水体水质理化性质与沉水植物生长的生物学特征相关性研究

为探讨沉水植物生长影响的水质理化性质,通过室外静态模拟实验,3种沉水植物在高中低3种不同污染浓度的底质中,室内分析测定了沉水植物生物学指标和水质指标,并进行水体水质理化性质与沉水植物生物量、株高、分枝数、叶绿素之间的相关关系研究,数据的典型相关分析结果表明:在低污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻和竹叶眼子菜的生长呈显著负相关;与金鱼藻的生长呈显著正相关。在中度污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻的生长呈显著正相关;与竹叶眼子菜和金鱼藻的生长呈显著负相关。在高污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻、竹叶眼子菜和金鱼藻的生长呈显著负相关。     

光照强度对丝状藻去除再生水中氮磷的影响

再生水中的N、P营养盐使再生水在回用过程中存在藻华暴发的风险,通过丝状藻去除再生水中的N、P营养盐,并将其转化为生物资源,可以有效降低再生水回用风险,实现资源化利用.光照强度会影响丝状藻的生长及藻细胞内的物质含量,从而影响藻类对再生水的脱氮除磷效果.为探究不同光照强度对丝状藻生长及其去除再生水中N、P的影响,以水绵、结节鞘藻、丝藻和转板藻4种丝状藻为研究对象,探究了不同光照强度(0、2 000、6 000、8 000、10 000 lx)下,4种丝状藻在实验室配制的再生水中的生长情况及再生水中N、P浓度的变化.结果表明：(1)光照强度为8 000 lx时,水绵、结节鞘藻、丝藻和转板藻对TN的去除率最高,分别为48.33%、64.87%、49.74%、79.32%;除水绵、丝藻在低光照强度时TP的去除率较低外,其他试验组均能有效去除再生水中的TP,去除率均在90%以上.(2)水绵、结节鞘藻、丝藻的饱和光照强度为8 000 lx,此时其生物质产量、蛋白质含量和脂质含量均最高,转板藻的饱和光照强度大于8 000 lx,低于10 000 lx.(3)再生水中培养的丝状藻,其体内蛋白质含量高于脂...     

光照强度对丝状藻去除再生水中氮磷的影响

再生水中的N、P营养盐使再生水在回用过程中存在藻华暴发的风险,通过丝状藻去除再生水中的N、P营养盐,并将其转化为生物资源,可以有效降低再生水回用风险,实现资源化利用.光照强度会影响丝状藻的生长及藻细胞内的物质含量,从而影响藻类对再生水的脱氮除磷效果.为探究不同光照强度对丝状藻生长及其去除再生水中N、P的影响,以水绵、结节鞘藻、丝藻和转板藻4种丝状藻为研究对象,探究了不同光照强度(0、2 000、6 000、8 000、10 000 lx)下,4种丝状藻在实验室配制的再生水中的生长情况及再生水中N、P浓度的变化.结果表明：(1)光照强度为8 000 lx时,水绵、结节鞘藻、丝藻和转板藻对TN的去除率最高,分别为48.33%、64.87%、49.74%、79.32%;除水绵、丝藻在低光照强度时TP的去除率较低外,其他试验组均能有效去除再生水中的TP,去除率均在90%以上.(2)水绵、结节鞘藻、丝藻的饱和光照强度为8 000 lx,此时其生物质产量、蛋白质含量和脂质含量均最高,转板藻的饱和光照强度大于8 000 lx,低于10 000 lx.(3)再生水中培养的丝状藻,其体内蛋白质含量高于脂...     

城市内河蓝藻复苏和生长规律研究

主要探讨城市化对城市内河蓝藻复苏和生长的影响。这些影响包括河流中营养物的升高、高等水生植物的灭绝、河水所受光照强度的变化以及由河水滞流带来的水体复氧效率降低对内河中蓝藻爆发条件的影响。通过实验我们发现金鱼藻与水网藻的存在可以在一定程度上抑制蓝藻的生长,金鱼藻的效果比水网藻更明显。适宜的光照是蓝藻大量生长的条件。对水体进行曝气复氧可以抑制蓝藻的生长。     

