缺磷及高光照条件下紊动对铜绿微囊藻生长的影响

通过试制隔栅搅拌模拟紊动装置,设置格栅转动频率为0,500,1000,1500Hz（对应紊流能量耗散率范围0～8.93×10^-3m²/s³）,研究高光照与缺P的不利环境条件下紊动对铜绿微囊藻生长的影响.结果发现,在高光照（8000lx）下,微囊藻生长明显受到抑制,静止条件下藻浓度仅为正常光照的47.7%,但紊动可一定程度上减缓高光环境的影响,其中高光照下1000Hz组藻浓度最高,相对静止提高了1.8倍.高光照试验组的叶绿素a含量是正常光照条件1.52~1.78倍,因此高光照并未促进藻细胞的生长分裂,而叶绿素a的大量累积可能是铜绿微囊藻应对高光照不利条件作出的抵御反应.在缺P条件下,藻生物量仅为正常营养条件1/6~1/4,但随紊动强度增加,藻生物量略有增加,而叶绿素较初始浓度增加明显,其中1000Hz组生长情况最好.水体紊动可缓解高光照、缺P等恶劣环境条件对铜绿微囊藻生长的抑制,叶绿素a的累积可能是藻细胞对不利环境条件的响应.     

氮磷胁迫下藻-菌群落的变化研究

近年来,由于水体富营养化而导致的蓝藻水华在我国太湖与滇池等淡水湖泊频繁爆发,已成为严重的环境问题,而氮、磷则是引起水体富营养化的重要营养因子。文章通过藻细胞计数、细菌群落的DGGE监测,以及典型对应CCA分析,系统研究了不同的氮磷浓度、N/P比对藻-菌群落结构的影响及其相互关系。结果表明,氮磷浓度和N/P比均会影响藻类生长,其中,氮磷浓度较N/P比对藻类生物量的影响更大;N/P=12为藻类生长的最适条件,氮限制(N/P=3)和磷限制(N/P=48)均会抑制藻类生长;添加外源氮磷可促进细菌的生长,提高其多样性,但随着N/P比的提高,其种群多样性呈逐渐下降趋势;细菌群落主要由β-proteobacteria类细菌组成,其次是α-proteobacteria,然后是Bacteroidetes和γ-proteobacteria。与氮、磷营养盐相比,藻类群落对细菌群落的影响更大。     

磷营养控制与藻存量削减对蓝藻水华的阻遏

通过原位实验比较了磷营养控制和藻存量削减2种方法对小型富营养化水体蓝藻水华形成早期的影响,测定了水体藻类群落结构、光合系统活性、水温、氮磷等参数的变化。结果显示:对照组水体藻类生物量从7.87 mg/L上升至14.25 mg/L,蓝藻在藻类生物量中所占比例由20%升高至40.8%,实验后期水体表面出现蓝藻局部堆积;磷营养控制组(添加钙盐)藻类生物量保持在7.53⁹.18 mg/L范围,蓝藻所占比例低于30%,后期水华控制效果明显;施用除藻剂(铜盐)可使藻类生物量迅速下降到1.88 mg/L,同时蓝藻所占比例降低至10%以下,但绿藻在后期形成优势,藻类生物量回升并超过对照组。相关性分析表明各组藻类生物量的主要限制因子分别为水温(对照)、总磷浓度(磷营养控制)和铜离子浓度(藻存量削减)。总体而言,2种方法均在水华形成早期对小型富营养化水体的蓝藻水华起到了阻遏作用。     

