不同光照下微囊藻垂直迁移模拟研究

通过室内模拟不同光照条件下微囊藻水华的垂直迁移过程,分析了光强对微囊藻细胞在水柱中聚集和悬浮的影响。结果表明:不同光源下水柱中微囊藻细胞发生垂直迁移,并明显聚集于中下层;I2光源下微囊藻细胞垂直迁移速度高于其他处理,高达2.59 m/h;微囊藻细胞在弱光条件下,通过形成伪空泡使其细胞密度降低、浮力增大,从而悬浮于水柱中,寻找适宜生境;野外水域中以微囊藻为优势藻种的蓝藻水华正是通过在强光条件下伪空泡破裂下沉、弱光条件下伪空泡增多上浮的趋利避害机制而产生。     

浅水富营养化湖泊蓝藻垂向分布特征及其动力机制研究—以太湖为例

蓝藻垂向运动的表征对于理解浅水富营养化湖泊中蓝藻水华的形成过程至关重要.本研究以太湖为研究区,通过野外实验观测,分析蓝藻生物量及颗粒物粒径分布的垂向变化特征,结合一维蓝藻平流运动模型,研究在不同扰动强度和群体粒径下的蓝藻垂向运动规律.结果表明,在低风速条件下（风速小于3 m·s^-1）,太湖水体中蓝藻生物量在垂向上分布不均匀,其垂直分布剖线在水表或水柱某一深度形成峰值.当水华发生时,直径> 75 μm的蓝藻群体主要聚集在水表,其剖线在水下形成不明显的峰值;在水华未发生时,75~175 μm直径范围内的蓝藻群体主要聚集在水深1.2 m处,175~250 μm直径范围内的大粒径蓝藻群体仍聚集在水表.垂向运动模拟表明,直径> 100 μm的蓝藻群体随光照变化在水柱中进行周期性上浮下沉运动,直径< 100 μm的蓝藻群体,由于垂向迁移速度较小,在弱扰动条件下聚集在真光层深度附近.不同粒径蓝藻群体的垂向运动规律不同,导致蓝藻生物量垂直剖线在水表和水下形成两类特征峰.     

氮磷限制条件下螺旋鱼腥藻伪空胞合成及其浮力特征

伪空胞的合成与破裂是蓝藻浮力调节的主要方式. 为研究固氮蓝藻浮力的形成及其调节能力,以螺旋鱼腥藻为代表,在外压作用下将螺旋鱼腥藻伪空胞压破,分别在氮限制〔ρ(TN)为1.65 mg/L,ρ(TP)为1.780 mg/L〕、磷限制〔ρ(TN)为16.50 mg/L,ρ(TP)为0.178 mg/L〕条件下研究伪空胞的合成、藻细胞垂向迁移及漂浮特性. 结果表明:螺旋鱼腥藻的伪空胞完全破裂后,在氮限制条件下,藻细胞恢复浮力(漂浮率>50%)需56 h,伪空胞含量恢复到初始水平(2.47×10-7 μL/cell)需要72 h;而在磷限制条件下伪空胞含量无法恢复到初始水平;氮限制和磷限制条件下螺旋鱼腥藻最大垂向迁移速率分别为1.4和0.8 m/d,磷限制条件对螺旋鱼腥藻伪空胞的合成及恢复更为不利.      

6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力研究

通过改进的压力毛细管法,研究了6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力,并研究了过滤（真空度为0.02 MPa）和离心（离心力低于500 r/min）2种细胞浓缩方法对细胞内伪空胞含量测定的影响.结果表明,对于分散的单细胞的微囊藻,无论是采用过滤还是离心的方法,都难以达到理想的浓缩效果;对于群体形态的微囊藻,可以采用离心的方法进行浓缩,对于丝状的浮游蓝丝藻,宜采用过滤的方法进行浓缩. 此2种浓缩方法对细胞伪空胞含量的测定影响很小,伪空胞破裂率<7％. 6株蓝藻均为浅水湖泊藻类,由于长期自然选择的结果,6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力比较接近. 5株微囊藻伪空胞的临界破裂压力为0.64～0.67 MPa之间;孟氏浮游蓝丝藻伪空胞的临界破裂压力为0.715 MPa,与深水湖泊或水库的蓝藻相比,6株蓝藻的伪空胞平均临界破裂压力均较小;在相同光照和温度条件下,单细胞微囊藻的膨压比群体微囊藻的膨压略大.     