紫外线对再生水中斜生栅藻的生长抑制效果

再生水具有就近易得、水量大且稳定等突出优点,已成为景观水体的重要补给水源。但再生水中含有氮、磷等营养物质,景观回用过程中可能会加剧藻类水华爆发风险。在藻类生长的早期阶段,采用紫外线处理有可能将再生水中藻类生物量控制在低风险范围,从而预防再生水景观回用水体中发生水华。以深圳市某污水处理厂二级出水为再生水回用景观水体的典型样品,考察了紫外线（254 nm波段）对典型微藻斜生栅藻的生长抑制效果,采用流式细胞术、调制荧光技术等方法,研究了不同紫外剂量对斜生栅藻的生长抑制效果,以及对藻细胞膜完整性和光合活性的影响。结果表明:对于初始密度约为7×104个/mL的斜生栅藻,50~100 mJ/cm2的紫外线能够取得1~5 d的生长抑制期,150~200 mJ/cm2剂量能将生长抑制期延长至10 d。紫外线能迅速引起斜生栅藻光合活性下降并能逐渐引起部分藻细胞破裂,100~200 mJ/cm2剂量处理后10 d内膜损伤细胞比例达到16%~71%。可见,紫外线能够对再生水中的斜生栅藻取得显著的生长抑制效果,是具有应用前景的景观水体水华风险防控手段。     

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.      

不同水源补给河流浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系

为探究不同水源补给河流浮游植物群落结构的差异,于2019年5~11月对北京市北运河水系和永定河水系7条河流进行逐月采样调查,分析不同水源补给河流浮游植物群落结构特征,并采用相关性分析和冗余分析（RDA）探究浮游植物群落与环境因子之间的关系.结果表明,7条河流共监测到9门127种浮游植物,硅藻、绿藻和蓝藻为优势种群,分别占种类总数的40.94%、34.65%和10.24%.浮游植物密度介于（0.24~169.14）×10⁶ cell·L^-1之间,均值为38.20×10⁶ cell·L^-1,生物量介于0.21~78.50 mg·L^-1之间,均值为16.49 mg·L^-1.浮游植物种类、密度和生物量均表现为：混合水源补给组>完全再生水补给组>无再生水补给组.浮游植物生物多样性指数H''均值介于1.56~2.18之间,均匀度指数J均值介于0.47~0.67之间,H''和J均表现为：无再生水补给组>混合水源补给组>完全再生水补给组.RDA排序结果表明,影响混合水源补给组浮游植物优势种的主要环境因子为DOC、pH、Chla、DO和TP,影响无再生水补给组和完全再生水补给组优势种的主要环境因子为TN、NH₄⁺-N、N/P和ORP.     

微藻对水网藻在水体修复中的胁迫作用研究

通过单独与混合培养实验,结果显示在适宜营养水平下,水网藻对氮、磷有较强的富集吸收能力;而来自微藻生长竞争的压力会促使水网藻对营养物的生态幅变窄,满足其最佳生长所需要的PO43-P从0.085mg/L降低为0.024mg/L;并且其富集磷的能力也大为降低。在利用水网藻进行富营养化水体修复或净化水质时,这种生物之间的抑制现象必须引起重视。     

基于水生生物调控的再生水生态稳定性分析

为了提高再生水补给城市河湖之后的生态稳定性,选用苦草、金鱼藻和穗状狐尾藻3种沉水植物,配合投加鲢鱼和椭圆背角无齿蚌,形成生态系统,进行实验研究,维护再生水的生态稳定。对比不同组合对再生水体生态环境的维护效果,并测试了不同沉水植物的生长状况。结果表明:金鱼藻对再生水适应能力较强,其光合作用效率较高,可以较好地抑制浮游植物的生长,提高水体的透明度,将浊度维持在4 NTU以下,同时,鲢鱼和椭圆背角无齿蚌与金鱼藻的组合,使再生水体形成健康稳定的微型生态系统,有效地避免了再生水体出现富营养化现象。     

深圳红树林水体浮游植物多样性与营养状态评价

通过监测深圳福田红树林水体浮游植物,掌握浮游植物多样性组成和时空分布特征,并利用浮游植物群落多样性指数结合生物量、数量,对水体营养状态进行评价。结果表明,浮游植物种类少,数量大。硅藻分布广泛,在种类和数量上占主导地位,优势种为微小小环藻(Cyclotella caspia)和诺氏海链藻(Thalassiosira nordenski ldi)等,一些耐污染的藻类,如小颤藻(Oscillatoria minima)、裸藻(Euglenaspp.)在特定季节成为一些站位的优势种。浮游植物种类组成时空变化显著,而数量的空间变化明显,季节差异不大。检测出富营养化指示种15种,中营养化指示种11种,贫营养化指示种9种。浮游植物的生物评价指数显示,深圳红树林水体处于中~富营养化状态,有向富营养化过渡的趋势,水体遭受严重污染,应注意加强对内陆径流和污水排放进入红树林的严格控制和管理。     

