太湖水体叶绿素a含量与氮磷浓度的关系

基于太湖水体1993—2002年5—9月监测资料,进行了叶绿素a含量与总氮(TN)、总磷(TP)浓度关系的分区统计分析,探讨了太湖藻类生长的TN、TP适宜浓度。结果表明:太湖叶绿素a含量与TN、TP浓度的关系存在显著的空间差异;在梅梁湾和西北区,当TN、TP浓度较低时,叶绿素a含量与TN、TP浓度呈正相关;当TN、TP浓度较高时(梅梁湾TN、TP浓度分别超过5.4和0.31mg.L-1;西北区分别超过4.5和0.27mg.L-1),叶绿素a含量与TN、TP浓度呈负相关;在湖心区和贡湖区,叶绿素a含量与TN、TP浓度呈正相关,尤其当TP浓度超过0.1mg.L-1时,叶绿素a含量随TP浓度增加而上升;在东太湖和湖东滨岸区,随TN、TP浓度的升高,叶绿素a含量变化较小;在西南区,叶绿素a含量与TN浓度无显著相关关系,与TP浓度呈正相关;太湖藻类生长的适宜浓度是TN<5.4mg.L-1,TP为0.1～0.31mg.L-1。     

钱塘江干流杭州段水体叶绿素a浓度及与环境因子的关系

2006年1月至2007年12月,对钱塘江干流杭州段水体的叶绿素a时空分布及其与环境因子的关系进行研究.结果表明钱塘江干流杭州段的叶绿素a浓度时间差异显著,空间差异不显著.叶绿素a浓度呈现夏秋季节高、冬春季节低的规律.叶绿素a浓度与温度呈显著正相关,叶绿素a与透明度在不同范围内表现出不同的相关关系,叶绿素a与TN、TP之间的相关关系在不同江段有所差异.钱塘江干流杭州段总氮和总磷浓度均很高,足够满足藻类生长需要;氮磷比较低,基本在8～30之间,说明氮磷含量可能不是钱塘江藻类生长的限制因子.     

背角无齿蚌(Anodonta woodiana)、苦草(Vallisneria natans)及其共存对水质的影响

滤食性贝类与沉水植物是水生态系统的重要组成部分,对浅水湖泊生态系统的结构、功能和过程具有重要影响,但两者共存产生的生态环境效应尚不明确。本文以背角无齿蚌(Anodonta woodiana)及沉水植物苦草(Vallisneria natans)为对象,通过构建中型水生态系统(对照组、蚌处理组、草处理组、蚌草共存组),研究了背角无齿蚌、苦草及其共存对水质的影响。结果表明:背角无齿蚌可显著降低浮游藻类生物量(Chl-a,P0.05);苦草显著降低了总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)、总磷(TP)、溶解性总磷(TDP)及浮游藻类Chl-a(P0.05);蚌草共存显著降低了氮、磷营养盐水平及浮游藻类Chl-a(P0.05);背角无齿蚌对苦草的生长起促进作用,实验结束时蚌草共存组的苦草干重及株高显著高于草处理组(P0.05)。     

香溪河库湾水体异养细菌及无机磷细菌分布特征

2003 年三峡水库蓄水后, 香溪河入库区段形成典型的水库型库湾, 磷污染严重, 导致水华频发。异养细菌是水体物质循环的重要参与者, 其中无机磷细菌释放结合态磷加重了水体富营养化。为了研究异养细菌和无机磷细菌对水体富营养化的影响, 在库湾设置7 个采样点, 2015 年 4 月、6 月、9 月和12 月分别采集水样, 测定样品总氮(TN)、总磷(TP)、磷酸盐(PO₄-P)及表层(水面下方0.5 m)水体叶绿素a(Chl.a)浓度, 实验室培养异养细菌及无机磷细菌。利用SPSS 17.0 对水体可培养异养细菌和无机磷细菌的时空变化进行单因素方差分析, 并用SPSS 软件分析细菌含量与总氮浓度、总磷浓度、磷酸盐浓度和叶绿素 a 浓度的相关性。结果显示: 异养细菌和无机磷细菌含量与叶绿素 a 浓度无显著相关性; 无机磷细菌与氮磷相关性均高于异养细菌, 说明香溪河库湾无机磷细菌与水体氮磷关联性大于异养细菌。     

