利用BP神经网络模型对太湖水体叶绿素a含量的估算

利用太湖2001-2006年常规水质监测资料和气象资料进行主成分分析,确定影响太湖水体叶绿素a 含量的主要因子。在此基础上构建BP神经网络模型,利用模型对太湖湖心区水体叶绿素a含量进行估算,并对模型进行敏感度分析;将所建模型运用于太湖梅梁湾、贡湖湾、竺山湾以及东太湖4个湖区叶绿素a含量的估算,以验证其适用性。结果表明：基于主成分分析的BP神经网络模型估算的湖心区叶绿素a含量与实测值的拟合度良好,对已建立的BP神经网络预测模型进行敏感度分析表明,气温和溶解氧与浮游植物叶绿素a含量密切相关;该模型对太湖其它4个湖区水体叶绿素a含量的估算结果与实测值拟合度良好, 表明其适用性也较好,因此,可以运用于对太湖水体叶绿素a含量的估算及预测。     

基于梯度扩散薄膜技术的太湖金属和营养盐区域污染特征分析

本研究利用梯度扩散薄膜技术（Diffusive gradients in thin-films,DGT）对太湖7个湖区的水体和沉积物中金属与营养盐有效态含量进行原位监测,并分析污染物的区域特征。结果表明,DGT所测有效态浓度低于传统化学方法所提取浓度,且能实现低浓度、多元素同时监测。具体来看,太湖水体中金属的DGT有效态含量较低,区域差别较小。沉积物中9种典型金属的DGT有效态含量排序为Fe>Mn>Zn>Ni>As>W>Co>Mo>Cu,其中,Fe、As、Zn、Ni和W在竺山湾、梅梁湾和贡湖污染相对较重,在湖心区、胥湖和东太湖污染相对较轻,其余金属分布较平均且含量较低。与金属不同的是,太湖水体中DGT所测的有效磷（P）含量整体较高,最高值出现在贡湖,达83.2μg·L-1。沉积物中DGT有效态P的区域分布更明显,以竺山湾、梅梁湾和沿岸区污染相对较重,最高值出现在竺山湾,达500μg·L-1。对比沉积物和水体中DGT有效态P含量发现,竺山湾、梅梁湾和沿岸区沉积物可能是P的主要储存场所,具有潜在释放风险。     

太湖夏季蓝藻水华期间产毒蓝藻基因型组成和种群丰度研究

采用基于mcyA基因的PCR-DGGE和定量PCR分子技术,研究了太湖夏季蓝藻水华期间不同湖区水柱和表层底泥中产毒蓝藻基因型组成和种群丰度,同时利用高效液相色谱（HPLC）法测定了水体中微囊藻毒素（Microcystin,MC）3种异构体（MC-LR、MC-YR、MC-RR）的浓度,为太湖蓝藻水华治理及其生态风险评估提供基础资料。结果表明,太湖产毒蓝藻有12种主要的基因型,不同湖区水体和底泥中基因型组成及其丰度存在差异,水体中基因型多样性高于底泥,所有样品中占优势的基因型是一致的,富营养化水平对产毒蓝藻群落结构有一定的影响。同时发现,水体中不同湖区产毒藻细胞种群丰度差异显著,富营养化水平高的湖区种群丰度也较高,底泥中产毒藻细胞种群丰度波动较小。水体中微囊藻毒素3种异构体中MC-LR浓度最高,其所占比例在湖区间有一定的差异,总微囊藻毒素浓度范围为0.54～1.08μg·L-1,部分湖区微囊藻毒素浓度超过WHO推荐的安全浓度阈值（〈1.0μg·L-1）,必须引起足够重视。     

霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）扰动对表层沉积物细菌群落结构和多样性的影响

为研究大型底栖动物霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）对表层沉积物中细菌群落结构和多样性的影响,设计了沉积物-水微宇宙的实验,模拟太湖梅梁湾霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）的自然分布特征,运用末端限制性片段长度多态性技术（T-RFLP）比较了有无霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）分布的沉积物样品中细菌群落的动态变化。结果表明,水丝蚓组和对照组沉积物细菌群落结构相似性无显著差异（P〉0.05）,可见太湖梅梁湾目前的水丝蚓生物量引起的生物扰动对表层沉积物细菌群落结构影响不明显;实验中后期只在处理组中出现的206 bp以及处理组含量高于对照组的370 bp T-RFs都可能是Nitrosomonas属的氨氧化细菌,提示大型底栖动物霍甫水丝蚓的存在可能为氨氧化细菌提供了适合的生态位。     

