氮磷胁迫下藻-菌群落的变化研究

近年来,由于水体富营养化而导致的蓝藻水华在我国太湖与滇池等淡水湖泊频繁爆发,已成为严重的环境问题,而氮、磷则是引起水体富营养化的重要营养因子。文章通过藻细胞计数、细菌群落的DGGE监测,以及典型对应CCA分析,系统研究了不同的氮磷浓度、N/P比对藻-菌群落结构的影响及其相互关系。结果表明,氮磷浓度和N/P比均会影响藻类生长,其中,氮磷浓度较N/P比对藻类生物量的影响更大;N/P=12为藻类生长的最适条件,氮限制(N/P=3)和磷限制(N/P=48)均会抑制藻类生长;添加外源氮磷可促进细菌的生长,提高其多样性,但随着N/P比的提高,其种群多样性呈逐渐下降趋势;细菌群落主要由β-proteobacteria类细菌组成,其次是α-proteobacteria,然后是Bacteroidetes和γ-proteobacteria。与氮、磷营养盐相比,藻类群落对细菌群落的影响更大。     

垂向水动力扰动机的蓝藻控制效应数值实验研究

在蓝藻水华的控制研究中,目前的发展趋势是采用快速、生态安全且经济有效的技术,其中使用垂向水动力扰动机抑制蓝藻备受关注,但缺乏深入和定量的工程设计与效果评估研究.针对垂向水动力扰动机的蓝藻抑制效应开展数值实验研究,以三维数值营养盐-藻类动力学模型(EFDC)为框架,定量探讨了扰动机数量及其位置分布对叶绿素、总氮和总磷的影响.模拟结果表明,扰动机的存在对蓝藻抑制具有比较明显的作用,随着扰动机数量由0逐渐增加到20个时,Chl-a峰值浓度共减少了37.695 2μg.L-1,并且扰动机对水质改善的程度与其数量存在很强的非线性关系,即当扰动机数量由无到有并逐渐增加时,藻类抑制的效果明显增强;但当扰动机的数量增加到一定量时,进一步增加数量将不会相应增强蓝藻抑制效果.这表明扰动机存在一个最佳数量问题.此外,本研究发现除了数量之外,扰动机的位置对蓝藻控制的效果也有很大影响.数值实验结果显示如果扰动机放置位置得当,少量的扰动机就可达到甚至超过更多扰动机所能达到的蓝藻控制效果.尤其是优化12个扰动机的位置后,Chl-a峰值浓度比扰动机为20个时减少了7.172 6μg.L-1.这些研究结果验证了国内外相关研究对水动力扰动机蓝藻控制效果的肯定性结果,并进一步表明了在实际应用该项技术时必须因地制宜,结合使用智能工程技术(如:高分辨率数值模型)确定最佳扰动机数量与位置,从而确保以最低成本获取最大的蓝藻控制效果.除蓝藻控制之外,数值实验结果也表明扰动机对营养盐浓度也有一定的降低效果.     

金泽水库浮游植物功能群时空变化特征

于2018年7月—2019年6月对金泽水库浮游植物进行调查,研究浮游植物FG功能群时空变化及其与环境因子的关系,探讨进、出水口浮游植物群落特征异同的原因.调查期间,该水域整体处于轻到中度富营养化水平,库内共检测出浮游植物8门139种,主要由蓝、绿、硅藻门种类构成,共25组功能群,优势功能群有M、H1、L_O、K4组,喜好富营养水体环境,所属种类主要为蓝藻门,以微囊藻属为代表的M功能群为绝对优势功能群;进、出水口分别有7门87种、7门102种,分属于23组、20组功能群,优势功能群分别有5组、9组,两个点位种属相似度超过0.6,达中等相似,共有优势功能群为M、H1、L_O、K 4组,主要为蓝藻门种类,M功能群为绝对优势功能群.库内生物密度月变化为280.1162×10⁴ ~1750.7050×10⁴ cells·L^-1,出水口生物密度年均值比进水口降低29.78%,但差异不显著,蓝藻的生物密度决定着库内藻类生物密度月变化及进、出水口藻类生物密度年均值的差异.冗余分析结果显示,环境因子对库内浮游植物解释率为53.59%,占绝对优势的M 功能群,受总氮影响较大且正相关.研究结果表明,库内一系列净化措施有一定作用,但受来水影响,该水库仍有水华暴发的风险,需调整库内净化策略,加强净化水质,以保障饮用水安全.     