基于附石硅藻的三峡水库入库支流氮、磷阈值

为全面了解河流附石硅藻群落对水体氮、磷变化的响应规律,并找出氮、磷指示物种,本研究采用非参数突变点分析法(nCPA)及临界指示物种分析法(TITAN)探讨了三峡水库入库支流附石藻类叶绿素a、硅藻物种丰富度、Shannon多样性指数以及硅藻群落组成的总氮(TN)、总磷(TP)阈值.结果表明: 据nCPA得到的所有藻类参数的TP阈值均接近0.03 mg·L^-1;除硅藻群落组成外,其他参数的TN阈值也较接近(约为0.8 mg·L^-1).TITAN区分了群落中敏感种、耐受种对TN、TP变化的响应,且阈值范围涵盖了其他参数的阈值;还确定了9种TN指示种和10种TP指示种,其中TN敏感种1种,耐受种8种;TP敏感种5种,耐受种5种.因此,本研究以TITAN结果为依据确定河流的TN、TP阈值.即:当河流TN浓度低于0.382 mg·L^-1或TP浓度低于0.016 mg·L^-1时(负响应阈值),河流附石硅藻群落组成相对稳定;超过这一浓度阈值后,敏感种密度减少;当河流的TN浓度超过1.298 mg·L^-1或TP浓度超过0.065 mg·L^-1时(正响应阈值),耐受种也将受到明显影响,附石藻类的群落组成会发生显著变化.据此标准,调查样点中约87%的样点TN浓度超过TN负响应阈值,22%的样点超过正响应阈值;而超过TP负响应阈值的点占94%,超过TP正响应阈值的点占14%,说明三峡水库大部分入库河流虽受到了一定程度的干扰,但干扰程度并不严重.本研究结果可为三峡水库入库河流生态管理决策提供科学依据.     

背角无齿蚌对水体净化作用的研究

通过设置不同生物量的背角无齿蚌, 研究其对再悬浮水体总悬浮质(TSS)、叶绿素a(Chla)及水体营养盐含量的影响。结果表明: (1)背角无齿蚌可以快速降低水体中总悬浮质(TSS)和叶绿素a(Chla)的浓度; (2)增大背角无齿蚌生物量可加快水体总悬浮质(TSS)和叶绿素a(Chla)浓度的下降速度; (3)背角无齿蚌在第2 天可降低水体总氮(TN)、总磷(TP)、总溶解磷(TDP)的含量, 升高总溶解氮(TDN)的含量, 但试验结束时, 空白组和有蚌组总氮(TN)、总溶解氮(TDN)、总磷(TP)、总溶解磷(TDP)均没有显著差异(P>0.05)。因此, 背角无齿蚌可在水体生态修复初期用于快速降低水体悬浮物和浮游藻类含量, 但从长期看, 不能明显改善水体营养盐含量。     

鲢滤食不同藻类的磷吸收及排泄过程研究

为探究滤食性鱼类对水体营养元素地球化学循环过程的影响开展了室内实验,研究了鲢(Hypophthalmichthys molitrix)对藻类的滤食效率,测定了滤食过程中鲢对磷的吸收和排泄,并分析了排泄对水体中氮、磷的影响。结果表明:(1)鲢通过滤食作用降低了藻类密度,且对不同藻类的滤食效率无显著差异;(2)在水体中,鲢滤食藻摄入磷并排泄溶解性磷(SRP),在食物充足时可维持水体总磷(TP)相对稳定,在食物不充足时,鲢消耗自身营养并持续排泄SRP,成为新磷源;(3)鲢摄入食物后以高氮磷比(N﹕P)向环境再供应无机营养,食物中大部分氮和少部分磷以无机营养形式排泄,使滤食组水环境N﹕P显著高于control组,其中滤食蓝藻组水环境N﹕P显著高于硅藻、绿藻组,提示鲢对藻的滤食促进水体营养向磷限制转换,尤其是滤食蓝藻可能加强这种趋势。总之,鲢不仅可通过摄食压力降低藻密度,同时能以高N﹕P排泄再分配营养影响藻生长,其对水体营养循环的作用值得关注。     