应用生态动力学模型评价上海淀山湖富营养化控制方案

近年来,由于淀山湖入湖河流和环湖污水排放,淀山湖水质严重富营养化,夏季高温季节蓝藻水华时有发生。基于最近开展的比较系统的大规模水文、水质、生物同步监测和底质氮磷营养盐释放通量实验,进行入湖氮磷营养盐通量计算分析。通过建立淀山湖水动力一生态动力学耦合模型,利用同步实测和历史资料进行水动力模型和生态动力学模型的率定验证,模拟典型风场作用下的淀山湖三维流场特征;利用生态动力学模型系统研究淀山湖氮磷营养盐和藻类的时空变化和演替规律,初步掌握淀山湖的富营养化过程;综合评价了污染负荷削减、水力调度（水体停留时间）等措施对控制淀山湖富营养化的作用,明确磷是淀山湖藻类生长的关键营养盐限制因子。模型预测结果表明,磷负荷削减50％以上才能使淀山湖夏季蓝藻生物量开始下降;削减90％以上的营养盐负荷才能有效抑制蓝藻水华;水体停留时间的长短是藻类是否过度繁殖的重要条件,加大引水流量,减少淀山湖水体停留时间是有效控制蓝藻水华的重要途径;目前阶段,与控制营养盐负荷（50％）相比,增大引水流量可以更有效地降低蓝藻暴发时的生物量。     

磷对云龙湖富营养化优势藻及混合藻生长的影响

氮磷等营养盐的增加和藻类的过度增殖是富营养化的主要标志。大多数湖泊水体富营养化受磷元素的制约。研究表明富营养化水体的不同藻类对磷含量的依赖性各不相同。通过研究在相同氮浓度,相同温度条件下,不同磷浓度对纯种小球藻和硅藻以及天然混合藻生长速度的影响,发现在氮浓度充足的情况下,磷含量高促进小球藻生长;对硅藻却没有明显的相关性;天然水体混合藻生长速度与磷浓度呈正相关。     

水体氮磷浓度对两种沉水植物上附着藻类的影响

为了了解富营养化进程中湖泊水体氮、磷浓度升高对不同沉水植物上附着藻类的影响,通过室内模拟实验,设置3组不同氮磷浓度,研究了常见的沉水植物苦草(Vallisneria natans(Lour.)Hara)和狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)上附着藻类生物量及其种群组成.结果表明,附着藻类生物量随水体氮、磷浓度的升高呈显著增加的趋势;狐尾藻上附着藻类生物量均高于苦草,且随富营养化水体氮、磷浓度升高差距越来越大.不同沉水植物上藻类群落组成均以硅藻门、蓝藻门及绿藻门占优势,但优势藻组成和优势藻数量存在差异.研究结果不仅丰富了淡水水体附着藻类生态学的理论知识,也可为富营养化湖泊生态修复过程中沉水植物群落的构建提供一定的理论依据.     

考虑光盐交互作用的湖泊富营养化数学模型

基于水体光学原理,确定了光照衰减系数与透明度之间的定量关系式;基于质量守恒原理,描述了氮磷营养盐与藻类之间的转化关系;耦合光因子和盐因子对藻类生长的驱动机制,建立了考虑光盐交互作用的富营养化数学模型.结合2015年4~7月在眉湖开展的水质监测数据,对模型进行了参数率定与验证.通过正交设计与情景模拟相结合,研究了光盐条件变化对藻类生长的驱动作用.结果表明,建立的富营养化模型能够较好的模拟不同光盐条件下藻类的生长趋势;低光照强度下营养盐浓度增加对藻类生长起到了抑制作用,营养盐浓度增加相同的倍数时TP浓度变化对藻类生长的影响作用要比TN浓度变化对藻类生长的影响作用大;整体上藻类的生长受到光照强度的影响高于营养盐,受到总磷的影响高于总氮,在设置的情境中光照强度、TP和TN浓度分别为89.6klx、0.168mg/L和2.72mg/L时最利于藻类生长.     

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.     

