氮磷比对水华蓝藻优势形成的影响

通过批量培养实验研究了不同磷水平下N/P比对铜绿微囊藻(蓝藻)和斜生栅藻(绿藻)生长速率的影响,并在太湖蓝藻水华暴发期间,监测了梅梁湾和湖心区水体叶绿素a浓度和氮磷营养盐结构变化,以探讨N/P比对蓝藻优势形成的影响.结果表明, N/P比对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的影响并不表现在一个确定值上,而与水体氮磷的绝对浓度有关,在0.02mg/L磷浓度下,铜绿微囊藻和斜生栅藻在N/P比为4:1~32:1范围内生长速率均较低(0.067~0.074,0.018~0.022d-1),说明受到营养盐的限制;当磷浓度达到0.20mg/L时, 铜绿微囊藻在N/P比为32:1时生长速率达到最大值(0.240d-1),斜生栅藻在N/P比为64:1时生长速率达到最大值(0.380 d-1);而在磷浓度升高到2.00mg/L时,不同N/P比下铜绿微囊藻和斜生栅藻均达到最大生长速率(0.24~0.25, 0.378~0.381d-1),说明氮磷浓度均比较充足,N/P比对生长速率已经没影响.可见,氮磷浓度比N/P比对两种藻的生长影响更大.与斜生栅藻相比,铜绿微囊藻对氮磷营养的生理需求和最大生长速率均相对较低,属K策略物种,易在低氮磷浓度下形成优势.梅梁湾在水华暴发期间氮浓度一直远低于水华较轻的湖心区,而磷浓度远高于湖心区,进而导致梅梁湾N/P质量比(低于20:1)在水华期间一直低于湖心区(124:1),低N/P比是蓝藻水华暴发导致氮浓度下降,磷浓度升高的结果.     

不同磷浓度和N/P对铜绿微囊藻生长及水环境因子的影响

以铜绿微囊藻为实验用藻,在反应器中设置总磷浓度分别为0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1和2 mg/L等8个浓度,同时针对每个总磷浓度,配置N/P为1∶1、2∶1、4∶1、8∶1、16∶1和40∶1等6个比例,对反应器中藻的繁殖情况进行连续检测,同时检测水中DO、p H值的相应变化情况。结果表明,不同总磷浓度对铜绿微囊藻的繁殖的作用具有差异性,浓度在0.02~0.05 mg/L范围时,藻的繁殖缓慢,在0.1 mg/L以上时,藻的繁殖速度明显加快,当达到0.5 mg/L以上时,不同总磷浓度条件下藻的繁殖速度基本相近;当总磷浓度在0.1mg/L以上时,N/P对藻繁殖的影响才体现出来,N/P在8∶1、16∶1和40∶1时对藻繁殖的影响远大于其他比例,8∶1和16∶1是藻繁殖的最佳N/P比例。与此同时,铜绿微囊藻细胞密度的变化也明显导致了水中DO、p H值的变化,在藻细胞快速增长阶段,DO、p H值呈现上升趋势,在藻细胞稳定阶段,DO、p H值呈现下降趋势。     

铜绿微囊藻与藻际细菌Ma-B1菌株的相互作用

藻与细菌通常共生于淡水生境,形成藻-菌共生体系,藻际细菌是水体生态系统中的重要组成部分,对藻的消长起重要的调控作用,但有关藻际微环境中藻与细菌的互作机制还不清楚. 采用传统的细菌平板培养方法,从太湖优势水华藻——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)细胞表面分离出一株藻际细菌Ma-B1,基于生理、生化试验和16S rRNA基因序列分析,初步鉴定为甲基营养芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus). 通过测定细胞生长,分析藻-菌相互作用机理. 结果表明:一定浓度(＞60 μg/mL)的Ma-B1的胞外代谢物可显著抑制铜绿微囊藻的生长(培养基为BG11,28 ℃/日,22 ℃/夜,3 000 lx,光暗比为14 h∶10 h);铜绿微囊藻的胞外滤液(500 μL/mL)对Ma-B1的生长有一定的促进作用,但其总滤液(500 μL/mL)显著促进Ma-B1的生长;Ma-B1细胞对铜绿微囊藻的生长没有显著影响,而高浓度(藻菌比10∶1)的铜绿微囊藻细胞则可显著抑制Ma-B1的生长. 铜绿微囊藻与Ma-B1之间存在复杂的相互抑制或促进关系,共同影响着藻、菌在自然水体生态系统中的消长.      

