人工纳米颗粒在水体中的行为及其对浮游植物的影响

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)因其特殊的尺寸效应及良好的光学、磁学等性质,已被广泛应用于医药、生物成像以及工业产品等领域.在生产、使用和排放的过程中,ENPs通过不同途径不可避免地进入水体,因此ENPs在水体中的行为和生物安全性也引起了人们的极大关注.在水生生态系统中,浮游植物作为初级生产者,为自身以及其他营养级生物提供营养物质、能量和氧气,因此受到ENPs的影响是难以估算的.近年来已有大量的研究证实ENPs对生物有毒性效应,但ENPs进入浮游植物体内的机制以及ENPs在浮游植物体内的生物运输和转化的报道较少,并且这方面的机制仍不甚明确.本文重点介绍了纳米材料进入水体的途径,在水体中的行为以及对浮游植物的生物效应的最新研究进展,但这方面的机制研究需要进一步深入.     

珠江口水体组分的吸收特性分析

水体组分吸收特性是水下光场和水面光谱的主要影响因子,对其进行研究有助于提高对水体光学特性的认识和水质参数的遥感反演.基于2013年7月珠江口水体30个样本的实测数据,对珠江口水体总颗粒物、非藻类颗粒物、浮游藻类和CDOM的吸收特征进行了分析,结果表明:1总颗粒物吸收特征为非藻类颗粒物主导类型;2非藻类颗粒物的吸收系数遵循指数衰减规律,主要来源是陆源性输入,指数斜率Sd均值与空间变化幅度高于内陆二类水体;3多项式关系能较好地表达aph(440)与叶绿素a浓度的关系,而aph(675)与叶绿素a浓度存在很好的线性相关,辅助色素对浮游藻类吸收系数的影响主要在短波波段,长波波段叶绿素a的影响占主导地位,比吸收系数随叶绿素a浓度的增加而减小,呈现幂指数衰减规律;4CDOM输入以陆源为主,光谱曲线在紫外波段250~290 nm之间存在一个吸收肩,按光谱特征分段拟合Sg值能够更好地表达CDOM吸收特性,M值与A段(240~260 nm)的斜率Sg值呈现较强的正相关,珠江口水体的M值较小,CDOM中腐殖酸含量较高;5珠江口水体非色素颗粒物吸收在总吸收中占主导地位,浮游藻类吸收对总吸收的贡献远小于非色素颗粒物,CDOM吸收对总吸收的贡献最小,当CDOM中腐殖酸含量较高时,CDOM对水体总吸收的贡献大,腐殖酸含量较低时,CDOM对水体总吸收的贡献小.     

千岛湖水体悬浮颗粒物吸收特性及其典型季节差异

利用千岛湖2012年12月~2013年2月冬季及2013年6~8月夏季的采样数据,分析了千岛湖水体的营养水平和悬浮颗粒物的吸收特性季节变化及空间分布规律.结果表明千岛湖营养水平夏高冬低,整体处于中营养水平.冬季和夏季总悬浮颗粒物吸收系数在440 nm的均值分别为:(0.20±0.07)m-1和(0.24±0.17)m-1;675 nm的均值为(0.07±0.02)m-1和(0.10±0.07)m-1;夏季显著高于冬季(t-test,P<0.05).冬季总悬浮颗粒物的吸收光谱可分为两种情况:西北湖区与浮游植物吸收类似,其它站点与非藻类颗粒物的吸收相似;而夏季,在可见光范围,50%以上总悬浮颗粒物的吸收是由藻类颗粒物贡献,因此,总悬浮颗粒物的吸收光谱曲线与浮游植物光谱曲线类似.冬夏季浮游植物吸收系数差异显著(P<0.05),440 nm均值分别为(0.10±0.03)m-1和(0.17±0.14)m-1;相应地675 nm的均值为(0.05±0.02)m-1和(0.08±0.07)m-1.冬季和夏季440 nm浮游植物比吸收系数(以Chla计)的均值分别为:(0.045±0.010)m2·mg-1和(0.039±0.013)m2·mg-1;675 nm处为:(0.022±0.004)m2·mg-1和(0.019±0.005)m2·mg-1.440 nm和675 nm浮游植物吸收系数随Chla浓度及综合营养状态指数的增加线性增大;比吸收系数和Chla浓度呈幂函数关系,随Chla浓度增大而减小.冬季非藻类颗粒物吸收与无机颗粒物的相关性最好;夏季440 nm非藻类颗粒物吸收与总悬浮颗粒物和有机颗粒物呈线性关系,随着总悬浮颗粒物和有机颗粒物含量增加非藻类颗粒物吸收增加.     

