浒苔生长-衰亡过程中氮形态的迁移转化过程

针对浒苔氮吸收代谢机制，通过连续培养实验研究浒苔生长-衰亡过程中不同形态氮在藻体和培养液中的分布和迁移.结果表明，浒苔在生长期吸收NO₃^--N（17.37μmol/（g·d））而衰亡期向胞外释放NH₄⁺-N（0.84μmol/（g·d））；在生长期胞内NO₃^--N占无机氮（DIN）73.75%~92.15%，在衰亡期NH₄⁺-N占无机氮60.87%~92.13%；培养液中溶解有机氮（DON）浓度持续增加，其中<1kDa组分占64%~98%，> 1kDa组分占2%~36%.在培养期藻体细胞吸收DIN速率平均为8.96μmol/（g·d），释放DON的平均迁移速率约为59.57μmol/（g·d）.通过收支模型计算，浒苔将近60% DIN转化为以<1kDa组分占优的DON并分泌到胞外.由此可以推测，近海浒苔爆发可以在月际尺度上对水体生源要素结构产生显著影响.     

浒苔绿潮与苏北近岸海域营养盐浓度的关系研究

根据2010年3～6月5个航次对苏北近岸浒苔绿潮暴发区海域进行的调查数据,研究了该海域营养盐的浓度变化和分布特征.结果表明,受陆地径流和苏北沿岸流的影响,调查海区为营养盐高值区,为绿潮暴发提供了一定基础.溶解性无机氮(DIN)、磷酸盐(PO34--P)和硅酸盐(SiO23--Si)最高浓度分别为23.04、0.55和15.85μmol.L-1,春季浮游植物生命活动旺盛和浒苔绿潮对营养盐的吸收导致从第一至第五航次硝酸盐(NO3--N)、磷酸盐(PO34--P)、硅酸盐(SiO23--Si)和溶解性无机氮(DIN)整体呈下降趋势.此外,水体中N/P与浮游生物体中N/P越接近越有利于浮游生物生长.第四和第五航次的N/P比值比较有利于浒苔的生长.各航次营养盐的分布特征均表现为近岸高,远岸低的趋势.     

藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应

为探索不同密度藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应,设置了对照组(无藻屑添加)、2个藻屑添加组(分别为1倍组(加入0.06 g干藻,约6 g·m~(-2),以干重计)、20倍组(加入1.2 g干藻,约120 g·m~(-2),以干重计)),于(16±1)℃避光培养.结果表明,实验前4 d,20倍组藻屑分解耗氧剧烈并释放出大量溶解性有机质(DOM)及氮、磷营养盐.其中,溶解氧(DO)浓度迅速下降至1.4 mg·L~(-1)以下,上覆水中类色氨酸类物质荧光强度在第4 d最高(0.8 RU)且高于空白组,对荧光强度的贡献比例高达51.7%,为DOM的主要成分,说明藻屑分解释放大量类色氨酸物质.释放的溶解性无机氮(DIN)、溶解性总磷(DTP)以氨氮(NH_4~+-N)、正磷酸盐(PO_4~(3-)-P)为主要形态.随后实验阶段上覆水中SR值、E250/E360值降低,E253/E203值增加,说明藻屑在降解过程中腐殖化程度逐渐增加,取代基种类减少,导致释放的DOM以类腐殖质为主.因此,20倍组类色氨酸类物质逐渐被降解,导致荧光强度逐渐降低,类腐殖质荧光强度增加,对荧光强度的贡献比例高达62.7%.而对照组与1倍组污染物释放培养期间无显著性差异,DOM及氮、磷营养盐释放浓度均低于20倍组.因此,120 g·m~(-2)藻屑密度堆积情况下可造成水体明显缺氧至厌氧,导致大量氮、磷营养盐及溶解性有机物释放至上覆水中,成为水体富营养化的重要营养源.     

