鄱阳湖浮游植物时空变化特征及影响因素分析

在5月、9月、11月对鄱阳湖浮游植物开展野外调查,分析鄱阳湖浮游植物的时空分布特征及原因.结果表明:在群落结构上,鄱阳湖浮游植物样品中共发现8门107属,其中绿藻门54属,占浮游植物总数的50%.3次调查平均生物量最高的为硅藻门(蓝藻门藻细胞密度最高),生物量为0.29 mg·L-1,占浮游植物总生物量的28%,是鄱阳湖的优势藻门;其次分别为隐藻门、甲藻门和绿藻门,分别占26%、21%和17%.空间分布上,南部湖区浮游植物生物量最高,中部区次之,北部湖口水道区最低;时间分布上,5月份浮游植物生物量最高,11月份最低.温度、悬浮物和透明度是影响藻类时空分布的主要影响因素.鄱阳湖总体水动力较好,水华暴发总体风险小,但中部和南部水动力弱的湖区,藻量高,仍有水华风险.     

淀山湖水华高发期浮游植物群落变化特征研究

根据2009年5～10月淀山湖浮游植物数量和种类的观测结果,对水华高发季节浮游植物群落组成特点及优势种交替过程进行分析,初步探讨这一时期浮游植物群落特征与环境因子的关系.结果表明,这一时期浮游植物主要由蓝藻和绿藻组成,蓝藻在密度上、绿藻在种类上占优势.水平分布上,西部和西南部的蓝藻密度值和种类数较高.总密度最高峰出现在9月,其值为23.40×107cells.L-1,其中蓝藻数量占90.3%,各样点间总密度差异显著(ANOVA,P<0.05).优势种在调查期间存在明显的交替现象,蓝藻门微囊藻属(Microcystis)藻类逐步成为优势种并形成水华.水温与pH是影响水华发生的重要环境因子,微囊藻受风向影响容易向下风向水域聚集形成水华.淀山湖中部和西部的浮游植物多样性较差,水华暴发时,全湖多样性指数降低,群落结构趋于简单.     

三峡水库香溪河库湾夏季蓝藻水华成因研究

为探讨香溪河夏季蓝藻水华发生过程及主要影响因素,于2010年7月19日~8月30日在蓝藻水华暴发区域开展持续监测,并对水华过程进行分析.结果表明,水华持续25d,自7月23日暴发,8月16日逐渐消退,藻密度最高达到108.03′106cells/L,优势藻种为鱼腥藻(Anabaena);自身悬浮机制、固氮机制、能够产生藻毒素抑制其他藻类生长,是鱼腥藻成为优势藻种的主要原因;充足的营养物质、显著的水体分层是水华暴发的必要条件,水华期间蓝藻对硝氮利用显著;在具备充足的营养盐的稳定水体中,水温持续升高、混合层与真光层比值的降低是诱发蓝藻水华的关键因子,并且在混合层与真光层比值为0.5时对蓝藻增殖影响最大.     

海河干流浮游植物调查及环境影响因子研究

为研究海河干流汛期富营养化状况,于2013年8月对海河干流进行了浮游植物调查和水质监测,并采用冗余分析(RDA),研究了浮游植物群落与环境因子的关系.结果表明,浮游植物共计5门37种(属),优势种为水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)、微小色球藻(Chroococcus minutus)、颤藻属(Oscillatoria sp.)、钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)和梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana).浮游植物丰度范围为583.00～12 021.00×104 cells·L-1,生物量范围为4.01 ～45.70 mg·L-1,以蓝藻为主,海河干流处于重富营养状态.RDA分析结果表明,硝酸盐氮是显著影响海河干流浮游植物丰度变化的主要环境因子.控制营养盐的输入是防治海河干流蓝藻水华的主要措施.     