不同培养条件下扰动对两种淡水藻生长的影响

研究了单种和按1∶1配比混合培养条件下,不同扰动强度对铜锈微囊藻和斜生栅藻生长的影响,结果表明:在试验所模拟的扰动强度范围内,较小的扰动有利于藻类的生长和聚集,单独培养的微囊藻和栅藻均在扰动强度为90r/min时藻比增长率最大;当转速大于该值时,随着扰动强度的加大,藻比增长率呈现下降趋势。在共培养体系中,铜锈微囊藻的比增长率均大于单独培养时的比增长率,且在扰动强度为90r/min时最大;栅藻由于竞争能力较弱,生长能力受到微囊藻的抑制,其生长状况明显劣于单独培养时的情况,且比增长率大大减小。     

悬浮泥沙对蓝藻光合及细胞化学计量的影响

选取水华微囊藻Microcystis flos-aquae为实验材料,在含不同浓度的悬浮泥沙中培养,测定其光合特性和胞内营养元素含量.结果显示,除低浓度悬浮泥沙组外,水华微囊藻比生长速率和chla浓度均低于对照组,且随着时间的延长,含泥沙组水华微囊藻的光合活性F_v/F_m显著下降.水华微囊藻的最大放氧速率P_m和光饱和点I_k随着泥沙浓度的增加而减小,而暗呼吸速率R_d和光抑制作用β显著升高.此外,随着泥沙浓度的升高,水华微囊藻单位细胞C和P含量显著降低,而单位细胞N含量略微升高;由于胞内P含量变化较大,导致N/P比和C/P比显著升高,而C/chla比值随泥沙浓度的增加呈下降的趋势.由此可见,悬浮泥沙虽然因光衰减效应减少了水华微囊藻胞内C含量以及能量供给,但微囊藻通过调节自身生理机能和代谢策略,优先补给C和提高N的合成,节约P合成的能量,通过调节胞内C：N：P储存的优化分配,以适应含悬浮泥沙的外界环境维持生长.     

温度对水华微囊藻及孟氏浮游蓝丝藻生长、光合作用及浮力变化的影响

通过批量培养实验,测定培养过程中藻的生物量、光合放氧速率及浮力等的变化,研究了2种典型水华蓝藻-水华微囊藻及孟氏浮游蓝丝藻在不同温度下的生长和光合作用特征及浮力调控的机制结果表明,水华微囊藻在温度低于13℃时几乎不能生长,高于16℃能缓慢生长,且随着温度升高,生长速率增大;孟氏浮游蓝丝藻在温度为10℃时就能缓慢生长,当温度高于16℃时即能够较好生长;2种藻的生长速率在10～28℃范围内都随温度升高而增大.2种蓝藻在10℃以上均能进行光合作用,且在实验温度范围内(10～28℃)随温度的升高而增强当温度从28℃转至13℃以下温度培养时,2种蓝藻的浮力下降明显,细胞内伪空胞、糖及蛋白质的变化表明,糖的积累使细胞密度增大是细胞浮力下降的主要原因;在72h之内,水华微囊藻和浮游蓝丝藻细胞内糖含量分别增加了2.2倍和2.5倍,这说明温度降低至13℃以下,水华微囊藻下沉趋于休眠,而孟氏游浮蓝丝藻则趋于底栖继续生长;温度升高至13℃以上,水华微囊藻趋于复苏和上浮,而孟氏浮游蓝丝藻趋于浮游.     

