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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 1 期摇 摇 2012 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
局域种群的 Allee效应和集合种群的同步性 刘志广,赵摇 雪,张丰盘,等 ( 1 )………………………………
叶片毛尖对齿肋赤藓结皮凝结水形成及蒸发的影响 陶摇 冶,张元明 ( 7 )……………………………………
长江口锋面附近咸淡水混合对浮游植物生长影响的现场培养 王摇 奎,陈建芳,李宏亮,等 ( 17 )……………
河流流量对流域下垫面特性的响应 田摇 迪,李叙勇,Donald E. Weller ( 27 )…………………………………
中国中东部平原亚热带湿润区湖泊营养物生态分区 柯新利, 刘摇 曼, 邓祥征 ( 38 )…………………………
基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略 聂泽宇,梁新强,邢摇 波,等 ( 48 )………………………
滇池外海蓝藻水华爆发反演及规律探讨 盛摇 虎,郭怀成,刘摇 慧,等 ( 56 )……………………………………
采伐干扰对华北落叶松细根生物量空间异质性的影响 杨秀云,韩有志,张芸香,等 ( 64 )……………………
松嫩草原榆树疏林对不同干扰的响应 刘摇 利,王摇 赫,林长存,等 ( 74 )………………………………………
天山北坡不同海拔梯度山地草原生态系统地上净初级生产力对气候变化及放牧的响应
周德成,罗格平,韩其飞,等 ( 81 )
………………………
………………………………………………………………………………
草原化荒漠草本植物对人工施加磷素的响应 苏洁琼,李新荣,冯摇 丽,等 ( 93 )………………………………
自然和人工管理驱动下盐城海滨湿地景观格局演变特征与空间差异 张华兵,刘红玉,郝敬锋,等 (101)……
晋、陕、宁、蒙柠条锦鸡儿群落物种多样性对放牧干扰和气象因子的响应
周摇 伶,上官铁梁,郭东罡,等 (111)
………………………………………
……………………………………………………………………………
华南地区 6 种阔叶幼苗叶片形态特征的季节变化 薛摇 立,张摇 柔,奚如春,等 (123)…………………………
河西走廊不同红砂天然群体种子活性相关性 苏世平,李摇 毅,种培芳 (135)……………………………………
江西中南部红壤丘陵区主要造林树种碳固定估算 吴摇 丹,邵全琴,李摇 佳,等 (142)…………………………
酸雨和采食模拟胁迫下克隆整合对空心莲子草生长的影响 郭摇 伟,李钧敏,胡正华 (151)……………………
棉铃虫在 4 个辣椒品种上的寄主适合度 贾月丽,程晓东,蔡永萍,等 (159)……………………………………
烟草叶面积指数的高光谱估算模型 张正杨,马新明,贾方方,等 (168)…………………………………………
不同作物田烟粉虱发生的时空动态 崔洪莹,戈摇 峰 (176)………………………………………………………
长期施肥对稻田土壤固碳功能菌群落结构和数量的影响 袁红朝,秦红灵,刘守龙,等 (183)…………………
新银合欢篱对紫色土坡地土壤有机碳固持的作用 郭摇 甜,何丙辉,蒋先军,等 (190)…………………………
一株产漆酶土壤真菌 F鄄5 的分离及土壤修复潜力 茆摇 婷,潘摇 澄,徐婷婷,等 (198)…………………………
木论喀斯特自然保护区土壤微生物生物量的空间格局 刘摇 璐,宋同清,彭晚霞,等 (207)……………………
岷江干旱河谷 25 种植物一年生植株根系功能性状及相互关系 徐摇 琨,李芳兰,苟水燕,等 (215)……………
黄土高原草地植被碳密度的空间分布特征 程积民,程摇 杰,杨晓梅,等 (226)…………………………………
棉铃发育期棉花源库活性对棉铃对位叶氮浓度的响应 高相彬,王友华,陈兵林,等 (238)……………………
耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响 李摇 辉,张军科,江长胜,等 (247)…………………
外源钙对黑藻抗镉胁迫能力的影响 闵海丽,蔡三娟,徐勤松,等 (256)…………………………………………
强筋与弱筋小麦籽粒蛋白质组分与加工品质对灌浆期弱光的响应 李文阳,闫素辉,王振林 (265)……………
专论与综述
蛋白质组学研究揭示的植物根盐胁迫响应机制 赵摇 琪,戴绍军 (274)…………………………………………
流域生态风险评价研究进展 许摇 妍,高俊峰,赵家虎,等 (284)…………………………………………………
土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 汪摇 青 (293)…………………………………………………
研究简报
青藏高原紫穗槐主要形态特征变异分析 梁坤伦,姜文清,周志宇,等 (311)……………………………………
菊属与蒿属植物苗期抗蚜虫性鉴定 孙摇 娅,管志勇,陈素梅,等 (319)…………………………………………
滨海泥质盐碱地衬膜造林技术 景摇 峰,朱金兆,张学培,等 (326)………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*332*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄01
封面图说: 白鹭展翅为梳妆,玉树临风巧打扮———这是大白鹭繁殖期时的美丽体态。 大白鹭体羽全白,身长 94—104cm,寿命
20 多年。 是白鹭中体型最大的。 繁殖期的大白鹭常常在湿地附近的大树上筑巢,翩翩飞舞吸引异性,其繁殖期背部
披有蓑羽,脸颊皮肤从黄色变成兰绿色、嘴由黄色变成绿黑色。 大白鹭是一个全世界都有它踪迹的广布种,一般单
独或成小群,在湿地觅食,以小鱼、虾、软体动物、甲壳动物、水生昆虫为主,也食蛙、蝌蚪等。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 1 期
2012 年 1 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 1
Jan. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201011171637
基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07101-006, 2009ZX07528-005-003); 国家自然科学基金资助项目(40901142)
收稿日期:2010-11-17; 　 　 修订日期:2011-03-24
*通讯作者 Corresponding author. E-mail: liang410@ zju. edu. cn
聂泽宇,梁新强,邢波,叶玉适,钱轶超,余昱葳,边金云,顾佳涛,刘瑾,陈英旭. 基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略. 生态学报,
2012,32(1):0048-0055.
