再生水补充景观水体中藻类的生长比较

以太原市污水净化二厂二级出水作为景观水体补水水源,比较了以再生水为培养基的小球藻、斜生栅藻、鱼腥藻和针杆藻的生长情况,利用Logistic对数形式模型拟合了藻类在纯培养和共培养条件下的生长曲线.结果表明,在纯培养和共培养条件下,4种藻类的生长情况均为小球藻>斜生栅藻>鱼腥藻>针杆藻.其中,针杆藻的竞争能力较差;鱼腥藻虽然有较强的增殖能力,但并不处于优势地位;斜生栅藻能与小球藻形成竞争,较适宜在该水质条件下生长;小球藻具有较强的竞争优势,为该水质条件下的优势藻种.以污水二厂二级出水为景观水体补水时,应重点防止绿藻尤其小球藻的过度生长.      

氮磷对微囊藻和栅藻生长及竞争的影响

为了揭示不同营养条件下,藻类优势种的形成规律,选取了3种具有代表性水体的营养盐浓度,对于蓝藻水华的常见种铜绿微囊藻和绿藻水华的常见种四尾栅藻进行了竞争实验.通过竞争抑制参数对相互间的竞争关系进行了分析.结果表明,在贫营养水平下,栅藻的存在能够刺激微囊藻的生长,N/P值越小,刺激作用越明显,微囊藻也能刺激栅藻的生长;富营养水平下,竞争抑制作用与N/P有关;超富营养水平下,栅藻对微囊藻的抑制能力约为微囊藻对栅藻的抑制能力的3倍,N/P值的变化对竞争抑制作用的影响不明显.在较低氮磷浓度的水体中,微囊藻容易成为优势种,而在较高的氮磷浓度的水体中,四尾栅藻更容易成为优势种.     

景观用再生水氮磷条件下两种典型水华藻类的生长及竞争规律

针对再生水景观水体的藻类控制,以BG11培养基为基础,设定不同氮磷浓度,对铜绿微囊藻和小球藻进行了纯培养和共培养实验。实验结果表明:初始总氮浓度为15 mg/L、总磷浓度为0.1 mg/L时两种藻就能出现明显的生长高峰;当总氮浓度为3⁴5 mg/L,氮磷比为3045 mg/L,氮磷比为30¹50的情况下,小球藻在与铜绿微囊藻的竞争中容易成为优势藻种。     

营养盐添加对水华蓝藻——卵孢金孢藻生长和竞争影响的原位实验

为探究在水体营养盐浓度持续增加的条件下,卵孢金孢藻(Chrysosporum ovalisporum)的生长趋势和其它藻类的生长响应,在上海滴水湖畔采用39个大桶(100 L)进行不同浓度N、P添加的原位中型模拟实验.结果表明,高浓度营养盐添加可促进卵孢金孢藻和绿藻生物量的增加,加P组二者生物量的增加趋势高于加N组,但差异并不显著(P0.05),加NP组二者生物量的增加趋势显著高于加N组和加P组(P0.001).在加N组和加NP组,卵孢金孢藻相对丰度随营养盐添加量的增加呈显著的下降趋势(P0.05),而在加P组其相对丰度随着P浓度的增加略有上升,但不显著(P0.05).实验结束时,所有处理组中卵孢金孢藻的生物量不占优势,而小粒径藻类[色球藻属(Chroococcus spp.)、空星藻属(Coelastrum spp.)、小球藻属(Chlorella spp.)、四角藻属(Tetraedron spp.)、栅藻属(Scenedesmus spp.)]的生物量随营养盐浓度升高的增加趋势显著高于卵孢金孢藻(P0.05),小型绿藻占据绝对优势,表明在高温和相对静止的条件下,随着水体中营养盐浓度的持续增加,小粒径藻类易替代卵孢金孢藻而占据竞争优势;这与小粒径藻类在高营养条件下代谢速率较高有关,也与绿藻喜静止、高光强的生物学特性有关.小型绿藻占据优势可能成为小型超富营养水体中浮游植物群落在高温季节的演替方向之一.     