降雨对蓝藻水华消退影响及其机制分析

2016年5月24日至6月2日香溪河库湾经历了3次不同强度的降雨,对降雨前后库湾水流、水温、光学特性、叶绿素a浓度等因素进行分析.结果表明,5月27日中雨期间,较降雨前库湾上游来流量增加1.9倍,库湾平均混合层深度增加8.2 m;6月1日小雨期间,较降雨前库湾平均混合层深度增加1.6 m,平均叶绿素浓度降低2.02μg·L~(-1);6月2日大雨期间,较降雨前库湾上游来流量增加4倍,库湾平均混合层深度增加7.9 m,平均叶绿素浓度降低14.64μg·L~(-1).降雨导致上游来流量增加,加快了藻类的迁移;混合层深度增加破坏了藻类的生长环境,是水华消退的主要原因.降雨结束后,在2~3d适宜光照、温度条件下库湾水体水温分层恢复,藻类快速生长繁殖,导致库湾表层叶绿素a浓度回升,降雨对水华的暴发具有阶段性抑制作用.     

太湖西北湖区表层水体颗粒态有机碳含量的季节变化及其来源解析

以太湖重度蓝藻水华发生的西北湖区为研究对象,从河口到湖心区设置5个采样点,于2012年9月—2013年8月逐月采集表层水体样品,测定了水温、蓝藻生物量和总细菌丰度,并分析了颗粒态有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)含量及颗粒态有机物(POM)的碳稳定同位素特征值(δ~(13)C_(POM))和碳氮比(C/N).结果表明,与DOC相比,太湖西北湖区表层水体POC含量变化范围较大,为(0.49±0.03)~(30.86±2.00)mg·L~(-1),冬季POC含量较低,春季和夏季POC含量达到最大值.降雨冲刷作用产生的悬浮物随着地表径流进入水体可能是引起汛期POC/DOC升高的重要原因.鉴于太湖水体风场影响下表层湖流作用会引起蓝藻在西北湖区堆积,5个采样点的蓝藻生物量没有显著差异.POC含量的差异仅存在于靠近陈东港的河口区S5与湖心S4之间(p0.05,n=10).蓝藻生物量与POC含量(r=0.634,n=48,p0.01)、δ~(13)C_(POM)(r=0.500,n=48,p0.01)均显著正相关,表明蓝藻是太湖西北湖区表层水体POC的来源之一.西北湖区秋、冬季δ~(13)C_(POM)显著低于春、夏季(p0.001,n=57),均值(-25.9‰±6.37‰)介于太湖δ~(13)C微囊藻(-20.9‰)和外源来源端元的碳稳定同位素特征值(-27‰)之间,表明内源和外源来源都是太湖西北湖区表层水体POC的来源,夏季表层水体POC的主要来源是内源,冬季河口区S5的主要来源是外源.POM碳氮比有显著季节变化规律,秋、冬季较春、夏季高(p0.001,n=55),平均值(9.36±2.80)较低,可能是内源来源POC及外源POC被细菌生物降解的结果.     

太湖蓝藻对Sb(Ⅴ)的生物吸附作用

利用富营养化湖泊的藻类——太湖蓝藻,对Sb(Ⅴ)的生物吸附特征进行了研究. 结果表明:藻类经0.1 mol/L盐酸处理后,对Sb(Ⅴ)的生物吸附效率大大提高. 原藻和经盐酸处理的蓝藻在1 h左右对Sb(Ⅴ)的吸附量达到平衡;Sb(Ⅴ)在原藻和经盐酸处理的蓝藻表面的吸附能力均随着pH升高逐渐减弱;原藻与经盐酸处理的蓝藻对Sb(Ⅴ)的吸附等温线符合Freundlich方程;不同离子强度的Cl-、NO₃-、SO₄2-、PO₄3-对Sb(Ⅴ)在原藻表面的吸附影响较弱,而对Sb(Ⅴ)在经盐酸处理的蓝藻表面的吸附影响显著.      

模拟酸雨对噬藻体PP失活率、野生藻的吸附率、裂解周期及释放量的影响

研究不同pH值的模拟酸雨对噬藻体PP失活率及噬藻体PP感染野生藻的吸附率、裂解周期及释放量的影响.用离心法测定了噬藻体PP对宿主藻的失活率、吸附率,用一步生长曲线法获得了噬藻体PP对宿主藻的裂解周期及释放量.结果表明,在pH 4.0～7.01的条件下:噬藻体PP 7 h的失活率分别为81.9%、74.8%、72.8%、67.1%,且pH4.0组的失活率显著高于与pH7.0组(对照组);噬藻体PP对野生藻的吸附率在45 min时达到最大值,分别为54%、56.9%、67.9%、68.8%,各处理组的最大吸附率均显著低于对照组;噬藻体PP感染野生藻的潜伏期均介于30～90 min之间,释放量分别约为42、52、29、104 PFU·mL-1,各处理组与对照组的释放量存在极显著差异.表明模拟酸雨对噬藻体感染动力学过程的影响具有重要的意义.     