营养盐限制对中肋骨条藻产生化感作用的影响

实验室内开展了东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)、亚历山大藻(Alexandrium tamarense)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)在4种营养条件下生长的中肋骨条藻藻液中的培养实验,4种营养条件下N∶P∶S i分别为16∶1∶16(营养盐充足),4∶1∶16(N限制),64∶1∶64(P限制),16∶1∶4(S i限制)。实验结果显示3种微藻在各种中肋骨条藻藻液中的生长均好于对照组。中肋骨条藻藻液对其自身的促进作用顺序为:营养盐充足S i限制N限制P限制;对亚历山大藻的促进作用为:营养盐充足S i限制P限制N限制;对东海原甲藻促进作用是:P限制营养盐充足S i限制N限制。中肋骨条藻在P限制的条件下对东海原甲藻的生长较明显的促进作用说明,除其它理化因子外,中肋骨条藻在P限制条件下对东海原甲藻等甲藻较强的化感作用可能是东海春季骨条藻赤潮后甲藻赤潮爆发的一种内因。     

氮磷对微囊藻和栅藻生长及竞争的影响

为了揭示不同营养条件下,藻类优势种的形成规律,选取了3种具有代表性水体的营养盐浓度,对于蓝藻水华的常见种铜绿微囊藻和绿藻水华的常见种四尾栅藻进行了竞争实验.通过竞争抑制参数对相互间的竞争关系进行了分析.结果表明,在贫营养水平下,栅藻的存在能够刺激微囊藻的生长,N/P值越小,刺激作用越明显,微囊藻也能刺激栅藻的生长;富营养水平下,竞争抑制作用与N/P有关;超富营养水平下,栅藻对微囊藻的抑制能力约为微囊藻对栅藻的抑制能力的3倍,N/P值的变化对竞争抑制作用的影响不明显.在较低氮磷浓度的水体中,微囊藻容易成为优势种,而在较高的氮磷浓度的水体中,四尾栅藻更容易成为优势种.     

氮磷比对蛋白核小球藻和塔玛亚历山大藻种间竞争的影响

通过单独培养和共同培养的方法,以Na NO3和KH2PO3为氮源和磷源,研究了氮磷比(4、6、9、10、13、16、22、36和91)对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)生长和种间竞争的影响,并对其作用机制进行了探讨.结果表明:在单独培养模式下,蛋白核小球藻在N/P为4~22时生长适宜,N/P22时生长受抑制,而塔玛亚历山大藻在N/P为4和6时生长适宜,N/P6时生长受抑制;在共同培养模式下,蛋白核小球藻具有竞争优势,而塔玛亚历山大藻的生长受抑制,且N/P为13和16时蛋白核小球藻种群竞争优势最明显;蛋白核小球藻和塔玛亚历山大藻的培养滤液对彼此生长均未产生抑制作用,由此推测,两种微藻的种间竞争主要以资源利用性竞争为主.结果可为开发利用饵料藻进行赤潮生物防控提供一些理论依据.     

硅酸盐影响浮游藻类群落结构的围隔试验研究

在新开湖设置浮式围隔,通过调控围隔水体硅酸盐含量,研究了硅对富营养化水体浮游藻类群落生长及演替的影响.结果表明,随着硅酸盐浓度的增加,硅藻的生物量提高,其种类所占比例明显增加,由10.2%上升到22.1%;蓝藻和绿藻的种类比例则下降,由76.8%下降到61.5%.加硅处理中,硅藻虽然没有完全取代蓝、绿藻的绝对优势地位,但是出现了尺骨针杆藻(Synedra ulna)、细齿菱形藻(Nitzschia denticula)、针状拟菱形藻(Nitzschia acicularis)、缢缩异极藻头状变种(Gomphonema constrictum var. capitata)、橄榄形异极藻 (Gomphonema olivaceum)等在对照处理中并未检出的藻种.中硅(原子比N∶Si∶P=16∶8∶1)和高硅(N∶Si∶P=16∶16∶1)处理中,Shannon多样性指数分别为2.17±0.40和2.12±0.21,而对照组为1.89±0.55.试验末期,对照围隔的水体表面出现铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华,而硅酸盐含量高的围隔中,同期没有水华出现.硅酸盐的增加能够促进硅藻及其它藻类生长,改变少数几种蓝、绿藻占据优势的状态,提升水生生态系统的多样性水平,并对淡水蓝藻水华的产生起到一定削弱作用.     

