流动影响铜绿微囊藻生长的实验研究

研制了稳定运行的环形旋转水槽,模拟天然河道流动。通过该实验装置研究了不同流速条件对铜绿微囊藻生长的影响。结果表明:在温度为25℃、照度为3 000 lx、光暗比为14 h∶10 h的条件下,流速在0~0.50 m/s范围内,适合藻类生长的最佳流速条件为0.30m/s,流速过大或过小都不同程度的影响藻类的生长。对于实验室的铜绿微囊藻而言,较为优势的流速范围为0.25~0.30 m/s;而太湖藻的相对优势流速范围为0.30~0.35 m/s。     

水动力条件对藻类生理生态学影响的研究进展

湖泊和水库等水体富营养化通常会引起藻类水华暴发. 已有较多研究总结了光照、温度、营养盐等环境因素对藻类水华发生的影响方面的进展,但缺乏对水动力因素影响藻类生理生态学乃至水华发生等方面的研究总结. 本文通过梳理水动力条件对藻类生长、种群结构的影响及其作用机制,以及临界流速和人工混合对藻类的影响等方面的研究发现:在藻类生理学方面,水动力条件主要影响藻类的生长、细胞形态、营养盐吸收、光合作用活性和酶活性的变化;在藻类生态学方面,不同藻类对应的临界流速有所差异,水动力条件的变化会导致优势种之间的转变;人工混合使局部水体藻细胞密度降低进而改善水质. 对今后的研究热点进行展望:后续仍需进一步研究水动力条件对藻类生理的影响,不仅是酶活性和相关物质的吸收,还应包含胶被、产毒特性和基因序列等方面;应用于实际湖库的临界流速、水体扰动方式、扰动时间、扰动频率和最佳深度的探究,旨在推进藻类水华控制、保障水质安全等方面的相关研究.      

湖泊水动力对蓝藻生长的影响

对铜绿微囊藻的水动力模拟实验研究表明,流速和温度以及营养盐浓度对藻类生长有着密切影响,且可能存在一定的临界流速.不同营养状态,临界值不同,在N:P为4.5:1情况下推测临界流速为0.50m/s;在N:P为2.7:1情况下推测临界流速为0.30m/s.经太湖湖泊水动力过程的野外实地观测,风速在2.0～4.0m/s时,与水中叶绿素a浓度呈负相关;当风速≥5.0m/s时,叶绿素a浓度降幅最大,并一直维持在该水平.风力导致的水动力条件变化,影响藻类的生长和聚集状态.水动力因素对蓝藻的生长及聚集有着较大影响.     

环流型水域水动力对藻类生长的影响

实验模拟了不同风浪强度、不同营养水平下铜绿微囊藻的生长速率.选取能代表湖流和波浪综合作用的综合摩阻流速作为太湖水动力的表征指标,建立藻增长率和综合摩阻流速关系.结果表明,低、中营养水平下的藻类受扰动的影响规律较为接近,90r/min 扰动时生长最好;而高营养水平下的藻类受扰动影响差异不明显.营养盐对藻类的生长影响较大,扰动可以改变由营养水平不同所引起的藻类生长的差异.铜绿微囊藻在低、中营养水平下生长时最优综合摩阻流速约为0.133cm/s.藻增长率随着综合摩阻流速呈现先指数递增、后指数递减的规律.湖泊环流型水域和河道径流型水域水动力作用存在明显差异.     

藻类生长的水动力学因素影响与数值仿真

为了定量研究水动力条件对藻类生长影响,选择微囊藻进行了室内扰动实验.通过维持光照、温度、营养盐等生境因子的一致性,调整振荡器转速,研究了不同扰动强度对藻类生长规律的影响;提出了"水动力影响参数a"对藻类生长公式进行了修正,以内江为例建立了二维非稳态藻类生长模型.对不同方案下内江藻类暴发特征进行了预测分析.结果表明,水动力条件对藻类生长影响明显,低流速有利于藻类生长,而在静止与高流速条件下,藻类生长受到抑制;内江引航道节制闸关闭后,流速减缓,藻类易于暴发,可能发生水华的水域面积约2.5 km2,占总面积的36.8%;完全静止状态以及节制闸开启后内江水动力条件改善条件下,藻类暴发程度有所减小,可能发生水华面积分别为0.78 km2和0.18 km2.     

