基于RDALR模型分析气象条件对太湖蓝藻水华发生的影响及预报

近年来,太湖水体出现多次严重的蓝藻水华过程,所以探索气象条件引发蓝藻水华的暴发机制及预报方法有着重要的理论意义及实际价值。由于chl-a含量的动态变化可反映水华与否,可利用粗糙集决策调节回归模型(rough decision-adjusted logistic regression model,RDALR)将粗糙集理论与二元逻辑回归(binary logistic regression,BLR)结合起来,用来建立气象条件和太湖chl-a含量二者之间的联系,为蓝藻暴发期水华预报提供一可行方法,且该方法具有一定可移植性。2012年5月1日—9月5日,对东山24项气象数据和东太湖6个取水口水质监测数据分析表明:RDALR模型解释了东太湖128 d水华监测日71.6%的chl-a动态变化,与BLR模型相比,将39次水华暴发的预报精度提高15%。对RDALR模型分析得出,当模型显著性水平小于0.05时,东太湖水域水华强度与平均风速、平均相对湿度呈显著正相关,与日降水量(P)呈显著负相关,同时水华强度与气温(T)、日照时数(SD)及最大风速风向(WD)等其他气象条件相关不显著。     

一株微囊藻毒素降解菌的分离与鉴定

以水华蓝藻细胞中提取的微囊藻毒素为筛选物质,从太湖水华腐烂蓝藻中富集筛选出1株微囊藻毒素降解菌。该菌株革兰氏染色呈阴性,细胞细长杆状,菌落黄色,圆形,不透明,接触酶、氧化酶实验均呈阳性。16S rRNA基因序列的长度为1 416 bp(GenBank登录号为FJ976656)。系统发育树显示,该菌株与微嗜酸寡养单胞菌(Stenotrophomonas acidam-iniphila)的亲缘关系最近。通过菌株形态特征、生理生化特征和16S rRNA基因序列分析,将此菌株鉴定为微嗜酸寡养单胞菌,不同于已报道的微囊藻毒素降解菌属种。微囊藻毒素降解实验表明,该菌株5 d内将15.4 mg/L的微囊藻毒素完全降解,降解能力高于假单胞菌。     

基于GOCI数据的太湖叶绿素a浓度反演和蓝藻水华遥感监测

太湖蓝藻水华是广为关注的环境问题,迫切需要实现蓝藻水华的动态监测。利用静止轨道海洋水色遥感器(GOCI)遥感数据构建了太湖叶绿素a反演的三波段模型,使用归一化植被覆盖指数(NDVI)进行蓝藻水华监测,并进行了富营养化评价。结果表明:(1)三波段模型优于波段比值模型,可以用于GOCI遥感数据反演太湖叶绿素a浓度。(2)2019年6月3日太湖叶绿素a大致呈湖心和西部浓度低,北部和西南沿岸浓度高的空间分布;从10:15至15:15,叶绿素a浓度先升高后降低。(3)竺山湖和椒山周边水域水华聚集情况较为严重,是当天重度水华的主要发生区域;水华的时间变化规律同叶绿素a浓度变化规律一致。(4)对2019年4月和6月的GOCI遥感数据进行富营养化评价发现,太湖富营养化水平总体呈西部高东部低、北部高南部低、边缘高中间低的趋势;6月较4月富营养化水平明显加剧。     

梯级电站作用下北江河流秋季藻类水华特征及关键因子分析

为探究梯级电站作用下北江河流藻类水华的关键因子,采集了北江非水华和水华期间水质监测数据,通过相关性和冗余分析探讨北江藻类水华暴发与影响因子之间的关系。结果表明,北江水华正相关影响因子为水温、pH、溶解氧、高锰酸盐指数和总磷,负相关影响因子为总氮、氨氮和流速及流量。在营养盐满足条件的情况下,秋季水温上升,梯级电站作用下水体流动慢,水体分层明显,导致具备悬浮能力的微囊藻处于有利的理化环境,成为绝对优势种,并大量聚集从而发生蓝藻水华。     

