本书回顾了太湖富营养化过程及治理措施，综述了调水引流工程的水生态环境研究进展及藻类生长的影响因素研究进展，分析了“引江济太”工程影响藻类生长的潜在因素，调查分析了太湖流域调水工程潜在影响区的水质分布特征，模拟分析了水文水动力变化对贡湖湾蓝藻水华的影响，实验分析了望虞河引水背景下水体氮、磷、硅变化对藻类生长的影响及潜在的作用机制，调查分析了调水引流工程对太湖浮游藻类群落的影响，模拟分析了引水量和营养水平对太湖生境及藻类的影响。 本书可供生态学、环境科学、环境规划与管理学、湖泊生态学及水生态环境保护等相关领域的科研技术人员、政府部门管理人员和高等院校师生阅读和参考。

第1章 太湖富营养化及治理
　　太湖是我国的第三大淡水湖，位于东经119°54′～120°36′，北纬30°56′～31°34′之间，地处江苏省南部、太湖流域中部，南北长68.5km，东西宽56.0km，湖区面积约3192km2（湖面面积2338km2、湖中岛屿面积89.7km2、湖滨低地面积764km2）。太湖流域是我国人口*集中、经济*发达的地区之一。
　　太湖是流域水资源的调蓄中心，具有防洪、供水、生态、航运、旅游及养殖等多种功能。作为流域内*大的饮用水水源地，太湖水环境质量的好坏，直接关系苏、浙、沪两省一市的社会经济发展。1990年，太湖蓝藻水华给无锡市造成了1.3亿元的直接经济损失（张振克，1999）。2007年5月暴发的太湖蓝藻水华，更是造成了28.77亿元的直接经济损失（刘聚涛等，2011）。
　　鉴于蓝藻水华危害的严重性，国家、流域、地方各级政府、部门均采取各种措施来削减流域污染物的排放量，恢复湖区的生态环境。然而资料表明，每年进入湖区的污染负荷仍处于较高水平（钱磊等，2010），部分湖区开展的生态恢复措施也没有达到预期的效果，太湖的富营养化状况未能从根本上得到扭转（Qin，2009；陈润等，2010）。
　　本章主要利用现有资料，回顾并评述太湖富营养化进程及富营养化指标的变化情况，揭示太湖富营养化的变化特征，分析“引江济太”工程影响藻类生长的潜在作用因素。
　　1.1 太湖富营养化过程
　　1960年时太湖水质尚好，总无机氮（TIN）含量仅为0.05mg/L，正磷酸盐（PO3-4-P）含量为0.02mg/L，有机污染指标（CODMn）含量为1.9mg/L。到1981年，TIN增加了16.88倍，达到0.894mg/L，CODMn增至2.83mg/L（增加了49%）， PO3-4-P无显著增加。1988年的 TIN和总氮（TN）分别为1.115mg/L和1.84mg/L，而1998年分别上升至1.582mg/L和2.34mg/L。总磷（TP）和CODMn也显著增加，分别由1988年的0.032mg/L和3.30mg/L上升至1998年的0.085mg/L和5.03mg/L，分别为1988年的2.66倍和1.53倍（秦伯强等，2004）。
　　根据现行《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），太湖水质在20世纪60年代属于 I～II类水体，70年代属于 II类，80年代初期为 II～III类，80年代末期全面进入 III类，局部恶化至 IV类和 V类，90年代中期平均为 IV类，1/3为 V 类，2000年 III类水体占6.7%（156.7km2，按照全湖2338km2计算比例），IV类水体占85.1%（1989.7km2），V类和劣 V类水体占8.2%（191.6km2），83.5%的水域处于富营养水平，余下的水域（主要是东太湖及湖心区）也处于中营养水平。太湖水质表现为平均每10年左右下降一个类别。20世纪90年代以后，太湖水质恶化速度明显加快。80年代以前，TN和CODMn为主要增加指标，80～90年代以磷和叶绿素的增加为主。太湖水质指标的变化受区域内产业发展影响显著（秦伯强等，2004）。
　　浮游藻类种类和数量是指示湖泊富营养化进程的重要生物指标。据记载，太湖湖区有浮游藻类8门134属，其中常年出现并呈全湖性分布的优势种和常见属种主要有蓝藻门的铜绿微胞藻（铜绿微囊藻）、水花微胞藻（水花微囊藻）、螺旋项圈藻、湖沼色球藻、微小色球藻；硅藻门的颗粒直链藻、尖针杆藻；隐藻门中的四尾栅列藻（四尾栅藻）、湖生卵胞藻（湖生卵囊藻）等（根据查阅相关文献，这两种藻应属于绿藻门）。早春以隐藻、小环藻、直链藻和衣藻为主；春末以隐藻、蓝隐藻、微胞藻、小环藻居多。进入20世纪90年代以来，每年夏季在太湖梅梁湾等局部水域都有不同程度的蓝藻水华出现（王苏民和窦鸿身，1998）。