“稀释置换”对海河浮游植物群落结构的影响

该研究于2015年夏季蓝藻暴发期对海河干流浮游植物群落结构特征进行调查分析,并以此为基础评价海河干流水域的营养水平及水质污染类型。研究结果表明:4次调查共鉴定浮游植物6门56种(属),其中绿藻门29种(属),蓝藻门13种(属),硅藻门8种(属),甲藻门、裸藻门、隐藻门各2种(属),主要优势种为蓝藻门的微囊藻、巨颤藻、小席藻和色球藻。浮游植物的平均丰度为15 319.4×104个/L,蓝藻门种类对总平均丰度的贡献为95.67%;浮游植物平均生物量为17.87 mg/L,蓝藻门占总平均生物量的53.31%;海河浮游植物丰度和生物量的分布呈现一致性,从上游至下游呈先升高后降低的趋势。依据浮游植物丰度及3种浮游植物群落指数评价结果表明,海河干流水域的水体均为重度富营养化状态,污染状态为中污型。比较分析结果表明:采用不定期、小水体地稀释置换已暴发蓝藻水华的海河干流水体这一应急处置蓝藻水华方式,未对海河浮游植物群落结构、营养状态及污染水平产生本质上的影响。     

蓝藻水华过程中优势种群演替模式、效应及驱动因子分析

不同蓝藻种类形成水华的条件不尽相同,因此,蓝藻水华过程中常出现不同优势种群的演替,增加了蓝藻水华生态效应的不确定性和复杂性.然而,关于蓝藻水华过程中优势种群内部的演替模式、生态效应及其驱动因素,尚未受到足够关注.因此,于2018年4月至9月对重庆市内饮用水源地南彭水库进行浮游植物群落动态和水环境监测分析.结果表明：①南彭水库共检出浮游植物8门59属108种,其中优势种4门13种,以拉氏拟柱孢藻（Cylindrospermopsis raciborskii）优势度最高,其次为假鱼腥藻（Pseudoanabaena sp.）;② 5月和7月分别出现蓝藻密度峰值,此时水华优势类群分别以假鱼腥藻和拟柱孢藻为主,且Shannon-Weiner多样性指数和Pielou均匀度指数均显著低于其它月份;③ NMDS结果显示拟柱孢藻和假鱼腥藻与周边浮游植物群落关联程度分别为0.58和0.48,而VPA结果显示群落变化可由环境因子解释47.51%,拟柱孢藻和假鱼腥藻仅分别能解释其中的12.04%和12.74%;④拟柱孢藻丰度受到WT、pH和RUE_N的显著正影响,受到SD和RUE_P的显著负影响;假鱼腥藻丰度受到高锰酸盐指数的显著正影响,受到EC和DO的显著负影响.以上结果说明两种蓝藻在大量生长繁殖时均对周边浮游植物群落产生了显著的影响,而与假鱼腥藻相比,拟柱孢藻对水生态系统影响更加明显;氮限制和温度升高的共同作用能促使拟柱孢藻取代假鱼腥藻,形成优势种群.     

基于多源数据的巢湖蓝藻水华时空分布及驱动因素分析

富营养化和有害藻类水华暴发是全世界淡水湖泊共同面临的生态环境问题之一.巢湖作为典型的内陆淡水湖泊,其富营养化水平和蓝藻水华暴发面积常年居高不下,且在各湖区表现为一定的时空分布差异.为认识和了解不同阶段巢湖蓝藻水华发生和发展基本规律,利用巢湖水上综合观测平台和卫星遥感等多源数据,获得2015~2020年水体中藻密度和水华面积的时空分布信息,并采用基于增强回归树的机器学习算法,定量评估不同阶段各环境因子对蓝藻水华影响的重要程度及相互作用关系.结果表明：①巢湖蓝藻水华表现出较大的季节变化特征,蓝藻细胞在春季开始复苏,主要在巢湖西半湖和沿岸地区形成轻度水华,水体藻密度在夏、秋季达到最大,该季节发生中等程度以上的水华频率较高.②非暴发期间,巢湖藻密度变化受物理和化学因素影响较大,二者对解释藻密度方差变化的贡献率可达80.3%,水体中高浓度溶解氧、弱碱性pH值（7.2~7.6）和适宜水温（3℃）是藻类细胞生长繁殖的有利环境条件,巢湖蓝藻水华首次暴发一般在气温稳定通过7℃初日11 d前后出现.③暴发期内,巢湖蓝藻水华发生主要受藻类生物量和气象条件的综合影响,气温、藻密度、日照时数和风速的累计贡献率为95%,各因子均存在一个有利于蓝藻水华发生的最适区间.多因子交互作用分析结果显示,在水体藻密度大、气温适宜和微风的综合作用下,巢湖蓝藻水华发生概率较高.上述研究成果分析和揭示了不同阶段巢湖蓝藻水华的时空分布特征及其主导影响因子,可为巢湖蓝藻水华防控和预测、预警提供科学依据.     

