Patchiness and bistability in the comprehensive cyanobacterial model (CCM)

We analyzed spatiotemporal dynamics of cyanobacteria using a four-component mathematical model with nutrients, unicellular algae, colonial algae and herbivorous zooplankton. One of the astonishing abilities of cyanobacteria is the morphological change from the unicellular type to the colonial or filamentous type in response to grazing activities of zooplankton, the phenomenon known as phenotypic plasticity. Our model, referred to as comprehensive cyanobacterial model (CCM), includes the effects of phenotypic plasticity. Depending on parameter values, CCM exhibits not only bistability but also limit cycle oscillations without showing the paradox of enrichment, which has been a controversy among mathematical ecologists. Further, CCM is modified to reaction–advection–diffusion equations, the simulation results of which indicate that the ratio of the lateral diffusivity to the turbulent velocity significantly affects the appearance of patchiness patterns.     

再生水用于景观水体的氮磷水质标准确定

污水再生利用是解决水资源短缺问题的重要措施,其中再生水回用于景观水体是主要途径之一.而防止水华爆发则是再生水景观利用的首要任务,控制再生水中的氮磷是防止水华爆发的根本措施.目前已有的景观水体水质标准中,氮磷浓度限值要求不统一,缺乏科学依据.因此再生水处理过程中氮磷控制标准执行易出现矛盾,不利于保障再生水景观利用的水质安全.再生水景观利用的氮磷控制标准,应在藻类最大生长潜力研究的基础上,通过藻类生长的Logistic模型和Monod模型、景观水体氮磷浓度模型按拟合,并结合水体自净能力和水质保障措施等综合因素加以确定.以栅藻(Scenedesmus sp)为例,通过Logistic模型和Monod模型拟合景观水体水华控制氮磷浓度限值的确定方法.     

以再生水为补水的景观水体水华爆发特征调查和药剂应急控藻效果评价

采用现场调查和实验室验证的方法,对以再生水为景观补水的水华优势藻进行了分析。2年的现场调查表明,再生水在条件适合时极易发生水华,且水华的优势藻以小球藻为主。在实验室针对小球藻和铜绿微囊藻进行了竞争生长实验研究,在再生水的氮磷浓度范围内小球藻生长快于铜绿微囊藻,这也验证了再生水作为景观水补水时小球藻是优势藻现场调查结论。针对水华爆发初期和水华爆发验证时2种条件,比较研究了4种以化学成分为主的抑藻药剂对以小球藻为水华特征藻的控藻效果。结果表明,这4种药剂对水华的控制均具有一定的效果,并且水华初期实施药剂抑藻,药剂投加少,且效果好。对4种药剂进行急性毒性实验,只有S2一种药剂在安全浓度时对水华爆发初期有抑藻效果。     

水生植物化感作用应急处置海洋赤潮和淡水水华

近年来,植物化感作用逐渐成为控制藻类暴发的一种新技术。根据国内外的研究成果,着重从水生植物化感作用、化感抑藻物质、应急处置藻类方法、海洋赤潮和淡水水华的应急处置及机理进行评述,并对该技术今后的发展予以展望。     

抗菌防臭纤维织物杀藻效果研究

针对水华治理需求,采用市售抗菌防臭纤维织物产品进行了实验室和小型实验池中水华藻杀灭实验。结果显示,在28℃光照强度3 000 lx条件下,在实验室培养的藻悬浮液中放置0.4 cm2/mL抗菌防臭纤维织物1~3 d后,铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)DS和7820种、鲍氏织线藻(Plectonema calothrichoidesGom)、莱茵衣藻(Chlamydomonas rein-hardtii)的叶绿素a含量即明显降低,处理2周后,叶绿素a浓度分别下降94.8%、92.7%、93.2%和98.9%;鱼腥藻(Anabae-na7120),斜生栅藻(Scenedesmus obliquusK櫣tz)的生长受到强烈抑制,处理3周后其叶绿素a浓度无明显增加;在1.8 m×2.8 m×1.5 m的小型实验池使用1.25 m2/m3抗菌防臭纤维织物8 d后,实验池野生铜绿微囊藻叶绿素a浓度下降86.8%。鱼类急性毒理测试显示该抗菌防臭纤维织物无毒性。     