凤眼莲对铜绿微囊藻生长及藻毒素与营养盐释放的影响

针对目前我国凤眼莲治理富营养化水体技术的规模化应用现状,考虑到大面积控养的凤眼莲与暴发的水华蓝藻(尤其是产毒铜绿微囊藻)会在湖湾区短期内密集共存的情况,开展了凤眼莲对产毒铜绿微囊藻生长、生理特性、藻毒素生产与释放影响的研究,另外,也考察了短期共存下藻类营养盐释放与凤眼莲对藻毒素积累的情况.半连续共培养实验结果表明,凤眼莲能够有效抑制铜绿微囊藻的生长,促进藻细胞的衰亡.虽然凤眼莲未对铜绿微囊藻光合系统Ⅱ的电子传递产生影响,但减少了其光合系统中的藻蓝蛋白(PC)含量和藻蓝蛋白/别藻蓝蛋白(PC/APC)水平,10%和20%水体交换率处理的PC/APC水平第8 d时分别降至相应空白对照的54.93%±7.07%和55.81%±1.97%.凤眼莲对铜绿微囊藻形成了一定的氧化伤害,最终促进其抗氧化系统中超氧化物歧化酶比活显著下降,丙二醛含量显著提高,10%和20%水体交换率处理的丙二醛含量第8d时分别升至相应空白对照的2.95倍±0.074倍和2.22倍±0.086倍.凤眼莲通过促进蓝藻的衰亡和分解,加速了营养盐的释放.12 d内,可溶性总氮浓度回升到初始水平,而水体可溶性总磷的释放速度比氮营养盐更快.另一方面,凤眼莲并没有促进铜绿微囊藻毒素的生产,也没有使水体藻毒素含量显著提高.相反,和自然衰减不同,短期内显著促进了水体藻毒素的降解,第12 d时10%和20%水体交换率处理的水体藻毒素分别下降至12.07μg·L-1±0.63μg·L-1和11.36μg·L-1±0.04μg·L-1.而凤眼莲整株的藻毒素短期积累量(FW)仅为5.95 ng·g-1±0.76 ng·g-1.增加水体交换率能够在一定程度上减缓凤眼莲对铜绿微囊藻的伤害,减缓营养盐的释放速度,但对水体藻毒素消减的影响不显著.     

沉水植物衰亡过程中营养盐的释放过程及规律

在实验室模拟条件下研究了常见沉水植物苦草、金鱼藻在自然衰亡过程中主要营养盐氮、磷的释放过程,探索沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律. 结果表明:秋、冬季低温条件下,苦草、金鱼藻逐渐衰亡腐败,该过程向水体中释放的氮、磷很少,大部分氮、磷保留在植物残体中. 至次年天气回暖后,植物体的腐败分解有所加快,向水体释放氮、磷并有部分氮、磷沉积进入底泥. 苦草、金鱼藻具有较低的分解速度,有利于降低系统中氮、磷的循环速度. 残留植物体的生物量可影响植物体的分解速度和程度,较大的生物残留量会引起水体缺氧,植物残体分解加剧,导致水质严重恶化.      

氮、磷浓度对伪鱼腥藻生长及光合生理的影响

以伪鱼腥藻（Pseudanabaena sp.）为研究对象,研究了不同氮、磷浓度对伪鱼腥藻生长、叶绿素荧光参数（F_v/F_m、α、rETR_max、I_K）及类胡萝卜素与叶绿素a比值等的影响,并应用Monod和Droop方程考察氮、磷营养盐对伪鱼腥藻生长动力学的影响,分别计算得到伪鱼腥藻对总磷的半饱和常数K_sP,细胞内磷份额Q₀与对总氮的半饱和常数K_sN。结果表明:氮、磷浓度对伪鱼腥藻的生长影响极显著（P<0.01）,在氮浓度为0~230.4 mg/L内,伪鱼腥藻的生物量与氮浓度呈正相关,磷浓度>1.28 mg/L会抑制伪鱼腥藻生长。氮浓度对各叶绿素荧光参数有显著影响（P<0.05）,磷浓度对F_v/F_m、I_K有显著影响（P<0.05）,而对rETR_max、α影响不显著（P>0.05）。K_sP≪K_sN,伪鱼腥藻对磷具有更好的亲和性,伪鱼腥藻能够正常生长的细胞最小内磷份额Q₀为0.0486 μg/mg,低于该值则藻细胞的增殖停止。类胡萝卜素与叶绿素a比值与氮、磷营养盐浓度呈负相关。     