　　随着湖体富营养化程度的变化，太湖藻类优势种群也发生了相应的变化。20世纪60年代，太湖水体大致处于贫营养到中营养状态，并以贫营养状态为主，这一时期的藻类优势种群主要以绿藻为主。进入20世纪80年代后，水体逐渐由中营养状态向富营养状态发展，至80年代末，伴随太湖水体向富营养化状态的推进，蓝藻开始成为优势种并持续至今，且几乎每年都会发生不同程度的蓝藻水华，给沿岸居民的生活及工农业生产带来诸多不便。表1.1为1960～2009年不同年份太湖藻类优势种群的统计结果。
　　表1.1 1960～2009年太湖藻类优势种群的变化
　　太湖的蓝藻水华始于20世纪70年代初，首先在无锡五里湖出现，随后，其暴发的规模和频率不断增加；20世纪80年代中后期，每年暴发2～3次，分布范围也扩大到太湖的梅梁湾；到90年代，蓝藻水华每年暴发4～5次，并逐渐向大太湖扩展；2000年，太湖湖心区出现严重的蓝藻水华（秦伯强等，2004）。
　　图1.1和图1.2为根据卫星资料解译的太湖蓝藻水华暴发结果（南京水利科学研究院，2012）。结果表明，自20世纪末，太湖蓝藻水华暴发的频率越来越高。1998年之前，每年只有1个月出现蓝藻水华，且一般只出现在夏季，以6、7月份居多，8月份较少出现，春冬季从未出现过。而1998年之后，每年至少有2个月出现蓝藻水华，特别是2005年以后，蓝藻暴发频率进一步增加，每年至少有6个月出现蓝藻水华，其中2007年，除1～2月份外，其他月份均出现蓝藻水华，甚至延续到2008年1月份。
　　图1.1 1987～2009年太湖蓝藻水华累积频率
　　图1.2 1987～2009年太湖蓝藻水华暴发持续时间
　　1.2太湖富营养化指标的变化
　　藻类水华的发生与众多因素有关，营养盐水平是评价水体富营养化状态的重要参数。《健康太湖综合评价与指标研究》（水利部太湖流域管理局，2009）指出， TN、NH+4-N、TP和CODMn是太湖水质状况的代表性指标，能够较好地反映太湖水质的总体情况，叶绿素 a（Chl-a）单项评价与太湖富营养化综合评价的相关性*高，可作为太湖富营养化的反映指标。因此，本书选择 TN、NH+4-N、TP、CODMn和 Chl-a进行太湖富营养化指标的变化特征分析。
　　1.2.1 太湖 TN的变化
　　1960年的调查资料显示，太湖的氮含量处于较低水平， TIN为0.05mg/L。至1981年，TIN的浓度增加至0.894mg/L，增加了16.88倍。1988年 TIN上升至1.115mg/L（黄漪平，2001）。由太湖 TN年均值变化图[图1.3（a）]可知，太湖的 TN浓度总体呈上升趋势，其中1996年之前的上升趋势较快，在达到*大值3.88mg/L后，TN浓度有所降低，但是仍处于较高水平。
　　从太湖 TN的月均值变化曲线[图1.3（b）]可以看出， TN浓度在春末（4月份）达到*大值后开始下降，至秋末（10月份）达到*小值，随后又开始上升，表现出明显的正弦周期性波动。秋季，水生植物（包括大型水生植物和浮游藻类）开始衰亡，在微生物的作用下，植物体内积蓄的营养物质开始向水体释放，水体的 TN含量开始升高；到了春末，复苏的水生植物需要消耗大量营养物质进行新陈代谢，水体的氮含量开始下降。 TN的这种年内变化特征也可能与外源的输入强度变化有关。
　　图1.3 1981～2011年太湖 TN年均值和月均值变化
　　1981～1995年的数据引自《太湖水环境及其污染控制》（下同）；1996年、1997年数据引自相关报告（下同）；1998～2011年数据为水利部太湖流域管理局网站公布的各月太湖水质数据的年算术平均值（下同）；月均值数据为水利部太湖流域管理局网站公布的各月太湖水质数据的算术平均值（下同）
　　1.2.2 太湖 NH+4-N的变化
　　与 TN的变化过程不同，太湖水体的 NH+4-N在20世纪80年代初期处于较高的水平[图1.4（a）]，可能与当时的工农业发展水平有关，随后开始下降，经过小幅的波动后，在21世纪初开始快速上升，2006年达到*大值后又开始快速降低。陈润等（2010）在分析太湖2004～2008年的水质变化时也发现2006年是水质变化的一个拐点，2004～2006年太湖水质恶化，2006年之后水质逐步好转。