水华蓝藻细胞提取物对实验鼠毒理效应研究进展

蓝藻暴发引发的水华造成了严重的生态灾难和健康危害,蓝藻水华污染因其已成为全球性的环境问题而受到关注。蓝藻产生的藻毒素具有潜在致癌作用,与多种消化道肿瘤的发病率升高相关,其毒理学效应及其健康危害性更是学术界研究和关注的热点。水华蓝藻细胞提取物较之纯藻毒素的毒理学效应有很大不同,研究水华蓝藻细胞提取物对哺乳动物的毒理学效应能为蓝藻水华的健康风险评估提供一定的理论依据。水华蓝藻细胞提取物对实验鼠产生的毒理学效应,如脏器细胞凋亡和对各脏器抗氧化酶防御系统的损害;水华蓝藻细胞提取物对实验鼠遗传毒性和促癌或致癌作用研究是目前研究的热点和难点问题。     

不同接种量对蓝藻水华生消的影响探讨

通过构建微宇宙模型,以铜绿微囊藻为供试藻种模拟蓝藻水华生消过程.在控制光照、温度等环境条件和氮磷等营养物质含量条件下,重点研究不同接种量对蓝藻水华生消模拟的影响.结果表明,微宇宙模型中蓝藻生长经过延滞期、对数期到稳定期直至衰退期,符合野外湖库水华生消特征;不同藻液接种量对水华生消影响较大,当接种量为1:50时有利于微宇宙模型中蓝藻水华的发生.水华生消机制复杂,控制污染源、加强管理是防止水华暴发的较好措施.     

鄱阳湖典型河湖交汇区浮游植物现状分析

鄱阳湖典型河湖交汇区（尾闾区）易受人类频繁活动的影响,属于敏感区且是蓝藻水华易暴发区域.为探究鄱阳湖典型河湖交汇区浮游植物群落结构的差异性及相关驱动机制,于2019年至2020年1月（枯水期）、4月（涨水期）、7月（丰水期）和10月（退水期）对鄱阳湖典型河湖交汇区7个采样点位和鄱阳湖河流中段6个采样点位以及主湖区1个采样点位水质状况和浮游植物进行野外调查.结果表明,鄱阳湖典型河湖交汇区浮游植物共有7门64属,浮游植物生物量和相对丰度以硅藻和蓝藻为主.鄱阳湖典型河湖交汇区生物量和丰度东部总体上高于西部,河湖交汇区生物量和丰度高于河流中段.湖区和河湖交汇区蓝藻门优势度较大,河流中段硅藻门优势度较大.蒙特卡罗检验结果显示：总氮（TN）、总磷（TP）、正磷酸盐（PO₄^3--P）、水深（WD）、水温（WT）和透明度（SD）是影响浮游植物群落分布的显著相关环境因子.冗余分析（RDA）结果显示,鄱阳湖西部典型河湖交汇区受水化因子（TN、TP和PO₄^3--P）作用更明显,东部典型河湖交汇区水文因子（WT、WD和SD）影响更为显著.鄱阳湖典型河湖交汇区浮游植物影响因子具有季节性,冬季受水化因子影响较大,夏季受水文因子影响较大.     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.     

