水动力和蓝藻水华对镉元素在太湖水土界面迁移转化的耦合效应

太湖流域是我国著名的优势水稻产区，但是太湖底泥中镉元素含量较高，尤其是环太湖诸河口，平均含量是一级污染标准的数倍。同时，太湖水华蓝藻的过度生长加快了湖泊的物质循环速率和水土交换通量，疯长的蓝藻细胞也成为镉元素的受体和载体，大量蓝藻在风浪和水力驱动下漂移聚集，影响沿岸的农业灌溉和作物安全。由于藻细胞对重金属有吸附、存储和释放效应，本课题拟采用室内模拟、野外监测和原位实验方式，结合多参数统计分析方法，研究物理扰动与蓝藻水华耦合效应对镉元素迁移转化的影响，探明镉元素在水土界面的交换通量，阐述控制条件与自然条件下不同水华阶段的蓝藻细胞对镉元素的吸附、携带及释放的机理，评估物理扰动与水华暴发叠加所造成的镉元素输移释放风险。通过本项目的研究，识别浮游和底栖蓝藻时空分布对镉元素迁移转化的影响，揭示水华的形成和漂移过程中镉元素的输移和释放规律，为太湖流域镉元素的有效控制提供一条新思路。

太湖过度生长的水华蓝藻细胞成为重金属镉元素的受体和载体，大量蓝藻在风浪和水力驱动下漂移聚集，影响沿岸的农业灌溉和作物安全。本项目对太湖北部湖区进行采样分析，发现位于太湖最西北面的竺山湾，是蓝藻堆积最严重的区域，同时也是沉积物中Cd含量相对较高的区域，Cd含量均超过背景值数倍，其表层沉积物Cd生态危害系数属于很强生态危害范畴。通过室内模拟研究，发现蓝藻生长过程极大改变上覆水体和沉积物的理化性质，导致上覆水pH和DO升高，沉积物氧化还原电位降低，加强Cd从沉积物到水体的迁移通量。不同生理生长期的铜绿微囊藻都具备非常强的吸附携带Cd的能力，高氮磷和有机络合剂存在能明显提高铜绿微囊藻的胞外Cd的吸附量。研究也发现，即使无风情况下，携镉蓝藻仍然存在一定的迁移能力，同时，随着蓝藻在不同风力下的迁移聚积，蓝藻聚积区水体及沉积物都逐渐呈厌氧状态，蓝藻逐渐衰亡并释放Cd进入水体，有效态及潜在有效态Cd释放加强，蓝藻的堆积加大太湖中Cd生态风险。