莱茵衣藻增殖沉降与死亡过程对太湖底泥氮素释放的影响

以太湖梅梁湾为研究原型区域,采集水样和泥样,通过室内模拟实验,添加莱茵衣藻（ChlamydomonasReinhardtii）于水-泥体系中,研究了莱茵衣藻增殖、沉降与死亡过程对底泥氮素释放的影响。结果表明,莱茵衣藻在大量增殖过程中伴随着藻体沉降,沉降过程中大部分藻体死亡,小部分藻体聚集在底泥表面,当养分增加时其再次增殖并悬浮;藻体增殖、沉降与死亡过程促进了底泥NH4＋-N的释放;上覆水NH4＋-N累积消耗量与底泥脲酶活性呈显著正相关关系。     

5种重金属暴露对斑马鱼呼吸运动的影响

为了探讨外源性重金属暴露对鱼类呼吸反应的影响,利用鱼类的呼吸参数的变化来预警水体污染。尝试以斑马鱼为实验生物,进行了5种重金属离子对斑马鱼的急性毒性实验;应用生物早期预警系统（BIO-SENSOR 7008）,研究了斑马鱼在不同重金属浓度暴露1 h后的呼吸反应变化情况及预警结果。结果表明,Hg^2＋、Cu^2＋、Cd^2＋、Zn^2＋、Pb^2＋等重金属对斑马鱼的96 hLC50分别为0.14、0.174、6.497、44.48、116.432 mg.L-1;安全浓度分别为0.014、0.017、0.65、4.5、11.6 mg.L^-1;应用呼吸参数的预警浓度分别为0.08、0.08、4.8、7.5、105 mg.L^-1。其中系列浓度Hg2＋暴露下斑马鱼呼吸频率和呼吸强度都显著升高（F=2.75,P〈0.05;F=28.95,P〈0.01）;Cu^2＋、Cd^2＋等暴露对斑马鱼呼吸频率和呼吸强度先升高再降低（P〈0.01）;Zn^2＋暴露则对斑马鱼呼吸运动具有显著抑制作用（P〈0.01）;而Pb2＋对斑马鱼呼吸强度影响较小（P〉0.05）。斑马鱼呼吸参数作为生物监测指标来预警水体Hg^2＋、Cu^2＋、Zn^2＋等重金属污染较为敏感。     

斑马鱼性腺发育的组织学观察

在过去几十年,斑马鱼（Danio rerio）由于其发育周期短且速度快,胚胎发育透明,已经成为众多研究领域的典型模式生物。斑马鱼的性腺发育和分化非常特殊,雄性和雌性幼鱼的性腺在早期全部发育成＂类卵巢＂结构。目前,对于斑马鱼的性别分化和性腺分化机制还不清楚。本文以孵化后不同时期的斑马鱼仔鱼和幼鱼的生殖腺为材料,经石蜡切片和苏木精染色后,荧光显微镜下观察了斑马鱼仔鱼性腺从出现、分化到成熟的发育过程。结果发现：孵化后5～10日龄仔鱼腹腔两侧可以观察到没有分化的生殖腺,其中的生殖细胞明显比周围的体细胞大;孵化后14～24日龄仔鱼的生殖腺中可见由卵原细胞分裂形成的生殖包囊,其中的生殖细胞进一步分化、分裂形成体积更大、数量更多的卵母细胞;25日龄左右的仔鱼,其性腺成为在腹腔两侧对称,而且在组织结构上也较为典型的卵巢样结构。到35日龄前后可见一部分仔鱼的性腺逐步由卵巢样结构向精巢结构转变的过程。我们在2周左右的仔鱼的性腺中观察到了生殖包囊存在,这一现象还未见有前人报道。在本试验中,我们不仅清楚地观察到类似卵巢的性腺中＂卵母细胞＂逐渐凋亡消失的过程,还观察到性腺由最初的类似卵巢样结构逐渐变成典型的精巢结构的整个过程。这些研究成果将为发育生物学提供有价值的信息和第一手资料。     