滨海地区混盐水体富营养化主因子识别与分析——以天津市清净湖为例

水质与水体营养化程度密切相关,提炼识别其中的主要影响因素并合理控制是水体富营养化防治的有效途径.我国滨海地区地表水咸化问题突出,混盐水体(含盐量500~30000 mg·L-1)众多,其中,许多混盐水体还同时面临富营养化加剧及水华的威胁.因此,本文以天津滨海地区典型混盐水体清净湖为研究对象,通过对其水环境监测数据的统计学分析,结合藻类生长模拟实验,对其富营养化主要影响因子进行识别与分析.结果表明,总磷和矿化度为清净湖藻类生长的主要影响因子,叶绿素a浓度与矿化度呈显著负相关关系,与总磷呈显著正相关关系,以总磷和矿化度为自变量的多元线性回归模型可较好地预测叶绿素a动态.水体含盐量在15000~25000 mg·L-1的范围适宜藻类生长增殖,而当盐度小于10000 mg·L-1或大于30000 mg·L-1时,藻类生长受到抑制;在清净湖当前氮浓度水平下,磷含量增加会促进藻类生长增殖,藻类生长速率呈P3组(10∶1,氮磷比)P4组(5∶1)P2组(20∶1)P1组(50∶1)P0组(无磷培养液),氮磷比为10∶1时最适宜藻类生长.     

营养盐输入对太湖水体中磷形态转化及藻类生长的影响

外源营养盐输入会对湖泊水体中磷的形态转化及藻类生长产生影响.为研究其影响规律,于春季选取太湖梅梁湾水体为研究对象,以KNO3和K2HPO4添加系列氮磷负荷,在试验过程中对各形态磷的浓度、藻类生物量(Chl-a)和碱性磷酸酶活性(APA)进行同步分析测定.结果表明,春季太湖梅梁湾水体中浮游植物的生长主要受到磷限制,加氮对其生长没有明显的促进作用.加磷至SRP=0.015 mg·L-1的水体中浮游植物生长情况最好,叶绿素a的含量和生长速率(μ)最大.添加硝酸盐能显著促进APA的增长,提高水生生物对磷的吸收利用能力,加快磷循环的速率;磷酸盐对APA则具有活性诱导-抑制机制,当水体中磷酸盐浓度在一定范围内(PO3-4-P≤0.025 mg·L-1)时,酶活性有显著提高.对水体中磷的循环转化过程和碱性磷酸酶的活性诱导-抑制机制的研究结果有助于揭示藻类生长过程中营养盐的补偿途径,为深入揭示藻类暴发机制提供理论基础.     

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.     

藻类光竞争模型构建及水体紊动对竞争的影响

光是藻类进行光合作用的重要能量来源,决定藻类的初始生产力,当多种浮游藻类共同生存时,会一起竞争光强.光竞争能力强的浮游藻类浓度增加,光竞争能力较弱的则减少,从而完成水体中浮游藻类优势藻的替代.本文通过在以往建立的单藻模型的基础上,耦合入竞争模型,构建两种（多种）浮游藻类光竞争模型,尝试通过数值模拟,研究不同水体紊动中竞争藻属分别取得竞争优势的机理.模拟结果表明：稳态水体中,竞争藻属的自身垂向迁移决定藻浓度的垂向分布,具有浮力调节能力的微囊藻属占据上层水体优势地位,并取得竞争优势;动态水体中,竞争藻属垂向分布均较为均匀,生长速率决定藻的竞争优势,小球藻属生长速率快,最终易取得竞争优势.此外,考虑浮游藻属的动态自遮蔽,会加速稳态水体中微囊藻属取得竞争优势,并限制动态水体中小球藻属的无限制生长,使得模拟结果更加符合实际情况.     

连续水流和间歇水流对微囊藻生长的影响

为了解不同的水体流动方式对铜绿微囊藻生长的影响。实验在控制温度和光照条件下,室内采用野外原水培养基模拟连续水流和间歇水流微囊藻的生长。实验结果表明,间歇水流下微囊藻在各流速下的生长差异较小,连续扰动下微囊藻在各流速下的生长差异较大,在流速为35 cm/s时达到最大值;间歇性扰动条件下微囊藻密度较连续性水流条件下高。这可能是在间歇扰动下水流主要影响藻细胞对营养盐的吸收,连续扰动的低流速下主要是通过对营养盐的吸收对微囊藻产生影响,在高流速下是水流对藻细胞的机械破坏为主;同时培养基中藻细胞形成群体产生微环境有利于微囊藻的生长。水体流动的方式不同,水流对微囊藻细胞生长的作用将发生改变,这为扰动控制蓝藻生长提供科学依据。     

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.      

