水温和营养盐增加对太湖冬、春季节藻类生长的影响

为探讨水温和营养盐增加对冬、春季节太湖藻类生长和群落演替的影响,研究了不同水温(不增温、12.0、14.0、16.0、18.0、20.0℃)和不同营养盐浓度(低、中、高营养盐浓度)下藻类的生长及优势种群变化. 结果表明:藻类∑ρ(Chla)〔蓝藻、绿藻及硅藻中ρ(Chla)总量,下同〕随着水温的升高呈增加趋势,在20.0℃下∑ρ(Chla)为0.19~12.94μg/L,显著高于其他水温试验组(0.01~6.83μg/L);与较低水温(不增温、12.0、14.0℃)相比,较高水温(16.0、18.0、20.0℃)更能显著促进藻类对氮、磷营养盐的吸收利用. 添加营养盐后,硅藻、绿藻ρ(Chla)的日均值分别为0.52~4.07、0.17~0.52μg/L;湖水中∑ρ(Chla)呈增长趋势,并且浮游植物群落结构的优势种由绿藻转变为硅藻,硅藻ρ(Chla)所占比例从试验初始的50%升至75%~98%, 说明营养盐增加可加大硅藻的竞争优势;而绿藻的生长则可能同时受水温和营养盐共同作用的影响,因此太湖冬、春季节藻类的演替同时受到水温和营养盐的影响.      

扰动强度对太湖水华微囊藻群体生长和叶绿素荧光的影响

风浪扰动在湖泊和水库中频繁发生,是影响湖泊生态系统的重要因素之一.为了解太湖风浪扰动对水华微囊藻群体生长的影响,并探究其影响机理,利用室内摇床试验,设置不同的扰动强度（0、50、100、200、400 r/min）来模拟太湖风浪扰动,扰动时间为24 h,并测定不同扰动强度下水华微囊藻群体生长和叶绿素荧光参数.结果表明,所有试验组中,100 r/min组的ρ（Chla）、微囊藻数量、F_v/F_m（潜在最大光合效率）、ETR_max（潜在最大光合速率）、I_k（半饱和光强）和α（光能利用效率）增加最快,试验结束时分别为扰动前的3.29、10.75、1.20、2.30、2.21和1.21倍;并且扰动结束后,100 r/min组中3~10细胞群体细胞数量占比由25.80%降至20.70%,显著低于对照组（P < 0.05）,而>10细胞群体细胞数量占比由0增至25.55%,显著高于对照组（P < 0.05）.方差分析表明,试验第7~11天,100 r/min组的ρ（Chla）、水华微囊藻数量、F_v/F_m、ETR_max和α显著高于对照组（P < 0.05）;第1~5天,400 r/min组的ρ（Chla）、ETR_max和I_k显著低于对照组（P < 0.05）.研究显示,适宜的扰动强度（100 r/min）促进水华微囊藻群体生长和光合活性,过高的扰动强度（400 r/min）则抑制水华微囊藻群体生长和光合活性.      

太湖春季和秋季蓝藻光合作用活性研究

采用Phyto-PAM浮游植物分析仪测定太湖蓝藻光合作用活性的时空间分布.结果表明,太湖蓝藻光合活性具有显著的时空差异:春季蓝藻的最大光量子产量F_v/F_m (可变荧光和最大荧光之比)和实际光量子产量F_v'/F_m'分别在0.35~0.49和0.16~0.29之间,秋季蓝藻分别在 0.33~0.53和0.21~0.43之间,太湖秋季蓝藻的最大光合作用能力和实际光合作用能力大于春季蓝藻.春季和秋季蓝藻的非光化学淬灭NPQ(non-photochemical quenching)分别在0.012~0.17和0.035~0.26之间,秋季蓝藻的NPQ高于春季蓝藻,说明秋季蓝藻的自我保护能力高于春季蓝藻.快速光响应曲线(Rapid light curve, RLC)的特征参数表明春季蓝藻的光能利用效率、最大电子传递速率和光饱和强度点高于秋季蓝藻;从空间分布来看,蓝藻的最大光合作用能力、实际光合作用能力和光合作用效率在营养水平低和有水草分布的湖区相对较低,富营养化水平高的湖区则相对较高.因此,降低太湖营养盐浓度,恢复水生植物,能够抑制蓝藻的光合作用活性和生长,从而降低蓝藻水华强度.     

