扰动对外源性磷在模拟水生态系统中迁移的影响

采用同位素示踪法,模拟研究不同扰动强度对外源性磷在水体、铜绿微囊藻和底泥中迁移的影响.水体中外源性磷首先由快速的物理化学分配进入铜绿微囊藻和底泥中,然后其在水体中的迁移主要受铜绿微囊藻生长状况的影响.实验表明,当扰动强度为30r/min时,铜绿微囊藻生长得最好.单位质量铜绿微囊藻中最大外源性磷含量与扰动强度无关,但扰动能加快铜绿微囊藻对外源性磷的吸收速率.水体中溶解的外源性磷含量随时间持续下降,微囊藻的衰亡能促进水体中磷向底泥中迁移.最终绝大部分外源性磷迁移到底泥中.增加扰动能有效降低水体中溶解性磷的浓度,在扰动为30r/min时,水体中外源性磷从2.183mg/mL下降到0.0180mg/mL.     

光照时间对外源性磷在模拟水生态系统中迁移的影响

采用同位素示踪法,模拟研究不同光照时间对外源性无机磷酸盐在水体,铜绿微囊蓝细菌和底泥中迁移的影响.外源性磷在加入水体后先是一种物理化学的快速分配,然后其在水体中的迁移主要受微囊蓝细菌的生长状况的影响.延长光照时间能加快微囊蓝细菌的生长速率和提高微囊蓝细菌的密度.水体中外源性磷的浓度随时间下降,蓝细菌中外源性磷的最大浓度与光照时间无关,只有蓝细菌中超积累了一定数量的外源性磷,随后的对数生长就与细胞磷的含量无关.延长光照时间能增加微囊蓝细菌中总的外源性磷数量,随着蓝细菌的衰亡,外源性磷不断向底泥迁移,最终绝大部分外源性磷都迁移到底泥中.     

水体扰动对铜绿微囊藻生长影响的模拟实验

以铜绿微囊藻为研究对象,在恒温恒光照(27℃,3 000 lx)和模拟太湖流域夏季温度和光照变化2种培养条件下,研究了不同强度的水体扰动对微囊藻生长的影响,探讨扰动对藻类的影响机制。结果表明,不同扰动强度对微囊藻的生长影响具有一定差异,轻微的扰动(100和200 r/min)促进了铜绿微囊藻的生长,延长了对数增长期,这可能是由于微弱的扰动加速了离子向细胞表面的流动,增加了微囊藻对营养盐的吸收;较大强度的扰动(400 r/min)则能制约铜绿微囊藻生长和增殖,可能是由于扰动产生的剪切力影响了微囊藻光合作用效率。水体扰动对微囊藻的影响机制主要在于干预了藻类对生存环境中营养盐和光的吸收利用,这有助于深化水动力对藻类影响机理的认识。     

铜绿微囊藻生长特性研究

研究了pH,扰动及营养盐对铜绿微囊藻生长的影响.结果显示铜绿微囊藻生长的最适pH为8.5～9.5,生长过程对水体的pH也会产生较大影响,总的趋势是使水体pH趋向于9～9.5;扰动对铜绿微囊藻生长的影响主要表现在生长滞后,但对其生长速率及生物量均无太大影响;增加磷浓度更易促进铜绿微囊藻的生长,氮对铜绿微囊藻的生物量则有较大影响.     

不同质量浓度的磷对铜绿微囊藻生长及细胞内磷的影响

通过室内模拟的方法研究了在磷质量浓度不同的水体条件下,在铜绿微囊藻水华形成过程中微囊藻的增殖特征及细胞内磷、可溶性磷的变化特征.在模拟的太湖水体中,随着外源磷的增加,藻生长最终限制因素由磷限制(ρ(TP)≤0.045 mg/L)发展到光限制(ρ(TP)≥0.445 mg/L),而ρ(TP)=0.445 mg/L是微囊藻最适生长浓度;同时,微囊藻细胞内磷含量(QP)、水体可溶性磷(DTP)也随藻类生长而发生变化,在水体ρ(TP)＜0.445mg/L时,细胞内磷对微囊藻增殖有促进作用,而在ρ(TP)＞0.445 mg/L的水体中,磷对微囊藻增殖有抑制作用.     