连云港海域浒苔藻体的光谱特征分析

采集连云港海域浒苔藻体进行自然光照和固定水环境条件下三种密度梯度(0.5g/L,2.5 g/L和5.0 g/L)的培养,利用美国ASD便携式地物光谱仪获取浒苔藻体整个培养过程中的反射光谱曲线,定性分析日时间序列的浒苔藻体反射光谱特征和定量分析日时间序列的浒苔藻体红边参数.结果表明:浒苔在衰亡过程中,颜色由绿变黄最后变白...     

沉水植物黑藻腐解过程中营养盐释放过程

为探究沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律,采用黑藻(Hydrilla verticillata Royle)作为研究用沉水植物,在实验室内模拟了黑藻在初春温度下腐解过程中的主要营养盐碳、氮、磷的释放过程.结果表明:黑藻在试验初期迅速腐解,该过程中向水体释放大量碳(81.31%)、氮(81.62%)、磷(85.94%).但随着时间的推移,黑藻向水体释放的磷大部分沉积进入底泥,而氮有部分沉积进入底泥,同时有部分以气体形式移出水体.黑藻腐烂分解产生的厌氧条件以及高TOC供给促进水体反硝化作用加快氮素移出水体.但是较大生物残留量会引起水体缺氧,植物残体分解加剧,导致水质严重恶化,因此需要适时收割水生植物来控制水体残留生物量.     

黑藻与金鱼藻自然衰亡过程中营养盐释放规律研究

为研究在自然衰亡状态下黑藻（Hydrilla verticillata）与金鱼藻（Ceratophyllum demersum）营养盐释放规律,采用人工模拟的方式,于黑藻和金鱼藻进入衰亡期时,采用塑料薄膜捆扎植物根部的方式,阻隔水和底泥界面之间的物质交换,避免底泥释放对水营养盐的影响;同时,监测水中环境因子和营养盐的动态变化,分析营养盐的释放与环境因子之间的关系.结果表明:①黑藻和金鱼藻两种沉水植物在模拟自然状态下分解速率和生物量无显著性差异（P>0.05）,Olson指数的分解速率分别为0.011、0.010 d-1.②水中氮、磷质量浓度峰值在试验的第40~50天.水中磷形态以DTP（溶解性总磷）和SRP（溶解性活性磷）为主,氮形态以DTN（溶解性总氮）和NO₃--N为主.由于SRP、NO₃--N分别是DTP、DTN的组分之一,因此黑藻和金鱼藻在衰亡期向水中释放的氮、磷形态主要为NO₃--N和SRP.③环境因子pH、DO、ORP（氧化还原电位）均呈不同程度的先降后升趋势.主成分分析结果表明,金鱼藻和黑藻环境因子主成分F_j和F_h、生物量剩余百分比分别与两植物组营养盐第一主成分之间二次曲线拟合效果较好,因此通过对数据进行降维处理,可建立二者之间的函数方程.研究显示,黑藻和金鱼藻两种沉水植物自然分解速率基本一致,衰亡期间向水中主要释放NO₃--N和SRP,水中氮、磷质量浓度呈单峰变化,通过主成分分析可以建立环境因子和营养盐之间的函数关系.      