我国东部浅水湖泊水生态效应特征

为探究我国东部浅水湖泊生态系统的时空异质性及其演替的响应指标,基于东部浅水湖泊长时间序列（1986-2014年）的监测数据,分析了不同湖泊类型的水质和浮游植物群落分布特征,并综合运用稳态转换理论和典范对应分析方法（CCA）,研究了富营养化湖泊浮游植物群落的演替特征以及响应因子.结果表明:①从水系上看,太湖水系湖泊的水质最差,ρ（TP）、ρ（TN）和ρ（Chla）最高,分别为（0.276±0.606）（3.563±1.430）mg/L和（14.801±10.117）μg/L,SD（透明度）为（0.486±0.272）m;从水文连通性上看,湖泊的水质为通江湖泊>非通江湖泊>阻隔湖泊.②空间分布上,湖口以下干流浮游植物密度最高,为2.674×107 L-1.蓝藻门为东部浅水湖泊的优势种群,密度最高达1.897×107 L-1,绿藻门和硅藻门次之,黄藻门最少,仅为3.951×103 L-1.③东部浅水湖泊生态系统演替发生在ρ（Chla）为5.21~10.57 μg/L阈值范围内.④以东部典型湖泊-太湖为例,浮游植物群落分别在1997-1998年和2000-2001年两个时间梯度达到最大值.EC（电导率）和ρ（TN）是影响太湖浮游植物群落分布的显著因子.研究显示,随着东部浅水湖泊水质恶化,浮游植物群落结构特征发生突变,导致其生态系统发生演替,预防东部浅水湖泊生态系统演变应严控EC和ρ（TN）.      

长江口浮游植物群落特征及其与环境的响应关系

根据2009年4月、8月、11月对长江口30个站位的调查,分析了浮游植物群落结构的时空变化及其与环境因子的响应特征. 共鉴定出浮游植物8门95属330种,主要优势种是硅藻和甲藻,其中中肋骨条藻占绝对优势. 浮游植物细胞丰度呈单周期季节性变化,夏季为高峰期,长江口近海区为高值区. 浮游植物群落多样性11月最高,主要分布在长江口过渡水域. 浮游植物群落可分为四大类群,各区域不同季节种类组成具有显著差异. CCA(典范对应分析)显示,浮游植物群落与环境因子密切相关,并且其响应机制存在季节性差异.硅藻细胞丰度4月与ρ(NO₃--N)、ρ(COD_Mn),8月与ρ(SiO₄4--Si)、ρ(NO₃--N)、ρ(PO₄3--P),11月与透明度呈显著正相关(P<0.01);11月与ρ(PO₄3--P)、ρ(SiO₄4--Si)呈显著负相关(P<0.01). 甲藻细胞丰度4月与ρ(NH₄+-N),8月与ρ(COD_Mn),11月与透明度、ρ(NO₃--N)呈显著正相关(P<0.05). 长江口环境因子的改变影响浮游植物群落结构的时空变化,各季节引起浮游植物群落结构变异的驱动因素存在差异.      

鄱阳湖阻隔湖泊浮游植物群落结构演化特征：以军山湖为例

人类改造自然的行为——建闸筑堤对湖泊生态系统有着重要影响,由于缺乏生态监测对比数据,对阻隔湖泊的浮游植物群落结构变化及其响应特征缺乏足够认识.为探明阻隔湖泊浮游植物群落结构演变趋势,选取了鄱阳湖典型阻隔湖泊——军山湖,于2007~2008年和2012~2013年对其浮游植物进行丰枯水期调查,重点分析群落结构特征.结果表明,2012~2013年共检出浮游植物6门53属,主要由绿藻(种属数占47.2%)、硅藻(22.2%)、蓝藻(14.8%)、裸藻(9.3%)等组成.丰水期优势种属为飞燕角甲藻(Ceratium hirundinella)(生物量百分比20.5%)、鱼腥藻(Anabeana spp.)(18.5%)和微囊藻(Microcystis spp.)(12.9%);枯水期优势种属为卵形隐藻(Cryptomonas ovata)(生物量百分比38.4%)、颗粒直链硅藻(Aulacoseira granulata)(15.2%)和微囊藻(10.5%).浮游植物细胞数量主要由蓝藻(85.4%~87.0%)构成;丰水期生物量主要由蓝藻(45.0%)、甲藻(21.1%)、硅藻(15.6%)和绿藻(11.5%)组成;枯水期生物量则由隐藻(38.2%)、硅藻(31.3%)和蓝藻(21.1%)组成.与2007~2008年军山湖浮游植物群落结构相比,主要变化趋势有:①丰水期,浮游植物优势种从2007~2008年的甲藻-硅藻,甲藻绝对优势型转变为2012~2013年的蓝藻-甲藻,蓝藻绝对优势型;枯水期,从2007~2008年的甲藻-硅藻,甲藻绝对优势型转变为2012~2013年的隐藻-硅藻-蓝藻,隐藻绝对优势型.②浮游植物细胞数量由2007~2008年的2.66×106cell·L-1上升至2012~2013年的6.77×107cell·L-1,生物量由2007~2008年的0.72 mg·L-1增加至2012~2013年的12.30 mg·L-1.总之,军山湖浮游植物群落结构中贫营养型的甲藻比例减少,金藻消失,富营养型的蓝藻和隐藻增加.因此,通过建闸筑堤对湖泊进行人为阻隔后,湖区水体交换时间的延长,水流流速的变缓等水文条件的改变均促进了浮游植物富营养指示种在军山湖湖区内的生长聚集.     