光照度对水柱中斜生栅藻生长的影响

为探索在湖库中呈不均匀分布的光照度对藻类生长的影响,在水柱中研究了不同入射光照度和斜生栅藻生物量动态变化之间的关系。结果显示,在稀释率为10%的连续流条件下,当入射光照度低于10000lux,即可获得平均光照度低于2000lux时,斜生栅藻出现负增殖,而在摇瓶试验中,在入射光照度为500lux时,斜生栅藻就表现出正增殖。研究发现采用可获得平均光照度这一指标以更好地描述水柱中藻类可获得光资源量的实际状况,可获得平均光照度和斜生栅藻的稳态生物量之间呈极显著的正相关关系。此外,水体中pH值和磷酸盐浓度的变化也从侧面反映了光照度对藻类生物量的影响。     

脉冲变频电磁场对水华鱼腥藻生长的效应

对脉冲变频电磁场作用下,扫描频率和磁感应强度的变化对水华鱼腥藻细胞活性和生长的影响进行了研究。结果显示,扫描频率从25-27 Hz增大到1-60 kHz时,磁场对藻细胞活性的抑制作用减小,但增大到60 kHz以上,磁场对藻细胞产生强烈抑制作用,累积水力停留时间4 min的藻样在48 h培养时间内已失去活性停止生长。扫描频率为50-100 Hz和1-60 kHz时,累积水力停留时间2 min的藻样,细胞受到磁场刺激生长加快;只有累积水力停留时间〉6 min,才表现出对藻活性的抑制作用。磁感应强度增大至120 G,磁场对细胞活性产生明显抑制作用,增大磁感应强度有利于对细胞活性和生长的抑制。     

三峡水库大宁河回水区藻类生长与三态磷盐变化特征分析

多年的调查数据表明,每年的3～6月是大宁河回水区水体营养盐及藻类含量增长期。在2011年3—6月对大宁河回水区整个区域的调查过程中发现,水体磷盐含量从回水区上游至入长江河口逐渐增大,总磷0．010～0．257mg／L,溶解性磷0．010～0．208mg／L,正磷酸盐0．010～0．179mg／L;磷盐3个指标中,正磷酸盐变异性最大（各断面59％～85％）,能够较好地反映藻类消耗磷盐的情况。正磷酸盐和藻类生物量呈显著负相关关系,且在自然水体中有明显分层。在室内培养条件下采用线性关系粗略分析,藻类能在水体正磷酸盐含量较低时释放和转化磷盐,其藻类生物量理论极限容量值略高于天然状态。室内培养藻类发现,藻类生长过程中先是个体的增长,之后数量增殖,但平均体积会变小。藻类生长活性有一个由强到弱然后再增强的过程,而较低正磷酸盐浓度会抑制藻类的生物活性使其一直处于一个较低的水平。     

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.     

水库大型围隔放养鲢鱼、鳙鱼控藻的研究

为减轻水源地水华的发生,在天津于桥水库建立了10个300m2大型围隔,分别放养密度为0,10,30,60g/m3的鲢鱼、鳙鱼进行控藻试验.结果表明,无鱼围隔内的蓝藻比例上升并形成微囊藻水华,各有鱼围隔内蓝藻比例始终保持在低位水平.与此同时,鲢鱼、鳙鱼的滤食导致小型藻类的大量增长进而造成藻类总生物量及叶绿素a不同程度地升高.由此可知,鲢鱼、鳙鱼适用于控制蓝藻水华而非藻类总量.