不同光照条件下浒苔与三种赤潮微藻的竞争

针对苏北浅滩水体浊度高、营养盐含量大、且被大多数学者认为是南黄海绿潮起源的实际情况,本文通过室内培养实验,研究了不同光照条件（0~4500lx）下浒苔与中肋骨条藻、东海原甲藻和新月菱形藻对营养盐的竞争作用;并与苏北浅滩实际水体光照相结合,评估了浒苔与3种微藻在不同深度下的生理状态.浒苔与微藻的竞争,是决定暴发何种藻华的关键因素之一.结果表明,与3种微藻相比,浒苔对光照的适应性更强,最大日均相对增长率为11.91%/d.微藻与浒苔共培养时,生长情况明显劣于单独培养,中肋骨条藻、东海原甲藻和新月菱形藻的生长抑制率分别为30%~46%,3%~44%,25%~41%,并且不同微藻对竞争作用的响应不同.营养盐监测数据表明,对有限营养盐的争夺是浒苔和微藻竞争作用的主要机制,研究结果为苏北浅滩浒苔绿潮的暴发机制提供了依据.     

生态浮床对千岛湖水体氮磷净化效果研究

为探索生态浮床对较清洁型湖水的氮磷去除效果,以华东地区最大深水水库千岛湖为例,选取浮叶植物黄花水龙(Jussiaea stipulacea Ohwi.)、沉水植物绿色狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)、挺水植物菖蒲(Acorus calamus)为材料,采用氮磷浓度相对较高的库尾湖湾湖水进行生态浮床静态模拟试验,测定浮床植物生长及水体氮磷浓度变化,并利用膜接口质谱仪测定水体溶解性氮气(N₂)含量,研究浮床植物体内吸收、反硝化脱氮等综合脱氮除磷能力. 结果表明:①浮床植物的氮磷净化能力存在明显的季节性差异,春季浮床植物长势、氮磷去除效果、反硝化脱氮能力均高于秋季;②不同水生植物间的氮磷去除能力差异显著,试验水体中黄花水龙和绿色狐尾藻的总氮(TN)、总磷(TP)去除效率分别为2.22、0.07和2.89、0.08 mg/(kg·d),绿色狐尾藻体内吸收氮、磷最多,植物干质量的氮、磷含量分别为12.44~15.57和0.96~1.95 g/kg;③植物的生长大大增强了水体的反硝化脱氮能力,黄花水龙、绿色狐尾藻、菖蒲与空白对照组溶解性N₂差值（净脱氮差）分别为0.16~22.35、?4.14~24.63、?0.26~15.74 μmol/L,水生植物生物量是影响浮床系统反硝化作用的最关键因素. 研究显示,生态浮床是较清洁型湖水氮磷削减的一种可行技术,浮床植物组合方案设计应充分考虑不同植物的季节生长特性和反硝化脱氮能力.      

秋季东海二甲基有机硫化物的浓度分布与影响因素

于2012年10月对中国东海表层海水中二甲基硫（DMS）及其前体物质二甲巯基丙酸内盐（DMSP）、溶解自由态蛋氨酸（DF Met）的浓度分布及影响因素进行了研究。分析结果表明,秋季东海表层海水中硅酸盐（SiO₃-Si）、溶解无机氮（DIN）、磷酸盐（PO₄-P）浓度变化范围分别为0.11~1.76、0.08~0.56和0.013~0.054 mg/L,平均值为0.50±0.36、0.19±0.11和0.024±0.0098 mg/L,且东海西南部上升流区出现营养盐浓度的高值区。表层海水中DMS、DMSP和DF Met的浓度分别在0.47~6.46、9.44~55.57和3.48~14.42 nmol/L之间,平均值分别为3.10±1.93、28.05±14.17和6.19±2.30 nmol/L。DMS、DMSP的水平分布与叶绿素a（Chl a）分布基本一致,呈现出近岸向远海降低的趋势。所调查海域的DMS/Chl a和DMSP/Chl a比值变化范围分别为2.59~27.66和27.37~103.34 mmol/g,平均值分别为11.46±5.02和65.08±23.41 mmol/g,与该海域硅藻为浮游植物优势种的调查结果相一致。此外,秋季东海表层海水DMS的海-气通量介于0.89~105.50 μmol/（m2·d）之间,平均值为35.65 ±31.53 μmol/（m2·d）。     