水库浅水区底泥营养物质释放与藻类生长关系研究

采用围格试验,通过对自然条件下的水库浅水区底泥及上覆水体的模拟,研究了水库浅水区底泥营养物质的释放规律及其与藻类生长的关系。结果表明:水库浅水区底泥营养物质在第10天开始释放,在第17天出现峰值,营养物质的释放会加速藻类的生长;改变底泥原始上覆水的水质条件,低浓度的原始上覆水可加速底泥营养物质的释放,同时藻类出现峰值的时间晚于高浓度的上覆水;雨季的到来可以加速底泥中P的释放,进而加速藻类的爆发,特别是绿藻爆发;藻类爆发前期,p H和溶解氧均会升高并出现峰值。     

Growth characteristics of algae during early stages of phytoplankton bloom in Lake Taihu, China

Three treatments, sediment plus lake water (S+W), sterilized sediment plus lake water (SS+W), and sediment plus filtered lake water (S+FW), were recruited to investigate the growth characteristics of algae during pre-bloom and the importance of algal inocula in the water column and sediment. The results showed that in the water column, biomass of all algae increased in all treatments when recruitment was initiated, whereas this tendency differed among treatments with further increment of temperature. The process of algal growth consisted of two stages: Stage I, the onset of recruitment and Stage II, the subsequent growth of algae. Compared with S+W, in Stage I, SS+W significantly increased the biomass of cyanophytes by 178.70%, and decreased the biomass of non-cyanophytes by 43.40%; In Stage II, SS+W notably stimulated the growth of all algae, thus incurring the occurrence of phytoplankton bloom. Further analyses revealed that both metabolic activity and photochemical activity of algae were enhanced in SS+W, which resulted from the releasing of nutrients from sediment. These results suggest that algal growth in Stage II and algal inocula in the water column can be important factors for the formation of phytoplankton bloom. In addition, possible mechanisms promoting algal recruitment and subsequent growth of algae were explored.     

基于复杂网络同步特征的水华暴发数值模型

基于复杂网络的同步特征和藻类动力学生长特性, 以汉江近年来水华污染的现场监测资料为例, 并结合氮磷浓度、水温等实测数据构建了水华暴发的数值模型, 用以描述藻类生长和水华暴发的动力学机制; 同时, 利用达到指定藻生物量临界值的网格数规模作为判定水域是否暴发水华以及规模大小的依据, 从复杂网络同步特性的角度验证了水华暴发的临界性和全局突发性, 进而揭示了水华暴发现象是水域子区域整体协同作用的结果. 计算结果表明, 如果达到临界值的网格数超过指定的规模, 相应水域将暴发水华, 且网格达到峰值状态持续的时间越长, 水华污染越严重.     

城市再生水景观利用水华识别和预警方法探讨

城市再生水景观回用的主要问题是水体富营养化导致水华的暴发。为了抑制藻类的大规模生长,需要提前采取预防措施,以便将有可能爆发水华的藻类及时杀死或除去。目前,人们已经对景观水体中常见藻类的生长规律做了深入的研究,发现水体中藻数量(藻密度)的多少与水体的pH值和DO值的变化有密切而相对稳定的关系。通过在线实时监控pH值和DO值,找到△pH、△DO与藻类生长之间的关系,并结合pH、DO、温度、正磷酸盐和总氮等指标,实现实时识别和预测水华爆发的目的。     

微污染水体夜间曝气控藻效果研究

设计和开发了一种适用于小城镇的曝气控藻设备,通过底泥围隔实验,研究了夜间曝气对微污染水体的治理效果。结果表明:曝气可以有效抑制氮素循环中反硝化作用和底泥向上覆水中释放磷元素,对氮、磷营养元素的抑制率高达80%;曝气对叶绿素a浓度影响极其显著(p<0.01);曝气能有效抑制藻类增长,并防止围隔内的藻类优势种转变为容易引发"水华"的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)。     

2017年最大降水对再生水受水河道径流组成的影响

再生水受水河道水文条件作为河流水生环境及生化反应重要控制因子,会受到丰水季降水汇入的影响.以潮白河典型受水河道——顺义段为例,通过丰水期前（2017-06-11）、降水中（2017-07-06）、降水后（2017-07-08、2017-07-09）河水中氢氧同位素特征和氯离子浓度的变化,识别地表径流组成对2017年最大日降水量（重现期3.3a）的响应,揭示河流汇水过程径流组成的时空差异及原因.结果表明,在降水初期,降水中氢氧同位素主要受雨量效应影响,后期微小变幅主要受水汽来源差异影响,整个河段接受降水的同位素值相近.降水后3 d内坡地汇流尚未停止,在各断面占比各异;坡地汇流占比沿程增加（2%~85.6%）,再生水占比沿程减少（90%~67%）,再生水通过优先通道到达下游断面.降水后3 d内SY01~SY05断面水量由坡地汇流、再生水、原位水组成,有明显的河网汇水过程,SY06~SY07断面水量由坡地汇流及原位水组成.     