Isolation, identification and characterization of an algicidal bacterium from Lake Taihu and preliminary studies on its algicidal compounds

In an effort to identify a bio-agent capable of controlling cyanobacterial blooms, we isolated a bacterial strain, A27, which exhibited strong algicidal activity against the dominant bloom-forming species of Microcystis aeruginosa in Lake Taihu. Based on 16S rRNA gene sequence analysis, this strain belongs to the genus Exiguobacterium. This is the first report of an algicidal bacterial strain belonging to the genus Exiguobacterium. Strain A27 exhibited algicidal activity against a broad range of cyanobacteria, but elicited little or no algicidal activity against the two green algal strains tested. The algicidal activity of strain A27 was shown to be dependent on the density of the bacteria and to have a threshold density of 1.5× 10⁶ CFU/mL. Our data also showed that the algicidal activity of strain A27 depended on different growth stages of Microcystis aeruginosa (exponential ≈ lag phase > early stationary) rather than that of the bacterium itself. Our results also suggested the algicidal activity of strain A27 occurred via the production of extracellular algicidal compounds. Investigation of the algicidal compounds revealed that there were at least two different algicidal compounds produced by strain A27. These results indicated that strain A27 has great potential for use in the control of outbreaks of cyanobacterial blooms in Lake Taihu.     

鄱阳湖入湖河口沉积物细菌群落特征

基于高通量测序技术分析了鄱阳湖入湖河口15处沉积物的细菌群落特征.结果发现鄱阳湖入湖河口细菌优势门类为Proteobacteria（32.1%）,Acidobacteria（16.6%）、Chloroflexi（14.4%）、Nitrospirae（8.8%）和Actinobacteria（6.0%）.在属分类水平上相对丰度最高的是norank_Acidobacteria（8.9%）和Nitrospira（8.4%）.根据采样点沉积物细菌群落结构差异,5条主要支流入湖河口可分成赣江-饶河-信江组和抚河-修水组.赣江-饶河-信江组Acidobacteria、Nitrospirae、Gemmatimonadetes和Latescibacteria丰度显著较高;抚河-修水组Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Ignavibacteriae和Deltaproteobacteria丰度显著较高.鄱阳湖主航道下游沉积物细菌群落结构与其它入湖河口差异明显,具有显著较高的Chloroflexi、Aminicenantes和Firmicutes丰度.pH值和有机碳是影响鄱阳湖入湖河口沉积物门分类种群的主要环境因子,pH值是影响赣江-饶河-信江组和抚河-修水组细菌群落结构差异的主要环境因子.以上研究结果有助于从微生物的角度分析鄱阳湖入湖河口生态系统的物质和能量循环机理.     

Spatial heterogeneity of cyanobacterial communities and genetic variation of Microcystis populations within large, shallow eutrophic lakes (Lake Taihu and Lake Chaohu, China)

Cyanobacteria, specifically Microcystis, usually form massive blooms in eutrophic freshwater lakes. Cyanobacterial samples were collected from eight sites of both Lake Taihu and Lake Chaohu in late summer to determine the diversity and distribution pattern of cyanobacteria and Microcystis in large, shallow, entropic lakes with significant spatial heterogeneity and long-term Microcystis bloom. Molecular methods based on denaturing gradient gel electrophoresis and clone library analysis were used. A similar heterogeneous distribution pattern of cyanobacteria in both lakes was observed. Most parts of these two lakes with high trophic level were dominated by Microcystis. However, in the regions with low trophic levels as well as low concentrations of chlorophyll a, Synechococcus occupied a considerable percentage. Different morphospecies and genotypes dominated the bloom-forming Microcystis populations in these two lakes. Microcystis viridis and Microcystis novacekii were dominant in Lake Chaohu, whereas Microcystis flos-aquae was dominant in Lake Taihu. Only 2 of the13 Microcystis operational taxonomic units were shared between these two lakes. Analysis of molecular variance based on 16S to 23S internal transcribed spacer sequences indicated the significant genetic differentiation of Microcystis between these two lakes (F_st = 0.19, p < 0.001). However, only 19.46% of the genetic variability was explained by the population variation between lakes, whereas most (80.54%) of the genetic variability occurred within the lakes. Phylogenetic analysis revealed no phylogeographic structure of Microcystis population in these two lakes, as illustrated by their cosmopolitan nature. Our results revealed that spatial heterogeneity within lakes has more impact on the cyanobacterial diversity than geographical isolation in a local scale.     