光照与通气方式对蓝、绿藻竞争生长和磷的水-沉积物界面过程的影响

室内模拟研究了太湖普遍存在的浮游藻类蓝藻(铜绿微囊藻)和绿藻(四尾栅藻)在不同光照和通气条件下的生长过程,以及该过程对水体理化性质以及水-沉积物界面磷交换过程的影响.研究结果表明,实验条件下(光照:2500lx;温度:27℃),蓝藻(铜绿微囊藻)具有绝对的竞争优势,成为水体中优势藻类.铜绿微囊藻在通空气和通氮气条件下均可以生长繁殖,在通氮气条件下需要较长时间的适应期,但达到的最大生物量远高于通空气条件.实验过程中,上覆水可溶性无机磷(DIP)浓度的变化为:无光环境＞有光环境,通氮气环境＞通空气环境,这种变化与有无藻类生长过程密切有关.有光条件下,藻类生长对磷的需求刺激了沉积物中生物可利用磷(AAP)的释放,同时也刺激了沉积物各种不同形态磷之间的相互转化.通氮气条件下,沉积物中磷的释放以Fe-P为主,Ca-P含量有所提高;通空气条件,Fe-P含量变化不大,Ca-P在有光组略有下降,但无光组变化不大;各试验组中有机磷和残渣磷的变化量基本相同;各试验组TP含量的变化不大.     

水体及沉积物氮磷水平对附植藻类的影响

为了探讨湖泊富营养化过程中沉积物及水体氮、磷浓度对附植藻类的影响,通过室内模拟实验,研究了水体及沉积物氮、磷升高对苦草(Vallisnerianatans(Lour.) Hara)上附植藻类生长、群落组成及其体内氮、磷含量的影响.结果表明,在实验条件下,随着水中氮、磷含量升高,附植藻类生物量及附植藻类氮、磷含量均呈极显著增加(p0.01).随着水体可获得的氮、磷浓度升高,附植藻类的相对丰度有所变化,舟形藻(Navicula)、小球藻(Chlorella)及微囊藻(Microcystis)相对丰度随着氮、磷水平的升高而下降,直链藻(Melosira)则相反,但舟形藻、直链藻、微囊藻、小环藻(Cyclotella)和小球藻均为群落的优势属种.沉积物氮、磷含量升高对附植藻类生物量、优势种丰度及群落氮、磷含量影响较小,均未达到显著水平(p0.05).在实验条件下,沉积物氮、磷含量对附植藻类影响不大,而水体氮、磷浓度升高显著地促进了附植藻类生长.研究结果也为解释富营养化湖泊沉水植物衰退及消亡提供了一定的科学依据.     

降雨对香溪河库湾主要藻种原位生长的影响

为明晰蓄水期降雨对三峡库区香溪河支流主要藻种原位生长的影响因素,本文在三峡水库降雨前后采用原位培养装置(培养笼)对铜绿微囊藻、小球藻和栅藻生物量变化特征进行原位培养实验.结果表明:①研究期间(2017年10月4～18日)降雨期与非降雨期水动力条件存在显著性差异(ANOVA,P 0. 05),降雨期间3种主要藻种Chl-a总量、比生长速率均显著小于非降雨期(ANOVA,P 0. 05),表明降雨对藻类生长起一定的抑制作用;相关分析结果指出,表征垂向掺混的4个水动力参数与3种藻种比生长速率呈显著/极显著负相关关系,表明水动力条件中剪切力τ、垂向紊流黏性系数Vr和垂向紊流扩散系数Vt的改变是导致藻类迅速衰亡的关键因素;②降雨前培养装置内混合层深度较低(1～2 m),降雨后(10月10～18日)混合层深度明显上升(大于5 m),同时降雨期叶绿素a(Chl-a)浓度显著低于非降雨期(ANOVA,P 0. 05).相关分析结果表明,光混比与3种藻种的比生长速率呈显著/极显著正相关,表明降雨导致水体垂向扰动增强,混合层不断扩大,打破了水体原有的水温分层从而抑制藻类的生长增殖;③降雨量、水温、光照强度、总氮(TN)和溶解性总氮(DTN)在降雨期与非降雨期均存在显著差异(ANOVA,P 0. 05),相关分析表明,降雨带来降雨量、水温、光照强度、总氮(TN)和溶解性总氮(DTN)改变是影响3种主要藻种比生长速率的关键环境参数.     