光照对微囊藻比重的影响及其调控机制

富营养化湖泊中,浮力调控机制是微囊藻在种间竞争中占据优势的重要原因,而其浮力则受细胞比重的调控。该文探究了微囊藻的比重及其调控因子对光照强度的长期和短期响应。结果表明,10 d的长期实验中,在0～5 500 lx范围内,光照强度越强,比重越大,且与光照强度呈正相关,其中5 500 lx光强下微囊藻培养10 d后的比重增量是200 lx的2.73倍。随着光照强度增加,在比重的调控因子中胞内碳水化合物含量增加,伪空胞含量和胞内蛋白质含量减少。相关性分析显示,碳水化合物增加和伪空胞减少是比重增加的主要原因,尤其是碳水化合物的积累增加了微囊藻的下沉动力。24 h的短期实验结果显示,在光周期内所受光照强度越强,微囊藻的碳水化合物含量积累越多,其比重明显上升;经历暗周期后,光周期内光照强度越强,胞内碳水化合物消耗越多,其比重下降更明显。该研究显示长期和短期条件下高光强都能诱导微囊藻比重增加,但在短期高光强作用下胞内碳水化合物含量虽然积累很快,但同时也促进了其在暗周期的消耗,这为进一步揭示微囊藻的垂直迁移的形成机制提供了参考。     

洱海水华期间饮用水源区产毒微囊藻和微囊藻毒素-LR的分布特征

水华期间微囊藻毒素的释放会严重影响洱海饮用水源水质安全.应用荧光定量PCR结合酶联免疫法快速检测洱海水华高发秋季(8—11月)主要旅游区和饮用水源地产毒微囊藻丰度和微囊藻毒素LR浓度.结果表明,荧光定量PCR方法能够快速定量洱海中总微囊藻种群和产毒微囊藻丰度,并且能有效预测洱海水体产毒潜能.洱海总微囊藻平均丰度为8.15×10~6copies·L~(-1),9月份均值最高,产毒微囊藻平均丰度为6.42×10~5copies·L~(-1),也于9月达到最高值,占总微囊藻的比例为1.0%~69.8%,水温和TP显著影响洱海总微囊藻丰度,低温、低P是洱海微囊藻水华的限制因子.洱海毒素峰值期为10月上旬,期间水源地微囊藻毒素和胞外微囊藻毒素全部检出,叶绿素a显著影响总微囊藻毒素和胞外微囊藻毒素分布,说明在一定程度上Chl a值能预测水体微囊藻释放的毒素风险.洱海总微囊藻毒素LR最高值达2.17μg·L~(-1),已超过集中式生活饮用水地表水源地对MC-LR的限值(1.0μg·L~(-1)),表明水华期间洱海饮用水水源安全问题不容忽视.     

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.     

成都市大气颗粒物粒径分布及其对能见度的影响

使用环境颗粒物分析仪（GRIMM180）对成都市2018年10月—2019年9月0.25~32 μm的大气颗粒物数浓度粒径分布进行观测,结合细颗粒物（PM_2.5）质量浓度以及相对湿度（RH）、能见度、降水量等气象要素数据,分析了成都市大气颗粒物粒径分布及其与能见度的关系.结果表明,观测期间成都市大气颗粒物以细粒子为主,0.25~0.5 μm的粒子数浓度占总数浓度的97.75%,数浓度谱呈单峰分布,2018年秋季、2019年夏季表面积谱呈双峰分布,2018年冬季、2019年春季表面积谱呈三峰,体积谱均为三峰分布;在不同RH区间,PM_2.5质量浓度及数浓度均与能见度呈负相关,且其中0.25~0.5 μm粒径段的细颗粒物因为对可见光波段的米散射效应而对能见度产生较大影响;在不同RH情况下,不同粒径段颗粒物数浓度对能见度的影响程度有所差别：在低RH（<70%）下,0.25~0.3 μm粒径段粒子数浓度对能见度影响最大;在中等RH（70%~80%）下,0.3~0.5 μm粒径段粒子数浓度对能见度的影响最大;而在高RH（>80%）下,0.3~0.5 μm和0.5~1 μm粒径段粒子数浓度对能见度影响相当.     