批次培养条件下三角褐指藻对不同磷胁迫压力及恢复的响应

采用批次培养,设置5个PO₄-P浓度（0 μmol/L,0.566 μmol/L,2.26 μmol/L,9.05 μmol/L,36.2 μmol/L）进行实验,并从第9 d开始进行2 d恢复实验,研究三角褐指藻在不同磷胁迫压力及恢复下的响应。测定参数包括PS Ⅱ的最大光能转化效率（Fv/Fm）、PS Ⅱ的实际光能转化效率Y（Ⅱ）、光合电子传递效率（ETR）及藻密度。结果发现:磷胁迫对藻密度、Fv/Fm、Y（Ⅱ）和ETR有显著影响。恢复实验中,Fv/Fm、Y（Ⅱ）、ETR等恢复速率与起始所受磷胁迫程度以及再添加的磷浓度呈正相关。与藻密度相比,Fv/Fm、Y（Ⅱ）、ETR等荧光参数可以在12 h内产生更显著的变化。本实验表明,在严重的磷胁迫条件下,磷的输入可以造成藻类的补偿生长;在小时尺度上叶绿素荧光参数随磷胁迫程度可以迅速做出响应。     

黄海溶解无机氮时空变化及其水团对DIN总量的影响

本文根据2013~2016年4个航次调查资料,研究了黄海水体中溶解无机氮（DIN）的时空变化及其总量影响因素.结果表明：春、夏、秋和冬季黄海调查海域DIN平均浓度分别为（5.43±4.02）,（4.47±3.16）,（7.46±3.56）和（5.09±2.59）μmol/L.其中,秋季浓度最高,夏季最低;黄海调查海域各季节DIN的分布呈现近岸高、外海低的变化规律,近岸高值点多集中在长江口以北、山东半岛和辽东半岛等处.春~秋季影响DIN分布的因素主要是陆源输入和浮游植物的生长繁殖,冬季则主要是河流输入和沉积物再悬浮作用.四季在中央海域底层还存在一个高值区（>6μmol/L）,主要受黄海冷水团和黄海暖流等共同影响;通过聚类分析法对黄海四季水团进行了基本划分,调查海域主要包括5个水团：黄海混合水团、黄海冷水团、黄海暖流水、沿岸水团和黄东海混合水团,除黄海混合水团终年存在外,其他水团均为季节性存在;调查海域DIN总量四季差异不大,整体含量介于1.0×10⁶~1.5×10⁶t,春、夏、秋和冬季DIN总量分别约为1.2×10⁶,1.0×10⁶,1.5×10⁶和1.3×10⁶t.春季和夏季受浮游植物吸收影响,DIN总量略低,从水团对DIN总量的贡献上来看,春季以黄海暖流为主,夏季以黄海冷水团为主,秋、冬季以黄海混合水团为主.     