Nie Z Y,Liang X Q,Xing B, Ye Y S,Qian Y C,Yu Y W,Bian J Y, Gu J T,Liu J,Chen Y X. The current water trophic status in Tiaoxi River of Taihu Lake
watershed and corresponding coping strategy based on N / P ratio analysis. Acta Ecologica Sinica,2012,32(1):0048-0055.
基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略
聂泽宇1,梁新强2,*,邢　 波3, 叶玉适2,钱轶超2,余昱葳2,边金云2,
顾佳涛2,刘　 瑾1,陈英旭1
(1. 浙江大学水环境研究院, 杭州　 310029; 2. 浙江省水体污染控制与环境安全技术重点实验室, 杭州　 310029;
3. 绍兴市环境监测中心站,绍兴　 312000)
摘要: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。
关键词:苕溪;氮磷比;水质现状;富营养化;水质改善
The current water trophic status in Tiaoxi River of Taihu Lake watershed and
corresponding coping strategy based on N / P ratio analysis
NIE Zeyu1,LIANG Xinqiang2,*,XING Bo3,YE Yushi2,QIAN Yichao2,YU Yuwei2,BIAN Jinyun2,GU Jiatao2,LIU
Jin1,CHEN Yingxu1
1 The Academy of Water Science and Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310029,China
2 Key Laboratory for Water Pollution Control and Environmental Safety, Zhejiang Province, Hangzhou 310029,China
3 Environmental Monitoring Station of Shaoxing City, Shaoxing 312000, China
Abstract: Ecological stoichiometry is an important measurement to evaluate water trophic status. In this study, the ratio of
nitrogen to phosphorus (N / P, an index of stoichiometry) was used to assess the nutrient conditions of Tiaoxi River which is
the main inflow river of Taihu Lake. The results from field monitoring data showed that nitrogen contents in Tiaoxi River
were much higher than surface water quality standards in China but phosphorus pollution was relatively light. The average
concentration of total nitrogen (TN) was up to 3. 5 mg / L, which was worse than Grade V (2mg / L) of national surface
water quality standards in China, while the average concentration of total phosphorus (TP) was 0. 18 mg / L, which met the
water quality requirement of Level Ⅲ (0. 2 mg / L) . In addition, nitrate and particulate phosphate were the main pollutants
in Tiaoxi River. The average content of nitrate was up to 2. 1 mg / L, indicating that Tiaoxi River was in a high oxidation
environment and its self -purification ability was strong, whereas the mean value of dissolved phosphate ( DP) was low
(0． 07 mg / L) . Nutrients concentrations presented the similarly seasonal variations. The maximum concentration of TN was
in winter, and the minimum level was in spring and autumn. The dynamic changes of TP concentration were roughly similar
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to TN, but TP presented a sharp decline in spring and fell to the lowest level throughout the year. Furthermore, correlation
analysis also showed certain correlations among different nutrients index. TN and TP, DP were significantly positively
correlated, indicating that the ways for nutrients inputs to Tiaoxi River were substantially the same, which suggested that
Tiaoxi River was mainly influenced by agricultural non-point source pollution. TN / TP ratio represents the nutrients structure
in Tiaoxi River for phytoplankton growth. According to the previous studies, TN / TP < 7 and TN / TP > 30 were used to
categorize the different trophic status of nitrogen and phosphorus limitation in aquatic ecosystem, respectively. The N / P
ratios showed that Tiaoxi River in spring and autumn (TN / TP>30) were under the condition of phosphorus limitation. It
was demonstrated that the water was suitable for algae growth in summer (730) because of the low temperature. Biomass growth was inhibited by phosphorus for the whole river during the monitoring
period (TN / TP>30), and linear regression showed that N / P ratio was mainly affected by phosphorus fluctuations. In the
inlets of Taihu Lake and some other dead water zones, the TN and TP concentrations were higher than 0. 80 mg / L and
0． 20mg / L, respectively, and the water flow velocity was slow, thus dominant bloom-forming cyanobacteria was not limited
by nutrients content. Consequently, the TN / TP ratio, absolute nutrients concentration and water flow status were
appropriate to meet the requirements of algal bloom. By researching and analyzing the whole river, it was concluded that the
algal bloom risk in main stream of Tiaoxi River was lower than in part tributaries and dead water zones, which would
significantly increase the algal bloom risk in the inlets zones of Taihu Lake, especially in summer. Furthermore, some
strategies for water quality improvements were proposed based on the eutrophication status of Tiaoxi River.