南湖富营养化主要控制因子分析

全面分析了南湖湖泊系统中营养物之间、营养物与藻类生长之间的相互关系,探讨了各种环境因子对南湖富营养化的影响,结合藻类增长潜力试验结果确定南湖富营养化的主要控制因子。结果表明,光、温度、碳、氮不能成为南湖富营养化的主要控制因子,控制南湖富营养化的关键在于控制磷。      

微量金属元素污染对水体藻类影响的研究进展

微量金属元素污染逐渐成为富营养化湖泊水体除氮磷污染外的显著特征,微量金属元素与湖泊藻类生长繁殖的相关性研究也逐渐成为环境与生态研究领域的热点问题。为给这方面的科学研究及湖泊藻类防控提供理论借鉴,该文重点综合整理了近10年来微量金属元素对藻类增殖影响的研究成果。分别从藻类种群的响应差异、藻细胞生理代谢过程影响、多糖及分子蛋白产释变化3个层面,综合分析微量金属元素对水体藻类生长、繁殖和种群演替的影响规律。     

水动力条件对嘉陵江重庆主城段藻类生长影响的数值模拟

为研究水动力条件对嘉陵江重庆主城段藻类生长繁殖和富营养化的影响,通过对现有藻类生长率计算式中的流速影响函数进行改进,引入表征藻类生长最佳流速与流速范围的参数,构建了二维非稳态藻类生长动力学模型,并用实测数据以及现有的实验成果对其参数进行率定与优化.针对三峡水库水华高发时段的气候条件和研究河段现有的营养盐状况,就不同水位下的叶绿素a浓度的时空分布进行数值仿真、对可能发生水华的位置和范围进行分析和预测.结果表明,对于嘉陵江重庆主城段,流速在0.04m·s-1左右最有利于藻类的生长繁殖.     

我国湖泊富营养化效应区域差异性分析

通过分析我国湖泊富营养化相关指标的区域差异性,发现在相同营养物质条件下,浮游藻类生物量却有所差异,说明不同区域浮游藻类对营养物质总氮（TN）和总磷（TP）的利用效率存在显著的区域差异性.利用SPSS中的曲线估计功能,分析我国不同湖泊区域lg Chl-a分别与lg TN和lg TP的线性方程,通过比较线性方程的斜率分析不同湖泊区域浮游藻类对营养物质TN和TP的利用效率,蒙新高原、云贵高原、东北平原-山地、长江中下游平原及华北平原,lg Chl-a与lg TP线性方程的斜率由高到低依次为1.002、0.817、0.761、0.545、0.250.lg Chl-a与lg TN线性方程的斜率由高到低依次为1.401、1.058、0.447、0.239、0.099,分别为长江中下游平原、云贵高原、华北平原、东北平原-山地及蒙新高原.由此可见,东北平原-山地和蒙新高原TP对浮游藻类生长的影响大于TN,而在华北平原、长江中下游平原和云贵高原,TN对浮游藻类生长的影响大于TP.另一方面,通过分析浮游藻类生物量与水体透明度之间的相关性,阐明藻类生长繁殖对不同区域湖泊水体透明度影响的区域差异性,结果表明,湖泊中浮游藻类生长繁殖对水体透明度影响最大的是云贵高原,其次是东北平原-山地、蒙新高原和华北平原,长江中下游平原水体透明度与浮游藻类生物量之间没有显著相关性.     