以再生水为补水的景观水体水华爆发特征调查和药剂应急控藻效果评价

采用现场调查和实验室验证的方法,对以再生水为景观补水的水华优势藻进行了分析。2年的现场调查表明,再生水在条件适合时极易发生水华,且水华的优势藻以小球藻为主。在实验室针对小球藻和铜绿微囊藻进行了竞争生长实验研究,在再生水的氮磷浓度范围内小球藻生长快于铜绿微囊藻,这也验证了再生水作为景观水补水时小球藻是优势藻现场调查结论。针对水华爆发初期和水华爆发验证时2种条件,比较研究了4种以化学成分为主的抑藻药剂对以小球藻为水华特征藻的控藻效果。结果表明,这4种药剂对水华的控制均具有一定的效果,并且水华初期实施药剂抑藻,药剂投加少,且效果好。对4种药剂进行急性毒性实验,只有S2一种药剂在安全浓度时对水华爆发初期有抑藻效果。     

赤泥复合剂絮凝处理太湖水华藻与海洋赤潮藻

研究了一种新型赤泥复合剂对太湖夏季水华原水、实验室培养海洋赤潮藻及模拟海水的絮凝除藻降浊性能。结果表明,赤泥复合剂具有良好的除藻降浊效果,对太湖水华藻去除率为97.3%,原水浊度去除率为95%;对海洋小球藻和三角褐指藻2种赤潮藻去除率分别高达99.1%和98.9%;对2种模拟海水的最高除浊率分别为96.3%和95.3%,其剩余浊度均低于4 NTU,从而为治理淡水水华与海洋赤潮提供一种新技术,同时为赤泥综合利用提供一种新途径。     

蓝藻污染的危害及防治

就无锡太湖发生的蓝藻事件,介绍了蓝藻的起源、特性和水华的形成,分析了蓝藻污染对人民健康的危害,综述了对蓝藻防治的部分科研成果及资源化利用的措施。     

利用多源遥感数据预警太湖沉水植物与藻类水华过程的实例研究

综合利用多源遥感数据完成1次太湖沉水植物与藻类水华预警。首先,利用时间分辨率较高的中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据(空间分辨率250m,每天过境4次)进行连续监测,发现太湖宜兴西部沿岸与竺山湖水域交界处有连续多日的稳定蓝藻聚集区域,然后利用空间分辨率较高的环境一号卫星电荷耦合元件传感器(CCD)数据(空间分辨率30m,每3天过境2次)结合实地观测对蓝藻聚集原因进行分析,得出此次蓝藻富集是由高密度沉水植物的阻隔作用导致,并对沉水植物区域进行了提取与面积统计。研究结果验证了利用多源遥感数据进行沉水植物与藻类水华预警的可行性和便捷性,所采用的技术方法可以为相关研究和监测提供借鉴。     

3S技术在太湖富营养化和蓝藻水华分布规律中的应用研究

应用3S技术,采用营养状态指数法、蓝藻水华分级评价方法以及蓝藻水华发生频率分析方法,对2010—2013年太湖富营养化状况和太湖蓝藻水华时空分布规律进行分析和研究,以期为太湖富营养化控制和蓝藻水华预警、监控工作提供技术支持,同时为太湖水环境治理提供科学依据。实践证明,3S技术能快速、全面、直观地反映太湖富营养化状况和蓝藻水华时空分布规律。结果表明:(1)2010—2013年太湖处于轻度富营养状态,太湖富营养化呈现西北高、东南低的分布规律;(2)2010—2013年,全太湖小型蓝藻水华发生次数最多,蓝藻水华级别越高,发生次数越少;(3)年际变化上,蓝藻水华发生次数总体趋于平稳,蓝藻水华发生呈现"小型多发、中大型少发、重大型偶发"趋势,蓝藻水华发生规模呈显著缩小趋势;(4)月际变化上,8月和9月是太湖蓝藻水华的高发月份,9月蓝藻水华发生规模最大;(5)空间变化上,太湖西部沿岸是太湖蓝藻水华首次爆发最频繁的水域,太湖西部沿岸区尤其宜兴沿岸是蓝藻水华爆发频率最高的水域。     

介质阻挡放电对湖泊水华蓝藻的去除

采用介质阻挡放电等离子体技术去除太湖水华蓝藻,考察了放电输出功率、空气流速、添加剂(异丙醇、腐植酸)等对蓝藻去除的影响。结果表明,介质阻挡放电能去除太湖水华蓝藻,放电功率100 W,空气流速1.0 L/min,放电18min,在光照强度2 000 lx和25℃下培养4 d,初始叶绿素a浓度为9.58 mg/L藻液中蓝藻去除率达87.8%。增加放电输出功率和空气流速能提高蓝藻的去除效率;腐植酸促进了介质阻挡放电对蓝藻的去除;而异丙醇添加剂抑制了介质阻挡放电的作用。放电处理后,蓝藻细胞内类胡萝卜素含量、SOD活性、MDA含量发生明显变化,介质阻挡放电破坏了蓝藻细胞内含物。     