水体营养盐质量浓度对苦草光合荧光特性的影响

通过室内培养,利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究了不同质量浓度的营养盐对苦草光合荧光特性的影响. 结果表明:①水体中N,P营养盐质量浓度的高低对苦草叶片PSⅡ和F_v/F_m影响不显著(P＞0.05). ②在日变化过程中,各处理组苦草的ΔF_v/F_m′均呈升—降—升的变化趋势,但方差分析显示,水体ρ(TN)和ρ(TP)变化不直接影响苦草的ΔF_v/F_m′(P＞0.05).③试验第4天各处理组的苦草叶片光响应能力大小依次为处理组B＞处理组C＞处理组D＞处理组A;在苦草生长初期,质量浓度较高的营养盐可以提高苦草叶片的光响应能力和捕光能力,并可增强叶片的光合活性;从整个试验过程来说,分别是处理组B的ρ(TN)和处理组C的ρ(TP)更利于苦草的生长.      

化学氧化剂对水华蓝藻的控制研究

对比了过氧化氢（H₂O₂）、高铁酸钾（K₂FeO₄）和过碳酸钠（Na₂CO₄）3种氧化剂对自然水体中群体蓝藻生长和光合活性的影响.结果发现,3种氧化剂对蓝藻均有快速的抑制效应,且随着氧化剂浓度的增加抑制效果增强.相同氧化剂浓度下,H₂O₂对水华蓝藻的去除能力强于K₂FeO₄和Na₂CO₄,对蓝藻光合系统Ⅱ的最大光量子产量（F_v/F_m）和有效光量子产量（F_v'/F_m'）的抑制效果也更显著.H₂O₂对不同浓度水华蓝藻的控制实验结果表明,初始藻细胞浓度对H₂O₂控藻效果影响较大,细胞密度越大,H₂O₂降解率增加,抑藻效果急剧下降.当初始藻密度为10μg/L和100μg/L,5mg/L H₂O₂的48h降解率分别为64.9%和97.5%,对藻细胞F_v/F_m的抑制率分别为10%和1%.因此,实施H₂O₂控制蓝藻水华的措施应该尽量在蓝藻水华形成早期,即藻密度较低的时候使用.     

普定水库浮游植物群落及环境因子关系研究

为了探讨普定水库浮游植物群落结构的分布特征及其水中的环境因子相关系,作者于2018年1-12月在普定水库进行样品采集,并测定相关水质参数及水体中的微量重金属因子(Hg、As、Cu、Ni和Pb)。通过冗余分析(RDA),结果表明:普定水库中的主要优势群落为蓝藻门、甲藻门、硅藻门浮游植物,且分布明显与总磷的逐年增加,总氮显著降低特征相关,浮游植物群落蓝藻门、甲藻门、硅藻门、绿藻门浮游植物与微量重金属元素Hg、As、Cu明显呈正相关关系,主要由于浮游植物胞外、胞内的化学官能团能与重金属离子发生相互作用,形成络合物,降低重金属对浮游植物的毒性,促进浮游植物的生长繁殖。通过主成分分析(PCA)表明,浮游植物群落甲藻门过度生长繁殖可对蓝藻门、硅藻门浮游植明显存在竞争排斥关系,促使绿藻门、金藻门、祼藻门浮游植物种类及其丰富度多样性特征增加。     

