氨氮浓度对苦草上附植藻类定植的影响

为了认识水体富营养化过程中附植藻类群落定植演替规律,利用显微计数法,通过室内静态模拟实验,研究了水体中不同氨氮浓度对太湖常见沉水植物苦草上附植藻类的影响。结果表明:采集的样品在以硅藻门中脆杆藻属、直链藻属、桥弯藻属、舟行藻属以及蓝藻门的色球藻属为优势种的样品在放置到不同浓度氨氮的实验组后,最后群落演变成为在低浓度氨氮营养盐下以舟行藻和脆杆藻为优势属,中高浓度的氨氮营养盐下以绿藻门的毛枝藻和硅藻门的小环藻和舟行藻为优势属的附植藻类群落结构;生物量在低浓度范围内与氨氮营养盐呈正相关。表明氨氮营养盐对附植藻类群落结构影响非常明显。     

基于生态槽实验的藻类生长参数确定

在太湖湖泊生态系统研究站的生态模拟槽中进行了藻类的动态模拟实验.取太湖原水至生态槽中,在温度、光照、营养盐变化条件下进行采样,观察藻类的变化情况.在生态槽实验基础上应用PHREEQC模型建立了藻类生长模型,模型中考虑了氮及磷营养盐的循环过程.利用生态模拟槽实验结果对太湖藻类生长模型的各参数进行了详细的率定验证,并应用最小二乘法确定最佳的一组参数,藻类及各种营养盐浓度的模拟值均能较好地拟合实验测量值.     

考虑光盐交互作用的湖泊富营养化数学模型

基于水体光学原理,确定了光照衰减系数与透明度之间的定量关系式;基于质量守恒原理,描述了氮磷营养盐与藻类之间的转化关系;耦合光因子和盐因子对藻类生长的驱动机制,建立了考虑光盐交互作用的富营养化数学模型.结合2015年4~7月在眉湖开展的水质监测数据,对模型进行了参数率定与验证.通过正交设计与情景模拟相结合,研究了光盐条件变化对藻类生长的驱动作用.结果表明,建立的富营养化模型能够较好的模拟不同光盐条件下藻类的生长趋势;低光照强度下营养盐浓度增加对藻类生长起到了抑制作用,营养盐浓度增加相同的倍数时TP浓度变化对藻类生长的影响作用要比TN浓度变化对藻类生长的影响作用大;整体上藻类的生长受到光照强度的影响高于营养盐,受到总磷的影响高于总氮,在设置的情境中光照强度、TP和TN浓度分别为89.6klx、0.168mg/L和2.72mg/L时最利于藻类生长.     

鼠李糖脂对赤潮藻类的防治作用

研究了由铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂对5种赤潮藻类(塔玛亚历山大藻,赤潮异弯藻,双突角毛藻,柔弱角毛藻和新月菱形藻)生长的影响.结果表明,当鼠李糖脂添加浓度从0.5mg/L增加到12.0mg/L时,对5种藻类的生长表现出不同程度的影响,脂肪酸组成的差异是造成鼠李糖脂对不同藻类生长抑制作用不同的原因.不同藻类的各种多不饱和脂肪酸的含量越低,相对应的96h-EC50值越低,鼠李糖脂对其生长抑制作用越强.有效防治5种藻类的鼠李糖脂所需的浓度为8.5~15mg/L,当浓度为15mg/L时,对不同藻细胞均可造成不可逆的破坏作用.     

赤潮藻类在碳源受限生长过程中培养液pH的变化规律

本实验以赤潮藻中肋骨条藻、赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻作为实验藻种,在碳源不足的环境条件下进行培养,测定生物量和pH等监测指标,探讨了在正常营养盐、缺氮营养盐和缺磷营养盐条件下藻类在不同生长时期pH的变化情况。实验结果表明,赤潮藻在碳源受限的生长环境下,藻液pH的增加量比碳源正常环境下要高,其中中肋骨条藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.4、1.5和1.4;赤潮异弯藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.2、1.1和1.0;塔玛亚历山大藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.6、1.6和1.8。pH与细胞数量之间存在显著性正相关,与磷酸盐浓度之间存在显著性负相关。     

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.     

美丽微孢藻种植水对水华鱼腥藻的化感抑制作用研究

为探讨美丽微孢藻对水华藻类的化感作用,研究了美丽微孢藻种植水对水华鱼腥藻的光密度、叶绿素a和细胞活性的影响。结果表明:浓度为25%的美丽微孢藻种植水在0~2 d时可显著抑制水华鱼腥藻生长,但在2d后无法对其产生显著抑制;浓度为50%的美丽微孢藻种植水在整个实验周期内均可显著抑制水华鱼腥藻生长;浓度为25%的美丽微孢藻种植水在短期内会使大部分藻细胞处于死亡或低活性状态,但在7 d时有31.40%的藻细胞恢复了高活性状态,其化感控藻作用有限;浓度为50%的美丽微孢藻种植水在整个实验周期内均使大部分藻细胞均处于死亡或低活性状态,具有较强的化感抑制作用。     

