基于菌藻对比培养方法的洱海沉积物溶解性有机氮生物有效性评价

为了深入探究DON（溶解性有机氮）在湖泊水生生态系统中的重要营养作用和生态效应,寻找科学的DON生物有效性评价方法,选择洱海不同湖区表层沉积物样品,通过室内接种细菌和铜绿微囊藻进行对比培养,运用三维荧光-平行医疗法（3D EEM-PARAFAC）研究菌藻对比培养条件下湖泊沉积物DON生物有效性及各DON荧光组分生物有效性差异.结果表明:① 藻类培养条件下洱海表层沉积物DON生物有效性（8.49%~42.5%）略低于细菌培养条件下的生物有效性（10.5%~45.3%）. ② 藻培养条件下,DON生物利用率与藻细胞密度增长量呈显著正相关,即藻细胞密度的增长量可作为反映沉积物DON生物有效性的指标. ③ 菌类培养过程中DON光谱学特征参数[如SUVA₂₅₄（254 nm处紫外吸收光谱系数）、S_R（275~295 nm处吸收光谱系数与350~400 nm处吸收光谱系数比值）等]与DON含量相关性总体较细菌培养好;培养液中SUVA₂₅₄有不同程度下降,S_R指数均有上升,大分子DON和高芳香性DON可被微生物降解.相比于陆源荧光组分,内源荧光组分的生物有效性较差. ④ 相比而言,藻类培养方法能更直观地反映沉积物DON对藻类生长的影响,可在一定程度上作为衡量湖泊沉积物DON生物有效性的指标,即藻类培养方法更适合评价洱海沉积物DON生物有效性.      

洱海表层沉积物溶解性有机氮生物有效性

选取9个洱海表层沉积物样品,提取了DON(溶解性有机氮)进行生物矿化培养,测定了培养过程中各形态氮含量,并运用三维荧光技术研究了DON结构变化. 结果表明:①洱海沉积物中w(DON)范围为43.52~214.71mg/kg,平均值为115.19mg/kg,DON主要由类蛋白和类腐殖质类物质构成,并且以类蛋白为主;②洱海沉积物中DON生物有效性为1.21%~72.77%,平均值为33.23%,生物可利用量平均值为50.22mg/kg;DON生物有效性空间差异明显,北部和南部较高,而中部较低;③洱海生物自身产生及形成的DON主要由类酪氨酸组成,其中有小部分类腐殖质可被生物利用,这是由于类色氨酸和类酪氨酸共存可提高DON类腐殖质生物有效性. 此外,w(DON)占w(TDN)(TDN为可溶性总氮)的比例是影响DON生物有效性的重要因素,w(DON)/w(TDN)越高,类腐殖质及类酪氨酸含量越低,沉积物中DON生物有效性越高. 可见,DON对湖泊富营养化有重要影响,控制洱海富营养化,不仅需要关注沉积物中的w(TN),也应关注w(DON)及DON组成特征.      

湖泊沉积物溶解性有机氮组分的藻类可利用性

选择乌梁素海和洱海沉积物样品,利用XAD-8树脂分离和三维荧光光谱技术,在室内培养条件下,研究了其溶解性有机氮(DON)不同组分的藻类可利用性.结果表明:①DON分组后,所研究湖泊沉积物DON及DOC平均损失低于5%,即XAD-8树脂分离技术可以用于湖泊沉积物DON的分组研究.②通过三维荧光光谱分析,湖泊沉积物DON亲水组分以类蛋白质为主,疏水组分以类腐殖质为主.③亲水组分培养条件下,来自乌梁素海和洱海沉积物的DON处理,其藻类生长分别呈"S"型曲线和直线上升趋势,最大藻密度分别达到535.5×104个·mL-1和709.5×104个·mL-1;其ρ(DON)均呈显著降低趋势,培养后ρ(DON)分别降低了2.46 mg·L-1和2.98 mg·L-1,表明湖泊沉积物亲水DON组分是藻类可利用的有机氮形态.④疏水组分培养条件下,来自乌梁素海和洱海沉积物的DON处理,其藻类生长均呈"单峰"曲线变化,最大藻密度分别达到113.5×104个·mL-1和275.5×104个·mL-1;ρ(DON)均在培养初期迅速下降,培养后期几乎不变,表明湖泊沉积物疏水DON组分在短时间内藻类可利用性较低,对藻类生长几乎无贡献作用.     