Key Words: Tiaoxi River;N / P ratio; present situation of water quality; eutrophication; water quality improvement.
目前我国河流湖泊水体富营养化现象日趋严重,氮磷浓度成倍增长[1-2],治理前对其污染现状进行深入
评估将直接影响后续污染源削减方案的制定和实施。 近年来,生态化学计量学理论逐渐被应用于水生生态学
研究,该理论自经典 Redfield比率(海洋浮游植物 N∶P值为固定值,即 16∶1)的首次提出,后经 Hassett及 Elser
等学者的推进而不断完善[3],其中 N∶P不断成为评估水体营养结构的重要工具,氮磷的大量输入在一定程度
上改变了水体营养及生物群落结构,而氮磷之间的耦合作用亦制约着生态系统的主要过程并受环境及水生生
物调节[3]。 苕溪是太湖重要入湖河流,其水环境问题日趋突出且相关研究较少,本文利用野外水质监测结
果,初步探明其氮磷污染现状,分析水体氮磷营养盐结构在不同季节的变化规律,利用氮磷比解析苕溪及其入
湖后的富营养化风险,为其水质改善策略的制定提供科学依据。
图 1　 苕溪流域径山站气象数据月度监测结果
　 Fig. 1 　 Monthly monitoring results of meteorological data at
Jingshan station in Tiaoxi River
1　 研究区域与研究方法
1. 1　 研究区域及采样方案
苕溪主要由东、南、西、北、中苕溪五大部分构成。
苕溪上游流经浙西低山丘陵区,具有山溪性河流特征,
土地利用类型主要以山林为主,竹林、茶园等较多。 苕
溪中下游途经杭嘉湖平原后注入太湖,具有平原性河道
特征,主要土地利用类型为水稻田,另外包括菜地、苗木
等。 气象资料显示(图 1),监测期间日均温度范围为
-0. 8—33. 6℃,年均温度为 16. 5℃,年降雨量为 1411． 6
mm,其中 2010 年 3 月降雨量高达 324. 6 mm,占年降雨
量的 23% ,最大日降雨量为 94. 6 mm,亦出现在此月
份,而 2009 年 10 月降雨量最低仅为 9. 4 mm,占年降雨
量的 0. 7% 。 可知苕溪流域降雨时间分配不均,每年入
春及夏季降雨量较多,从 3 月开始进入雨季,苕溪处于
94　 1 期 　 　 　 聂泽宇　 等:基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略 　
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丰水期,而入秋后与冬季降雨量较少,苕溪处于枯水期,其余时期降雨量介于两者之间,苕溪处于平水期。 期
间降雨天数共 150 d, 比例为 43. 9% 。 日降雨量>25—30 mm以上降雨天数共计 16 d,该类降雨能形成明显地
表径流[4],易形成严重的农业面源污染。
本研究在苕溪五大干流、太湖入湖口以及苕溪流域境内的主要支流布设 24 个断面,其余较小支流未考虑
在内,监测期间(2009 年 6 月到 2010 年 6 月)共进行月度采样 12 次,所采集水样经酸化后于 48 h内完成其分
析测试工作。
1. 2　 测试分析与数据处理
水样测试指标包括氨氮、硝氮、总氮、溶解性磷酸盐和总磷,均按国家标准方法测定[5]。 同时根据国家
《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)评估苕溪氮磷污染情况。 所需气象数据由北苕溪附近的微型气象
站(HOBO-U30,America)提供(图 2)。 根据研究区内温度变化情况并参考浙江省季节变化规律将全年定性划
分如下,春季为 2010-03—2010-05,夏季为 2009-06—2009-08,秋季为 2009-09—2009-11,冬季为 2009-12—