三峡库区水华优势藻类生长动力学的普适性研究

从蓝绿藻中选取绿藻门的普通小球藻(Chlorella vulgaris,CV藻)为研究对象,应用Monod方程考察氮、磷营养盐对CV藻生长的影响,分别计算出CV藻对TP、TN的半饱和常数KSP和KSN结果表明KSN>>KSP,说明TP对CV藻生长的影响明显大于TN.CV藻生长速率对磷质量浓度反应很灵敏:与空白值相比,在0.002 mg·L-1的低浓度下u就有提高,而浓度到0.2 mg.L-1时,u明显增大;但在0.000-0.050 mg·L-1氮浓度范围内u几乎没有变化.通过系统比较CV藻与优势蓝绿藻,甚至海水藻的生长动力学特征,探讨了CV藻与其它蓝绿藻的动力学普适性和共同性,证实这些藻类都具有非常类似的生长动力学和生态学特征.因此,推测CV藻生长动力学模型可以从整体上反映和代表库区优势蓝绿藻的生长行为.同时分析和归纳了蓝绿藻生长模型的相似性和规律性,得出三峡库区优势藻类生长行为存在普遍一致性的初步结论.     

淀山湖水质富营养化和微囊藻毒素污染水平

研究淀山湖不同季节水体中总磷(TP)、总氮(TN)、pH、水温、透明度(SD)、叶绿素a(Chl-a)含量和优势藻种等富营养化相关指标;在培养条件下,研究不同温度、光照、氮磷浓度对铜绿微囊藻的生长及微囊藻毒素LR(MC-LR)产生的影响;研究藻细胞密度和微囊藻毒素LR浓度的相关关系.结果表明:淀山湖水质已呈富营养化状态,春末和夏季水质和水文条件适合藻类生长.湖水TN和TP年平均值分别达1.93mg/L和0.18mg/L,TN和TP的年超标率达93.5%和92.2%.TP的高峰期比施肥的高峰期延迟出现约一个月,说明沿湖农业对富营养化指标的影响较大.淀山湖常年生长的藻类分别是蓝绿藻、硅藻、隐藻和裸藻等,夏季水华中可见污染指示藻如微囊藻、鱼腥藻和针杆藻等产毒藻.培养条件下,铜绿微囊藻在25℃和3000lx时生长最快,但产毒量却分别在20℃和5000lx时达到最大值;合适其生长和产毒的氮、磷浓度分别为650μmol/L和6.5μmol/L.现场和实验室条件下,均发现磷为藻类生长的限制因子,微囊藻毒素-LR浓度与藻细胞密度或铜绿微囊藻细胞密度之间存在正相关关系,提示可以用藻细胞密度来估算水中毒素的浓度.     

藻类光竞争模型构建及水体紊动对竞争的影响

光是藻类进行光合作用的重要能量来源,决定藻类的初始生产力,当多种浮游藻类共同生存时,会一起竞争光强.光竞争能力强的浮游藻类浓度增加,光竞争能力较弱的则减少,从而完成水体中浮游藻类优势藻的替代.本文通过在以往建立的单藻模型的基础上,耦合入竞争模型,构建两种（多种）浮游藻类光竞争模型,尝试通过数值模拟,研究不同水体紊动中竞争藻属分别取得竞争优势的机理.模拟结果表明：稳态水体中,竞争藻属的自身垂向迁移决定藻浓度的垂向分布,具有浮力调节能力的微囊藻属占据上层水体优势地位,并取得竞争优势;动态水体中,竞争藻属垂向分布均较为均匀,生长速率决定藻的竞争优势,小球藻属生长速率快,最终易取得竞争优势.此外,考虑浮游藻属的动态自遮蔽,会加速稳态水体中微囊藻属取得竞争优势,并限制动态水体中小球藻属的无限制生长,使得模拟结果更加符合实际情况.     

PAFC-PDM复合混凝剂强化混凝去除水库源水中的藻类

将聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)与聚合氯化铝铁(PAFC)复合制备了新型复合混凝剂PAFC–PDMDAAC (PAFC-PDM),对含藻的水库原水进行强化混凝处理研究.研究对比了PAFC-PDM,PAFC与预氯化工艺的除藻效果,并对其混凝除藻机理进行了初步探讨.结果表明,对于藻细胞数为7.98×106~1.17×107cells/L和浊度为2.56~3.59NTU的水库原水,当PAFC-PDM投加量为1.0mg/L时(以Al2O3计),藻类和浊度的去除率分别达到93.5%和81.7%,显著优于PAFC的混凝处理效果;对藻细胞进行扫描电镜和预氯化副产物分析表明,预氯化杀藻除藻方法,不仅破坏了藻细胞结构,而且产生了三卤甲烷类氯化消毒副产物,影响饮水水质;采用PAFC-PDM强化混凝工艺除藻,不破坏藻细胞,无消毒副产物.     