PCR扩增法检测江苏省5大淡水湖泊产毒微囊藻的空间分布

微囊藻毒素（Microcystin,MC）的产生受微囊藻毒素合成酶基因簇（microcystin biosynthesis gene,mcy）调控,常用PCR扩增mcy基因检测产毒微囊藻。采集江苏省5大淡水湖泊——太湖、滆湖、高宝-邵伯湖、洪泽湖和骆马湖的水样,测定水体营养盐浓度和叶绿素a浓度,根据叶绿素a浓度计算5个湖泊的富营养化指数（Trophic state index,TSI）,同时应用单一和多重PCR扩增mcy基因。结果表明,太湖和滆湖处于富营养和超富营养化水平,洪泽湖和骆马湖处于中营养和富营养化水平,高宝-邵伯湖处于寡营养水平。太湖、滆湖、洪泽湖和骆马湖的所有水样均检出mcy基因,4个湖泊水体受到微囊藻毒素的潜在威胁,高宝-邵伯湖没有检测出mcy基因的存在,尚未受微囊藻毒素的污染。     

富营养化浅水湖泊蓝藻的种群结构和多样性研究

比较研究不同富营养化浅水湖泊中蓝藻种群结构和多样性,对于认识蓝藻水华的区域分布特征具有重要的生态和环境意义。于2009年7月在富营养化严重的滇池、巢湖和太湖各选取4个采样点,采用16S-23SrRNA基因间隔区（Internaltranscribedspacer,ITS）序列作为生物标记,通过末端限制性片段长度多态性技术（Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP）分析蓝藻种群结构和多样性。实验共得到36个不同的末端限制性酶切片段（Terminal restriction fragment,T-RF）,反映3个湖泊中蓝藻种群具有丰富的基因多样性。T-RFLP聚类分析结果表明,在所研究的湖泊中蓝藻种群结构存在空间差异性,其中滇池和巢湖间蓝藻种群结构更为相似。环境因子与蓝藻种群的多元统计分析表明,正磷酸盐（POa-P）和pH与附着细菌样品蓝藻种群结构动态变化具有显著的相关性（P〈0．05）,电导率（Conductivity）和总有机碳（TOC）与浮游细菌样品蓝藻种群结构动态变化具有显著的相关性（P〈0．05）。因此,不同湖泊蓝藻水华的基因型和驱动因子存在差异。     

刚毛藻分解对荣成天鹅湖沉积物磷释放的影响

在荣成天鹅湖刚毛藻暴发和非暴发区域分别采集沉积物进行室内加藻模拟试验,定期监测上覆水的溶解氧（DO）、pH、化学需氧量（COD）和可溶性磷（SRP）等指标的变化,并分析了刚毛藻分解对沉积物磷释放的影响。结果表明,避光培养过程中,刚毛藻分解使上覆水体的DO含量大幅降低,形成厌氧环境（0~0.14 mg.L-1）;COD含量则明显增加,各处理最大值变化在0.59~6.93 mg.L-1之间。刚毛藻分解可明显促进沉积物中磷的释放,培养期间上覆水SRP的含量大幅上升,变幅为0.01~1.51 mg.L-1;暴发区沉积物＋10 g藻和沉积物＋30 g藻处理的最大释磷量分别为沉积物处理的2.06倍和1.91倍。不同湖区沉积物磷的释放能力存在较大差异,暴发区沉积物的释磷量明显高于非暴发区,沉积物释放是前者上覆水磷含量增加的主要来源,而在非暴发区藻类分解释放的磷高于沉积物中释放的磷。     

太湖南泉水域水体及水华蓝藻中常量元素Ca Na Mg K和Al的特征和变化

近年来以微囊藻为优势种的太湖蓝藻水华持续暴发,已经成为严重的环境问题之一。本文通过现场采样及室内分析,研究了2009年太湖南泉水域蓝藻发生过程中藻类群落组成的变化,并同步研究了蓝藻体内及其水环境中常量元素Ca、Na、Mg、K和Al元素浓度的周年变化,分析了三者之间可能的相关性。研究显示,太湖蓝藻发生时间为6—10月,期间水温保持在20℃以上,pH值在水华发生后期可升高至9.8;水体中元素浓度依次为Na〉Ca〉Mg〉K〉Al,而水华蓝藻中元素浓度依次为Ca〉K〉Mg〉Na〉Al;藻体对水体环境中元素的富集系数大小依次为Al〉K〉Mg〉Ca〉Na。研究结果既为选择最佳物理除藻时期来有效降低湖泊中常量元素的负荷量,从而进行水华控制提供了支撑,也为今后将富含元素的水华蓝藻作为＂生物矿源＂加以利用提供了理论依据。     

