水体氮磷营养负荷对苦草净化能力和光合荧光特性的影响

以沉水植物苦草(Vallisneria natans)为对象,通过室内控制实验,研究营养盐负荷对苦草净化水体氮磷能力的影响;利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究营养盐负荷对苦草光合荧光特性的影响.结果表明,在本实验设置的氮磷浓度范围内(TN≤12 mg·L-1,TP≤1.0 mg·L-1),随营养盐浓度的升高,苦草对水体氮磷的净化能力逐渐增强:在高浓度营养盐组(TN=12 mg·L-1,TP=1.0 mg·L-1),水体氮磷去除率可达95%以上,当铵态氮含量较高时,苦草优先吸收铵态氮;中高浓度营养盐组(TN:8~12 mg·L-1,TP:0.6~1.0 mg·L-1)对苦草叶片Fv/Fm无显著影响;低浓度营养盐组(TN=3 mg·L-1,TP=0.3 mg·L-1)能够提高苦草叶片的Fv/Fm,有利于苦草生长.在本实验条件下,水体氮磷营养盐浓度越高,对苦草叶片的光合活性和光耐受能力抑制作用越明显;随着水体营养盐逐步下降,苦草叶片的光合活性逐渐恢复,捕光能力无明显变化.     

环境因子对香溪河春季藻类生长影响的模拟实验

2010年3~5月间,分3批次采集了香溪河水样,以水体营养盐浓度、水温、光强和流速为环境因子,以Chla比增长率为评价指标,在室内进行L9(34)的正交藻类培养实验,研究了环境因子对春季优势硅藻生长的影响.结果表明,在实验所设定的水平范围内,水体营养盐浓度总氮(TN)为3.5mg/L、总磷(TP)为0.3mg/L,水温20℃,光强为4700lx以及流速为0.1m/s时,最适宜藻类生长.4因子对藻类生长影响大小依次为光强、流速、水温、营养盐浓度.流速在0.05m/s和0.1m/s的情况下,藻类生长率明显高于静水.当TN<1.5mg/L,TP<0.1mg/L时,增加TN、TP浓度可显著促进藻类生长;当TN、TP浓度分别达到3.5mg/L、0.3mg/L时, N、P浓度的增加对藻类生长影响甚微.     

沉水植物及丝状绿藻对氮、磷负荷的响应

为探究外、内源营养盐对沉水植物和丝状绿藻之间生态学关系的影响，该研究以密刺苦草(Vallisneria denseserrulata Makino)和孤枝根枝藻(Rhizoclonium hieroglyphicam Kütz)为研究对象，在实验室条件下建立“沉积物-密刺苦草-孤枝根枝藻”处理系统，分析测定了不同营养盐负荷下水体理化因子、沉积物中氮磷含量、密刺苦草和孤枝根枝藻的生长指标。研究发现：（1）非持续性输入外源营养盐能够导致水体TN和TP浓度较短暂地周期性升高，沉积物持续性营养释放是主导水体N和P浓度稳定的关键因素。（2）在TN和TP浓度分别不超过14.39和3.93 mg/L的水体中，密刺苦草通过调节植株生物量分配来适应营养盐负荷，其增加生物量的形式是植株增高（较对照增加15%～25%）和分蘖数减少（较对照减少12%～43%）。（3）外源营养盐促进了孤枝根枝藻的生长（生物量较对照增加65%），其中N（水体TN>10 mg/L）能够影响孤枝根枝藻在水体中的生长位置，孤枝根枝藻的遮阴作用抑制了密刺苦草的生长。     

不同营养水平下苦草对附着和浮游藻类的影响

通过室内培养,研究了不同营养盐浓度下苦草对附着藻类和浮游藻类的影响,同时比较了两种藻类对不同营养盐浓度的响应,结果发现附着藻类在中高营养盐浓度下生物量较高而浮游藻类在中低营养盐浓度下生物量较高,虽然两者对营养盐的响应不一致,但其最大量都出现在中高浓度的营养盐状态下。在中低营养盐浓度下(ρTN=0.4～2.5mg/L),苦草促进附着藻类而抑制浮游藻类,即相比于浮游藻类而言,附着藻类对苦草的敏感性较低。在较高营养盐浓度(ρTN=4.5～6.5mg/L)下,苦草对附着藻类产生了极显著的抑制作用,且这种抑制作用随着营养盐浓度的增加而增强,在ρTN=6.5mg/L的处理条件下,苦草对附着藻类的抑制率近80%,但是在此营养盐浓度处理下,苦草对浮游藻类的抑制作用却减弱甚至消失了。     

