淡水甲藻水华形成原因及原位控制研究进展

甲藻是一类浮游植物,多数在海洋生长,但部分甲藻可以在淡水中生长并引发水华,导致水生生物大量死亡,产生藻毒素和嗅味物质,引发供水安全问题,因此明确其形成原因并探索高效的原位控制方法至关重要.目前关于淡水甲藻水华已有较多研究成果,但缺少综述性整理,尤其涉及饮用水水源.水华形成机制的研究主要包括外界环境因素(水动力条件、光照、温度、营养盐等)和甲藻独特的生理特性(孢囊、垂直迁移等),而控制方法主要包括物理、化学和生物方法等.本文从甲藻生理生态、淡水水华形成原因及原位控制方法等方面进行论述,并与常见蓝藻水华进行对比,展望后续研究热点,旨在推进淡水甲藻水华的相关研究,保障水体生态系统健康及饮用水水质安全.     

香溪河夏季水华暴发差异性研究及其机制分析

三峡水库支流水华已成广泛关注问题,香溪河在同一时期不同空间暴发了不同藻类水华。2017年6-7月对香溪河水华藻种进行连续跟踪监测,分析水华藻种和环境因子的变化及其关系。结果表明:香溪河总氮平均浓度为2.212 mg/L,总磷平均浓度为0.071 mg/L,表层水温在24.95～29.93℃之间。总磷浓度从上游到下游呈递减趋势,总氮从上游到下游呈递增趋势。监测期间中下游暴发了蓝藻水华,叶绿素a最高浓度为69.62μg/L;上游暴发了甲藻水华,叶绿素a最高浓度为100.56μg/L,水华的优势藻种呈现空间差异性。这种藻类空间分布的差异性主要受中层倒灌异重流影响,倒灌的范围同时也决定了2种水华的暴发范围。中下游水体高浓度氮与中层倒灌异重流是蓝藻水华暴发的关键。上游区间具有特殊的循环水流与高浓度磷是甲藻水华暴发的关键。     

白鲢罗非鱼对微囊藻毒素急性、亚急性毒性响应

为了探究不同控藻鱼类对产毒微囊藻的适应机制,为生物操纵的鱼种选择提供依据,研究了白鲢和罗非鱼对微囊藻毒素（MC）的生物富集、降解,及两种鱼对毒素的抗性、解毒机制的差异性.结果发现：在喂食微囊藻实验中,白鲢、罗非鱼对MC日摄入量达到10mg/kg,2种鱼均对MC有较强抗性.微囊藻经鱼摄入后,MC总含量在白鲢、罗非鱼粪便中分别下降到71.5%、6.0%,罗非鱼对MC降解能力远高于白鲢.白鲢和罗非鱼的肝系数分别从（1.19±0.21）%、（2.24±0.19）%下降到（0.79±0.06）%、（1.72±0.07）%,均表现出显著差异性下降（P<0.05）.微囊藻毒素在白鲢、罗非鱼肌肉中积累量分别为（1.57±0.31）μg/kg、（10.81±6.52）μg/kg （鲜重）、肝脏中积累量分别为（4.28±1.64）mg/kg、（2.48±0.15）mg/kg （鲜重）.MC在白鲢、罗非鱼肌肉、肝脏中的积累量均存在显著差异性（P<0.05）.罗非鱼肌肉中毒素含量是白鲢的6.9倍.在微囊藻毒素LR （MC-LR）对白鲢和罗非鱼的急性毒性效应实验中,MC-LR对白鲢、罗非鱼的LD₅₀为270和790μg/kg,罗非鱼对毒素有更强耐受性.喂食毒藻和i.p.注射MC均导致白鲢和罗非鱼肝细胞内脂滴大量出现.2种鱼在MC-LR注射后,谷胱甘肽（GSH）含量均表现出6h内明显下降.6h后两种鱼GSH含量均逐步回升,二者差异显著（p<0.05）.实验结果表明,罗非鱼对MC降解能力远高于白鲢.白鲢主要摄食群体微囊藻的群体胶鞘和附着细菌,胞内微囊藻毒素释放量小,白鲢这种摄食机制导致它能以产毒微囊藻为食而受到较轻危害.罗非鱼体内消化酶对微囊藻和MC具较强的消化降解能力;GSH含量及相关酶活性水平高,对体内毒素清除效率高.从食用安全性角度出发,与罗非鱼相比,白鲢是更适合用于控制蓝藻水华的鱼种,可广泛应用于蓝藻水华控制中.     

汉江中下游干流水质状况时空分布特征及变化规律

汉江是南水北调中线工程的水源区,其中下游水质状况是国家和湖北省政府重点关注的饮用水安全问题.研究南水北调中线工程影响区汉江中下游干流的水质状况和特征,为进一步分析工程运行对汉江中下游水质的影响奠定基础.收集了汉江中下游干流11个水质监测站2011—2014年pH、ρ（DO）、ρ（COD_Mn）、ρ（BOD₅）、ρ（NH₃-N）、ρ（TP）、ρ（TN）等7项水质指标,应用水污染指数法和层次聚类分析法,综合辨识2011—2014年汉江中下游干流的水环境时空变化特征.结果表明:①2011—2014年汉江中下游干流水质整体上为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类~劣Ⅴ类水体,超标指标为ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（BOD₅）,其中ρ（TN）超标最严重.②为深入辨识TN负荷对研究区域水质的影响,通过情景分析发现控制ρ（TN）可有效改善汉江中下游干流水质状况.③汉江中下游干流水质状况层次聚类分析表明,在时间上将研究时段分为2类,基本对应于汉江中下游的汛期和非汛期;在空间上将水质监测断面（沈湾、泽口、新沟、宗关、转斗、皇庄、汉南村、石剅、白家湾、余家湖、罗汉闸）分为3类,其中第3类可细分为3个子类,各子类所对应的水质监测断面与其空间分布基本对应.④汉江中下游干流富营养化严重,其中ρ（TP）和ρ（TN）在非汛期分别呈显著降低和增加趋势,汛期无明显变化.研究显示,江汉中下游污染严重,营养盐尤其丰富且ρ（TN）为主要影响因素.      