藻源型溶解性有机氮的产生及不同时期藻类有机物的特性

研究了铜绿微囊藻藻细胞全生命周期中氮的转化过程以及藻类有机物的性质,结果表明:溶解性有机氮(DON)在藻类生长周期中总体呈现上升趋势,藻细胞在其生长初期释放量小于0.05mgDON/107cells,衰亡期释放能力约为0.40mgDON/107cells;胞外有机物(EOM)中分子量分布在对数期和衰亡期以100kDa为主,稳定期以100kDa范围内.三维荧光光谱分析表明,EOM中荧光物质主要为类腐植酸和溶解性微生物代谢产物;而IOM主要由类芳香蛋白和溶解性微生物代谢产物组成.     

三种典型淡水藻EOM组成特征及胞外氨基酸释放规律

通过对比分析了藻类EOM的类型和组成,探讨了藻类胞外氨基酸的释放规律.选取典型淡水藻铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)、喙头舟形藻(Navicula rhynchocephala)为研究对象,采用三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)、柱前衍生高效液相色谱(HPLC)分析3种藻在生长稳定期EOM特征与胞外游离氨基酸、结合氨基酸的含量组成等差异.结果表明,藻类均可将无机氮转化为有机氮释放到水体中;3种藻EOM中总色氨酸与总酪氨酸荧光强度关系分别为铜绿微囊藻四尾栅藻喙头舟形藻、喙头舟形藻四尾栅藻铜绿微囊藻;藻胞外氨基酸中组氨酸、丙氨酸、甘氨酸及丝氨酸含量均较高,苏氨酸、精氨酸、酪氨酸含量均较低;3种藻c(DFAAs)/c(DCAAs)的比值均较低,释放的氨基酸多数以蛋白质和多肽的形式存在;铜绿微囊藻胞外有机物(EOM)中ρ(DON)、ρ(TDAAs)及氨基酸对水体中DON贡献量均为最高,分别为1.31mg/L、5.35mg/L、69.08%,因此蓝藻水华暴发可能会增加水体的氨基酸浓度,加重水体有机氮负荷.     

三维荧光光谱法分类测量水体浮游植物浓度

测量了富营养化水体中13 种浮游植物的活体三维荧光光谱和激发荧光光谱,通过光谱相似性原则将浮游植物分成3 种光谱组,分析了光合色素组成与各光谱组三维荧光光谱特征的关系.选择梅尼小环藻、小球藻和铜绿微囊藻纯种培养体,配制10 种不同浓度比例的浮游植物混合培养体,利用平行因子模型算法(PARAFAC)对混合培养体的三维荧光光谱进行了拟合,成功地区分了3 种浮游植物组分.组分1(梅尼小环藻)、组分2(小球藻)和组分3(铜绿微囊藻)在模1 上得分与其在混合样品中的实际相对浓度具有良好的线性关系,相关系数分别达到0.98222, 0.97865 和0.99788,证实了利用三维荧光光谱和PARAFAC 模型分类测量浮游植物浓度的可行性.     

氮磷营养盐水平对灰化薹草浸泡液化感抑藻的影响

为了解不同氮、磷营养盐水平下植物化感作用对铜绿微囊藻生长的影响,以鄱阳湖洲滩优势植物灰化薹草为研究对象,在室内控温、控光无菌条件下,采用锥形瓶批式培养法,分别观测3组氮、磷营养盐水平〔5.0、0.5 mg/L（超富营养）;2.0、0.2 mg/L（富营养）;1.0、0.1 mg/L（中营养）〕条件下,灰化薹草质量浓度（以干质量计）为0（对照组）、0.05、0.1、1.5、3和6 g/L时,培养液中铜绿微囊藻细胞密度.通过对比分析铜绿微囊藻的生长曲线、最大比增长率和抑制率得到不同培养条件下铜绿微囊藻生长特征的差异.结果表明:在超富营养和富营养水平下,灰化薹草浸泡液对铜绿微囊藻的生长均呈现“低促高抑”现象,抑制率分别在-23.3%~26.1%和-10%~76.5%之间,由促转抑时灰化薹草质量浓度分别为3和1.5 g/L;而在中营养水平下抑制铜绿微囊藻生长,抑制率在1.6%~85.6%之间.铜绿微囊藻最大比增长速率随氮、磷营养盐水平表现为超富营养（0.81~0.88 d-1）>富营养（0.55~0.80 d-1）>中营养（0.40~0.76 d-1）.相同灰化薹草质量浓度对铜绿微囊藻的化感抑制作用,随氮、磷营养盐水平的增加而降低.3组氮、磷营养盐水平间最大比增长速率的差值,随灰化薹草质量浓度的增加而增大.研究显示,水体氮、磷营养盐对植物化感抑藻起着重要作用,因此利用植物化感控藻效果需综合考虑水体氮、磷质量浓度.      

