不同盐度循环养殖水体微生物群落特征

为探究盐度对拟穴青蟹养殖水体微生物群落结构的影响,深入理解养殖盐度、氮磷环境因子与微生物群落结构的相关关系,采用16S rRNA高通量测序技术分析了盐度为1‰（S1）、3‰（S3）、5‰（S5）、7‰（S7）、9‰（S9）的循环养殖水体中微生物群落特征.结果表明:①水体中微生物包含67门74纲152目281科745属431种,不同盐度的养殖水体中微生物物种数目依次表现为S3 > S1 > S5 > S7 > S9,物种多样性依次表现为S1 > S3 > S7 > S9 > S5,S1和S3的水体优势菌种的地位和作用远高于S5、S7和S9的养殖水体.②五组水样的微生物群落结构总体相似度较低,S1与S3以及S7与S9的水体微生物群落结构最为相似.③变形菌门（Proteobacteria）为养殖水体绝对优势菌门,其相对丰度依次表现为S5 > S7 > S9 > S1 > S3,厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度依次表现为S9 > S3 > S5 > S7 > S1,拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度依次表现为S1 > S7 > S3 > S9 > S5.养殖水体存在大量具有脱氮除磷特性的微生物,较小盐度差会造成脱氮除磷微生物种类和丰度出现显著差异化.④4种营养盐中的ρ（NO₂--N）对水体微生物群落影响最为显著（P < 0.05）,ρ（NH₄+-N）、ρ（NO₂--N）、ρ（NO₃--N）、ρ（PO₄3--P）整体与属水平微生物群落呈极显著性正相关（P < 0.01）.研究显示,盐度主要通过影响养殖水体的氮磷营养盐间接改变水体中微生物群落,氮磷环境因子中NO₃--N为主要驱动因子,一个系统中的营养盐因子并不是单独地对养殖水体微生物群落起作用,而是协同发挥作用,共同调节其微生物群落结构.      

秋季牟平海洋牧场及其邻近海域沉积物-水界面营养盐交换通量

本研究于2017年11月在牟平海洋牧场及其邻近海域采集表层沉积物样品,通过实验室模拟培养法估算了该季节沉积物-水界面营养盐的交换通量,并研究了溶解氧与温度对交换通量的影响。结果表明,目标海域沉积物水界面NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P的交换通量平均值分别为1.01、-181.91、-268.41、-45.69 μmol/（m2·d）,沉积物表现为NO₂-N的"源",NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P的"汇"。溶解氧及温度均对交换通量有较大影响,富氧条件下NO₂-N、NH₄-N、PO₄-P交换通量大于贫氧条件,NO₃-N反之;温度升高,NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N的交换通量增大,PO₄-P反之。     

风场对太湖梅梁湾水华及营养盐空间分布的影响

为了解风场对湖泊表层蓝藻水华及营养盐空间分布的影响,以太湖梅梁湾为例,在蓝藻水华期间开展表层粒子漂流实验,研究风场对水体表层物质的推移规律,并开展全水域水体表、中、底层密集布点采样,测定水体藻类叶绿素a、氮、磷、高锰酸盐指数、溶解性有机碳、溶解氧等水质指标,探讨风场驱动下大型浅水湖泊蓝藻水华及营养盐时空分布特征.结果表明,在平均风速1. 9 m·s~(-1)和2. 3 m·s~(-1)的情况下,表层粒子的平均漂移速度分别为3. 0 cm·s~(-1)和5. 0 cm·s~(-1);风场对表层水体蓝藻水华的空间分布具有决定性影响,能够引起蓝藻水华在空间上较高的异质性;蓝藻水华物质的空间变化对水体颗粒态氮、磷、有机质和溶解氧等水质指标产生较大影响,表、中、底层颗粒态氮和磷、高锰酸盐指数与叶绿素a浓度的空间分布一致,而溶解态氮、磷浓度及溶解性有机碳的分布与叶绿素a浓度分布不尽相同;蓝藻水华物质在风场作用下的再分配对水体溶解氧产生复杂的影响,底层溶解氧平均值低于表层与中层,可能对沉积物营养盐释放产生影响;依据高密度布点调查估算,仅表层20 cm,梅梁湾水域的蓝藻干物质赋存量约396 t,远大于蓝藻打捞工程的清除量.研究表明,鉴于水华期间风场作用下对蓝藻水华漂移的巨大影响,在湖泊水质调查采样方法及数据分析时应充分考虑蓝藻水华漂移的影响因素;防控湖泛灾害的蓝藻打捞作业对湖体蓝藻水华赋存量的清除能力有限,只能对岸边带湖泛的预防产生影响.     