程海富营养化机理的神经网络模拟及响应情景分析

揭示湖泊的富营养化发生机制、定量了解关键生源要素与藻类爆发的因果关联对有效改善湖泊水质和富营养化状况具有重要的科学与决策意义。本研究以云南省程海为例,建立了基于神经网络的响应模型,对富营养化机理进行了研究,并从富营养化核心驱动因子识别、神经网络模型构建与架构分析以及叶绿素a(Chl a)与TN、TP浓度降低的响应模拟几个方面对面临的科学问题进行探索。模拟结果表明,神经网络模型必须在适当的架构下才能产生科学合理的结果;程海的富营养化机制由一个氮(N)、磷(P)共限制的营养盐-藻类动力结构主导,但在此主导结构下拥有氮型限制的次级结构。基于神经网络模型模拟,推导出一系列基于湖体水质控制的Chl a响应的非线性函数,为程海的富营养化控制提供了快速决策支持。     

三峡水库浮游植物初级生产力的季节变化与空间分布

研究在三峡库区选取秭归、巫山、云阳、忠县、木洞5 个断面, 自2012 年8 月至2013 年4 月采用黑白瓶法进行为期一周年季节性的原位初级生产力测定, 探讨初级生产力的季节变化、水平分布、垂直分布等动态特征。结果表明: 初级生产力平均值(以溶氧计)的四季变化规律为: 夏季5.613 mgO2/(Ld)春季3.630 mgO2/(Ld)冬季0.906 mgO2/(Ld)秋季0.552 mgO2/(Ld), 与浮游植物叶绿素a 含量的季节变化一致;在初级生产力的空间分布上, 5 个断面中库首最高(秭归)、库中次之(巫山、云阳、忠县)、库尾最低(木洞);且全年所有断面干流初级生产力均显著低于支流初级生产力;在垂直分布上, 初级生产力的最大值主要出现在水下0-1 m 间, 在水下1-5 m 随着水深增加呈现递减趋势, 光能可得性可能是限制浮游植物初级生产力的重要因子。相关性分析表明, 毛初级生产力与叶绿素a、溶解氧、pH 呈显著正相关。       

大型溞引导的沉水植被生态修复对滴水湖水质的净化效果

2007年4月-2008年1月,在滴水湖D港中段长950m(水量为10000m3)的修复区内投放大型溞(Daphnia magna),以滤除水华藻类等颗粒有机物,然后移栽伊乐藻、苦草、轮叶黒藻、光叶眼子菜和菹草等沉水植物,逐月监测水体中总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、总磷(TP)、活性磷酸盐(PO43--P)和COD等水质指标,分析沉水植被栽培对滴水湖水体水质的净化效果.结果表明:试验期间,修复区水体TN、TP、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P和COD显著低于对照区(P0.01),溶解氧(DO)增加了50.4%,水体透明度(SD)平均在3.4~3.7m,水质达到国家Ⅱ~Ⅲ类地表水水质标准;2008年3月应用已构建的沉水植被群落对富营养化流水水体水质进行净化试验,7d后修复区流水水体除BOD外,TN、TP、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P和COD均显著降低(P0.01),DO增加了17.98%,SD提高了30cm.利用大型溞控藻后移栽沉水植物对滴水湖水体水质的净化效果十分显著.     