汉江下游河流型水华暴发的多影响要素特征识别

水体富营养化通常发生于湖泊和水库等闭合水域,在大型流动性河流中通常较少发生.然而,随着近年来人类活动的干扰,汉江中下游水华事件频繁暴发,给沿岸居民的饮用水安全带来了严重隐患.科学辨识可能导致汉江下游水华暴发的多要素变化特征,是揭示河流水华成因和优化上游水利工程调度的重要依据.基于收集的汉江流域下游气象、水文、水环境和水生态长序列数据,系统检测了可能导致汉江河流型水华暴发的多要素特征和不同时期的变化差异.结果表明:①汉江中下游降雨量（1961-2015年）下降、气温（1961-2012年）显著上升,汉江流域近50年气候逐渐呈现暖干的变化趋势.②1992-2013年汉江中下游径流变化呈显著下降趋势,在水华严重暴发的2008-2011年,汉江干流中下游主要断面年均流量和水位均处于历史上相对较低的一段时期.③2004-2014年汉江下游主要水环境指标变化趋势不显著,但总体水质状况较差,水华年ρ（COD_Mn）和ρ（TP）明显高于非水华年.④汉江水华暴发季节时间自2008年后有明显前移趋势,每年春季的2月中下旬-3月中旬将是水华暴发的重点防控时段.研究显示,汉江下游藻密度的变化相对于营养盐和水文情势要素更加敏感,在不同水华暴发时期的差异也最为显著,是导致河流型水华暴发的主要驱动因素.      

三峡水库蓄泄水过程对香溪河库湾水华影响的对比分析

通过对比分析蓄、泄水期间三峡水库干流及支流香溪河库湾的水流、水温、浊度、营养盐等指标,研究了蓄、泄水过程中控制库湾水华的主要因子.结果表明,泄水过程中香溪河库湾叶绿素a浓度显著大于蓄水过程,水华暴发强度差别显著.蓄、泄水过程中以透明度的差异最大,其次依次为表层流速、表底温差、混合层深度、氮磷比、浊度、总氮、水体稳定系数、真光层/混合层深度比等.泄水期间各因子对叶绿素a浓度不存在单一限制作用,藻类生长受各因子的协同作用影响,在观测时段内泄水过程中各因子的变化对藻类生长的限制并不显著;而蓄水期间强烈的倒灌异重流作用加剧了库湾水体的垂向掺混,增大混合层深度,较小的真光层与混合层深度比对藻类生长起到显著的抑制作用.     

水利工程背景下河流水华暴发成因分析及模拟研究

研究发现,河流水华暴发的主要驱动因素除受过量营养盐摄入、气候变化导致的气温上升和降雨等限制外,水文情势的影响尤为显著.在高强度人类活动影响下,水利工程开发导致的水文情势改变是否为河流水华加剧的成因之一,是水与环境学科交叉研究亟待探索的一个重要应用基础问题.通过对近10年来国内外在水利工程背景下河流水华暴发成因研究进展的综述,辨识了河流水华发生的"水循环-水环境-水生态"相互作用关系;对考虑水文变化的河流水华预测统计学模型、智能算法和水质水量耦合机理模型等进行了回顾和总结,并提出了基于水循环物理过程联系的生物及生物地球化学过程、社会经济用水与管理人文过程等与河流水华发生相互作用与反馈的水系统论研究体系.当前我国水利工程调水影响区下的河流水华问题研究仍面临着一些难点和挑战:① 过去关于水利工程调水对河流中下游水生态的影响研究多数是基于情景假设和规划条件下的预断,随着近年来我国多个大型水利工程的正式实施运行,当前以实际工程调水为背景（如南水北调、引江济汉工程等）开展水华模拟的研究成果仍然十分有限;② 水利工程调水影响区下的河流水华发生机理尚不明确,当前多数藻类生长模型并没有将流域水循环过程影响纳入考虑因素,对河流生态水文过程作用机理与耦合及定量关系分析方面的研究相对匮乏;③ 现阶段水利工程背景下的河流水华问题研究多停留在定性分析和宏观定量阶段,缺乏基于以水系统理论为导向的水生态系统与河流水文情势共同作用机制的定量化研究.