武清地区冬季一次重污染过程垂直分布特征

为研究京津冀地区重污染过程大气污染物的垂直分布特征,于2016年12月13日重污染前（11:49-12:18）和12月18日重污染期间（11:00-11:16）在北京市、天津市、河北省交界处的武清地区利用系留气球开展1 000 m以下的大气观测,探究污染物的垂直分布特征及对流边界层、覆盖逆温层和混合层等要素对重污染形成的影响.结果表明:①在重污染前,大气层结不稳定,ρ（PM_2.5）、ρ（NO_x）与ρ（O₃）随高度变化不明显,存在明显的垂直对流运动,有利于大气污染物的扩散;PM_2.5/PM₁₀[ρ（PM_2.5）/ρ（PM₁₀）]在800 m以下为0.60~0.80,在800~1 000 m以上大于0.90.②重污染期间,近地面大气层分为对流边界层（距地面0~150 m）、覆盖逆温层（150~370 m）、混合层（370~500 m）和自由大气（500 m以上）4个层次.③NO_x主要在对流边界层内聚积;高空O₃在向近地面扩散时受强混合层阻挡,在混合层出现一个小峰值;PM_2.5不仅在近地面聚积,而且在覆盖逆温层内聚积,ρ（PM_2.5）在覆盖逆温层内呈双峰（峰值分别出现在150和370 m）分布,其粒径集中在0.5~1.0 μm,属于积聚态气溶胶.研究显示,在不利扩散条件下,汽车排放、村镇居民供暖排放的污染物聚积及二次颗粒物的生成是重污染形成的重要因素.      

京津冀中部夏季大气颗粒物空间分布特征

为研究京津冀地区雾霾成因,以Y-12（运-12）飞机为大气颗粒物观测平台,对2016年夏季京津冀中部大气颗粒物污染特征进行了观测研究.结果表明,天津市颗粒物数浓度垂直分布特征为1 500 m（以下均为标准气压高度）以下呈单峰分布,1 500 m以上呈单调下降,峰值均出现在0.35~0.40 μm之间,峰值的最大值出现在900 m左右;颗粒物体积浓度谱呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和1.00~2.00 μm之间,峰值的最大值出现在450 m左右.天津市、保定市和衡水市600与2 400 m数浓度谱分布特征为单调下降和单峰分布并存;600 m表面积浓度谱呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和0.90~1.00 μm之间;2 400 m表面积浓度谱呈双峰分布,分别在0.30~0.40和0.50~0.60 μm之间;600与2 400 m体积浓度谱均呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和1.00~3.00 μm之间.天津市大气颗粒物数浓度谱峰值的最大值出现在900 m左右,说明逆温层对气溶胶累积的形成有重要影响.城市间数浓度谱峰值高低受地面颗粒物质量浓度大小影响.京津冀中部大气颗粒物表面积浓度谱在600 m呈三峰分布,在2 400 m呈双峰分布,可能是因为2 400 m空中以细粒子为主.京津冀中部大气颗粒物体积浓度谱在600与2 400 m空中均为三峰分布,而国外为双峰分布,发现粗粒子峰值粒径范围差别较大,这是由于国内PM_2.5在PM₁₀中占比较大.研究显示,京津冀中部600和1 200 m大气颗粒物多来源于山东、河南,经近地面输送;2 400 m大气颗粒物多来源于内蒙古地区,经高空和近地面两种途径输送.      