在不同蓄水位下三峡库区春季水华特征及趋势分析

基于2004—2015年三峡库区支流春季水华的监测数据,开展了三峡库区不同蓄水位下春季水华特征及趋势分析。结果表明:总共有26条支流发生春季水华,香溪河为水华发生概率最高的支流。水华藻类优势种主要是硅藻和甲藻,甲藻水华出现的概率随着蓄水位的增加而增加,但是在持续几年175 m蓄水之后,甲藻水华出现的频率下降,硅藻水华出现的频率增加。在175 m蓄水之前,水华发生期藻类密度、叶绿素a含量及水体营养盐水平相对较低,此后都有了较高的提升,但是在持续几年175 m蓄水之后,藻类密度、叶绿素a浓度以及营养盐浓度都有下降趋势。对藻密度及叶绿素a含量与主要环境因子进行主成分分析(Principal components analysis)发现,藻密度和叶绿素a与总磷、总氮、高锰酸盐指数聚类一簇,藻密度、叶绿素a浓度与总磷、溶解氧、高锰酸盐指数显著正相关。在蓄水之后,三峡库区支流营养水平有所增加,随着蓄水位的增加,三峡库区支流断面的平均流速降低,在合适的温度下,三峡库区支流水华易发生。     

Addressing the trophic status in urban ponds: An evaluation of current trophic state indexes

Ponds are generally understudied. Quality problems in urban freshwaters can arise from eutrophication, and trophic status classification gives information related to their ecological situation. Ponds may strongly differ from larger lakes for which most current trophic status classification methods have been developed. This paper seeks to compare and contrast the suitability of six trophic status indexes (TSI) and OECD trophic classifications system currently used to evaluate the eutrophication level of urban ponds in the Subtropical region. The trophic status was evaluated based on total phosphorus (TP), soluble reactive phosphorus (SRP), total nitrogen (TN) and phytoplankton chlorophyll a (Chl a) in 12 ponds placed in different cities from the Pampean region (Argentina), in the warm and cold seasons. Our results demonstrate that there was no relationship between pond size (0.08–2.45 ha) and trophic status. TSIs estimated with Chl a showed significant differences between seasons and the range oligotrophic-hypertrophic of trophism was encountered. Conversely, TSIs estimated with nutrient concentrations (TP, SRP, TN) did not. The pond's classification in trophic levels fell in the eutrophic-hypertrophic extreme, and only considering TN/TP broadened the trophic range. No relationship was encountered between Chl a and P; however, Chl a and TN/TP were positively correlated during the warm season. Lower trophic levels regarding TSI (Chl a) were generally associated with a dense floating-macrophyte cover. We suggest that the TSI considered should correspond to the latitudinal region in which the ponds are located. Our results indicate that it appears restrictive to consider only P contents in ponds to assess eutrophication. Under the proposed framework, the key issues for the study of pond trophic classification will be to include not only P but N concentrations and TN/TP. Also, phytoplankton Chl a concentration jointly with floating macrophytes biomass/coverage should be considered as diagnosis parameters.     

基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略

生态化学计量学是评价水体营养状态的重要手段,利用其氮磷比指标探讨了我国太湖主要入湖河流苕溪的营养状态。野外监测结果显示,苕溪水体氮素超标严重,磷素污染轻度,硝酸盐、颗粒态磷为氮磷的主要赋存形态,且氮磷浓度呈现相似的季节变化规律,表明苕溪主要受农业面源污染影响。氮磷比分析表明,苕溪水体春、秋季处于磷素限制状态,夏季适合藻类生长,冬季低温条件下不利于藻类的大量繁殖;苕溪生物量增长受磷素限制,线性拟合亦显示其氮磷比主要受磷素波动的调控;苕溪干流大面积暴发蓝藻水华的风险较部分支流及死水区低,苕溪水入湖后,特别是夏季其暴发风险将显著提高。针对苕溪水体的富营养化现状,提出若干条水质改善应对策略。     

普通小球藻生长与武汉东湖水体磷形态的相关研究

本文探讨了武汉东湖水体中总溶解磷（TSP）、溶解反应磷（SRP）、总反应磷（TRP）、溶解水解磷（SHP）和颗粒磷（PP）对普通小球藻生长的生物有效利用性。进行了普通小球藻生长量与各磷形态及总磷（TP）被利用浓度的一元相关分析,进一步讨论了这些一元相关方程的不足,并用多元回归分析建立了普通小球藻生长量（N）与所测几种磷形态被利用浓度（CTSP,CSRP,CTRP,CSHP,CPP）的相关模型。这些模型可以用于评价湖泊水体富营养化的程度及预测藻的生长潜力。     