浙江省太湖交界断面藻类预警应急监测指标特征分析

太湖藻类的爆发呈现一定的阶段性,根据2008年太湖藻类的时空分布,将藻类爆发划分为5个阶段。在太湖流域藻类预警应急监测期间,连续监测湖州市新塘港与太湖交界断面的8项水质指标,研究藻类爆发不同阶段交界断面水质指标的变化情况,采用Pearson相关分析法分析各水质指标间的相关性,探讨不同时期太湖流域藻类预警应急监测应重点关注的水质指标,为浙江省太湖流域藻类防控提供理论依据。     

无机碳对浮游藻类生长和群落结构的影响

采用水族箱生态模拟方法,利用碳酸钠和碳酸氢钠作为碱度调节剂设置不同碱度水平,研究了氮磷营养相对充足的试验水体中藻类各相关指标对无机碳的响应,并对试验过程中所测得的理化指标和生物指标进行统计分析.研究表明:富营养水体无机碳含量与藻类叶绿素水平存在着正相关关系;适当增加水体中的无机碳浓度能够改变蓝、绿藻门种类比例;当碱度水平达到一定程度时,铜绿微囊藻可以逐渐成为优势种,并从体系中上升,演替成为水华.     

Influence of algal bloom degradation on nutrient release at the sediment–water interface in Lake Taihu, China

Algal bloom could drastically influence the nutrient cycling in lakes. To understand how the internal nutrient release responds to algal bloom decay, water and sediment columns were sampled at 22 sites from four distinct regions of China’s eutrophic Lake Taihu and incubated in the laboratory to examine the influence of massive algal bloom decay on nutrient release from sediment. The column experiment involved three treatments: (1) water and sediment (WS); (2) water and algal bloom (WA); and (3) water, sediment, and algal bloom (WSA). Concentrations of dissolved oxygen (DO), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), ammonium (NH ₄ ⁺ -N), and orthophosphate (PO ₄ ^3? -P) were recorded during incubation. The decay of algal material caused a more rapid decrease in DO than in the algae-free controls and led to significant increases in NH ₄ ⁺ -N and PO ₄ ^3? -P in the water. The presence of algae during the incubation had a regionally variable effect on sediment nutrient profiles. In the absence of decaying algae (treatment WS), sediment nutrient concentrations decreased during the incubation. In the presence of blooms (WSA), sediments from the river mouth released P to the overlying water, while sediments from other regions absorbed surplus P from the water. This experiment showed that large-scale algal decay will dramatically affect nutrient cycling at the sediment–water interface and would potentially transfer the function of sediment as “container” or “supplier” in Taihu, although oxygen exchange with atmosphere in lake water was stronger than in columns. The magnitude of the effect depends on the physical–chemical character of the sediments.     

巢湖蓝藻的机械清除工艺以及藻水分离实验研究

对巢湖蓝藻进行机械清除以及藻水分离实验研究,实验采用的浮式围栏引导一机械清除．投加剥离液辅助机械清除工艺处理量大,除藻效率高,筛网过滤-浓缩-卧螺离心机脱水成藻泥的藻水分离工艺较为理想,藻泥含水率仅为89％。2011年5-10月在巢湖运用上述方法清除湖面水华蓝藻,共处理富藻水1．6万m3,得到藻泥970t,累计清除蓝藻106．7t（干重）。按照所清除蓝藻的总氮、总磷的平均含量计算,相当于从湖中移除了氮6．25t,磷2．1t。表明在富营养湖泊中水华蓝藻大量暴发时,采用上述方法除藻,对控制蓝藻水华污染,有效降低内源氮、磷等污染物负荷具有十分重要的作用。     

巢湖蓝藻的机械清除工艺以及藻水分离实验研究简

对巢湖蓝藻进行机械清除以及藻水分离实验研究,实验采用的浮式围栏引导-机械清除-投加剥离液辅助机械清除工艺处理量大,除藻效率高,筛网过滤-浓缩-卧螺离心机脱水成藻泥的藻水分离工艺较为理想,藻泥含水率仅为89%。2011年5—10月在巢湖运用上述方法清除湖面水华蓝藻,共处理富藻水1.6万m³,得到藻泥970 t,累计清除蓝藻106.7 t（干重）。按照所清除蓝藻的总氮、总磷的平均含量计算,相当于从湖中移除了氮6.25 t,磷2.1 t。表明在富营养湖泊中水华蓝藻大量暴发时,采用上述方法除藻,对控制蓝藻水华污染,有效降低内源氮、磷等污染物负荷具有十分重要的作用。     