藻类与扰动共存下水体中不同形态磷的数量分布规律

以太湖梅梁湾的沉积物和上覆水为研究材料,研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)与扰动共存下,水体中不同形态磷的数量分布以及不同藻类对水体中形态磷分布的贡献.结果表明,无论扰动与否,上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性磷酸盐(DIP)、生物有效磷(BAP)均呈降低趋势.但是,在扰动和无扰动条件下,铜绿微囊藻和羊角月牙藻对DTP和DIP的吸收能力恰好相反.水体中磷的消失主要归于颗粒物质的物理化学吸附和藻类的生物利用作用,但扰动与否两者对磷消失的贡献率明显不同.无扰动状态下,铜绿微囊藻和羊角月牙藻对DTP和DIP的吸收能力均在60%左右;而扰动状态下,两者对DTP和DIP的吸收能力分别下降至40%和25%.磷在沉积物不同形态磷间的数量分布也发生明显变化.无论扰动与否,NH_4Cl-P与钙磷(Ca-P)均有所降低,Fe/Al-P则增加,但扰动下NH_4Cl-P与Ca-P下降幅度与Fe/Al-P升高幅度均更大.与铜绿微囊藻相比,羊角月牙藻更有利于Ca-P的释放和Fe/Al-P的形成.     

底泥磷释放的影响因素

水体中磷元素的含量是影响藻类生长的重要因子,来源可分为外源性磷和内源性磷.在外源性磷得到有效控制的情况下,内源性磷成为湖泊水体中磷元素的主要来源。而底泥磷的释放是内源性磷的主要组成。影响底泥磷释放的因素很多,首先与底泥的物理化学组成有关,如底泥颗粒物的粒径、有机质和氧化物的含量以及底泥中磷的形态等,再则与各环境因子的影响关系也非常密切,溶解氧、温度、pH值、扰动是其主要的环境影响因子.对富营养水体底泥释放的影响因素及其机理研究可为富营养化水体的治理提供理论依据。     

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。     

不同风等级扰动对贫富营养下铜绿微囊藻生长的影响

为了探讨不同营养水平条件下动力扰动对微囊藻生长产生的影响,在实验室中模拟了不同风浪强度,分别测定了铜绿微囊藻生长的速率.结果显示.贫营养下,对藻体有规律地施以一定的扰动有助于藻类的生长,扰动使得藻比增长率从0.1 d-1最大增加至0.3 d-1;约4.0 m/s风力最有利于铜绿微囊藻的生长,弱扰动对藻类生长促进作用不明显,强扰动对藻类生长限制作用更显著.富营养下,各风力等级下的扰动对铜绿微囊藻比增长率和最大现存量的影响均不明显,藻比增长率基本间于0.27～0.29 d-1.结果表明,水体中营养水平相差悬殊时,扰动所引起的营养物质重新分配相对于其他因子对藻生长具有更重要的影响.太湖目前的富营养化状况下,动力扰动对藻类生长的直接影响不大.     

铜绿微囊藻对磷酸盐的代谢及动力学研究

文章主要分析了水体磷浓度对铜绿微囊藻营养盐吸收代谢的影响,发现在一定范围内铜绿微囊藻对水体磷的吸收比率与水体磷浓度成正比,铜绿微囊藻对水体中磷营养盐的吸收比率在叶绿素-a达到最大现存量时,数值虽然有小幅上扬,但是没有出现激增的情形。通过Droop模型研究发现铜绿微囊藻的最小限制性细胞磷份额为0.028mg/L。     

连续水流和间歇水流对微囊藻生长的影响

为了解不同的水体流动方式对铜绿微囊藻生长的影响。实验在控制温度和光照条件下,室内采用野外原水培养基模拟连续水流和间歇水流微囊藻的生长。实验结果表明,间歇水流下微囊藻在各流速下的生长差异较小,连续扰动下微囊藻在各流速下的生长差异较大,在流速为35 cm/s时达到最大值;间歇性扰动条件下微囊藻密度较连续性水流条件下高。这可能是在间歇扰动下水流主要影响藻细胞对营养盐的吸收,连续扰动的低流速下主要是通过对营养盐的吸收对微囊藻产生影响,在高流速下是水流对藻细胞的机械破坏为主;同时培养基中藻细胞形成群体产生微环境有利于微囊藻的生长。水体流动的方式不同,水流对微囊藻细胞生长的作用将发生改变,这为扰动控制蓝藻生长提供科学依据。     