藻类对湖泊水体中甲拌辛光降解的影响

研究了在不同水深、不同水质、不同光照条件、不同水体运动状态的水样中,藻类对甲拌辛光降解的影响。结果表明,藻类在生长过程中吸收光降解的产物,从而促进光降解反应的进行。因此,藻类对湖泊水体中甲拌辛的光降解有促进作用。     

不同扰动条件下微囊藻和栅藻竞争能力的比较

以扰动为主要限制因子,研究铜绿微囊藻和栅藻在纯培养和共培养情况下的生长状况,探讨了竞争和种群增长率之间的关系,以判断藻类竞争的结果。结果表明:适宜的扰动有利于微囊藻的增长和聚集,较大强度的扰动则抑制微囊藻的生长。在共培养体系中,铜绿微囊藻有更强的竞争能力和抑制其它生物生长的能力,获得最大生物量和远大于栅藻的增长率。     

钙、镁离子在水流作用下对铜绿微囊藻生长的影响

为了解在"引江济太"过程中大量钙、镁离子的引入对铜绿微囊藻生长的影响,本实验在控制温度和光照条件下,室内模拟不同钙、镁离子浓度在两个特征流速5 cm/s和15 cm/s下微囊藻的生长。实验结果表明,微囊藻藻密度随钙、镁离子浓度的增加而增加,流速在15cm/s下微囊藻最大藻密度(9 236.4×104cell/mL)是流速为5 cm/s下最大藻密度(2 873.72×104cell/mL)的3倍,流速为15 cm/s下微囊藻最大比增长速率均较5 cm/s下的高。这可能是在水流产生的剪切力作用下藻细胞胞外多糖增加,粘附更多的钙、镁离子更利于钙、镁离子迁移到胞内,同时胞外附着的钙、镁离子尤其钙离子形成桥联,使微囊藻细胞形成群体产生微环境利于微囊藻的生长。水流对微囊藻利用钙、镁离子有重要的影响,这为有效调水抑制蓝藻生长提供科学依据。     

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.     

切应力对铜绿微囊藻活性的影响

水动力是影响藻类生长的重要因素。为研究切应力对藻细胞生长的影响,利用自制实验装置,以铜绿微囊藻为研究对象,分别对藻细胞施加0(对照组),0.29,0.44,0.59,0.74,0.97 Pa的切应力,观察各组生长状况,并对实验结果(各时期的TN、TP和细胞数目)进行统计分析,以期获得具有普遍适用性和可移植性的水体富营养化和水华预防与治理的规律和方法。结果显示,0.29,0.44 Pa组长势要好于对照组(其中0.29 Pa组长势最快,0.44 Pa组次之);0.59 Pa组的藻细胞出现生长抑制;0.79 Pa,0.97 Pa组藻细胞呈负增长,0.97 Pa的切应力在24 h内导致所有铜绿微囊藻细胞死亡。表明,切应力是影响藻细胞活性的直接因素,对铜绿微囊藻的生长影响表现为低切应力可促进生长,高切应力抑制生长,过大的切应力则导致藻细胞死亡。但切应力作用不会影响铜绿微囊藻生长期的长短。     

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.     

铁对太湖常见藻类生长及Ca2+、Mg2+离子吸收的影响

相对于海水来说,淡水中铁的含量较高,但铁对淡水藻类的生长和营养吸收的影响还少有人进行研究.文章选取太湖水体中三种常见藻类铜绿微囊藻、小颤藻、四尾栅藻作为试验材料,重点研究培养基中铁浓度对其生长和吸收Ca2+、Mg2+离子的影响.结果表明,高铁浓度(30 000 nmol/L)抑制铜绿微囊藻的生长,但对小颤藻和四尾栅藻的...     