　　太湖水体 NH+4-N的月变化[图1.4（b）]与 TN的变化趋势相似，不同点在于， NH+4-N*大值及*小值出现的时间均比 TN提前一个月。这可能是因为，有机体在微生物的作用下首先向水体释放的是 ON，ON在氨化细菌的作用下很快矿化成 NH+4-N，而 NH+4-N向稳定态 NO–3-N的转变需要经历亚硝化和硝化过程，其中涉及的影响因素众多。 TN是表征水中各种形态氮的综合指标，受到不同氮形态之间转化的制约， TN极值的出现较 NH+4-N均有延迟。
　　图1.4 1981～2011年太湖 NH+4-N年均值和月均值变化
　　1.2.3太湖 TP的变化
　　由太湖 TP的年均值变化情况[图1.5（a）]可知，太湖的 TP整体上呈上升趋势，*大值在1996年出现，随后开始降低，但仍处于地表水 IV类水的水平。
　　TP浓度的月变化特征[图1.5（b）]显示， TP浓度的*高值出现在3月份，这对于浮游藻类复苏是非常有利的。随后，在水生植物的消耗及其他因素的影响下，TP浓度开始降低，在7月份达到*小值，8月份显著上升后，再次开始降低。
　　TP浓度的年内月变化具有明显的双峰特征。
　　图1.5 1981～2011年太湖 TP年均值和月均值变化
　　1.2.4 太湖CODMn的变化
　　作为水体富营养化状况评价的指标之一，太湖水体的CODMn含量整体上呈现上升趋势[图1.6（a）]，在2006年达到*大值后开始降低。虽然CODMn是水体富营养化评价的指标之一，但并不是影响浮游藻类生长的主动环境因素，而被认为是浮游藻类生长后反馈给水体的被动因素（阮晓红等，2008）。
　　CODMn的月际变化显示出明显的单峰特征[图1.6（b）]，且峰形较为平缓，延续了8、9、10三个月。因为CODMn是浮游藻类生长反馈给水体的被动因子，所以与表征浮游藻类现存量的 Chl-a的月变化特征[图1.7（b）]较为相似，均在8、9、10三个月内出现较高值。
　　图1.6 1981～2011年太湖CODMn年均值和月均值变化

目录
前言
第1章 太湖富营养化及治理 1
1.1 太湖富营养化过程 1
1.2 太湖富营养化指标的变化 4
1.2.1 太湖TN的变化 4
1.2.2 太湖NH+4-N的变化 5
1.2.3 太湖TP的变化 5
1.2.4 太湖CODMn的变化 6
1.2.5 太湖叶绿素a的变化 7
1.3 太湖水质营养水平时空分布特征 7
1.4 贡湖湾水质变化 12
1.5 太湖富营养化治理 14
1.5.1 控制入湖污染源 15
1.5.2 湖区生态恢复 15
1.5.3 湖区底泥疏浚 16
1.5.4 “引江济太”调水引流工程 17
参考文献 18
第2章 调水引流生态环境研究进展 21
2.1 国内外调水引流工程实践 21
2.2 调水引流生态环境影响研究进展 22
2.2.1 调水引流修复受损生态系统 23
2.2.2 调水引流对生态环境的影响 24
2.3 调水引流改善区域水环境实践 25
2.3.1 平原河网区调水引流改善区域水环境实践 25
2.3.2 调水引流改善水环境机理 27
2.4 调水引流在水体富营养化治理中的应用 29
参考文献 31
第3章 藻类生长影响因素研究进展 35
3.1 温度对藻类生长的影响 35
3.2 光照对藻类生长的影响 37
3.3 营养盐对藻类生长的影响 37
3.3.1 氮、磷对藻类生长的影响 37
3.3.2 硅对藻类生长的影响 40
3.4 水动力条件对藻类生长的影响 41
3.5 “引江济太”影响藻类生长潜在因素分析 42
3.5.1 “引江济太”对水温的影响 43
3.5.2 “引江济太”对湖区光照的影响 43
3.5.3 “引江济太”对湖区营养盐的影响 43
3.5.4 “引江济太”对湖区流速的影响 44
参考文献 44
第4章 太湖流域调水工程影响区水质分布特征 51
4.1 太湖流域水系沿革 51
4.2 太湖流域调水工程影响区水质分布特征调查 53
4.2.1 调查点位布设 53
4.2.2 样品采集 53
4.2.3 指标分析与数据处理方法 54
