3-)-P都有明显的去除效果,去除率均明显高于无沉水植物的两个空白对照组。在选用沉水植物最优种植密度(3g/L)时,种植模式为金鱼藻∶穗花狐尾藻=1∶2的组合对富营养化水体净化效果更佳,其TN去除率达到79.16%,NO_3^--N去除率达到92.47%,TP去除率达到92.08%,PO_4^(3-)-P去除率达到98.39%。