臭氧/活性炭协同作用去除二级出水中DON

为探讨臭氧氧化和活性炭吸附对城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(DON)的去除机制,首先测定二级出水DON、溶解性有机炭(DOC)、UV254、pH值等指标.接着通过臭氧氧化试验和活性炭吸附试验来考察二级出水中DON、DOC和UV254变化,以及DON分子量分布和DON亲疏水性变化,并应用三维荧光光谱对二级出水中DON变化进行表征.结果表明,当臭氧投加量为8mg/L,DON的去除率大约为33.9%,DOC和UV254去除率约21.2%、66.7%;当活性炭投加量为2.0g/L,DON、DOC和UV254的去除率大约为43.4%、27.6%、92.2%;臭氧氧化和活性炭吸附组合试验时,对DON的去除率大约为83.3%和81.5%;臭氧氧化提高小分子量( 20kDa)的DON所占比例;活性炭吸附降低小分子量( 20kDa)DON所占比例为;臭氧氧化和活性炭吸附都提高亲水性DON所占比例,而降低疏水性和过渡性DON所占比例;三维荧光光谱证实,二级出水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

腐殖酸对土壤铅镉吸附、赋存形态及生物可给性的影响

腐殖酸（HAs）对重金属土壤环境行为及其生物有效性的影响与其组分分子量大小关系密切.通过3种in vitro试验方法（PBET、SBRC、IVG）探讨了HAs不同分子量组分（F1：<5kDa、F2：5~10kDa、F3：10~30kDa、F4：>30kDa）对土壤镉（Cd）、铅（Pb）生物可给性的影响,同时结合批量等温吸附实验、化学连续提取形态分级方法,分析了土壤Cd、Pb吸附和形态转化与生物可给性的关系.结果表明：土壤对Cd、Pb吸附能力既受HAs添加量的影响,也受到HAs分子量大小的影响.HAs添加量为0.2% C~1% C条件下,<5kDa分子量组分促进了土壤对Cd、Pb的吸附,且随着HAs添加量的增加,促进作用更强.而>10kDa的其他组分则降低了土壤吸附Cd、Pb的能力.在本试验HAs添加量范围内,不同组分均促进了土壤中酸提取态Cd向残渣态转化,且低分子量组分对其促进作用更强.土壤Pb²⁺主要以可还原态的形式存在,占57%~89%,随着HAs组分分子量的增加,酸交换态Pb占比逐渐下降,HAs的添加促进了活性态Pb向难利用态Pb转化,从而降低了Pb²⁺活性.3种in vitro方法生物可给性测定结果表明,<5k和5~10k组分均提高了胃、肠阶段土壤Cd、Pb生物可给性（BA_Cd、BA_Pb）,而其余组分则使土壤Cd、Pb生物可给性降低.Cd、Pb生物可给性取决于Cd、Pb在土壤中转化平衡后的赋存形态,酸交换态占比高生物可给性相应也越高,土壤对重金属的吸附固定难以反映生物可给性.     

微囊藻毒素-LR和铜绿微囊藻裂解液对水稻光合作用的影响

蓝藻水华在生长和衰亡过程中会产生包括微囊藻毒素在内的多种有毒代谢产物,这些毒素可能会随灌溉用水进入农田而对作物带来不利影响.本研究选用微囊藻毒素-LR(MC-LR)纯品和铜绿微囊藻裂解液分别对营养生长期水稻进行21d暴露处理,考察不同浓度(0.1,1.0,10.0,100.0,500.0μg/L)MC-LR和不同稀释倍数(0.002,0.02和0.2倍)铜绿微囊藻裂解液对水稻叶绿素荧光强度、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及叶片超微结构的影响.研究结果表明,MC-LR对水稻光合作用特征参数具有显著的抑制作用,其中蒸腾速率和气孔导度对MC-LR暴露最为敏感,比较来看,考察浓度范围内铜绿微囊藻裂解液对植物光合作用特性指标影响显示出不同的特点,甚至表现出一定刺激和促进作用,0.02倍裂解液暴露显著促进植株蒸腾作用和气孔导度.此外,高浓度的单一MC-LR和高浓度铜绿微囊藻裂解液都能对水稻叶片超微结构能造成一定程度的损伤.铜绿微囊藻裂解液和MC-LR作用特点不一致,推测是裂解液中其他组分造成微囊藻毒素有效性的改变和毒性的降低.     