Sources and transport of algae and nutrients in a Californian river in a semi-arid climate

1. To elucidate factors contributing to dissolved oxygen (DO) depletion in the Stockton Deep Water Ship Channel in the lower San Joaquin River, spatial and temporal changes in algae and nutrient concentrations were investigated in relation to flow regime under the semiarid climate conditions. 2. Chlorophyll‐a (chl‐a) concentration and loads indicated that most algal biomass was generated by in‐stream growth in the main stem of the river. The addition of algae from tributaries and drains was small (c.15% of total chl‐a load), even though high concentrations of chl‐a were measured in some source waters. 3. Nitrate and soluble‐reactive phosphorus (SRP) were available in excess as a nutrient source for algae. Although nitrate and SRP from upstream tributaries contributed (16.9% of total nitrate load and 10.8% of total SRP load), nutrients derived from agriculture and other sources in the middle and lower river reaches were mostly responsible (20.2% for nitrate and 48.0% for SRP) for maintaining high nitrate and SRP concentrations in the main stem. 4. A reduction in nutrient discharge would attenuate the algal blooms that accelerate DO depletion in the Stockton Deep Water Ship Channel. The N : P ratio, in the main stem suggests that SRP reduction would be a more viable option for algae reduction than nitrogen reduction. 5. Very high algal growth rates in the main stem suggest that reducing the algal seed source in upstream areas would also be an effective strategy.     

再生水补给河道内芦苇的光谱特征及其对水体氮和磷含量的响应

再生水是城市景观河湖的重要补给水源, 然而再生水中含量较高的氮和磷营养盐会引起水体富营养化, 破坏水生态平衡。以再生水补给的潮白河为研究区, 运用高光谱技术分析了挺水植物芦苇(Phragmites australis)叶片的光谱特征, 并结合水质数据, 通过拟合模型, 探究了芦苇对再生水中氮和磷的响应关系。结果表明, 各采样点水体的总氮(TN)和总磷(TP)含量分别介于1.85-18.16 mg·L^-1及0.01-0.36 mg·L^-1之间, 叶绿素a (Chl a)和溶解氧(DO)含量的范围分别为0.60-47.45 μg·L^-1与4.24-11.4 mg·L^-1。水体富营养化较为严重, 但仍处于富氧环境。多重方差分析表明, 不同采样点之间水体的TN、TP和Chl a含量差异显著(P<0.05)。由光谱反射率及反射率一阶导数曲线可知, 水体TN含量越高, 叶片光谱在可见光区的反射率越小, 红边位置也越向波长长的方向移动(即红移)。相关分析表明, 水体TN和TP含量与吸光度值log(1/R)在可见光区的相关性较强, 且TN与log(1/R)的相关系数高于TP。芦苇叶片光谱可在一定程度上区分水体TN含量差异, 但TP对光谱特征的影响模式不明显。光谱指数与水体TN含量之间的拟合模型中, 基于光化学指数(PRI)、修正叶绿素吸收指数(MCARI)和导数叶绿素指数(DCI)的模型能够解释水体TN含量变化的62.4%-70.9% (P<0.05), 可用于再生水氮含量的定量监测。该研究证明了植物光谱技术在水体富营养化监测上的可行性, 为保障再生水修复河道水质和生态安全提供了科学依据。     

Spectral Characteristics of Phragmites australis and Its Response to Riverine Nitrogen and Phosphorus Contents in River Reaches Restored by Reclaimed Water