基于BP人工神经网络和模糊理论的太湖蓝藻水华发生风险评价

目前,湖泊蓝藻水华是我国乃至世界的重大环境问题之一。蓝藻水华的暴发机制复杂,具有明显的不确定性。以太湖为例,根据近5 a水环境和水华发生的实测数据,结合BP（Back Propagation）人工神经网络和模糊理论,建立了蓝藻水华发生风险的模糊风险评价方法。对太湖9个水环境功能区的评价结果表明：西部沿岸区、梅梁湖蓝藻水华发生风险最大,为重度蓝藻水华风险区;竺山湖、五里湖次之,为中度蓝藻水华风险区;南部沿岸区、贡湖、湖心区为轻度蓝藻水华风险区,东太湖和东部沿岸区水华发生风险最小,为轻微蓝藻水华风险区。建立的评价方法和评价结果,可为蓝藻水华的预测、预警以及风险管理提供参考和依据。     

Structure-related distribution of PCDD/Fs, PCBs and HCB in a river-sea system

Water concentrations of PCDD/Fs, HCB, and non-ortho, mono-ortho, and non-dioxin-like PCBs were measured four times during 1 year in a coastal area of the Baltic Sea, to investigate background levels and distribution behaviour. Sampling sites included two rivers, an estuary, and the sea. Particulate and apparently dissolved concentrations were determined using active sampling (filters + PUFs), while freely dissolved concentrations were determined using passive sampling (POM-samplers). The distribution between particulate + colloidal and freely dissolved phases, in the form of TOC-normalized distribution ratios (K_TOC), was found to be near or at equilibrium. The observed K_TOC were not significantly different between sampling sites or seasons. For PCDD/Fs, the concentrations were significantly correlated to suspended particulate matter (SPM), while no correlation to organic carbon (TOC) was observed. In the estuary and the sea, PCB concentrations were correlated to TOC. The sorption of various congeners to SPM and TOC appeared to be related to both hydrophobicity and 3D-structure. The PCDD/F concentration in the sea decreased to one third in May, likely connected to the increased vertical flux of particles during the spring bloom.     

共培养体系中石莼和江蓠对赤潮异弯藻生长的影响

研究共培养体系中2种大型海藻石莼(Ulva pertusa)和江蓠(Gracilaria lemaneiformis)的鲜组织和培养液滤液对赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)生长的影响.结果发现:①石莼和江蓠均能明显影响赤潮异弯藻生长,鲜组织的作用更明显,能在短时间内完全灭杀共培养的赤潮异弯藻;石莼对微藻的影响强于江蓠的作用.②除菌作用和补充充足的碳酸盐不能消除或缓解石莼和江蓠对赤潮异弯藻生长的影响,说明细菌和碳限制不是导致大藻对微藻作用的原因.③对共培养体系中硝酸盐和磷酸盐的跟踪测定结果显示,营养盐限制不是造成石莼对赤潮异弯藻影响的原因,但却在江蓠的作用中起重要作用.当向江蓠体系中补充f/2营养盐后发现,充足的营养盐能够减轻但不能完全消除江蓠对赤潮异弯藻生长的影响.另一方面,石莼的起始浓度与其对赤潮异弯藻的生长影响之间存在明显的相关性,石莼的起始浓度越高,对赤潮异弯藻的影响越明显.④实验初步说明,石莼可能通过相生相克作用影响共培养体系中赤潮异弯藻的生长,而相生相克和营养竞争的共同作用是导致江蓠作用的根本原因.     

蠡湖综合整治十年来水环境变化的研究

对蠡湖2002-2012年湖体水质、富营养化状况和浮游植物种群进行了研究.结果表明,经过十年蠡湖综合整治工程,蠡湖水环境有了显著改善.TN、TP、NH3-N、CODMn和Chl-a浓度分别下降85.2％、70.4％、96.2％、55.3％和81.6％;TLI由70.9降至52.0,水体由中度富营养好转为轻度富营养;浮游植物种群结构有所演变,近二年种群结构呈现明显季节性差异,夏季蓝藻中的微囊藻成优势种,约占整个水体藻类密度的90％以上.蠡湖水质显著改善的同时,藻类水华情况未得到本质好转,在适宜的水文气象条件下易发生藻类水华.建议提高水体透明度,增加水体流动性,为进一步改善蠡湖水环境,乃至改善湖河小流域水环境起积极作用.     

基于气象条件的太湖湖泛预警研究

2007年5月与2008年5月太湖水域产生的湖泛主要是由蓝藻水华引发的,但是蓝藻水华单纯地在湖湾或岸边浅水区大量堆积并不一定引发湖泛。研究发现,2007年5月与2008年5月的湖泛现象存在相同的触发机制:3d以上时间维持高温(平均气温大于20℃),微风(平均风速小于4m/s),风向基本一致(风向平均绝对偏差小于20°);其后,冷空气过境使得风速短时增大,风向调转180°左右,气温迅速降低,并且这种气象条件持续1d以上。在此研究基础上,给出了切实可行的太湖湖泛预警方案。