纳米金、银对氨氧化细菌及其氨氧化作用的影响

为明晰纳米金、银对环境中氨氧化细菌(AOB)的氨氧化作用影响机制,本文通过对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化细菌(AOB)富集培养物进行纳米材料不同浓度的处理试验,测定氨氮、亚硝氮浓度和氨氧化速率的变化特征,并利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术和qPCR方法分析不同试验中AOB的多样性与丰度信息,确定纳米金、银对氨氧化速率、氨氧化细菌多样性与丰度的影响规律.结果表明,纳米银对环境中氨氮的转化具有浓度抑制效应,随着浓度增加,氨氧化平均速率越低,氨氮转化越少.纳米银处理之间的氨氧化平均速率同氨氧化细菌(AOB)的香农与辛普森多样性指数、amoA基因丰度存在显著正相关关系.因而纳米银对环境中氨氧化作用的抑制效应主要通过其杀菌能力影响了氨氧化菌的多样性和丰度而起作用.纳米金氨氧化平均速率则和AOB的多样性指数以及amoA基因丰度均无显著相关.纳米金对氨氧化细菌、氨氧化速率却不呈现浓度抑制效应,甚至出现略微促进氨氧化作用的趋势.DNA测序结果发现实验的氨氧化细菌都属于?-Proteobacteria,同Nitrosospira、Nitrosomonas亲源性较近.环境中的氨氧化微生物种类复杂,环境条件多变.不同纳米材料是如何影响氨氧化微生物进而影响氨氧化作用,仍需进行深入研究.     

东山湾微型浮游动物摄食压力分析

2011年5月份和8月份利用"海洋2号"科学考察船在东山湾海域3个站位进行现场试验和调查,研究了微型浮游动物对浮游植物和异养细菌的摄食压力。结果表明:对比国内其他海区,该调查海域是高生长率、高周转率的海区,微型浮游动物摄食压力处于中等水平;当微型浮游动物摄食率远高于浮游植物生长率时,微型浮游动物摄食作用对能量的转换效率较高;细菌的生长繁殖和微型浮游动物对异养细菌的摄食受到温度和营养盐的双重影响,微型浮游动物对异养细菌的摄食作用能控制细菌的生长和繁殖;在调查期间,调查海域异氧细菌生产力与浮游植物初级生产力的比值由春季的1.26%增加到夏季的2.77%,但均很小,说明浮游植物初级生产力完全可以满足细菌生产的需要;调查海域主要生产者是浮游植物,异养浮游细菌的生产力较低,其能量沿食物链向上传递的效率夏季高于春季,而浮游植物初级生产力向上营养级传递的效率却是春季高于夏季。     

海南澄迈湾浮游植物群落生态位研究

2010年12月、2011年2月和4月,分别对海南澄迈湾海域浮游植物群落结构进行调查,共鉴定出浮游植物71种(含变种和变型),隶属于4门36属。运用改进的Levins公式和Petraitis指数,分析澄迈湾浮游植物优势种生态位宽度、种间生态位重叠。结果表明:澄迈湾浮游植物优势种生态位宽度变化范围为0.23~0.86,生态位较宽的有斜纹藻,菱形海线藻和舟形藻,生态位宽度大于0.7,具有较强的竞争力。研究得出同一种优势种的生态位宽度在不同月份不同水层差异较大,各月份优势种的优势度与其生态位宽度呈显著相关。     