初夏渤海湾营养盐结构特征及其限制状况分析

根据2016年初夏渤海湾营养盐、叶绿素a和相关水文参数等数据,利用浮游植物吸收营养盐最低阈值和化学计量关系作为判断依据对渤海湾营养盐限制状况进行分析.结果表明：受陆地径流和渤海中部冷水输入的影响,初夏渤海湾在近岸、中部和湾口呈现三个明显的温盐特征海区.溶解无机氮（DIN）和活性硅酸盐（SiO₃^2--Si）受陆源输入影响,呈现近岸高湾口低的特征;DIN平均浓度为（7.67±6.48）μmol/L,SiO₃^2--Si平均浓度为（5.44±3.01）μmol/L,在湾口表层,DIN含量较低仅为（2.21±2.94）μmol/L,其中50%站点含量低于阈值（1μmol/L）,58.3%的站点存在DIN限制.而活性磷酸盐（PO₄^3--P）受陆源输入和浮游植物吸收储存作用等因素影响,呈现西部和曹妃甸外近海高中部较低的分布特征,平均浓度为（0.07±0.07）μmol/L,近岸受陆源氮磷输入总量差异影响,表层存在磷潜在限制比例达100%,而中部表层受浮游植物消耗吸收的影响,PO₄^3--P含量较低,仅为（0.02±0.02）μmol/L （未检出设为0）,其中近74.3%的水样含量低于阈值（0.03μmol/L）,磷限制状况严重.随着渤海湾氮磷营养盐陆源输入总量差距不断扩大,磷限制状况必将会进一步发展.     

两种漂浮植物的生长特性及其水质净化作用

采用自主研发的漂浮水槽,对两种常用于水体净化与修复的漂浮植物（凤眼莲和水浮莲）在水质净化效果和生长特征等进行了比较研究.结果表明,水浮莲对水体氮磷浓度有更高的要求,对水体中浮游藻类和叶绿素a去除率分别高达94.38%和95.06%,优于凤眼莲;凤眼莲对水体TN的去除率（82.08%）以及其叶片净光合速率（20.28～27.90μmol CO₂/（m²·s））和叶绿素a含量（1.05～1.08mg/g鲜重）均显著高于水浮莲（分别为71.82%、8.64～16.50μmol CO₂/（m²·s）和0.25～0.31mg/g鲜重）（P<0.05）.与凤眼莲共存情况下,水浮莲有更强的扩繁能力,但后者在实际工程应用中更具逃逸风险.为使两种漂浮植物的优势得到充分发挥,我们提出了基于这两种水生植物水体净化的“三明治”模式,为今后选用水生植物进行水体净化与修复的工程实践提供借鉴.     

昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物-水界面溶解无机氮磷及尿素扩散通量研究

分别于2015年12月、2016年4月和2016年9月,分3个航次采集了昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物柱状样品和原位底层海水,通过实验室培养法对该水域沉积物-海水界面DIN,DIP和尿素的扩散通量进行了测定。结果表明,昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物-海水界面DIN的扩散通量平均为52.72 μmol/（m2·h）,DIP年平均通量为0.074 μmol/（m2·h）,尿素年平均通量为1.00 μmol/（m2·h）,扩散方向总体表现为从沉积物向上覆水扩散。昌黎近岸扇贝养殖区沉积物-海水界面尿素的通量为胶州湾通量的2~3倍,为黄海通量的2倍多,沉积物所提供的尿素为北戴河抑食金球藻褐潮的爆发提供了可能。沉积物每年向养殖系统输入的DIN总量估算为1680.73 t,溶解无机磷为2.36 t,尿素为136.66 t,表明沉积物是昌黎近岸海域扇贝养殖区水体氮磷,尤其是溶解无机氮和尿素的重要输入源。     

基于四尾栅藻响应的有机磷农药生态风险评估

以系统评价有机磷农药在水域生态系统风险为目标,采用批次培养的方法研究了草甘膦和毒死蜱两种有机磷农药在高浓度下的毒性效应、低浓度下的刺激效应及微量条件下的无机磷替代效应.结果表明,草甘膦和毒死蜱对四尾栅藻(Scenedesmus quadricanda)的96h EC50值的分别为12.98,2.02μmol/L.低浓度草甘膦(0.014~1.35μmol/L)条件下细胞密度和最大光能转化效率表现出了显著的刺激作用,最大促进效应分别为13%和6.0%;草甘膦(0.40~0.67μmol/L)表现出显著的无机磷替代效应,而毒死蜱处理组未观察到刺激作用和替代效应.有机磷农药对微藻种群变化的作用方式以低浓度下的刺激作用为主,同时可以引发无机磷不足时某些可利用有机磷种类微藻的种群增长.