2010-02。 测试数据采用 SPSS 17. 0 进行统计分析,将变量进行对数化处理以使其相关性分析和回归分析稳
定,同时使用 SigmaPlot 9. 0 中的局部加权回归方法(LOESS拟合,核函数为 Tricube)对各月水质数据进行回归
平滑并制图,以说明图 3 中数据序列的总体变化特点[6]。
图 2　 苕溪流域水样采集点位分布
Fig. 2　 Distribution of water sampling sites in Tiaoxi River basin
水样采集点位地理位置如下: A(N30°14′,E119°43′); B(N30°13′,E119°43′); C(N30°13′,E119°46′); D(N30°16′,E119°55′); E(N30°
20′,E119° 51′); F(N30°20′,E119°52′); G(N30°20′,E119°52′); H(N30°21′,E119°52′); I(N30°22′,E119°52′); J(N30°23′,E119°51′);
K(N30°23′,E119°52′); L(N30°22′,E119°55′); M(N30°22′,E119°56′); N(N30°21′,E119°56′);O(N30°22′,E119°57′ ); P(N30°23′,
E119°58′);Q(N30°50′,E120°6′); R(N30°52′,E120°4′); S(N30°53′,E120°5′); T(N30°57′,E120°6′);U(N30°56′,E120°7′); V(N30°
55′,E120°11′); W(N30°52′,E120°8′); X(N30°50′,E120° 7′)
2　 结果与讨论
2. 1　 苕溪氮磷水质基本现状
2. 1. 1　 苕溪氮磷污染总体特征
监测期间苕溪总氮浓度介于 1. 1—11. 3 mg / L,均值为 3. 5 mg / L,是Ⅴ类水质浓度限值(2 mg / L)的 1. 75
05 　 生　 态　 学　 报　 　 　 32 卷　
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倍;氨氮浓度小于 9. 9 mg / L,均值为 0. 9 mg / L;硝氮浓度小于 6. 1 mg / L,均值为 2. 1 mg / L,硝态氮占总氮的
59. 3% ,为总氮的主要赋存形式,而水体氮素常以还原态及氧化态两种形式存在,还原态氨氮含量降低而氧化
态硝氮含量上升在一定程度上意味着水体环境氧化能力有提升的趋势[7],说明苕溪总体处于较高的氧化环
境,其水体自净能力较强[6,8]。 总磷浓度介于 0. 02—1. 45 mg / L,均值为 0. 18 mg / L,低于Ⅲ类水质浓度限值
(0. 2 mg / L);溶解态磷酸盐浓度低于 1. 27 mg / L,均值为 0. 07 mg / L,其中颗粒态磷占总磷的 59. 7% ,为总磷
的主要构成形式。
相关性分析表明,各指标之间存在一定关联,并且具备农业面源污染特征(表 1):(1)TN与 TP、溶解性磷
酸盐呈显著正相关关系,表明苕溪氮磷的输入形式及途径大致相同,农业面源将携带大量氮磷进入水体;(2)
溶解性磷酸盐、总磷与硝氮呈负相关,而与氨氮呈显著正相关关系,说明溶解性磷酸盐、总磷以及氨氮的输入
途径一致,面源污染中氮磷常以氨氮、溶解性磷酸盐形式同时流失,氨氮入河后在河水自净作用下不断向硝态
氮转化;(3)硝氮与氨氮呈显著负相关关系,这可能是由于苕溪水体氧化还原电位较高,还原态的铵根离子将
被氧化成硝酸根离子而存在;(4)其余各指标之间的相关性关系亦符合常规解释。
表 1　 苕溪各监测指标相关性分析结果
Table 1　 The correlation analysis results of monitoring indicators in Tiaoxi River