红枫湖水库冬春季浮游生物群落与环境因子的典范对应分析

2010年1—5月对贵州省贵阳市红枫湖水库的浮游生物群落进行了调查和分析. 共鉴定出浮游植物95种,绿藻在种类组成上占绝对优势,共53种,其次为硅藻20种,蓝藻18种,甲藻2种,裸藻和金藻各1种;后生浮游动物36种,其中轮虫22种,枝角类8种,桡足类6种. 浮游植物、后生浮游动物的丰度分别为0.6×106～39.4×106 L-1和3.3～448 L-1,生物量分别为0.56～20.06和0.01～0.98 mg/L,Shannon-Weiner多样性指数(H)分别为0.45～1.02和0.62～0.92. 典范对应分析(CCA)显示:ρ(TN),电导率,温度,ρ(NO-₃-N),溶解氧饱和度和透明溞〔Daphnia (Daphnia) hyalina〕是影响红枫湖浮游植物群落分布的主要因子;温度,ρ(NH₄+-N),电导率,pH,微小四角藻(Tetraedro minimun),胶球藻(Coccomyxa dispar)和华丽星杆藻(Asterionella formosa)是影响浮游动物群落分布的主要因子. CCA排序图较好地说明了浮游生物物种分布与环境因子之间的相关性.      

长江口及邻近海域浮游植物色素分布与群落结构特征

根据2009年5月、11月和2010年6月对长江口及邻近海域调查结果,利用反相高效液相色谱技术(RP-HPLC)对该海域浮游植物特征色素组成和分布进行了研究,并应用CHEMTAX软件研究了浮游藻类群落组成.结果表明,在长江口及邻近海域分离鉴定了21种浮游植物色素,主要的色素种类为叶绿素a、多甲藻黄素、岩藻黄素、19’-丁酰基氧化岩藻黄素、19’-已酰基氧化岩藻黄素、叶绿素b、硅甲藻黄素、别黄素和玉米黄素,以叶绿素a的含量最高,其次是岩藻黄素,其他色素对总色素含量贡献较低.2009年5月和2010年6月航次期间通过对色素的分析检测到甲藻和硅藻藻华.主要特征色素的含量及分布特征与盐度、营养盐等环境因子关系密切.特征色素组成和分布特征表明,研究海域浮游植物种类主要存在硅藻、甲藻、隐藻、绿藻、蓝藻、定鞭藻、金藻和青绿藻等8个类群.CHEMTAX分析结果表明,2009年5月硅藻、甲藻和绿藻是最主要的类群;2009年11月硅藻在群落结构中处于绝对优势;2010年6月,硅藻、甲藻和隐藻贡献了62.5%的叶绿素a生物量,蓝藻所占的比重明显有所上升.浮游植物群落结构在空间分布上有着明显差异,呈现区域性特征,硅藻、绿藻和隐藻在近岸海域所占比重较高,而定鞭藻、金藻和蓝藻在外海区域的站位对生物量的贡献明显上升.     

Influence of sunlight on the proliferation of cyanobacterial blooms and its potential applications in Lake Taihu, China

To learn the relationship between sunlight intensity and cyanobacterial proliferations for the further control of the heavy blooms, enclosure experiment were conducted in Meiliang Bay, Lake Taihu by regulating the natural light intensities with different shading ratio （0% （full sunlight）, 10%, 25%, 50% and 75% of original natural sunlight intensities） from September to November in 2010. The results indicated that phytoplankton biomass （mean） decreased significantly when the shading ratios reached 50% or more. Higher shading ratios （e.g. 75%） were very efficient in controlling the average and total cyanobacterialbloom biomass, while 50% shading ratio was proven very effective either in controlling the peak value of phytoplankton biomass or postponing the occurrence of cyanobacterial blooms in Lake Talhu. In addition, phytoplankton composition and photosynthesis efficiency were also affected by altering the shading ratios, and in turn, they might also act on phytoplankton growth. Based on the results from the present study, intermediate shading strategies such as regulation of water level or turbidity through the hydrology regulations would probably be an effective and efficient method in controlling cyanobacterial blooms in large and shallow lakes.     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.     