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.      

不同营养水平下沉水植物的抑藻效应

控制水体的营养盐浓度,尤其是磷浓度,可以控制藻类水华的发生.然而,经济成本很高.相对藻类而言,沉水植物对水体营养盐升高敏感性更低,且沉水植物的存在可以改变藻类的群落结构和生长速率.为探讨沉水植物在营养盐与蓝藻水华控制关系中的作用,本研究探讨了有无水生植物存在下,不同营养盐浓度(磷浓度分别为0.025、0.05、0.1 mg·L~(-1),对应地表水Ⅲ～Ⅴ类)下蓝藻水华暴发(chlorophyll-a10μg·L~(-1))的频率、强度和持续时间.结果表明,初始藻浓度为5μg·L~(-1)和10μg·L~(-1)情况下,3种磷浓度下都会发生水华,磷浓度的升高会导致蓝藻水华暴发的强度和持续时间增加.然而,在加入水生植物金鱼藻后,初始藻浓度为5μg·L~(-1)的条件下,没有形成水华.初始藻浓度为10μg·L~(-1)的条件下,各处理组在实验初始时会形成短暂水华,之后,各处理组的叶绿素a浓度均低于10μg·L~(-1),显示蓝藻生长受到抑制.因此,沉水植物存在情况下,在营养盐较高的水体,蓝藻水华也不会发生.     

于桥水库富营养化特征分析及应对措施研究

选取于桥水库上游控制断面——天津果河桥断面1999-2007年的水质监测资料为研究对象,统计该断面6项主要污染项目的超标情况,采用Kendall趋势检验方法对此6项监测指标的月序列进行趋势分析,研究这6项指标在丰水期、平水期、枯水期及年均值的变化趋势.通过分析果河桥断面水质超标情况及该断面主要污染物的变化趋势,得到于桥水库的富营养化特征,结合污染源调查,提出富营养化控制措施.结果表明:于桥水库富营养化的限制因子是磷元素,7-9月蓝藻暴发事件主要是由库区底泥中磷元素的释放所引起的,并且底泥中磷元素的释放受铁氧化-还原控制,上游来水中的铁元素对于桥水库蓝藻暴发有着重要的影响作用.为了防止于桥水库出现藻类暴发的水质恶化事故,需要采取两种关键措施,一是严格控制上游选矿企业富含铁元素尾水的排放,以降低入库水流中铁元素的含量,二是采取底泥氧化或人工曝气等原位技术抑制底泥中磷的释放.     

水华蓝藻上浮特征与机理的试验研究

利用柱状反应器和太湖蓝藻水华爆发期含有蓝藻颗粒的水体进行试验,模拟了蓝藻上浮特征,对水华蓝藻上浮过程中相关的物理化学因素进行了研究,探讨了蓝藻上浮与物理化学因素之间的相互作用和相关性。试验结果表明：反应器表层蓝藻上浮率明显大于底部,表层以下上浮率随时间没有明显变化规律,不同时刻上浮率变化特征是晚上22：00〉10：00〉14：00;pH和正磷酸盐呈现相似的变化规律,表层和底层的值均小于中间;对相关性进行分析表明,碳水化合物、氨氮和溶解氧是蓝藻上浮的主要影响因素,10：00时与上浮率相关性较大的指标是碳水化合物（P〈0.01）,14：00是溶解氧（P〈0.01）,22：00是碳水化合物（P〈0.05）与氨氮（P〈0.01）,相关系数分别达到0.896、0.887、0.887、0.860。     

水库热分层期藻类水华与温跃层厌氧成因分析

以西安市李家河水库为研究对象,通过对水体理化因子和浮游植物的连续监测,对热分层期藻类垂向分布与温跃层厌氧成因进行了初步分析.结果表明:①6～9月,李家河水库水体稳定指数为2～10 m~(-1),处于稳定热分层状态,水体溶解氧呈明显的垂向以及季节差异,p H、电导率均与溶解氧呈现相同的分层结构;②李家河水体的富营养状态诱导夏季藻类水华暴发;藻细胞密度垂向差异大,集中悬停于水深0～5 m区域内,最高为2. 95×10~8cells·L~(-1),叶绿素a含量最大为46. 42mg·m~(-3);高密度藻类在温跃层内堆积分解,水深5～24 m内出现较大面积的厌氧区,pH下降、电导率和高锰酸盐指数升高;③高密度藻类分解耗氧是夏季分层期温跃层厌氧形成的主要原因.     

北京市城区地表水体叶绿素a与藻密度相关性研究

实验主要研究在实验室培养条件下,对北京市城区地表水体进行分析,发现在叶绿素a浓度>40μg/L时,叶绿素a与藻密度有较好的相关性,R2值均>0.8705。同时,通过对实验数据及现象的分析,得到了水华阈值在叶绿素a浓度40μg/L,以及结合藻类生长曲线和藻密度、叶绿素a的日增长率的变化量得出各个河湖"水华"暴发的暴发点。