氨氮
Ammonia
nitrogen
硝氮
Nitrate
总氮
Total
nitrogen
溶解性磷酸盐
Dissolved
phosphorus
总磷
Total
phosphorus
TN / TP
N / P ratio
氨氮 Ammonia nitrogen ammonia 1
硝氮 Nitrate -0. 347** 1
总氮 Total nitrogen 0. 406** 0. 504** 1
溶解性磷酸盐 Dissolved phosphorus 0. 714** -0. 204** 0. 338** 1
总磷 Total phosphorus 0. 603** -0. 156* 0. 321** 0. 575** 1
TN / TPN / P ratio -0. 317** 0. 512** 0. 222** -0. 255** -0. 500** 1
　 　 **显著性水平为 0. 01,*显著性水平为 0. 05.
综上可知苕溪氮磷污染特征为:(1)氮素污染严重,TN指标超标严重,硝态氮为总氮主要赋存形态,水体
自净能力较强;(2)磷素指标整体维持在Ⅲ类水质水平;(3)各指标具备农业面源污染特征。
2. 1. 2　 苕溪氮磷季节性变化特征
TN、TP浓度的季节性变化过程非常类似,各指标均存在季节性波动(图 3)。 总氮浓度在冬季最大,入冬
初期即 12 月初达到最大值,夏季其次,春秋两季含量大体相当均较低,于 10 月初达到最小值。 总磷浓度变化
大体类似前者,但其浓度在春季急剧下降至全年最低水平,各季节氮磷浓度变化特征如下:
(1)冬季水体中 TN和 TP浓度均值最高,分别达(3. 7±0. 2)mg / L,(0. 24±0. 03)mg / L。 冬季氮磷浓度过
高,一方面是受苕溪枯水期影响,另一方面可能是由于冬季持续低温(平均气温为 6. 0 ℃)抑制了水体微生
物,浮游动植物以及大中型沉水植物、挺水植物的生物活性,从而降低了生物作用对氮磷的去除效果,河流自
净能力较差[9]。
(2)夏季平均温度为 27. 0 ℃,TN,TP浓度均值较高,分别达(3. 6±0. 2)mg / L,(0. 22±0. 33)mg / L。 该时
期苕溪正处于丰水期,且台风导致降雨量较大,若苕溪水体主要受点源污染,氮磷浓度受雨水稀释本应极大降
低,然水体中氮磷浓度仍然较高,由此推测苕溪呈明显的农业面源污染特征[10],且面源污染严重,其氮磷流失
“面广量大”。 究其原因可知,苕溪流域种植业的作物施肥时间主要集中于夏季,如此时期流域内的主要作物
类型水稻(面积达 14. 4 万 hm2,占苕溪流域土地资源的 39. 9% ),其平均单季施氮量高达 300 kgN / hm2,而肥
料利用率仅为当季施肥量的 30%—35% ,故大部分的肥料随田间排水大量流失,氮磷流失严重;农村地区生
活污水收集处理率较低,分布广泛,缺乏污水处理设施,面源贡献率高;沿岸养殖业规模较大,氮磷排放量居高
不下;同时,频繁降雨导致土壤侵蚀作用加强,土壤中氮磷大量流失[2]。 TN和 TP浓度在夏季波动范围最大,
并表现出明显的浓度峰值,分别为 1. 3—11. 3 mg / L与 0. 05—1. 45 mg / L,进一步说明夏季氮磷流失受降雨影
15　 1 期 　 　 　 聂泽宇　 等:基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略 　
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响流失严重[10]。
(3)春秋两季平均温度为 16. 6℃,氮磷浓度较低,春季 TN、TP浓度均值为(3. 3±0. 1)mg / L,(0. 13±0. 12)
mg / L,秋季 TN、TP浓度均值为(3. 3±0. 2)mg / L,(0. 16±0. 24)mg / L。 TN、TP 浓度入春后呈现明显的下降趋
势,这可能受春季降雨影响,苕溪水位上升,或入春后水体生物复苏有关,同时该时期施肥及降雨量较夏季低,
氮磷流失因此较低,氮磷浓度由于稀释、生物阻截等作用而降低[10]。
图 3　 苕溪水体总氮,总磷浓度与氮磷比的季节变化过程
Fig. 3　 The seasonal variation process of total nitrogen, total phosphorus concentration and N / P ratio in the waterbody of Tiaoxi River
2. 2　 苕溪及入湖水体富营养化现状评估
2. 2. 1　 苕溪水体氮磷营养盐结构分析
TN / TP(质量比)对藻类的暴发性生长具有重要意义,是水中浮游植物营养结构特点的重要反映[6]。 据
此学者提出富营养化评估的营养物限制性划分标准:(1)当水体中氮磷比<7—10 时,藻类生长表现为氮限制
状态,生物固氮作用有可能发生以调节 TN / TP,消纳水体中相对较多的 TP;(2)氮磷比>22. 6—30 时,磷将成
为藻类生长的限制性因子[6,8,11],较低的 TP含量水平可能使得氮素的有机合成过程受到抑制,无机氮向有机
氮形态转化速率降低;(3)氮磷比介于两者之间时为藻类生长的合适范围,通过对硝氮的利用和摄取以实现
对氮素有机合成的生态过程较为明显。 研究表明浮游植物在代谢过程中的氮磷摩尔比理论值为 16∶1[12]。 而
TN / TP为 12∶1 左右的水体中藻类产生周期最短,产生量最多,降至 4∶1 时则未产生藻类[13]。
从图 3 得知氮磷比均值在 2009 年夏季达到全年较低值 25. 8±2. 7,入秋后其均值增大至 30. 4±2. 6,在冬
25 　 生　 态　 学　 报　 　 　 32 卷　
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图 4　 采样期间监测水样氮磷浓度比分布
　 Fig. 4 　 The distribution of TN / TP ratio of monitored water
samples during sampling period
季下降至全年最低值 22. 9±2. 2,2010 年春季达到最大
值 39. 7±3. 2。 本研究采用氮磷比<7 与>30 作为水体
氮限制与磷限制的参考值[8]。 统计结果显示:(1)春、
秋季氮磷比均值分别>30,苕溪水体整体处于磷限制状
态,特别是春季,苕溪总磷浓度下降趋势显著高于总氮
浓度,氮磷比出现了显著的提高并达到最大值(图 3),
这可能是由于春季水体生物复苏作用消纳大量氮磷,氮
素易通过降雨及地表径流得到补充,而自然界磷素迁移
速率远远低于氮素并主要以颗粒态形式流失[14],且其
在迁移过程中易被截留,故苕溪氮素补充强度远远高于
磷素,监测结果亦显示水体磷素浓度较氮素下降显著
(图 3),李哲等对小江回水区的研究亦发现春季氮磷比
达全年最大值[6];(2)夏冬季氮磷比均值分别介于 7—
30 之间,苕溪水体整体上适合藻类生长,但由于冬季气
温较低,在一定程度上抑制了藻类的繁殖生长,使冬季藻类产生周期延长,生产量相对较低[13],可以推测冬季
藻类大量繁殖的风险较低。 (3)苕溪氮磷比年均值为 30. 2±1. 5,水体浮游植物总体处于磷限制状态。 当水体