静止和水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响

通过底泥培养实验,并采用磷形态分级提取方法对底泥进行分析,研究了静止和水动力扰动这2种状态下锆改性沸石添加对不同深度处底泥中磷迁移和形态转化的影响。结果表明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均不仅降低了上覆水中溶解态活性磷(SRP)质量浓度,而且降低了不同深度处间隙水中SRP的质量浓度,并且还降低了底泥-上覆水界面SRP扩散通量。此外,当不存在和存在水动力扰动作用时,向表层底泥(0~10mm)中添加锆改性沸石,不仅促使添加层中氧化还原敏感态磷(BD-P)和盐酸提取态磷(HCl-P)向金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)和残渣态磷(Res-P)极大转变,降低了添加层中潜在可移动态磷(Mobile-P)含量,而且还降低了添加层下方底泥(10~20mm)中Mobile-P含量。与静止状态相比,水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响规律存在一定的差异。水动力扰动虽然可以增强锆改性沸石添加对表层底泥间隙水中SRP的钝化效果,以及对底泥-上覆水界面SRP扩散通量的削减效应,但是却会略微降低锆改性沸石添加控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率。表层底泥中潜在可移动态磷含量、不同深度处间隙水中SRP的质量浓度以及底泥-水界面SRP扩散通量的下降,对于锆改性沸石改良技术控制底泥磷向上覆水体释放,起到至关重要的作用。以上结果说明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均可以有效地控制河道底泥中磷向上覆水体的释放。     

静止和水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响

通过底泥培养实验,并采用磷形态分级提取方法对底泥进行分析,研究了静止和水动力扰动这2种状态下锆改性沸石添加对不同深度处底泥中磷迁移和形态转化的影响.结果表明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均不仅降低了上覆水中溶解态活性磷(SRP)质量浓度,而且降低了不同深度处间隙水中SRP的质量浓度,并且还降低了底泥-上覆水界面SRP扩散通量.此外,当不存在和存在水动力扰动作用时,向表层底泥(0～10 mm)中添加锆改性沸石,不仅促使添加层中氧化还原敏感态磷(BD-P)和盐酸提取态磷(HCl~-P)向金属氧化物结合态磷(Na OH-rP)和残渣态磷(Res-P)极大转变,降低了添加层中潜在可移动态磷(Mobile-P)含量,而且还降低了添加层下方底泥(10～20 mm)中Mobile-P含量.与静止状态相比,水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响规律存在一定的差异.水动力扰动虽然可以增强锆改性沸石添加对表层底泥间隙水中SRP的钝化效果,以及对底泥-上覆水界面SRP扩散通量的削减效应,但是却会略微降低锆改性沸石添加控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率.表层底泥中潜在可移动态磷含量、不同深度处间隙水中SRP的质量浓度以及底泥-水界面SRP扩散通量的下降,对于锆改性沸石改良技术控制底泥磷向上覆水体释放至关重要.以上结果说明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均可以有效地控制河道底泥中磷向上覆水体的释放.     

氮磷限制对铜绿微囊藻生长和产毒的影响

采用分批培养的方式研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)在氮、磷单因子营养限制条件下的生长和产毒情况.结果表明,氮限制对铜绿微囊藻的生长和产毒都有明显的抑制作用,而磷限制对其生长和产毒没有明显的抑制作用.在氮限制条件下,铜绿微囊藻的生物量仅为控制组的30%～50%,产毒量也仅为控制组的10%～60%;并且氮限制会促进细胞分裂,缩短细胞的生长周期.这可能是因为氮是铜绿微囊藻生长和产毒所必需的元素,直接控制着铜绿微囊藻的生长和产毒;所以若培养基中的氮浓度比较低,会直接导致微囊藻的生物量较少和产毒量比较低.磷限制甚至磷被耗尽时对铜绿微囊藻的生长和产毒都影响不大,这可能与铜绿微囊藻体内储存的含磷颗粒物有关.实验结果表明,在本实验条件下,水体中氮限制对铜绿微囊藻的生长和产毒影响较大.     