氮磷形态与浓度对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的影响

以铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和斜生栅藻（Scendesmus obliquus）为研究对象,分别以硝酸钠、氯化铵和尿素为氮源,以磷酸氢二钾、甘油磷酸钠和三磷酸腺苷为磷源,配置不同浓度的氮磷培养基（氮浓度1.00,4.00,8.00mg/L,磷浓度0.20,2.00mg/L）,通过一次性培养实验研究2种藻氮、磷饥饿时对不同形态和不同浓度氮磷的生长响应.结果表明,2种藻对氮、磷的形态和浓度响应均不同,且藻种之间也有明显的响应差异.铜绿微囊藻在3种浓度硝酸钠培养下比生长速率无显著差异,而斜生栅藻的比生长速率在硝酸钠4.00mg/L时达到最高,说明1.00mg/L的硝酸钠已满足铜绿微囊藻对氮的生长需求,斜生栅藻对氮的需求高于铜绿微囊藻.铜绿微囊藻在1.00,4.00mg/L氯化铵和尿素培养下的比生长速率相同,且比生长速率和现存量均高于同浓度硝酸钠培养组,说明相比于硝酸钠,铜绿微囊藻更喜欢利用还原态的氯化铵和尿素.但当氯化铵浓度高达8.00mg/L时,铜绿微囊藻比生长速率低于相同浓度尿素和硝酸钠培养组,也低于低浓度氯化铵培养组,说明高浓度氯化铵不利于铜绿微囊藻的生长.然而,斜生栅藻在8.00mg/L氯化铵培养下比生长速率和现存量与尿素培养时无显著差异,而且均高于硝酸钠培养组,说明斜生栅藻对氯化铵的耐受能力比铜绿微囊藻高.3种形态的磷均能被铜绿微囊藻和斜生栅藻利用,但铜绿微囊藻用高浓度有机磷培养时的现存量更高,斜生栅藻则在高浓度无机磷培养下生长更好,说明铜绿微囊藻比斜生栅藻能更好的利用有机磷,高浓度的无机磷不利于铜绿微囊藻生长.太湖目前铵氮浓度降低显著,水体无机磷占比很低,溶解态有机磷浓度占比较高,这些都更有利于蓝藻形成优势.     

氨氮和硝氮在太湖水华自维持中的不同作用

通过室内实验和野外监测相结合的方法,探讨了氨氮(NH4+-N)和硝氮(NO3--N)在太湖水华自维持中的不同作用.室内实验结果表明,水华微囊藻在以NH4+-N为氮源时比以NO3--N为氮源时具有更高的生长以及光合能力,当生长在不同的NH4+-N/NO3--N(浓度比)上时水华微囊藻均优先吸收NH4+-N,而当NH4+-N浓度大于2mg/L时,水华微囊藻的生长速率急剧下降;野外监测结果显示,在太湖藻型区,水体中的氮源以NO3--N为主,除了竺山湾,其余湖区全年NH4+-N/NO3--N基本在0.5以下,NH4+-N年平均浓度在2mg/L以下.结果表明,太湖中巨大的氨再生量使得浮游植物能以NH4+-N为主要氮源生长,而低浓度NH4+-N环境避免了浮游植物的生长受到抑制,两者共同保证了夏秋季太湖浮游植物的高生长以及光合能力,使得微囊藻生长旺盛、蓝藻水华维持在严重状态.     