人工强制混合对金盆水库水体藻类群落结构时空演替的影响

为探明人工强制混合过程对水体藻类群落演替的作用影响机制,本研究利用扬水曝气系统对金盆水库主库区水体进行原位人工强制混合,对系统运行过程中水库水体理化参数及藻类进行原位定点监测.结果表明,金盆水库水体藻类共6门28属51种,扬水曝气系统的人工强制混合作用可显著抑制水体藻类的生长,并对其群落结构产生显著影响:扬水曝气系统运行前,藻类主要分布在表层水体,其中以小球藻(Chlorella vulgaris)为优势种属;扬水曝气系统运行后,表层水体藻密度大幅降低,藻密度垂向分布趋于均匀,优势种属有向小环藻属(Cyclotella sp.)演替的趋势.本研究利用冗余分析(RDA)方法,结合临界层理论(critical depth theory)和藻类生长特性,分析了人工强制混合过程中金盆水库水体藻类群落结构时空演替和主要理化参数变化之间的关系.分析结果表明,扬水曝气系统的人工强制混合作用主要通过迅速破坏水体热分层稳定性和显著增加水体混合深度(Z_(mix))来影响藻类群落结构的时空演替.     

UV-C辐照对延滞期6种微藻生长抑制效果

藻类季节性暴发生长是许多地区水源管理中的难题,亟待研发安全高效的控藻方法。该文以我国水源6种典型藻株为研究对象,包括蓝藻铜绿微囊藻、浮游颤藻、水华鱼腥藻,绿藻普通小球藻、斜生栅藻,硅藻针杆藻,采用准平行光束仪进行50~100 m J/cm2UV-C辐照,研究对于延滞期、低初始生物量的藻类生长抑制效果,分析藻种敏感性差异。结果表明,50~100 m J/cm2UV-C剂量对于铜绿微囊藻、水华鱼腥藻和针杆藻具有2~4 d生长抑制效果,100 m J/cm2剂量组9 d后Chl a浓度减量37%~60%,对于普通小球藻和斜生栅藻仅有1~2 d生长抑制效果,100 m J/cm2剂量组9 d后Chl a浓度减量16%~33%,对于浮游颤藻无抑制效果且会加速其生长。在生长能力和光合活性两方面,硅藻(针杆藻)和蓝藻(铜绿微囊藻和水华鱼腥藻)的敏感性均显著高于绿藻(斜生栅藻和普通小球藻)和蓝藻浮游颤藻藻株。     

微囊藻属一日内垂向分布的数值模拟

将水质模型与微囊藻属浮力调节模型相结合,建立微囊藻属垂向浓度分布模型,该模型不仅保留了以往模型的优点且改进了以往模型的不足,如考虑了微囊藻群体的直径大小及微囊藻属的浮力调节能力.模型结果与荷兰的Vinkeveen湖的实际测量数据吻合良好.此外,模拟结果也表明:微囊藻属在垂向的分布受水体紊动程度影响显著.微囊藻群体的最大浓度并不在水体表面,而是在水下一定深度处.小尺寸群体微囊藻群体(20~50μm)在水深方向的分布比大尺寸群体(100~200μm)更加均匀.日落后,微囊藻属会因为密度减小上浮至水面,反之,白日里,微囊藻属密度增加向水底方向下沉,因此日出前水面的微囊藻属浓度高于日落前的水面浓度.     