南京玄武湖微囊藻水华种类组成的研究

2005-08～2006-10采集蓝藻水华样品, 通过形态学特征和ITS序列分子标记的方法对南京玄武湖水华的优势种类进行了鉴定. 结果表明,玄武湖水华主要由微囊藻构成, 通过形态特征鉴定主要种类为铜绿微囊藻(M. aeruginosa)、M. novacekii 和惠氏微囊藻(M. wesenbergii). 3种藻的生物量在水华中的相对比例分别为30%～45%、35%～40%和10%～15%. 采用分子标记的方法对２种优势种类进行了分子鉴定. PCR扩增ITS序列并进行测序, 通过基因序列比对和基于ITS序列的系统发生树分析, 进一步确定了优势种类为M. aeruginosa和M. novacekii; 通过检测产毒基因mcyB来确认2株优势微囊藻的产毒特性, PCR扩增结果均出现了大约为780 bp的特异性片段, 表明这2种藻均为产毒种. 对水华提取物的高效液相色谱(HPLC)测定表明, 玄武湖水华中微囊藻毒素的种类主要是MC-LR和MC-RR.     

Decomposition and phosphorus release from four different size fractions of Microcystis spp. taken from Lake Taihu, China

Decomposition of Microcystis is accompanied by the release of phosphorus,during bacteria play an important role.A series of experiments were undertaken to evaluate the effect of bacteria on the decomposition of Microcystis taken from Lake Taihu,China,a lake that is suffering from dense Microcystis blooms.The 16 experiments involved four size fractions of colonial Microcystis with or without the addition of lake sediment and Gram-negative bacterial inhibitor NAN_3.The highest decomposition rates were reco...     

太湖蓝藻水华期间水体和底泥中产毒微囊藻与非产毒微囊藻种群丰度研究

运用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,QPCR)技术研究了太湖蓝藻水华期间不同湖区水体和底泥中产毒微囊藻与总微囊藻种群丰度.结果表明,湖区间产毒微囊藻种群和总微囊藻种群丰度明显不同:在水体中,竺山湾(N5)和梅梁湾(N2)产毒微囊藻和总微囊藻种群丰度高于贡湖湾(N4)和湖心(S4...     

巢湖藻类生物量季节性变化特征

在2008年对巢湖浮游藻类的生态分布进行了为期1 a的调查研究,并采用自制"藻类上浮/下沉捕集器"定量研究了水柱中藻类上浮和下沉速率的季节性变化.结果表明,蓝藻为巢湖主要的水华优势群落,但各个季节优势水华种群有所差别,春季鱼腥藻占优势,微囊藻次之;夏、秋两季微囊藻占绝对优势.5月开始,水柱中藻类生物量明显增加;8月份达到最大值,叶绿素含量全湖平均为146.37 mg.m-3.表层沉积物中藻类生物量在9.75～16.24 mg.kg-1之间,最小值出现在夏季,然后逐渐升高,最大值出现在冬季的11月.研究期间(5～10月),水柱中浮游藻类一直存在上浮和下沉现象,上浮速率在总体上呈先上升后下降的趋势,最大值出现在8月初,为0.036 8 mg.(m2.d)-1;下沉速率则呈现先缓慢上升后急剧下降的趋势,最大值出现在9月初,为0.032 1 mg.(m2.d)-1.多元逐步回归统计表明,温度是巢湖藻类生物量变化最为显著的影响因子,其次为总氮(TN)和总磷(TP).     

洱海地面水环境监测优化布点研究

根据１９８７年以后五年洱海水质监测数据的数理统计分析，选择污染指数大的ｐＨ、ＣＯＤ＿（Ｍｎ）、ＢＯＤ＿５、Ｔ－Ｎ、Ｔ－Ｐ进行单项方差分析，进而再进行灰色关联聚类分析和年际相关分析，确知洱海三个水质监测断面可归于一类。考虑水下地形、湖流、环湖工农业布局，水质监测点优化为两个即可保证其准确性、可控性和代表性。     

Seasonal dynamics of water bloom-forming Microcystis morphospecies and the associated extracellular microcystin concentrations in large, shallow, eutrophic Dianchi Lake