产油小球藻与常见蓝藻共存的生长关系研究

将产油小球藻HQ(Chlorella sp.HQ)分别与蓝藻水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)、惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)以不同初始接种密度比(1∶1、1∶5、5∶1)混合培养,发现等接种密度共存时水华鱼腥藻及惠氏微囊藻的生长能力均于培养第4 d起强于小球藻HQ;小球藻HQ与水华鱼腥藻共存时的生长能力(kapp=-23.45×104个/(mL·d))强于与惠氏微囊藻(kapp=-47.61×104个/(mL·d))。非等接种密度共存环境中,水华鱼腥藻和惠氏微囊藻的生长能力均强于与其接种密度相同的小球藻HQ。等接种密度共存环境中的小球藻HQ相比于非等接种密度共存环境具有更强的生长潜力(与水华鱼腥藻:rm1=(0.17±0.06)d-1,μ1=(0.22±0.11)d-1;与惠氏微囊藻:rm2=(0.75±0.13)d-1,μ2=(0.49±0.04)d-1)。不同初始接种密度比、不同混培藻种对小球藻HQ对数期的生长能力影响不明显(P>0.05)。该研究为小球藻HQ应用于水质深度净化与高价值生物能生产耦合技术提供数据参考。     

再生水水质环境中典型水华藻的生长特性

基于微藻的生长潜力试验,研究了再生水回用于景观水体时的水华风险.结果表明,在天然混合藻种接种体系中,铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)在再生水水质条件下的生长潜力大于其他受试藻种,其在3种二级出水(A2O、氧化沟和活性污泥)中的最大藻密度均可大于106个.mL-1,比生长速率0.39 d-1.A2O-超滤膜过滤-活性炭吸附-氯消毒深度处理工艺没有有效减低铜绿微囊藻的生长潜力,难以减小水华风险.再生水中的TP浓度能够明显影响铜绿微囊藻的最大密度(Kmax)和最大种群增长速率(Rmax),且符合Monod方程.     

景观用再生水氮磷条件下两种典型水华藻类的生长及竞争规律

针对再生水景观水体的藻类控制,以BG11培养基为基础,设定不同氮磷浓度,对铜绿微囊藻和小球藻进行了纯培养和共培养实验。实验结果表明:初始总氮浓度为15 mg/L、总磷浓度为0.1 mg/L时两种藻就能出现明显的生长高峰;当总氮浓度为3⁴5 mg/L,氮磷比为3045 mg/L,氮磷比为30¹50的情况下,小球藻在与铜绿微囊藻的竞争中容易成为优势藻种。     

硝酸镧对铜绿微囊藻生长特性的影响

在实验室内利用BG₁₁培养液培养,研究了不同硝酸镧[La(NO₃)₃]浓度下铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)FACHB526的生长特性,并在实验后期测定了藻细胞中的藻毒素含量.以藻细胞数和叶绿素a含量所表示的最大比生长率和最大现存量为指标,在一定浓度范围内,La(NO₃)₃可明显刺激铜绿微囊藻FACHB526的生长.但当培养液中La(NO₃)₃浓度很高时(125000g/L),却对铜绿微囊藻FACHB526的生长表现出明显的抑制作用.稀土盐类La(NO₃)₃对藻生长的低浓度刺激和高浓度抑制效应对全面了解水华爆发机制有一定的意义.从FACHB526藻中可分离检测出4种藻毒素变型MC-LR,MC-RR,MC-LW,MC-LF.     

Fe~(3+)对不同进水氮磷比藻塘水质净化效果研究

铁是动植物进行生命活动不可缺少的元素。在藻塘内,铁能够影响藻细胞生长与繁殖,影响水质净化效果。通过研究不同浓度Fe3+对小球藻生长影响,并设定进水C/N和N/P,确定适宜Fe3+对藻塘出水理化性质及其污染物去除的影响。结果表明:当c(Fe3+)为10 000 nmol/L时,藻细胞质量增加约25%。适宜浓度Fe3+可调节藻塘水体DO、p H及ORP,提高净化效果。Fe3+利用率与COD、TN和TP去除率呈线性正相关,且随进水N/P的提高而增高。当ρ(N)/ρ(P)为50,ρ(C)/ρ(N)=5时,加铁藻塘COD、TN、TP去除率分别为45.34%、77.14%、43.11%,与未加铁藻塘相比,去除率分别提高约3,5.47,9.64个百分点。因此,铁可以促进藻类的生长,当藻塘进水ρ(C)∶ρ(N)∶ρ(P)∶ρ(Fe)为250∶50∶5∶1时,可降低污染物浓度,提高去除效果。     