4.3 结果与讨论 54
4.3.1 水体理化指标分布特征 54
4.3.2 水体营养盐分布特征 55
4.3.3 水体CODMn分布特征 63
4.3.4 水体叶绿素a分布特征 64
4.4 结论 64
参考文献 65
第5章 水文水动力变化对贡湖湾蓝藻水华的影响 68
5.1 材料与方法 69
5.1.1 实验藻种培养 69
5.1.2 藻类生物量的测定方法 70
5.1.3 实验装置 70
5.1.4 贡湖湾水动力计算模型 71
5.2 结果分析 75
5.2.1 流速变化对铜绿微囊藻生长的影响 75
5.2.2 不同模拟工况下贡湖湾水体流场分布 76
5.3 讨论 85
5.3.1 流速大小对铜绿微囊藻生长的影响 85
5.3.2 水流方向变化对贡湖湾藻类水华的作用 86
5.3.3 湖区水位变化的潜在作用 88
5.4 结论 89
参考文献 90
第6章 望虞河引水背景下氮磷变化对藻类生长的影响 92
6.1 材料与方法 92
6.1.1 藻种培养 92
6.1.2 不同初始氮（磷）浓度下N/P的设置 93
6.1.3 氮（磷）形态变化处理设置 93
6.1.4 藻类生物量的测定方法 93
6.2 结果与讨论 94
6.2.1 不同氮浓度下初始N/P 变化对藻类生长的影响 94
6.2.2 不同磷浓度下初始N/P 变化对藻类生长的影响 99
6.2.3 不同形态氮初始比例变化对藻类生长的影响 102
6.2.4 不同形态磷初始比例变化对藻类生长的影响 109
6.2.5 氮、磷营养盐变化的作用分析 116
6.3 结论 118
参考文献 119
第7章 望虞河引水背景下硅酸盐变化对藻类生长的影响 121
7.1 材料与方法 122
7.1.1 实验藻种 122
7.1.2 实验设置 122
7.1.3 水样硅含量的测定——杂多蓝法 122
7.1.4 藻类生长抑制率计算 124
7.2 结果与讨论 124
7.2.1 硅浓度变化对铜绿微囊藻生长的影响 124
7.2.2 硅浓度变化对斜生栅藻生长的影响 126
7.2.3 高磷环境下铜绿微囊藻和斜生栅藻对硅的耐受性 128
7.2.4 硅浓度变化的作用分析 130
7.3 结论 134
参考文献 134
第8章 调水引流对太湖浮游藻类群落的影响 136
8.1 材料与方法 137
8.1.1 研究区域与采样点位分布 137
8.1.2 样品采集与理化指标监测 139
8.1.3 藻类群落鉴定 140
8.1.4 数据分析 140
8.2 研究结果 141
8.2.1 调水引流对湖泊理化参数的影响 141
8.2.2 调水引流对湖泊浮游藻类多样性的影响 141
8.2.3 调水引流对湖泊浮游藻类丰度与群落组成的影响 148
8.2.4 浮游藻类群落与水环境变化间的耦联关系 148
8.3 讨论 153
8.3.1 受水湖泊浮游藻类多样性对季节性引水的响应 153
8.3.2 受水湖泊浮游藻类丰度与群落组成对季节性引水的响应 154
8.3.3 对太湖流域调水引流管理工作的启示 155
8.4 结论 156
参考文献 156
第9章 引水量影响太湖生境模拟 161
9.1 材料与方法 162
9.1.1 太湖微生态系统模型构建 162
9.1.2 实验设计与样品采集 163
9.1.3 生物与理化参数测定 163
9.1.4 数据分析 164
9.2 结果与讨论 164
9.2.1 2007～2014年望虞河引水入湖流量概况 164
9.2.2 引水流量对太湖生境影响模拟 165
9.3 结论 172
参考文献 172
第10章 营养水平对贡湖湾水质及藻类影响模拟 176
10.1 材料与方法 176
10.1.1 实验模型建立 177
10.1.2 实验方案设置 178
10.1.3 样品检测分析方法 179
10.1.4 数据处理方法 179
10.2 结果分析 181
10.2.1 不同营养水平调水影响下水质变化特征 181
10.2.2 不同营养水平调水影响下藻类群落的动态响应特征 184
10.2.3 藻类群落变化与环境因子相关性分析 189
10.3 讨论 191
10.3.1 水体理化指标的响应特征 191
10.3.2 浮游藻类群落结构的响应特征 192
10.4 结论 193
参考文献 194