鄱阳湖蓝藻时空分布特征及其驱动因子研究

富营养化引起的局部水体蓝藻水华问题给鄱阳湖水生态环境保护带来挑战。为弄清鄱阳湖蓝藻时空分布特征及其影响因素,于2019～2020年对鄱阳湖蓝藻进行了现场监测,并通过冗余分析(RDA),探讨了影响蓝藻时空分布的主要驱动因子。结果表明：调查期间,共检出浮游植物7门128种,其中蓝藻15种,占总种类数量的11.72%,蓝藻种类数呈丰水期>平水期>枯水期,主湖区>入江水道>东湖区的分布规律。蓝藻细胞密度为0～2.19×10⁷ cells/L,各点位蓝藻占比为0%～83.98%,其中蓝藻细胞密度主湖区>东部湖区>入江水道,丰水期>平水期>枯水期,2020年>2019年。假鱼腥藻(Pseudanabaena sp.)为东部湖区蓝藻优势种,微囊藻(Microcystis sp.)、假鱼腥藻为主湖区和入江水道蓝藻优势种。水温(T)、悬浮物(SS)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、风速(VW)是主湖区蓝藻群落分布的主要影响因子,特殊的湖流和风场也是影响该湖区蓝藻分布格局的重要因素;透明度(SD)、SS和COD<...     

太湖蓝藻无害化处理资源化利用

针对太湖蓝藻打捞后难以处理并造成严重二次污染的问题,采用厌氧发酵方法研究了蓝藻发酵产生沼气的相关参数、发酵产物的成分、藻毒素降解特点;同时评估了太湖蓝藻无害化处理以及作为生物质能源、肥料的资源化利用可行性。研究结果表明,接种适量活性污泥后太湖蓝藻在厌氧状态下产生沼气达0.56L/g左右,比甲烷速率达189.73L/kg·d,调节碳氮比可以大幅度提高蓝藻产气量和比产甲烷速率。蓝藻发酵产生沼气的CH₄含量虽然处于动态变化,但平均含量较禽畜粪便发酵产生沼气的甲烷含量高,太湖蓝藻是一种有潜力的生物质能源材料。蓝藻藻毒素自然存降解极慢,但采用厌氧发酵后,藻毒素迅速降解。蓝藻发酵后沼液沼渣中含有丰富的氮、磷钾及氨基酸等营养,是一种优质的有机肥。     

南亚热带城市中小型水库蓝藻种类组成及其群落季节动态北大核心CSCD

南亚热带中小型水库是城市重要的水源地和后备水源地.为了解南亚热带地区中小型水库蓝藻的分布情况,于2011年7月（丰水期）和2012年3月（枯水期）调查了该地区25座中小型水库,分析了水库的蓝藻种类组成与群落季节动态特征.25座水库的总氮（TN）浓度范围为0.51-9.37 mg/L;总磷（TP）浓度范围为0.01-0.72 mg/L,富营养水体占80%.本次调查共检出蓝藻20属,蓝纤维藻、泽丝藻、假鱼腥藻和拟柱孢藻为优势丝状蓝藻,细小平列藻、色球藻、粘球藻和隐杆藻为优势球形蓝藻,其中泽丝藻为绝对优势属.丰水期蓝藻生物量为3.19（±4.87）mg/L,枯水期为0.83（±1.06）mg/L,丝状蓝藻全年占优.多元方差分析（MANOVA）表明蓝藻群落季节差异显著（P〈0.05）,方差分析（ANOVA）显示枯水期蓝藻及丝状蓝藻生物量显著低于丰水期（P〈0.05）,球形蓝藻生物量季节变化不明显.多元回归分析表明,丰水期透明度是影响蓝藻生物量的重要原因,枯水期则为TP与pH;冗余分析表明温度、透明度、硝氮与电导率为蓝藻群落季节差异的重要解释变量,其中电导率为丰水期蓝藻分布的重要解释变量;电导率与硝氮为枯水期重要解释变量.整体而言,中小型水库丰水期高温和高营养盐是蓝藻生物量相对较高的主要原因,但由于水体扰动剧烈,导致丝状蓝藻占据优势;温度降低是枯水期蓝藻生物量降低的重要原因.