Electrochemical inactivation of cyanobacteria and microcystin degradation using a boron-doped diamond anode——A potential tool for cyanobacterial bloom control

Cyanobacterial blooms are global phenomena that can occur in calm and nutrient-rich(eutrophic) fresh and marine waters. Human exposure to cyanobacteria and their biologically active products is possible during water sports and various water activities, or by ingestion of contaminated water. Although the vast majority of harmful cyanobacterial products are confined to the interior of the cells, these are eventually released into the surrounding water following natural or artificially induced cell death. Electrochemical oxidation has been used here to damage cyanobacteria to halt their proliferation, and for microcystin degradation under in-vitro conditions. Partially spent Jaworski growth medium with no addition of supporting electrolytes was used. Electrochemical treatment resulted in the cyanobacterial loss of cell-buoyancy regulation, cell proliferation arrest, and eventual cell death. Microcystin degradation was studied separately in two basic modes of treatment: batch-wise flow, and constant flow, for electrolytic-cell exposure. Batch-wise exposure simulates treatment under environmental conditions, while constant flow is more appropriate for the study of boron-doped diamond electrode efficacy under laboratory conditions. The effectiveness of microcystin degradation was established using high-performance liquid chromatography–photodiode array detector analysis, while the biological activities of the products were estimated using a colorimetric protein phosphatase-1 inhibition assay. The results indicate potential for the application of electro-oxidation methods for the control of bloom events by taking advantage of specific intrinsic ecological characteristics of bloom-forming cyanobacteria. The applicability of the use of boron-doped diamond electrodes in remediation of water exposed to cyanobacteria bloom events is discussed.     

鄱阳湖水文干旱化发生的机制研究

近年来,鄱阳湖呈现显著的秋冬季干旱化趋势,对鄱阳湖水生态安全和湿地生态安全都产生了显著影响,引起广泛的社会关注。揭示鄱阳湖水文情势发生变化的原因,对鄱阳湖科学管理具有重要的意义。利用Landsat卫星系列遥感影像分析2000年以来鄱阳湖采砂基础上,结合长时间序列水文资料,分析鄱阳湖水文特征变化,探讨了鄱阳湖水文特征变化与采砂之间的关系。得到以下结论：（1）从采砂船数量、采砂规模和采砂方位等来看,数量和规模远超规划限额的规模,并且呈扩大趋势,采砂范围已经扩大到鄱阳湖最南端,并在生态敏感区出现,表现出滥采、盗采和超采的无序状态。（2）新世纪以来,鄱阳湖枯水期提前、特征低枯水位时间延长,入江河道的水面坡降呈减小趋势,但泄流出湖速率呈增加趋势。（3）长江三峡水库运行对中下游水位的影响,以及长江中下游含沙量降低造成清水侵蚀,河床下降削弱长江水对鄱阳湖泄流的顶托作用,也是鄱阳湖水文干旱化变化的潜在原因。（4）鄱阳湖采砂导致入江河道加深、加宽,是鄱阳湖秋冬季水文干旱化的原因之一。研究结果对于如何应对鄱阳湖秋冬季水文干旱化,开展鄱阳湖综合治理具有参考价值。     