The increasing occurrence of Microcystis blooms is of great concern to public health and ecosystem due to the potential hepatotoxic microcystins （MCs） produced by these colonial cyanobacteria. In order to interpret the relationships between variations of Microcyst/s morphospedes and extracellular MC concentrations, the seasonal dynamics of phytoplankton community composition, MC concentrations, and environmental parameters were monitored monthly from August, 2009 to July, 2010. The results indicated that Microcystis dominated total phytoplankton abundance from May to December （96%--99% of total biovolume）, with toxic Microcystis viridis and non-toxic Microcystis wesenbergii dominating after July （constituting 65%- 95% of the Microcystis population）, followed by M. viridis as the sole dominant species from November to January （49%--93%）. Correlation analysis revealed that water temperature and nutrient were the most important variables accounting for the occurrence ofM. wesenbergii, while the dominance ofM. viridis was related with nitrite and nitrate. The relatively low content of MCs was explained by the association with a large proportion of M. viriclis and M. wesenbergii, small colony size of Microcystis populations, and low water temperature, pH and dissolved oxygen. The extracellular MC （mean of 0.5 ± 0.2 μg/L） of water samples analyzed by enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA） demonstrated the low concentrations of MC in Dianchi Lake which implied the low potential risk for human health in the basin. The survey provides the first whole lake study of the occurrence and seasonal variability of Microcyst/s population and     

洱海上覆水不同形态氮时空分布特征

为研究洱海上覆水各形态氮时空变化特征及其环境效应,收集了1992~2009年洱海上覆水总氮数据,逐月调查了2010年上覆水各形态氮含量.结果表明,1992~2010年洱海上覆水TN含量在0.20~0.67mg/L之间,总体呈上升趋势.2010年上覆水TN年均值为0.57mg/L,DTN为0.41mg/L,NH4+-N为0.17 mg/L,NO3--N为0.086 mg/L,DON为0.15mg/L,颗粒态氮(PN)为0.16mg/L,满足Ⅲ类水体要求;TN、DTN和DON北部最高,NH4+-N和NO3--N中部最高、PN南部最高;上覆水各形态氮年内呈先升后降趋势,TN、DON和PN在7月份达到最高值,DTN和NO3--N在9月份达到最高值,NH4+-N在6月份达到最高值;上覆水TN、DTN、DON和PN垂向分布底层最高,表层次之,温跃层12m处出现峰值.上覆水氮形态时空分布主要受外源氮输入影响,内源氮释放以DON和PN形态为主,NH4+-N和NO3--N分布受水生植物分布影响较大,TN是影响藻类季节性变化的主要因子.洱海营养水平受上覆水氮浓度影响较大,应以控制外源氮输入为重点,特别是雨季之初6、7月份,北部“三江”流域是重点控制区域.     

孟氏浮游蓝丝藻在模拟水体中的垂直分布与浮力规律研究

采用大型室内湖泊模拟装置对孟氏浮游蓝丝藻在富营养化湖泊中的垂直分布与迁移特征进行了模拟,并通过10 L玻璃瓶实验对孟氏浮游蓝丝藻浮力对光的响应进行了分析.湖泊模拟实验结果表明,光照后,表层孟氏浮游蓝丝藻开始向下层迁移,光照8h后,藻丝在深2～3m左右水层形成稳定聚集层;藻丝容易集聚层在光照度为10μmol·(m2·s)-1左右水层,处于该水层上部的藻丝漂浮百分率<50%趋向于沉降,处于该水层下部的藻丝漂浮百分率>50%趋向于漂浮;无光照后,藻丝开始往水体表层聚集,无光照12h后,约20%的藻丝聚集在水体表层,无光照48h后,约50%的藻丝聚集在水体表层;说明浮游蓝丝藻白天主要分布在水体2～3m处,在早晨或连续的阴天后,可能在水体表层形成水华.10 L玻璃瓶实验结果表明,强光照[100μmol·(m2·s)-1]/无光照周期下藻丝漂浮百分率在30%-70%间变化,弱光照[25μmol·(m2·s)-1]/无光照周期下藻丝漂浮百分率在30%-50%间变化,说明强光照[100μmol·(m2·s)-1]/无光照周期下藻丝具有明显的沉降与漂浮特征.1昼夜内,藻细胞蛋白质和伪空胞的变化不明显,糖含量在14%-35%间变化,藻丝的浮力对光照的响应可能通过藻细胞的糖含量变化实现.