铜绿微囊藻生长的营养动力学

应用Monod方程考察氮、磷营养盐对铜绿微囊藻生长的影响.分别计算得到铜绿微囊藻对总磷的半饱和常数Ks_P与对总氮的半饱和常数Ks_N.结果表明:Ks_N>Ks_P,说明总磷对铜绿微囊藻生长的影响大于总氮.铜绿微囊藻的现存量(X)与特定增长率(μ)随着总磷或总氮浓度的升高而升高,但都存在拐点.当总磷或总氮为单一限制性底物时,铜绿微囊藻特定增长率快速增加的总磷与总氮浓度区间分别为:0.005～0.2mg/L与0.01～2mg/L;由于铜绿微囊藻对氮磷亲和力(半饱和常数)的不同,氮磷比对铜绿微囊藻生长的影响并不表现在一个确定值上,也不能用某一确定比例来衡量一个特定水环境中影响铜绿微囊藻生长的限制性营养元素,而应结合氮、磷浓度与氮磷比进行综合考察确定.     

不同磷质量浓度体系中pH变化对铜绿微囊藻和四尾栅藻竞争的影响

铜绿微囊藻和四尾栅藻分别是太湖中最为常见的蓝藻和绿藻.微囊藻在湖泊中形成优势是微囊藻水华发生的重要条件.在模拟太湖水的竞争实验(ρ(磷)分别为0.012,0.112,0.412和1.612 mg/L)中,四尾栅藻均形成优势,而且在稳定期时pH达到10以上.但用0.04 mol/L HCl将pH都降到5.8后,2种藻的增殖都出现明显的变化,在ρ(磷)低于0.412 mg/L时,四尾栅藻优势变得更加明显;而在ρ(磷)为1.612 mg/L时,铜绿微囊藻则形成优势.说明pH对蓝藻和绿藻竞争的影响在不同ρ(磷)的水体中是不同的.      

不同形态磷源对铜绿微囊藻与附生假单胞菌磷代谢的影响

实验研究磷酸二氢钠、β-甘油磷酸钠(Na-β-glycerophosphat,NaGly)、磷酸钙和卵磷脂(lecithin ,LEC) 4种不同形态的磷源对铜绿微囊藻的生长代谢及其与附生假单胞菌磷代谢关系的影响.测定了微囊藻的生长,水中磷浓度的变化,碱性磷酸酶活性(alkalinephosphataseactivity ,APA)和微囊藻中总磷含量的变化.结果表明,附生假单胞菌的存在能促进铜绿微囊藻的生长,并可以将微囊藻不易直接吸收的磷形态转化为磷酸盐等物质供微囊藻利用.碱性磷酸酶在微囊藻和X菌利用大分子有机磷的过程中起重要作用.     

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.     

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.     

底泥不同悬浮方式对水体生物有效磷的影响

以太湖月亮湾底泥为材料,通过室内模拟实验研究了底泥不同悬浮方式(底泥扰动、底泥曝气)对水体中生物有效磷的影响。结果表明:底泥再悬浮导致颗粒态磷生物有效性呈下降趋势,10 d时,藻类可利用磷(AAP)占总磷(TP)的百分比仅为初始状态(39.86%)时的34.75%(底泥扰动)和17.03%(底泥曝气)。内源磷形态分析表明,悬浮物中Fe/Al-P含量、非闭蓄态Fe/Al-P(AAP)占Fe/Al-P的比重均有下降的趋势。这主要与底泥再悬浮导致溶解氧融入(溶解氧从2.59 mg/L(初始状态)分别增加至5 mg/L(底泥扰动)和6 mg/L(底泥曝气)左右)和pH改变(pH值从8.07(初始状态)分别降至7.4(底泥扰动)和7.3(底泥曝气))有关。实验结束时颗粒态磷生物有效性突然升高,出现这种现象的原因较复杂,可能与底泥再悬浮状态下底泥的物理化学变化和水中微生物的作用有关,还需要进一步探究。底泥再悬浮导致水体中可被利用颗粒态磷(BAPP)和溶解态磷(DTP)含量降低,从而导致上覆水中生物有效磷(BAP)含量降低。