再生水是城市景观河湖的重要补给水源, 然而再生水中含量较高的氮和磷营养盐会引起水体富营养化, 破坏水生态平衡。以再生水补给的潮白河为研究区, 运用高光谱技术分析了挺水植物芦苇(Phragmites australis)叶片的光谱特征, 并结合水质数据, 通过拟合模型, 探究了芦苇对再生水中氮和磷的响应关系。结果表明, 各采样点水体的总氮(TN)和总磷(TP)含量分别介于1.85-18.16 mg·L^-1及0.01-0.36 mg·L^-1之间, 叶绿素a (Chl a)和溶解氧(DO)含量的范围分别为0.60-47.45 μg·L^-1与4.24-11.4 mg·L^-1。水体富营养化较为严重, 但仍处于富氧环境。多重方差分析表明, 不同采样点之间水体的TN、TP和Chl a含量差异显著(P<0.05)。由光谱反射率及反射率一阶导数曲线可知, 水体TN含量越高, 叶片光谱在可见光区的反射率越小, 红边位置也越向波长长的方向移动(即红移)。相关分析表明, 水体TN和TP含量与吸光度值log(1/R)在可见光区的相关性较强, 且TN与log(1/R)的相关系数高于TP。芦苇叶片光谱可在一定程度上区分水体TN含量差异, 但TP对光谱特征的影响模式不明显。光谱指数与水体TN含量之间的拟合模型中, 基于光化学指数(PRI)、修正叶绿素吸收指数(MCARI)和导数叶绿素指数(DCI)的模型能够解释水体TN含量变化的62.4%-70.9% (P<0.05), 可用于再生水氮含量的定量监测。该研究证明了植物光谱技术在水体富营养化监测上的可行性, 为保障再生水修复河道水质和生态安全提供了科学依据。     

Comparing Effects of Nutrients on Algal Biomass in Streams in Two Regions with Different Disturbance Regimes and with Applications for Developing Nutrient Criteria

Responses of stream algal biomass to nutrient enrichment were studied in two regions where differences in hydrologic variability cause great differences in herbivory. Around northwestern Kentucky (KY) hydrologic variability constrains invertebrate biomass and their effects on algae, but hydrologic stability in Michigan (MI) streams permits accrual of high herbivore densities and herbivory of benthic algae. Multiple indicators of algal biomass and nutrient availability were measured in 104 streams with repeated sampling at each site over a 2−month period. Many measures of algal biomass and nutrient availability were positively correlated in both regions, however the amount of variation explained varied with measures of biomass and nutrient concentration and with region. Indicators of diatom biomass were higher in KY than MI, but were not related to nutrient concentrations in either region. Chl a and % area of substratum covered by Cladophora were positively correlated to nutrient concentrations in both regions. Cladophora responded significantly more to nutrients in MI than KY. Total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) explained similar amounts of variation in algal biomass, and not significantly more variation in biomass than dissolved nutrient concentrations. Low N:P ratios in the benthic algae indicated N as well as P may be limiting their accrual. Most observed responses in benthic algal biomass occurred in nutrient concentrations between 10 and 30 μg TP l⁻¹ and between 400 and 1000 μg TN l⁻¹.     

淀山湖富营养化过程的统计学特征

湖泊营养物输入及响应指标的统计学规律正在受到越来越广泛的关注。对淀山湖在不同富营养化阶段和近期总磷TP、总氮TN和叶绿素Chl a的频率分布以及TP-Chl a关系的经验方程进行了分析,结果表明:(1)淀山湖TP、TN和Chl a的平均浓度和离散程度随着湖泊富营养化程度的加剧而增加,其中以Chl a的增幅最大;(2)在富营养化条件下,即使营养物TP得到一定程度的控制,Chl a大于15μg/L的概率继续增加了20%以上。仅仅削减营养物的峰值,对降低湖泊初级生产力水平的贡献有限;(3)TP-Chl a对数回归方程的斜率随湖泊富营养化程度的升高而增加,由20世纪80年代的0.54增加到目前的2.46。淀山湖营养物输入及响应指标的统计学特征,可以用来表征水体富营养化程度,评价湖泊生态恢复的进程和效果,为湖泊营养物基准和标准的制定提供最为实际的统计学支持。