生物制剂法治理藻类水华

在广州市黄埔区某公园池塘进行现场围隔对比实验,通过投加固定化生物催化剂(IBC)治理藻类水华。结果表明,在IBC中细菌的直接或间接杀藻的作用下,水体中的藻类生物量迅速降低,叶绿素a去除率达到81.5%;微生物的快速生长及酶和酶活因子的协同作用下,水中污染物被快速降解,使水体中的总氮、氨氮和COD的浓度快速下降,去除率分别达到81.9%、80.3%和65.3%,并维持在低水平,进一步抑制了藻类水华的形成和发展,加快水体的净化。     

A modified cyanobacteria prediction model based on cellular automata model using N and P concentration reverse data: a case study in Taihu Lake

The problem of algal bloom caused by eutrophication has attracted global attention. Many scholars have studied the problem associated with algae bloom, but few have carried out dynamic monitoring, instead focusing on the formation mechanism of cyanobacteria. For our study of the Taihu Lake in China, we used Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Landsat remote sensing image data from 2017 to establish a prediction model. First, we used MODIS data to retrieve the concentration of N, P, and chlorophyll a in water. Then, we applied the analytic hierarchy process (AHP) model to the inversion results to construct the diffusion potential index. Finally, we used C# to compile the cellular automata (CA) model. We found that the distribution of cyanobacteria predicted by our method was consistent with the algal bloom situation of Taihu Lake in 2017. The results showed that the method effectively predicts the dynamic transfer of cyanobacteria from outbreak to diffusion in a short period of time, which can help decision-makers monitor lake health.

     

Removal of <Emphasis Type="Italic">Anabaena spiroides</Emphasis> by potassium permanganate pre-oxidation: effect on photosynthetic capacity and molecular weight distribution

Bench scale tests were conducted to investigate the effect of potassium permanganate pre-oxidation on the photosynthetic activity and molecular weight distribution of Anabaena spiroides. Different concentrations of potassium permanganate were added into the suspension of Anabaena spiroides, one of the dominant algae in water bloom, and after pre-oxidation of permanganate for 1 h, the results show that the removal rate significantly increases by 33.99~36.35% compared to direct coagulation. Then, the algal characteristics, including photosynthetic ability, the changes in extracellular organic matter three-dimensional fluorescence, and the distribution of molecular weight were conducted and the results show that along with increasing concentration of potassium permanganate, the photosynthetic ability of algae decreases, more extracellular organic matter is secreted, and large molecular weight matter (humic-like and fulvic-like substances) are generated. Therefore, this study demonstrates that potassium permanganate could be used in addressing the algae-rich water.     

阳澄湖和滆湖微囊藻毒素分布及其与富营养化因子的关系

2013年6—10月进行了阳澄湖和滆湖的水样采集及分析,对水体中胞内和胞外3种微囊藻毒素(MC-LR,MCRR,MC-YR)和TN、TP、Chl-a等富营养化指标在两湖的分布情况及关系进行了研究。结果表明,阳澄湖的微囊藻毒素及富营养化因子浓度在不同点位的差异小,而滆湖从北部到南部呈下降趋势,两湖相比,滆湖的浓度远远高于阳澄湖;富营养化因子影响微囊藻毒素的浓度分布和变化;相关性分析表明MC-LR、MC-RR和MC-YR与CODMn、TN、TP、PO3-4-P、Chl-a分别呈极显著正相关性(P0.01),MC-LR、MC-YR与NH+4-N呈显著负相关(P0.05);逐步回归性分析显示Chl-a是影响3种微囊藻毒素浓度的关键因子,可以通过Chl-a对水体中MCs的浓度进行预测,为微囊藻水华和微囊藻毒素污染的预警提供重要的科学参考。     

鲢鱼放养控制北京城市河湖水华试验研究

介绍了利用鲢鱼控制北京城市河湖水华的试验研究,通过不同放养密度(0、17、51和103 g/m3)的现场围隔试验,对鲢鱼放养对水体水质和浮游生物的影响进行了分析.研究结果表明,鲢鱼放养使有鱼围隔中浮游生物量极低,从而使浮游植物基本不受浮游动物影响,而直接受鱼类影响;同时,中等密度(51 g/m3)的鲢鱼放养使水华蓝藻和微小藻的生长均得到了有效抑制,使藻类生物量最低.