厦门市坂头水库和汀溪水库水中浮游藻类种群组成特征研究

2009年-2010年采集汀溪水库和坂头水库水样,制片,电子显微镜下观察,研究结果表明:汀溪水库藻类共有4门,其中,蓝藻门最多,其中的拟浮丝藻数量高达5.4×107个/L,其次是绿藻门,再次是硅藻门,甲藻门最少。坂头水库藻类共有4门,其中,硅藻门最多,其中的颗粒直链藻数量达到1.01×107个/L;绿藻门、甲藻门和蓝藻都非常少。根据指示藻类标准初步鉴定坂头水库和汀溪水库属于中-富营养化型(β-α-ms)水体。同时分析和讨论了藻类引起的潜在水质问题。     

阿哈水库枯水期入库河流可溶性氮、磷含量分布特征

以贵阳市阿哈水库五条入库河流为研究对象,研究了阿哈水库枯水期入库河流水体可溶性氮、磷含量分布特征,可溶性氮组分比例及沿程变化规律。结果表明：五条入库河流水体可溶性氮、磷含量差异较大,可溶性总氮（DTN）、可溶性总磷（DTP）平均含量分别为1.71~9.74 mg/L和0.03~0.52 mg/L。蔡冲河、烂泥沟河、金钟河受人类活动影响较大,水体DTN、DTP含量较高。不同河流水体可溶性氮组分比例差异显著,受人类活动影响小的游鱼河、白岩河,其水体可溶性氮以可溶性有机氮（DON）为主,DON占DTN的比例高达94%。受人类活动影响大的蔡冲河、烂泥沟河、金钟河则相反,以可溶性无机氮（DIN）为主。不同河流氮、磷含量自上到下游沿程波动较大,人为源造成的氮、磷污染远高于自然源。金钟河的DTN、DTP年输入量分别为97.03 t、46.64 t,对阿哈水库的DTN、DTP输入贡献最大,分别达到45%和66%。     

饮用水源保护区生态补偿机制构建初探——厦门案例研究

生态补偿是环境管理的一种经济手段,它通过调节人类生产活动行为来达到生态环境保护的目的。本文以厦门市汀溪水库饮用水源保护区作为研究对象,分析了建立汀溪水库饮用水源保护区生态补偿机制的必要性,确定了汀溪水库引用水源保护区生态补偿的主体与客体,计算出了汀溪水库饮用水源保护区2004年—2006年的生态补偿量,并提出了符合保护区实际情况、可操作性强的生态补偿方式,对构建饮用水源保护区生态补偿机制进行了初探。     

贵州高原红枫湖水体理化特征与碳氮硅的时空分布研究

通过分析贵州红枫湖不同水文期水体理化特征与碳氮硅含量的时空分布,以期揭示西南山区深水性湖库水环境质量的周期性变化规律。结果表明,在平水期和枯水期,红枫湖水温、pH值、溶解氧、叶绿素a含量等水体上下层变幅较小,丰水期水深6 m左右有明显的分层现象,以溶解氧最为典型,分层期底层水中溶解氧降至1.0 mg/L以下。受外源有机物大量输入和湖内藻类生长的双重影响,丰水期湖泊中DOC含量较平水期和枯水期高。NO_3~--N和DON分别占TDN的23.3%~89.4%、7.4%~26.7%。夏季湖水底层滞水带缺氧条件有利于NH_4~+-N和NO_2~--N的生成,并导致溶解态硅的含量增高。相关性分析表明,贵州高原深水性湖库的季节性水质恶化事件与夏秋季节水体分层结构失稳密切相关。     

库区高锰酸盐指数变化趋势及控制对策

分析了晋江金鸡闸库区12年来丰、平、枯各期的高锰酸盐指数监测数据，结果显示，枯水期均值上升趋势显著，说明点源污染逐年上升，应引起重视，并提出相应控制措施。     

松华坝水库水体营养状况评价与污染控制

采用中国环境监测总站<湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定>(2001年12月)中的综合营养状态指数法评价2004年松华坝水库水体的营养状况枯水期均处于贫营养状态;平水期处于贫营养和中营养状态;丰水期均处于中营养状态,出现了富营养化的征兆.针对丰水期水体已面临轻度富营养化的威胁,提出防治对策与建议.     