鄱阳湖富营养化时空变化特征及其与水位的关系

为了研究鄱阳湖水体的富营养化状态与水位变化的响应关系,基于2009-2016年鄱阳湖15个长期监测点的调查数据,采用TLI（综合营养状态指数）法评价了鄱阳湖水体的富营养化状态,并应用主成分分析（PCA）探讨了鄱阳湖富营养化状态的时空变化特征及其与水位的关系.结果表明:①从年内变化来看,鄱阳湖除冬季（1月）处于轻度富营养化状态,其余3个季节均处于中营养状态,其中,夏季（7月）富营养化程度最低是由于其水位较高、换水周期快所致,冬季处于轻度富营养化是由于水位降低导致的营养盐浓度升高以及湖泊沉淀物的再悬浮和营养盐的释放;从年际变化来看,除2011年、2012年及2014年鄱阳湖处于轻度富营养化状态外,其余年份均处于中营养状态.②从空间上来看,鄱阳湖湖区整体处于中营养状态,空间差异不大,湖区中部东侧富营养化程度最高.③在年内季节变化上富营养化程度与水位呈负相关,富营养化的空间分布特征与水位关系较小.研究显示,鄱阳湖整体富营养化程度不高,但有向富营养化湖泊发展的趋势,建议通过控制湖区污染源来减轻其富营养化程度.      

太湖春季和秋季浮游植物的光合作用活性

应用Phyto-PAM浮游植物荧光仪对2012年太湖浮游植物群落光合作用活性的时空分布进行测定. 结果表明:春季蓝藻、绿藻和硅/甲藻的F_v/F_m(最大光量子产量)分别为0.35~0.49、0.34~0.68和0.09~0.56;秋季则分别为0.34~0.53、0.55~0.68和0.28~0.61. 春季蓝藻、绿藻和硅/甲藻的NPQ(非光化学淬灭)分别为0.012~0.165、0.085~0.201和0.104~0.281,秋季则分别为0.035~0.263、0.052~0.118和0.048~0.301. RLC(快速光响应曲线)的特征参数表明,太湖浮游植物群落光能利用效率和光合作用速率具有显著时空差异. 相关分析表明,绿藻和硅/甲藻的光合作用活性与环境因子没有显著相关性;而蓝藻的F_v/F_m与RLC的特征参数呈显著正相关,与ρ(Chla)呈显著正相关(P<0.05,R=0.49),与SD(透明度)呈极显著负相关(P<0.01,R=-0.56),说明太湖蓝藻的光合作用活性与富营养化水平具有一致性. 从空间分布来看,草型湖区蓝藻的光合作用活性和ρ(Chla)均显著低于藻型湖区,表明水草能抑制蓝藻的光合作用活性和生长,进而降低蓝藻水华强度.      

越冬候鸟对鄱阳湖水文过程的响应

鄱阳湖是东亚地区主要的候鸟越冬地,平均每年约有105 种、34 万多只候鸟在此越冬。鄱阳湖独特的水文过程及五河入湖三角洲众多的碟形湖是形成鄱阳湖湿地生态系统特征和越冬候鸟栖息地的重要条件。论文根据每年的候鸟监测资料和鄱阳湖水位过程记录,通过分析各类候鸟越冬的取食对象和夜宿环境,采用定量与定性分析相结合的方法,研究了鄱阳湖水位对候鸟越冬的影响因素,揭示了越冬候鸟对鄱阳湖水文过程的响应规律。结果表明:①鄱阳湖处于平水年时,对候鸟越冬最为有利,候鸟数量最多;②鄱阳湖丰水期处于高水位时,食物缺乏,对候鸟越冬不利,影响最大的是雁、鸭、鹤和天鹅类候鸟,候鸟数量较少;③鄱阳湖枯水期处于高水位时,对鹳类、天鹅和鸻鹬类候鸟取食造成一定困难,有可能使候鸟数量减少;④鄱阳湖枯水期水位较低时,如果科学管理碟形湖的水位,对候鸟越冬不会产生明显的不利影响,但主湖区水位太低,对候鸟越冬不利。