氮磷含量分别大于 0. 80 mg / L与 0. 20 mg / L时,以微囊藻为主导的蓝藻暴发不受氮磷营养盐含量限制[15],而
苕溪水体总氮和总磷平均浓度分别为 3. 5,0. 18 mg / L,因此可知苕溪氮素供应充足,磷素成为生物量增长的
限制性因子,生物量可以维持在原有水平上,磷输入负荷的增强将有利于藻类的生长繁殖[15]。 (4)苕溪水体
氮磷比介于 3. 6—118. 6 之间,说明苕溪部分水体在时空上处于氮限制与磷限制交替出现的状态,在同时刻不
同地区,以及不同季节的条件下,其水体中浮游生物的群落结构及其生长均在发生演替[6]。
图 5　 苕溪 TN / TP与 TN、TP的 log-log相关关系
Fig. 5　 The log-log correlation between TN / TP and TN, TP in Tiaoxi River
将 TN / TP与 TP进行对数化处理后进行线性拟合可得如下方程(图 5):log10(TN / TP)= -0. 8578log10(TP)
+3. 3105(R2 =0. 731,TP单位为 μg / L),拟合效果较好。 而 log10(TN / TP)与 log10(TN)线性拟合效果较差(R2 =
0. 0695)。 说明苕溪水体氮磷比主要受磷素波动调控,进一步支持了苕溪水体营养结构主要处于磷素限制的
结论。
2. 2. 2　 苕溪及入湖水体蓝藻水华暴发风险分析
相对充足的氮磷含量,缓慢的水流流态(流速、水深等),适宜的气候条件(水温、光照等)是蓝藻水华暴发
的 3 个必要条件[16]。 国内外文献中氮磷比的划分标准,绝大多数仅针对湖泊、水库及河道型水库,而将氮磷
35　 1 期 　 　 　 聂泽宇　 等:基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略 　
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比应用于河流富营养化水平及藻类暴发风险评估的尝试较少。 河流水体因其滞留时间短,交换能力较强及流
速较高等特点,使其不利于浮游植物的生长及群落结构的保持,同时河道底部由于水力冲刷作用,沉积物较
少,内源提供的氮磷较湖泊水体少,因而发生大规模蓝藻水华的风险较低,如长江干流平均 TP 浓度高达
0． 15—0. 25 mg / L,TN浓度在 1. 5—2. 8 mg / L之间却未发生富营养化现象[9]。 而湖泊水库以及河流的部分支
流、死水区的营养盐容易滞留并垂直分层,水体交换能力较差,底泥二次污染严重,这些因素均有利于浮游植
物的聚集生长,因而其水体富营养化敏感性较高[17-18],水生态安全系数较低。 苕溪入湖后水流流态发生急剧
的变化,可见苕溪水入湖后其蓝藻水华暴发风险将发生显著的变化。
仅通过氮磷比评估其蓝藻水华暴发风险并不可靠,苕溪水体氮磷比年均值说明其总体处于磷素限制状
态,而夏季水体整体上适合藻类生长,但由于河流富营养化敏感性较低,同时夏季苕溪干流总氮浓度均值为
(3. 4±0. 1)mg / L,总磷浓度为(0. 17±0. 02)mg / L,藻类繁殖生长亦受磷素限制[15],可以推测总体上苕溪特别
是干流发生大面积蓝藻水华现象的风险较低。 而夏季苕溪支流总氮浓度均值为(3. 8±0. 2)mg / L,总磷浓度
均值为(0. 22±0. 02)mg / L,故部分支流及死水区在充足的氮磷补给、合适的气象条件下,由于水流流动缓慢而
成为富营养化发生的高危敏感区,此类河段蓝藻水华暴发事件频繁,如中苕溪支流长乐溪,北苕溪支流南港等
河段水流流动缓慢,在 2009 年夏季均出现明显藻类暴发事件。
苕溪入湖后,特别是在夏季,氮磷比显示苕溪水体整体上适合藻类生长,而苕溪下游总氮浓度均值达
(3． 1±0. 1)mg / L,总磷浓度则高达(0. 31±0. 03)mg / L,藻类生长不受氮磷营养盐限制[15],同时河水水动力学
条件发生急剧的变化,水流速度逐渐下降,水体交换能力减弱,因此可以推测苕溪入湖区域水体在适宜的气候
条件下暴发蓝藻水华的风险非常高。 近年来太湖尤其是入湖口附近水体在夏季蓝藻水华频现,藻类密度指数
急剧上升等现象均印证上述推测。
本文对苕溪蓝藻水华暴发风险的评估,由于温度,光照,悬浮颗粒,水动力学条件等影响因素欠缺深入的
考察,因此本结论存在一定缺陷并有待进一步完善。
2. 3　 苕溪氮磷污染防治策略
(1)根据苕溪氮磷污染现状和排放通量制定削减方案,实现国控断面水质总氮指标从劣Ⅴ类向Ⅲ类突
破,全流域总磷指标维持在Ⅲ类水质水平。
(2)氮磷削减同步进行,重点加强氮素排放削减力度,另需集中控磷以防止苕溪水体磷素限制状态发生
逆转,以此抑制藻类快速繁殖[18]。 据此重点突破种植业、养殖业和农村生活污水等面源污染源控制关键技
术,以及营养盐生态拦截等过程阻控关键技术,形成农业面源污染控制技术体系。
(3)苕溪水体与陆地的物质交换能力,河网的生态连通性在一定程度上受到各类工程如防洪大堤、水闸
等人为隔断而支离破碎,水体交换与自净能力下降[19],应充分考虑人类活动对苕溪生态承载力的影响。 同时
应充分重视苕溪发源地天目山区森林资源在水土保持与氮磷阻截方面的作用。
(4)加强宣传教育,强化社会与个人对农业面源污染控制的意识。 设置管理机构及组织协调机构,建设
面源污染控制管理体系与相应政策法规。
3　 结论
(1)苕溪水体总氮指标超标严重,磷素污染轻度,硝态氮、颗粒态磷为氮磷主要赋存形式,氮磷污染指标
具备农业面源污染特征。
(2)氮磷浓度在不同季节存在差异,且其季节变化过程类似,总氮、总磷浓度冬季最高,夏季较高,春秋两
季大体相当均低于冬夏两季。
(3)苕溪水体氮磷比分析显示:春、秋季整体上处于磷素限制状态;夏季整体上适合藻类生长;冬季由于
气温较低,藻类大量繁殖风险较低。 苕溪水体总体上氮素供应充足,磷素是生物量增长的限制性因子,水体氮
磷比主要受磷素波动调控。
(4)总体而言苕溪特别是干流发生大面积蓝藻水华现象的风险较低,而部分支流及死水区为高危敏感
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区,夏季苕溪入湖区域水体蓝藻水华暴发风险较高。
(5)基于苕溪氮磷污染调查情况及其蓝藻水华暴发风险评估结果,提出一系列氮磷污染防治策略,为苕
溪面源污染防控及水生态健康发展提供指导。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 1 January,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Allee effects of local populations and the synchrony of metapopulation LIU Zhiguang, ZHAO Xue, ZHANG Fengpan, et al ( 1 )…
Effects of leaf hair points on dew deposition and rainfall evaporation rates in moss crusts dominated by Syntrichia caninervis,
Gurbantunggut Desert, northwestern China TAO Ye, ZHANG Yuanming ( 7 )…………………………………………………