垂向湍流扩散和光耦合对下沉藻增长的影响——基于内陆混浊湖泊(太湖)分析

在假设温度恒定、弱化营养盐限制作用的条件下,利用太湖背景漫射衰减系数、日变化太阳辐射等数据,通过下沉藻生长与水环境相结合的耦合模型,模拟下沉藻增长过程中垂向湍流扩散和光之间的耦合.结果表明：在相对清洁水体中（背景漫射衰减系数小于1.1/m）,下沉藻类无需垂向湍流扩散均可维持增长;混浊水体中（背景漫射衰减系数介于1.1~3.0/m）下沉藻类增长需垂向湍流扩散维持,且最低垂向湍流扩散值随背景漫射衰减系数增大而增大,二者间存在指数函数关系;最低垂向湍流扩散（D）、水深（z）与藻类下沉速度（v）间的佩克莱数应位于0.38~13.89,否则垂向湍流扩散对比其他因素（藻类沉降和光衰减）,对水柱中下沉藻类的增长的作用甚小;当背景漫射衰减系数大于3.0/m,水柱平均光能可能难以满足藻类增长,藻类持续消亡.该研究有助于厘清气候变化背景下水生生态系统中的浮游植物种群演替机制.     

Effects of elevated CO_2 on sensitivity of six species of algae and interspecific competition of three species of alga

Introduction The atm ospheric C O 2 concentration increases at a rate of 1.5 滋 m ol/(m ol·a) and w ill double com pared to pre-industrial levels around the year 2050 (W atson et al., 1990). Its effects and m echanism by elevated CO 2 on global clim ate,…     

不同水力剪切效应下四尾栅藻的种群动态增长模型

为了改进现有反映单种群增长的Logistic（逻辑斯特）模型,使其能更好地对水动力影响下藻类的种群动态关系进行表征,进而验证水力剪切作用引起的营养盐混合和均化作用对藻类生长的影响,采用恒温（25℃）和恒定光照（4 000 lx,光暗比12 h:12 h）的培养试验,对水华中常见四尾栅藻（Scenedesmus quadricanda）在水力剪切条件下的种群动态增长进行了研究.结果表明:①相对于静止条件,不同的水力剪切（100、200、300和400 r/min）作用均促进了四尾栅藻的增长,并且均存在最大Chla浓度.②结合藻类种群动态增长的Logistic模型和传质理论,构建了水力剪切效应下单藻种的种群动态增长模型（R2＞0.95）.模型结果显示,水力剪切作用是藻类最大生物量的控制因素.在空间有限的富营养条件下,Chla浓度在体积平均流速为0.101 m/s（200 r/min）条件下的最大生物量为15 328.2 μg/L,是静止条件的1.75倍,大于其他水力剪切条件,与试验结果吻合,传质系数（k_c）对四尾栅藻最大生物量的促进系数（k_M）为945.1.③水力剪切主要通过改变藻细胞层流边界层以外环境的营养物质浓度分布,从而对藻类的种群规模产生影响.④水力剪切效应存在边际效应递减的现象,随着剪切强度的增加,在不产生藻类的机械损伤的范围内,藻类种群会达到一个稳定期.研究显示,理论上解释了水力剪切效应对四尾栅藻动态增长的影响机制,实现了水力剪切作用和营养盐通量共同影响四尾栅藻种群增长关系的统一.      