中国太湖环境土壤磷测试与磷释放

A microtiter plate assay (MPA) for soluble reactive phosphorus (SRP) was applied to samples in overlying water and pore water as well as in three forms of environmental soil test phosphorus (P) types: water soluble phosphorus (WSP), diluted calcium chloride extractable phosphorus (PCaCl2), and Olsen-P in the sediments of Taihu Lake, China, where potential P release in response to pH was analyzed. MPA for rapid P analysis was shown to be promising when applied on samples of natural water and sediment extracts. Concentrations of WSP and PCaCl2 in the sediments were much lower than those of Olsen-P. Olsen-P levels in the littoral sediments along the north coast of Meiliang Bay in Taihu Lake (80 to 140 mg kg^-1) were much higher than those in the mouth of the bay (less than 50 mg kg^-1). The risk of P release in the mouth area of Meiliang Bay was lower than that in the north littoral zone with a risk of sediment P release induced by pH increases.     

太湖沉积物再悬浮对水体中磷形态和浓度时空差异性影响

太湖作为重要的饮用水水源地,因风浪导致其沉积物中磷释放而对水质产生了显著的影响。采用Y型再悬浮发生装置模拟金墅水源地沉积物的再悬浮和沉降过程的结果表明：在5．1m·s^-1的风速作用下,上覆水体中总磷（TP）和磷酸盐（PO4^3--P）浓度存在明显的空间异质性,TP与悬浮物浓度呈正相关;水体TP距离沉积物一水界面越近其浓度越高,而P0}一P浓度在垂向分布上差异不显著;与3．2m·s^-1的风速作用相比,8．7m·s^-1的风速能引起更高的TP释放量。这为科学制订抑制沉积物磷释放措施提供了理论依据。     

巢湖沉积物磷的形态及其与间隙水磷的关系

采用磷形态的连续提取法,研究了巢湖沉积物中磷的地球化学形态及间隙水中总溶解性磷（DTP）、可溶性磷酸盐（DIP）、可溶性有机磷（DOP）含量的垂向分布特征。结果表明,西湖区的沉积物总磷含量明显高于东湖区。表层沉积物中活性磷含量占总磷的44％-81％,金属氧化物结合态磷（NaOH—P）作为活性磷的主要存在形式,在西湖区含量比例达到47％-60％,对磷释放起重要贡献;磷形态剖面表明,西湖区的金属氧化物结合态磷、可还原态磷（BD—P）含量高于东湖区。金属氧化物结合态磷、可还原态磷、钙结合态磷（HCl-P）受人类活动影响较大,有机磷（Org—P）受外源磷污染影响很小;BD—P、NaOH—P随深度增加而减小,说明巢湖近期磷负荷有增加的趋势;DTP、DIP、DOP在水-沉积物界面的浓度梯度反映它们有自间隙水向上覆水扩散的趋势;巢湖间隙水不同形态磷与BD—P、NaOH—P显著相关（α=0．01）。这项研究可为巢湖内源污染和富营养化的控制与治理提供理论参考。     

太湖五里湖水域背角无齿蚌中汞的残留

作为建立淡水环境下持久性污染物“背角无齿蚌观察”体系的又一尝试,利用NIC汞分析仪（MA-2000型）对采自太湖污染最严重水域——五里湖代表样点的背角无齿蚌（Anodontawoodiana）及用于对照的底泥中重金属汞的残留进行了测定。结果显示,汞在背角无齿蚌和底泥样本中的浓度平均值分别为0．005mg·kg-1干重和0．135mg·kg-1干重;浓度范围分别为0．000-0．011mg·kg-1干重和0．063．0．227mg·kg-1干重。蚌样和底泥样本中汞的残留浓度均明显低于国家相关的食品卫生（GB2762--1994）、限量标准（NY5073--2001）,或农用淤泥（GB4284-1984）、土壤环境质量（GB15618--1995）标准。另外,底泥样本中汞的地积累指数（Igeo）仅为-1．96。两类样本中汞的残留状况一致反映出目前太湖五里湖水域汞的污染程度很低。近年来五里湖全湖水域的清淤工程应该是导致这种现象的原因。不同样点汞浓度的地理差异仅在底泥样本中达到显著水平。