红枫湖季节性热分层消亡期水体的理化特征

以云贵高原典型的人工河道型水库红枫湖为研究对象,对近2年来4个代表性湖区季节性热分层消亡期水体的理化特征进行了原位监测. 结果表明:红枫湖水体季节性热分层历经发生、发展和消亡的周期性演化过程,对湖泊水环境的变化起着重要的控制作用. 秋季初期,气温骤降易于引起季节性热分层的突发性消亡,表现为水体垂向混匀. 以2010年为例,分层消失使得上层水温由28.6 ℃降至23.0 ℃,ρ(DO)(溶解氧浓度)由9.6 mg/L降至4.0 mg/L,pH由8.8降至7.9,电导率由0.32 mS/cm升至0.36 mS/cm,局部湖区出现鱼类死亡现象;短时间内的剧烈垂直混合,致使沉积物营养盐扰动释放,上部水体ρ(TP)增加了约0.01 mg/L,ρ(TN)增加了0.1 mg/L. 红枫湖水体垂向混合可对湖泊水环境产生重要影响,其影响的水体深度和环境效应一方面与气温变幅等因素有关,另一方面还受湖泊温跃层位置和底层水体的绝对温度等因素控制,在预测该类突发性水质恶化事件及评估其环境影响时需予以考虑.      

太湖水华期营养盐空间分异特征与赋存量估算

基于2013年7月的空间高密度采样数据,对太湖水华期水体营养盐进行了空间分异特征分析及赋存量估算,探讨了大型浅水湖泊不同生态类型湖区水华与营养盐的相关关系及样点设置的代表性.结果发现,水华期太湖水体营养盐及叶绿素a浓度(CHL)总体上均呈现由西北向东南降低的趋势;氮主要以溶解态存在,占总氮(TN)的76.28%,磷主要以颗粒态赋存,占总磷(TP)的66.38%.采用主成分分析和聚类分析,可以将采样点分为相互之间具有显著性差异的4个区域:第一区位于西北湖区,代表水华严重的重富营养湖区;第二区主要包括梅梁湾及南太湖的入湖河口一带湖区,代表水华和富营养化程度都相对中等的湖区;第三区包括湖心区和西南湖区,代表中等污染但水华频现湖区;第四区包括贡湖湾、胥口湾和东太湖等其他区域,代表水华影响较弱、水质较好湖区.分区统计分析表明,不同湖区影响浮游藻类生长的因子也不同:从全湖来看,与CHL显著相关的营养盐指标为TP、TN、溶解性总氮(TDN)和硝态氮(NO-3-N),而在第一区则为TP和TDN,第二区为TN和TDN,第三区为TP、磷酸盐(PO3-4-P)和TDN,第四区为PO3-4-P、溶解性总磷(TDP)和亚硝酸盐(NO-2-N).基于空间插值获得调查期间太湖水体TN、TDN、TP和TDP的赋存量分别为12 800、9 800、445和150 t.研究表明,作为一个大型浅水湖泊,因蓝藻水华空间迁移积聚特征和生态类型异化等特征,太湖水华期的营养盐具有高度空间异质性,对于此类大型浅水湖泊的监测与评价,应当考虑点位的合理布设及结果的恰当解读,避免因监测布点和统计方法不当而以偏概全.     

可持续性约束下开放流域系统氮磷环境承载力研究

随着我国有机污染物控制力度不断加大,氮磷营养盐逐步凸显为流域环境质量改善与经济社会发展的重要约束因子.如何以流域氮磷环境承载力为约束,实现经济社会优化发展已成为我国流域环境管理面临的主要难题.传统的环境承载力研究局限于流域内部的自然资源约束和经济社会优化,忽略了流域内外物质交换对承载力的影响,结果往往以牺牲外部可持续性为代价.基于开放系统视角,本研究提出可持续性约束下的流域氮磷环境承载力概念与测度方法,认为流域氮磷环境承载力是指在流域内外氮磷营养盐交换平衡的前提下,流域水环境氮磷含量达标情况下所能承载的最大人口规模.以氮磷污染严重的滇池流域为例,构建了氮磷环境承载力优化模型,得到滇池湖体氮磷达标和流域内外氮磷交换平衡约束下流域的最大人口承载能力为538万人,相对于现状2010年可提升32%;此外,外流域调水、氮磷循环利用率和污水外排等措施对承载力有显著影响.     