紊流脉动强度对藻类生长及水环境的影响研究

为探讨紊流脉动强度对藻类生长繁殖以及水环境的影响,采用自行设计的垂直振动格栅紊流装置,在一定的光照和水温条件下,通过改变各组实验装置中格栅的振动频率,在营养盐充足的封闭水体中开展了实验研究.结果表明,在实验设定的紊动范围内,紊流脉动强度对藻类的生长以及水环境的变化有明显的影响,较微弱的紊流脉动能促进水体中藻类的生长,而较强的紊流脉动则会抑制藻类的生长;随着紊流脉动强度的增加,藻类生物量峰值的出现时间逐渐推迟;不同水力条件下,5组实验过程中氮磷含量的变化情况具有显著的差异,当格栅振动频率达到2.0 Hz时,较之振动频率为0.5 Hz的实验,水体中TN和TP的最大消减量分别降低了55.2%和69.0%,与藻类生长情况关系密切;随着紊流脉动强度的增加,藻类生物量的峰值所对应的氮磷比先增后减;不同强度的紊流脉动均能促进水体的pH值和溶解氧迅速调节至藻类生长所需的最佳水平,且最佳值不变.     

基于水动力学的中小水库藻类生长模型及蓝藻暴发的模拟

应用PHREEQC软件建立了基于水动力学作用的温岭市太湖水库藻类生长模型。选用2007年度温岭市太湖水库总磷、总氮、水温、叶绿素a的实测值,采用三次样条插值的方法估计出每一天的总磷、总氮、水温、叶绿素a的数值,对模型参数进行了率定和验证。将建立的模型应用于2009年温岭市桐岭水库水华暴发的模拟预测中,结果表明本文所建立的模型进行模拟运算精度较高,可以应用于中小型水库水华暴发的模拟预测方面。     

基于生态槽实验的藻类生长参数确定

在太湖湖泊生态系统研究站的生态模拟槽中进行了藻类的动态模拟实验.取太湖原水至生态槽中,在温度、光照、营养盐变化条件下进行采样,观察藻类的变化情况.在生态槽实验基础上应用PHREEQC模型建立了藻类生长模型,模型中考虑了氮及磷营养盐的循环过程.利用生态模拟槽实验结果对太湖藻类生长模型的各参数进行了详细的率定验证,并应用最小二乘法确定最佳的一组参数,藻类及各种营养盐浓度的模拟值均能较好地拟合实验测量值.     

No.0柴油水溶组分海洋浮游植物生态效应研究

应用现场和实验室培养方法,研究了No.0柴油水溶组分海洋浮游植物生态效应.提出了摄食条件下的海洋浮游植物生长模型和不同浓度No.0柴油水溶组分下浮游植物生长效应模型,分析了不同浓度No.0柴油水溶组分下浮游植物生长效应.结果表明,摄食条件下的海洋浮游植物生长模型较传统Logistic模型能更好地反映海洋生态系统,同时应用非线性拟合技术得到了不同浓度No.0柴油水溶组分下海洋浮游植物终止生物量（B_f）.根据海洋浮游植物生长效应模型进一步分析表明,在现场和实验室条件下,低浓度No.0柴油水溶组分对浮游植物生长有明显促进作用,生长促进率最大分别约为180%和120%,然而,在高浓度No.0柴油水溶组分条件下,石油烃对浮游植物生长效应不甚显著,甚至有明显抑制作用.     

调水型水库藻类对调水氮、磷浓度与水量的响应

以南方某典型的调水型水库为研究对象,采用EFDC模型建立了水库的三维水动力和富营养化模型,并根据长历时的水文和水质数据对模型进行了率定和验证.基于模型计算结果,分析了水库氮、磷浓度对藻类生长的影响,计算了藻类对调水氮、磷浓度及调水量的响应关系.结果表明,水库氮、磷浓度对藻类生长的限制作用很小.在降幅相同的情况下,降低磷浓度比降低氮浓度的藻类浓度降幅更大,削减60%的氮,叶绿素a无明显下降,削减60%的磷,叶绿素a平均下降12.4%,分别削减90%的氮和磷,叶绿素a分别平均下降17.9%和35.1%.当调水量高于现状的20%,藻类浓度随调水量增大而降低,当调水量低于20%,藻类浓度随调水量增大而升高,调水量比现状增大1倍,叶绿素a平均降低25.7%,调水量降至20%,叶绿素a平均升高38.8%.本研究对于支撑水源地的富营养化控制工作具有重要意义.