实验条件对太湖水体中藻蓝蛋白提取结果的影响

基于野外采集的太湖水样和室内培养的铜绿微囊藻,对比了典型实验条件对太湖水体中藻蓝蛋白提取结果的影响。结果表明:(1)在太湖水样的藻蓝蛋白提取中,磷酸盐缓冲液浓度的影响微弱,0.01～0.2 mol/L的磷酸盐缓冲液均适宜浸提太湖水样中的藻蓝蛋白。冻融前加入缓冲液提取的藻蓝蛋白效果较好。-50℃冷冻温度的提取效率高于-20℃。(2)铜绿微囊藻和太湖水样在磷酸盐缓冲液加入顺序和冷冻温度上存在差异。对于室内培养的铜绿微囊藻,磷酸盐缓冲液可在冻融前加入,也可于冻融后加入。冷冻温度以-20℃为宜。(3)稀释测量结果显示,随着稀释比例的降低,最大吸收峰值线性减小,对应的波长位置发生了偏移。稀释比例和藻蓝蛋白浓度呈良好的线性关系。     

太湖水环境模型关键参数曼宁系数的水槽试验

曼宁系数是在水流计算和实际工程中应用最广泛的水流阻力系数,是河湖阻力研究中的重要方向。基于室内循环水槽,利用三维声学多普勒流速仪,研究了不同沉水植株密度和水体流速下曼宁系数的变化特性。根据摩阻力相似原理、实际曼宁系数和试验曼宁系数换算公式,计算得到不同工况下的太湖曼宁系数;并通过回归拟合,得到太湖曼宁系数与植株密度、株高和水体流速的最优拟合方程式。结果表明:当湖底植株状况一定时,太湖曼宁系数与水体流速呈明显的单调递减幂函数关系;当植株密度 ≤ 200株/m2,水体流速和株高一定时,太湖曼宁系数与植株密度呈单调递增关系;当水体流速与植株密度一定时,太湖曼宁系数与植株株高呈单调递增关系。通过试验模拟得到太湖实际曼宁系数,对沉积物-水界面氮磷营养盐的迁移转化研究、富营养改善及湖泊长效管理具有重要意义。     

克雷伯氏菌NY1产絮凝剂的阳离子修饰研究

为简化微生物絮凝剂投加步骤,消除由于助凝剂添加而引起的环境二次污染问题,以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)修饰荷负电的微生物絮凝剂(~-54mV),从而获得荷正电的改性絮凝剂.实验结果显示,CTA与NaOH的摩尔比值是影响阳离子修饰效果的主要因素;阳离子修饰的的最佳条件为:10g微生物絮凝剂, 0.015mol CTA,20%含水率,CTA与NaOH的摩尔比为0.95,80℃反应2h后.在最佳条件下所得阳离子化微生物絮凝剂的Zeta电位可达+16mV,其对高岭土的絮凝率也由阳离子化前的60.5%上升至91%.由阳离子化絮凝剂的结构表征可知,阳离子修饰过程并未改变微生物絮凝剂的根本结构,只是在原微生物絮凝剂基础上引入阳离子基团,从而增加了絮凝剂整体分子量;同时,由于阳离子基团的大量引入,絮凝剂的结晶度增加,从而使其溶解度增加.将阳离子化前后微生物絮凝剂应用于去除铜绿微囊藻,当阳离子化后微生物絮凝剂添加量为40mg/L时,其对藻类的去除率超过98%;而未阳离子修饰的微生物絮凝剂对该藻几乎没有去除效果.     

太湖底泥营养要素动态释放模拟和模型计算

采用太湖湖区底泥,根据环型水槽实验总结了各种扰动强度下太湖底泥的起动、悬浮和营养盐释放规律.环型水槽内水体流速均匀且能够通过控制水槽的转速精确控制水槽的水体流速.通过考察水槽中水体TN、TP浓度的变化,建立起了底泥TN、TP释放率(y)与水体流速大小(x)的定量化关系.根据实验确定的各种参数,采用ECOMSED模型计算模拟,并和太湖实测资料进行了对比,结果较为合理.由于目前太湖的野外监测资料存在较明显的时空不一致性,模型参数率定的精度受到了较大影响,通过室内实验模拟底泥的内源释放对太湖的富营养化治理具有重要意义.