氮负荷升高对螺-附着藻-苦草生态关系的影响

本文设计了双因子(氮负荷升高、有无螺类)受控实验,研究了氮负荷升高(太湖正常氮负荷的3倍)对螺-附着藻-苦草关系的影响.结果表明,氮负荷升高处理明显提高了水体总氮、总溶解氮、叶绿素a等指标的含量,显著增加了附着生物干重,进而抑制了苦草生长;与正常氮负荷处理组相比,3倍氮负荷处理组中苦草的相对生长率、株高和叶片数分别降低了33%、25%和13%.环棱螺降低了附着生物干重和水体叶绿素a含量,明显促进了苦草生长.氮负荷升高和环棱螺存在对水体各项理化指标、附着生物干重和苦草的各项生长指标均无交互作用.此外,氮负荷升高还降低了环棱螺的生长速率.分析认为,氮负荷升高对沉水植物生长的抑制机理主要体现在浮游藻类与附着生物生物量增加的抑制效应;环棱螺的存在虽然在一定程度上减弱了这种效应,但由于氮负荷升高还同时使环棱螺生长率降低,削弱了其对附着生物的牧食压力,从而使得附着生物对苦草生长的抑制作用加强.因此,氮负荷升高使螺-附着藻-沉水植物之间的生态关系失衡,也可能是氮浓度较高的富营养湖泊中沉水植被稀少的重要原因.     

苦草对水-底泥-沉水植物系统中氮素迁移转化的影响

通过模拟水-底泥-沉水植物(苦草)系统,检测了苦草整个生命周期内总氮及各形态氮含量的变化,以反映N在该系统内的迁移转换.结果表明,在整个研究阶段,空白组和苦草组系统氮含量(水体+底泥+苦草中氮含量)均持续降低,但苦草组(实验始末)氮含量降低幅度明显高于空白组,其中苦草组系统中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了41.68%、81.96%、93.34%,分别比空白组提高了11.39%、31.90%、0.28%;苦草组底泥中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了43.45%、87.41%、96.50%,分别比空白组提高了13.78%、37.26%、1.68%.苦草的存在促进了底泥氮的释放,显著提升了底泥微生物活性及氮循环菌的数量,从而加快了系统内的氮素循环,并在其生命周期的不同阶段明显改变各形态氮的迁移及转化方式.2012年7~10月,苦草组系统总氮(TN)减少幅度最大,到10月份,水体中氮素含量达到最少.     

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.     

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.     

水体的营养水平对苦草(Vallisneria atans)生长的影响

在室外控制条件下,以太湖梅梁湾水体现状营养水平(ρ(TN)为5 mg/L和ρ(TP)为0.2 mg/L)为依据,研究营养盐含量升高对苦草生长的影响.结果表明:①在满足光补偿点及无种间竞争等的条件下,苦草在营养水平为ρ(TN)＞10 mg/L和ρ(TP)＞0.4 mg/L的水中也能成活.②随着营养盐含量的升高,苦草生物量的增长率逐渐降低,当水中ρ(TN)达到10 mg/L和ρ(TP)达到0.4 mg/L时,苦草的生物量开始减少;营养盐含量升高对苦草叶片特征的影响不明显,而苦草根状茎的生物量却随着营养盐含量的升高而逐渐减少,当水体营养水平达到ρ(TN)为10 mg/L和ρ(TP)为0.4 mg/L时,除叶片长度外,苦草的其他形态指标值均显著下降.③在梅梁湾水体现状营养水平的基础上,当水中磷含量增加1倍时对苦草生长造成的抑制作用大于氮含量增加1倍时;当二者均增加时,对植物生长造成的抑制作用显著增加.     

水体营养盐质量浓度对苦草光合荧光特性的影响

通过室内培养,利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究了不同质量浓度的营养盐对苦草光合荧光特性的影响. 结果表明:①水体中N,P营养盐质量浓度的高低对苦草叶片PSⅡ和F_v/F_m影响不显著(P＞0.05). ②在日变化过程中,各处理组苦草的ΔF_v/F_m′均呈升—降—升的变化趋势,但方差分析显示,水体ρ(TN)和ρ(TP)变化不直接影响苦草的ΔF_v/F_m′(P＞0.05).③试验第4天各处理组的苦草叶片光响应能力大小依次为处理组B＞处理组C＞处理组D＞处理组A;在苦草生长初期,质量浓度较高的营养盐可以提高苦草叶片的光响应能力和捕光能力,并可增强叶片的光合活性;从整个试验过程来说,分别是处理组B的ρ(TN)和处理组C的ρ(TP)更利于苦草的生长.