太湖浮游硅藻时空演化与环境因子的关系

利用1992年至2002年每月1次的监测资料,系统分析了太湖北部3个区域(河口、梅梁湾、湖心)浮游硅藻(Planktonic diatoms)生物量周年变化和空间分布情况.同时,水中磷酸盐(PO43--P)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)和硅酸盐(SiO23--Si)含量等相关资料也被用于解释太湖浮游硅藻时空分布的原因.结果显示,直链硅藻(Aulacoseira sp.)是太湖浮游硅藻的优势种,其它常见种有小环藻(Cyclotella sp.)、针杆藻(Synedrasp.)等.硅藻总生物量占浮游藻类生物量百分比平均值约为20%.太湖浮游硅藻生物量在河口最大,梅梁湾其次,湖心最小,究其原因可能与河口的特殊生态环境(水流速度)有关,另外,河口丰富的营养盐,特别是磷酸盐和氨氮也是一个重要因素.温度可能是影响太湖浮游硅藻生物量季节变化的关键因素.Pearson相关分析证实,磷酸盐、氨氮和温度均与硅藻生物量显著相关(p<0.01),且蓝藻生物量百分比与硅藻生物量百分比呈显著负相关.研究结果说明,太湖浮游硅藻的生长分布受多种环境因子(磷酸盐、氨氮、温度)的影响限制,太湖浮游硅藻与蓝藻可能存在着竞争演替的趋势.     

Cyanobacteria-/cyanotoxin-contaminations and eutrophication status before Wuxi Drinking Water Crisis in Lake Taihu, China

After the appalling “Wuxi DrinkingWater Crisis”, increasing investigations concerning the contaminations of cyanobacterial blooms and their toxins in Lake Taihu have been performed and reported in the last two years. However, information regarding these issues before the crisis in 2007 remained insu cient. To provide some background data for further comparisons, the present study reported our investigations conducted in 2004, associated with the cyanotoxin contaminations as well as the eutrophication status in Lake Taihu. Results from the one-year-study near a drinking water resource for Wuxi City indicated that, unlike the status in recent two years, cyanobacteria and chlorophyta are the co-dominance species throughout the year. The highest toxin concentration (34.2 ng/mL) in water columns occurred in August. In bloom biomass, the peak value of intracellular toxin (0.59 g/mg DW) was determined in October, which was lag behind that in water column. In addition, MC-RR was the major toxin variant throughout the year. During the study period, nutrients levels of total nitrogen and phosphorus were also recorded monthly. Results from the present study will lead to a better understanding of the eutrophication status and the potential risks before “Wuxi Drinking Water Crisis”.     

Simultaneous elimination of cyanotoxins and PCBs via mechanical collection of cyanobacterial blooms: An application of “green-bioadsorption concept”

In this study, the distribution, transfer and fate of both polychlorinated biphenyls (PCBs) and cyanotoxins via phytoplankton routes were systematically investigated in two Chinese lakes. Results indicated that PCB adsorption/bioaccumulation dynamics has significantly positive correlations with the biomass of green alga and diatoms. Total lipid content of phytoplankton is the major factor that influences PCB adsorption/bioaccumulation. Cyanobacterial blooms with relatively lower lipid content could also absorb high amount of PCBs due to their high cell density in the water columns, and this process was proposed as major route for the transfer of PCBs in Chinese eutrophic freshwater. According to these findings, a novel route on fates of PCBs via phytoplankton and a green bioadsorption concept were proposed and confirmed. In the practice of mechanical collections of bloom biomass from Lake Taihu, cyanotoxin/cyanobacteria and PCBs were found to be removed simultaneously very efficiently followed this theory.     

鄱阳湖蓝藻分布及其影响因素分析

利用鄱阳湖的原位监测数据,分析鄱阳湖水华蓝藻的分布现状及其影响因素,探索鄱阳湖水华蓝藻的源头.研究结果表明,鄱阳湖浮游植物的优势种为硅藻,蓝藻为鄱阳湖的次级优势种,蓝藻在浮游植物总生物量的比例有逐年增加的趋势.水华蓝藻的主要优势种为鱼腥藻,其次为微囊藻和浮游蓝丝藻. 鄱阳湖蓝藻水华形成初期的基本规律为水华蓝藻在营养盐浓度相对较高且水流较缓的内湾及尾闾区生长分布,在夏秋季水位较高时在水流和风的作用下向主航道输移聚集. 结合鄱阳湖水文特点,主航道的水华蓝藻聚集有可能是上游四个湖区的蓝藻向下游漂移综合作用的结果.研究成果可为控制鄱阳蓝藻水华区域风险灾害提供基础数据.