太原市迎泽湖富营养化控制的模型研究

针对湖泊富营养化问题,对太原市迎泽湖进行资料收集和长期水体监测,综合水动力模型、水质模型,融合参与湖泊富营养化的各种生命活动过程,建立湖泊富营养化耦合模型,用实测水质数据进行参数率定与验证,选取总氮、总磷、叶绿素a及透明度4项因子进行模拟,得出迎泽湖营养物质输移扩散及时空分布规律.结合迎泽湖实际情况,从补水方式、补水频率以及改变湖泊柔性结构三方面,提出改变水动力条件的方案并进行数值模拟,研究了各方案水动力、物质输移扩散的改进效果,结果表明,作为富营养化程度表征的叶绿素a在空间和时间分布上均存在一定的规律性,其浓度变化范围在0.035~0.105mg/L之间;藻类等浮游植物迅速增殖导致水质恶化水华暴发,而采取加大湖水水力循环和改善入口水质的控制方案,可有效改善湖水水质.     

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.      

铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用机制研究

本文研究铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用机制,旨在为富营养化池塘、水库调控和治理提供理论指导。采用化学方法合成铁氧化物并对其进行表征,研究铁氧化物对磷的吸附特性和铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用。结果表明铁氧化物的物相组成与自然界土壤和底泥中铁氧化物存在形态相似;铁氧化物对磷的吸附属于专性吸附,吸附等温曲线符合Langmuir方程。在含铁氧化物的BG11培养基中培养铜绿微囊藻,铁氧化物对磷的吸附导致培养液中总磷（TP）和水溶性磷（SWP）浓度降低,抑制铜绿微囊藻的生长。铜绿微囊藻在含吸附磷的铁氧化物而无磷的BG11培养基（4.02 < pH < 10.05）中能够正常生长,藻生长导致溶液pH升高是诱导铁氧化物解吸磷的主要因素,铜绿微囊藻光合作用释放的氧气可以抑制三价铁向二价铁的转化。针对铜绿微囊藻诱导铁氧化物释放磷并被其吸收的机制,要控制富营养化水体蓝藻爆发,除控制外源磷输入外,应该抑制底泥中铁磷释放,或通过藻细胞的收集和移除来降低底泥中铁氧化物的磷负荷。     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

模拟消落带水华暴发行为的数值沙堆模型

以长江最大支流汉江近年来水华污染的现场资料为例,通过氮磷浓度、水温、流速和光照等实测数据构建了消落带开放水域环境体系的数值沙堆模型,描述了藻类生长及水华暴发的动力学机制;利用数值沙堆系统崩塌行为反映出的频率-尺度幂律关系作为判断消落带水域是否暴发水华以及规模大小的依据,采用有限尺度标度分析从不同侧面验证了水华暴发系统的自组织临界性,并揭示出各种拟合参数与水华暴发规模之间的定量关系.研究表明,沙堆模型如果存在良好的幂律关系,相应的消落带水域将暴发水华,且幂律指数越大,水华污染程度越严重.     

某市供水藻类污染及其毒性研究

藻类是反映水体富营养化最常用的生物监测指标.为弄清某城市供水水体的藻类污染状况,对该市主要供水水源的藻类进行了为期1年6次监测,并提取冷冻干藻细胞中的毒素成份进行生物学检测.结果发现,该市水源均受到藻类不同程度的污染,主要检测到4类藻.干藻细胞提取物经小鼠腹腔注射,发现具有肝毒性,其半数致死剂量为68.39-114.02mg干藻细胞/kg体重.建议今后将藻类作为水质监测的一个常规指标,为合理选择水源提供依据.     

三峡库区流域藻类生长与营养盐吸收关系

根据三峡库区流域的实测数据和描述富营养污染流域中水华暴发强非线性耦合动力学模型中的控制函数,研究了缓流态水体环境中藻类生长的内在机制,并以长江三峡流域优势藻类,即绿藻的生长为例,较为系统地研究了藻类生长对N、P的吸收与水体中N、P浓度之间存在的强相互作用;藻类对营养物的吸收率ω_i与水体中营养物浓度c_x的比值(ω_i/c_x)不仅反映出三峡水域中藻类浓度对藻类吸收营养物程度的影响,而且在藻类生长与吸收各种营养成分之间还存在明显的关联性.     

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.      

水华束丝藻和铜绿微囊藻对水中甲基汞的吸附特征及动力学研究

本文探究了活、死水华束丝藻和铜绿微囊藻对水中甲基汞（MeHg）的吸附动力学特征和等温吸附模型。结果表明,当MeHg浓度为100 ng/L时,活、死水华束丝藻能吸附水中99.2%和90.9%的MeHg,平衡吸附量分别为9.9×10^-2 ng/（10⁸cells）和9.1×10^-2 ng/（10⁸cells）,活、死铜绿微囊藻能吸附水中98.5%和94.0%的MeHg,平衡吸附量分别为9.9×10^-2 ng/（10⁸cells）和9.4×10^-2 ng/（10⁸cells）;两种藻对MeHg的吸附过程符合准一级、准二级动力学模型;活水华束丝藻和活、死铜绿微囊藻对MeHg的等温吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,死水华束丝藻对MeHg的等温吸附过程符合Langmiur等温吸附模型;对藻细胞结构进行表征,发现活藻和死藻对MeHg的吸附在细胞表面均呈现为生物快速吸附过程,活藻还呈现为生物慢速富集过程,故活藻对MeHg的吸附率高于死藻。