氮、磷限制对塔玛亚历山大藻细胞周期及毒素含量和组成的影响

优化了塔玛亚历山大藻Alexandrium tamarense CI01细胞同步化方法,研究了N、P限制对A.tamarense CI01细胞周期及毒素含量和组成变化的影响。结果表明,采用前期驯化、细胞沉降分离和光限制诱导相结合的同步化方法,细胞同步率提高了约14%。N、P限制条件下,细胞分裂受抑制,分别停滞于G2/M期和G1期。营养盐对毒素合成及组成影响比较明显:N限制下单细胞毒素含量降低,P限制下单细胞毒素含量升高。在正常营养和P限制条件下,C1,2占毒素总量的98%以上,GTX2,3占总毒素量的2%左右;N限制条件下,C1,2所占比例下降到90%左右,而GTX2,3比例增长到约10%。根据C1,2和GTX2,3在一个细胞周期内的变化规律推测,毒素的合成受光诱导并在细胞周期G1期的特定时间内合成,细胞可能先合成GTX2,3毒素,后被转化为C1,2毒素。     

九龙江库区河段的营养盐滞留效应

通过估算2007年我国南方溪流九龙江流域库区河段的NH4-N和TP的输送通量,探讨水库对营养盐的滞留效应。该河段径流量和营养盐通量均表现出丰水期高枯水期低的季节性特征。系统对NH4-N存在较强的正滞留效应,滞留率为32％,对总磷的滞留率为-10％,可能是河流“湖库化”导致河流沉积物中磷大量释放。     

黑藻与金鱼藻自然衰亡过程中营养盐释放规律研究

为研究在自然衰亡状态下黑藻（Hydrilla verticillata）与金鱼藻（Ceratophyllum demersum）营养盐释放规律,采用人工模拟的方式,于黑藻和金鱼藻进入衰亡期时,采用塑料薄膜捆扎植物根部的方式,阻隔水和底泥界面之间的物质交换,避免底泥释放对水营养盐的影响;同时,监测水中环境因子和营养盐的动态变化,分析营养盐的释放与环境因子之间的关系.结果表明:①黑藻和金鱼藻两种沉水植物在模拟自然状态下分解速率和生物量无显著性差异（P>0.05）,Olson指数的分解速率分别为0.011、0.010 d-1.②水中氮、磷质量浓度峰值在试验的第40~50天.水中磷形态以DTP（溶解性总磷）和SRP（溶解性活性磷）为主,氮形态以DTN（溶解性总氮）和NO₃--N为主.由于SRP、NO₃--N分别是DTP、DTN的组分之一,因此黑藻和金鱼藻在衰亡期向水中释放的氮、磷形态主要为NO₃--N和SRP.③环境因子pH、DO、ORP（氧化还原电位）均呈不同程度的先降后升趋势.主成分分析结果表明,金鱼藻和黑藻环境因子主成分F_j和F_h、生物量剩余百分比分别与两植物组营养盐第一主成分之间二次曲线拟合效果较好,因此通过对数据进行降维处理,可建立二者之间的函数方程.研究显示,黑藻和金鱼藻两种沉水植物自然分解速率基本一致,衰亡期间向水中主要释放NO₃--N和SRP,水中氮、磷质量浓度呈单峰变化,通过主成分分析可以建立环境因子和营养盐之间的函数关系.      

汉丰湖正式运行年水体营养盐分布特征

三峡前置库汉丰湖正式运行后,水体由河流形态转变为兼具湖泊、河流特征的特殊形态,导致水体生物地球化学过程发生较大变化.为探究汉丰湖氮磷营养盐时空分布特征及其影响因素,在汉丰湖面设定7个采样点,于2018年1～12月对汉丰湖各点位分层采样,监测营养盐和Chl-a等指标变化.结果表明,汉丰湖上中下层水体垂直混合较均匀,营养盐浓度差异不显著(P0.05).TN浓度在1～9月呈波动减小趋势, 10～12月逐渐增加,月平均浓度为1.52 mg·L~(-1).NO~-_2-N浓度在1～4月波动减小, 5～6月急剧增大, 7～12月波动减小,月平均浓度为0.05 mg·L~(-1).NO~-_3-N浓度表现为1～6月逐渐降低, 7～12月逐渐增加的趋势.NH~+_4-N浓度在7月最高,为0.44 mg·L~(-1),其余月份变化不明显,月平均值为0.09 mg·L~(-1).TP、DP和SRP浓度全年呈现波动变化,增减趋势不明显,其平均浓度分别为0.17、 0.11和0.05 mg·L~(-1).汉丰湖磷盐主要来源于上游的南河和桃溪河,且大体呈现出由上游镇东大丘至下游调节坝递减的趋势.各营养盐中,TP为汉丰湖藻类生长的决定性因子.