The influence of freshwater鄄saline water mixing on phytoplankton growth in Changjiang Estuary
WANG Kui, CHEN Jianfang, LI Hongliang, et al ( 17 )
………………………………………
…………………………………………………………………………
The responses of hydrological indicators to watershed characteristics TIAN Di,LI Xuyong,Donald E. Weller ( 27 )…………………
Lake nutrient ecosystems in the east鄄central moist subtropical plain of China KE Xinli, LIU Man, DENG Xiangzheng ( 38 )………
The current water trophic status in Tiaoxi River of Taihu Lake watershed and corresponding coping strategy based on N / P ratio
analysis NIE Zeyu,LIANG Xinqiang,XING Bo,et al ( 48 )………………………………………………………………………
Reversion and analysis on cyanobacteria bloom in Waihai of Lake Dianchi SHENG Hu, GUO Huaicheng, LIU Hui, et al ( 56 )……
Effects of cutting disturbance on spatial heterogeneity of fine root biomass of Larix principis鄄rupprechtii
YANG Xiuyun,HAN Youzhi,ZHANG Yunxiang,et al ( 64 )
………………………………
………………………………………………………………………
Responses of elm (Ulmus pumila) woodland to different disturbances in northeastern China
LIU Li,WANG He,LIN Changcun,et al ( 74 )
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Impacts of grazing and climate change on the aboveground net primary productivity of mountainous grassland ecosystems along
altitudinal gradients over the Northern Tianshan Mountains, China ZHOU Decheng, LUO Geping, HAN Qifei, et al ( 81 )……
Response of herbaceous vegetation to phosphorus fertilizer in steppe desert SU Jieqiong, LI Xinrong, FENG Li, et al ( 93 )………
Spatiotemporal characteristics of landscape change in the coastal wetlands of Yancheng caused by natural processes and human
activities ZHANG Huabing, LIU Hongyu,HAO Jingfeng, et al (101)……………………………………………………………
Response of species diversity in Caragana Korshinskii communities to climate factors and grazing disturbance in Shanxi, Shaanxi,
Ningxia and Inner Mongolia ZHOU Ling, SHANGGUAN Tieliang, GUO Donggang, et al (111)…………………………………
Seasonal change of leaf morphological traits of six broadleaf seedlings in South China
XUE Li,ZHANG Rou,XI Ruchun,GUO Shuhong,et al (123)
…………………………………………………
………………………………………………………………………
Correlation analysis on Reaumuria soongorica seed traits of different natural populations in Gansu Corridor
SU Shiping, LI Yi, CHONG Peifang (135)
……………………………
…………………………………………………………………………………………
Carbon fixation estimation for the main plantation forest species in the red soil hilly region of southern鄄central Jiangxi Province,
China WU Dan, SHAO Quanqin, LI Jia, et al (142)……………………………………………………………………………
Effects of clonal integration on growth of Alternanthera philoxeroides under simulated acid rain and herbivory
GUO Wei, LI Junmin, HU Zhenghua (151)
…………………………
…………………………………………………………………………………………
Difference of the fitness of Helicoverpa armigera (H俟bner) fed with different pepper varieties
JIA Yueli, CHENG Xiaodong, CAI Yongping, et al (159)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Hyperspectral estimating models of tobacco leaf area index ZHANG Zhengyang, MA Xinming, JIA Fangfang, et al (168)…………
Temporal and spatial distribution of Bemisia tabaci on different host plants CUI Hongying, GE Feng (176)…………………………