北方大型居住区景观水体富营养化特征研究

对天津某大型居住区内的一处景观水体进行了长期水质监测,结果表明:水体总磷(TP)、总氮(TN)含量分别为0.06~0.26 mg/L、0.69~2.6 mg/L;综合富营养化指数(TLI)为45~65,该景观水体属于中-富营养化水平;浮游植物群落主要由蓝藻、绿藻及硅藻组成。对位于下风向湖滨区水面漂浮絮体分析发现,该絮体主要成分为浮游植物,其活体成分以硅藻为主,藻密度达1.49×109个/L,显著富集氮(189.83 mg/L)、磷(27.4 mg/L)。若对该富集絮体进行定期打捞,可有效降低水体内源营养物质含量,有利于景观水体水质保持。     

沙尘和灰霾沉降对黄海春季浮游植物生长的影响

大气沉降可为上层海洋带来生物可利用性的营养元素(如N、P、Fe等),从而改变浮游植物的初级生产过程及群落结构,并影响海洋的碳循环.于2014年春季在南黄海开展2次船基围隔培养实验,通过人工添加沙尘、灰霾颗粒及多种营养盐来模拟大气沉降对海洋表层浮游植物生长的影响,结果表明:南黄海北部B07站浮游植物生长主要受到磷限制;南黄海中部H10站则主要受氮限制.沙尘添加在B07站和H10站均显著促进小型和微型浮游植物生长,对微微型浮游植物生长的促进作用不明显.灰霾添加在B07站对浮游植物生长总体呈现抑制作用,且主要抑制小型和微型浮游植物生长,对微微型浮游植物则为先抑制后促进;在H10站对浮游植物的影响整体呈现先抑制后促进,培养前期对各粒级浮游植物均有抑制作用,培养后期对微型和微微型浮游植物有促进作用.     

罗非鱼密度对养殖池塘浮游植物群落结构的影响

在养殖水体中,养殖动物与浮游植物的群落结构有着重要的联系,该实验通过对不同养殖密度罗非鱼养殖池塘进行了连续的采样调查,进而对浮游植物的种类、密度、生物量、多样性指数、优势种等进行了分析研究,讨论并分析了罗非鱼的密度对浮游植物群落结构的影响。罗非鱼单养池塘5次采样共鉴定出蓝藻、硅藻、裸藻、隐藻、甲藻、绿藻6门92种(包括变种)浮游植物;其中蓝藻门16种,硅藻门16种,裸藻门7种,隐藻门3种,甲藻门1种,绿藻门49种。低密度养殖浮游植物总密度在1 562.5×10~4~22 660.5×10~4cells/L之间,生物量在7.92~24.15 mg/L之间;中密度养殖浮游植物总密度在1 575×10~4~20 390×10~4cells/L之间,生物量在11.78~25.17 mg/L之间;高密度养殖浮游植物总密度在1 422.5×10~4~20 351×10~4cells/L之间,生物量在7.25~20.04 mg/L之间。不同密度组浮游植物总密度差异不显著,生物量差异不显著(P0.05),表明在该实验密度条件下,罗非鱼密度对浮游植物的密度和生物量影响较小。高密度罗非鱼养殖池塘的浮游植物最高密度出现的时间比中密度和低密度要早,且较早达到稳定水平,表明高密度罗非鱼养殖会增大浮游植物密度增长速率,加快池塘浮游植物群落结构的演变。     

卧龙湖浮游动物丰度的季节变化及其与水环境因子的关系

为给卧龙湖(国家良好湖泊生态环境保护试点)生态保护工作提供依据,文章于2014年5~10月对卧龙湖的浮游动物群落结构和不同水环境因子开展了监测,以期明确两者之间的关系。结果表明:研究区浮游动物丰度高,均值达到128.2×10~3 ind/L,浮游动物丰度季节差异显著(P<0.05),夏季(196.2×10~3 ind/L)>春季(154.0×10~3 ind/L)>秋季(25.1×10~3 ind/L);通过克里格插值分析,发现研究区浮游动物季节分布的空间异质性高,春季浮游动物丰度呈现从湖岸带到湖心递减趋势,南部是浮游动物的主要聚集区,而在夏秋季节,浮游动物丰度的高值区域逐渐向东北湖区偏移;通过典范对应分析,研究区内浮游动物分布主要受浊度、温度、营养物质和污染物等因素的影响,同时夏秋季节浮游动物丰度的高值区域逐渐向东北湖区偏移可能与城北明渠在湖区东北部汇入有关。