不同形态氮对洋河水库螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻生长的影响

利用室内培养试验比较研究了硝酸盐氮和氨氮对洋河水库螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻生长的影响. 结果表明:ρ(氨氮)和ρ(硝酸盐氮)均在0.05～10 mg/L内时,螺旋鱼腥藻的生长曲线无显著性差异,氨氮更有利于螺旋鱼腥藻的生长;在0.05～10 mg/L内,ρ(氨氮)和ρ(硝酸盐氮)的升高能明显促进惠氏微囊藻的生长,但高浓度的氨氮可能会抑制其生长. 当ρ(硝酸盐氮) 为0.05 mg/L时,螺旋鱼腥藻比生长速率(0.239 d-1)大于惠氏微囊藻(0.166 d-1); ρ(氨氮)为0.05和0.5 mg/L时,螺旋鱼腥藻的比生长速率分别为(0.266±0.012)和(0.303±0.005)d-1,大于惠氏微囊藻的比生长速率(0.096±0.004)和(0.272±0.008)d-1. 提示在ρ(氨氮)和ρ(硝酸盐氮)较低的培养条件下,螺旋鱼腥藻比生长速率更高,更易成为优势藻种. 洋河水库近2年优势种逐渐从螺旋鱼腥藻转变为惠氏微囊藻,可能是水体中ρ(氮)的变化所致.      

应用藻类生长潜力试验的方法研究滇池藻类生长的控制因子

采用滇池不同湖区的湖水进行藻类生长潜力试验(AGP试验),研究了稳定环境下,氮、磷两种可控的水华诱导因素对滇池铜绿微囊藻生长潜力的影响.结果表明,滇池各个湖区藻类生长的主要控制因子并不一致,北部与西部湖区,磷是两湖区藻类生长的主要限制性营养物质;湖心与南部湖区,磷和氮都是蓝藻生长的主要控制因子,但它们单独作用都不能有效促进铜绿微囊藻的生长.实验N/P(质量比)在4～20之间,这一范围内N/P对滇池铜绿微囊藻生长没有显著影响.     

混合抗生素对铜绿微囊藻的生物效应

选取SP(螺旋霉素)和AM(阿莫西林)为目标化合物,研究二者的混合物对铜绿微囊藻的生长、Chla(叶绿素a)合成及微囊藻毒素合成与释放的影响. 结果表明:SP与AM以等毒性〔ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶7,ρ(SP+AM)为4~15 μg/L〕混合时,铜绿微囊藻的生长及Chla的合成均受到抑制,并且ρ(SP+AM)越高,抑制作用越明显,在ρ(SP+AM)为15 μg/L时生长抑制率最大,为109.86%;SP与AM以等浓度〔ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶1,ρ(SP+AM)为1~10 μg/L〕混合,ρ(SP+AM)≤4 μg/L时促进铜绿微囊藻的生长,ρ(SP+AM)为1 μg/L时促进作用最明显,铜绿微囊藻的比生长率高出对照组39.13%;ρ(SP+AM)≥5 μg/L时则抑制铜绿微囊藻生长;而Chla的合成在各试验浓度下均受到抑制. SP与AM对铜绿微囊藻的联合毒性表现为拮抗作用. 混合抗生素在各试验浓度和混合配比条件下,均导致藻细胞内藻毒素合成量的上升,并引起胞外藻毒素的释放量增加,ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶7且ρ(SP+AM)为5 μg/L组释放比例最高,达到37.96%. 因此,混合抗生素的存在可导致铜绿微囊藻对水环境的危害进一步加深.