福建山美水库表层沉积物不同形态硅分布特征及其环境意义

采用Tessier连续提取法研究了亚热带典型山区深水水库-福建泉州山美水库沉积物中不同形态硅(可交换离子态硅[IEF-Si]、碳酸盐结合态硅[CF-Si]、铁锰氧化物结合态硅[IMOF-Si]和有机硫化态硅[OSF-Si])的时空分布特征及其环境意义.结果表明,山美水库平水期、丰水期、枯水期表层沉积物中不同形态硅总含量分别为3043.50~4414.24,2711.17~3676.89,3198.44~4444.28mg/kg,平水期>枯水期>丰水期;其空间分布特征为:库尾区>水库中部区>近坝区>入库区.该水库中IEF-Si和CF-Si相对含量少,活性大.虽然可交换态硅的含量较少,其释放潜能有可能对水生生态系统营养状况及初级生产产生影响;CF-Si对环境因子尤其是pH值特别敏感;IMOF-Si和 OSF-Si相对含量高,IMOF-Si可能是山美水库硅补充的最主要途径;而OSF-Si是比较稳定形态的硅,其分布规律与受不同时期沉积下来的沉积物类型和环境影响有关.平水期、丰水期CF-Si与IMOF-Si呈显著正相关关系(P<0.05,r=0.728;P<0.05,r=0.672),丰水期、枯水期IMOF-Si与OSF-Si均呈显著正相关关系(P =0.05,r=0.757; P <0.01,r=0.832).     

基于3S技术的水库饮用水水源保护区划分

以汀溪水库为例,采用3s技术进行水库饮用水水源保护区划分;利用GIS技术建立数字高程模型并自动生成汇水区盆地和流域范围,初步划定保护区范围;采用遥感技术获取保护区内的自然环境专题信息;根据饮用水源保护区划分原则,综合考虑社会和自然等多种数据源进行人工修订获得保护区范围界定。     

新安江水库近10年水质演变趋势及与水文气象因子的相关分析

根据2003—2012年水质逐月监测数据和水文气象资料,对新安江水库水质和营养状态变化进行分析,探讨了新安江水库水质演变规律及其与水文气象因子之间的关系.结果表明,近10年间新安江水库总磷、总氮、生化需氧量和p H存在显著的年际变化.叶绿素a浓度上升趋势明显.综合营养状态指数显示水库营养状态由贫营养逐步向中营养转变.营养盐和叶绿素a浓度存在显著空间差异性,河流区高于过渡区和湖泊区,且丰水期高于枯水期,说明水库营养盐主要来自面源污染.年均气温及水温呈下降趋势,降雨量、出入库流量则呈上升趋势,相关分析表明水文气象因子对水质指标影响较大.     

桂林五里峡水库丰水期溶解有机碳特征

为更全面、准确把握岩溶碳循环特征,本文在获取桂林五里峡水库丰水期水化学及溶解有机碳(DOC)分布特征的基础上,还借助紫外吸收光谱技术对水体有机质分子量大小等进行分析.结果表明,五里峡水库丰水期水化学类型仍为HCO_3-Ca·Mg型,水体营养状态为中等营养型,未达到富营养状态;五里峡水库丰水期DOC质量浓度比枯水期低,DOC为TOC的主要组成部分,DOC质量浓度在垂直方向上呈表层至底层降低的趋势,这是Chl-a、DIC等水环境因子综合影响的结果;S_(275~295)、M、SUVA_(254)、E_(253)/E_(203)吸收光谱特征参数表征下的库区水体有机质以小分子量物质为主,富里酸所占比例高,腐殖酸所占比例低,芳香性较弱,苯环上脂肪族等非极性官能团含量较多,表明库区水体DOC内源特征较强,有机质生物活性较好,在水库碳循环中发挥了积极作用.