Abundance and composition of CO2 fixating bacteria in relation to long鄄term fertilization of paddy soils
YUAN Hongzhao, QIN Hongling, LIU Shoulong, et al (183)
………………………………
………………………………………………………………………
Effect of Leucaena leucocephala on soil organic carbon conservation on slope in the purple soil area
GUO Tian,HE Binghui,JIANG Xianjun,et al (190)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Isolation and the remediation potential of a Laccase鄄producing Soil Fungus F鄄5
MAO Ting, PAN Cheng, XU Tingting, et al (198)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial heterogeneity of soil microbial biomass in Mulun National Nature Reserve in Karst area
LIU Lu, SONG Tongqing, PENG Wanxia, et al (207)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Root functional traits and trade鄄offs in one鄄year鄄old plants of 25 species from the arid valley of Minjiang River
XU Kun, LI Fanglan, GOU Shuiyan, et al (215)
………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial distribution of carbon density in grassland vegetation of the Loess Plateau of China
CHENG Jimin, CHENG Jie,YANG Xiaomei, et al (226)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of nitrogen concentration in the subtending leaves of cotton bolls on the strength of source and sink during boll development
GAO Xiangbin, WANG Youhua, CHEN Binglin, et al (238)
…
………………………………………………………………………
Long鄄term tillage effects on soil organic carbon and microbial biomass carbon in a purple paddy soil
LI Hui, ZHANG Junke, JIANG Changsheng,et al (247)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of exogenous calcium on resistance of Hydrilla verticillata (L. f. ) Royle to cadmium stress
MIN Haili, CAI Sanjuan, XU Qinsong, et al (256)
…………………………………
………………………………………………………………………………
Comparison of grain protein components and processing quality in responses to dim light during grain filling between strong and weak
gluten wheat cultivars LI Wenyang, YAN Suhui, WANG Zhenlin (265)…………………………………………………………
Review and Monograph
Salt鄄responsive mechanisms in the plant root revealed by proteomic analyses ZHAO Qi, DAI Shaojun (274)…………………………
The research progress and prospect of watershed ecological risk assessment XU Yan, GAO Junfeng, ZHAO Jiahu, et al (284)……
A review of the environmental behavior and effects of black carbon in soils and sediments WANG Qing (293)………………………
Scientific Note
Variation in main morphological characteristics of Amorpha fruticosa plants in the Qinghai鄄Tibet Plateau
LIANG Kunlun, JIANG Wenqing, ZHOU Zhiyu, et al (311)
………………………………
………………………………………………………………………
Identification of aphid resistance in eleven species from Dendranthema and Artemisia at seedling stage
SUN Ya, GUAN Zhiyong, CHEN Sumei, et al (319)
………………………………
………………………………………………………………………………
Research of padded film for afforestation in coastal argillaceous saline鄄alkali land
JING Feng, ZHU Jinzhao, ZHANG Xuepei, et al (326)
………………………………………………
………………………………………………………………
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第 32 卷摇 第 1 期摇 (2012 年 1 月)
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