Patchiness and bistability in the comprehensive cyanobacterial model (CCM)

We analyzed spatiotemporal dynamics of cyanobacteria using a four-component mathematical model with nutrients, unicellular algae, colonial algae and herbivorous zooplankton. One of the astonishing abilities of cyanobacteria is the morphological change from the unicellular type to the colonial or filamentous type in response to grazing activities of zooplankton, the phenomenon known as phenotypic plasticity. Our model, referred to as comprehensive cyanobacterial model (CCM), includes the effects of phenotypic plasticity. Depending on parameter values, CCM exhibits not only bistability but also limit cycle oscillations without showing the paradox of enrichment, which has been a controversy among mathematical ecologists. Further, CCM is modified to reaction–advection–diffusion equations, the simulation results of which indicate that the ratio of the lateral diffusivity to the turbulent velocity significantly affects the appearance of patchiness patterns.     

再生水用于景观水体的氮磷水质标准确定

污水再生利用是解决水资源短缺问题的重要措施,其中再生水回用于景观水体是主要途径之一.而防止水华爆发则是再生水景观利用的首要任务,控制再生水中的氮磷是防止水华爆发的根本措施.目前已有的景观水体水质标准中,氮磷浓度限值要求不统一,缺乏科学依据.因此再生水处理过程中氮磷控制标准执行易出现矛盾,不利于保障再生水景观利用的水质安全.再生水景观利用的氮磷控制标准,应在藻类最大生长潜力研究的基础上,通过藻类生长的Logistic模型和Monod模型、景观水体氮磷浓度模型按拟合,并结合水体自净能力和水质保障措施等综合因素加以确定.以栅藻(Scenedesmus sp)为例,通过Logistic模型和Monod模型拟合景观水体水华控制氮磷浓度限值的确定方法.     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.     

不同浓度藻类水华对两种沉水植物的影响

为了研究藻类水华对沉水植被恢复的影响,通过模拟不同浓度的藻类水华,开展了篦齿眼子菜（Potamogeton pectinatus）和伊乐藻（Elodea nuttallii）在不同浓度藻类水华下（0,6.25×10⁸,2.5×10⁹,10¹⁰cell/L）的生长和生理试验.结果表明,低浓度（6.25×10⁸cell/L）处理组中伊乐藻的干重显著低于对照组,而藻浓度达到10¹⁰cell/L时,篦齿眼子菜的干重才显著低于对照组.与其它处理组相比,在藻浓度为10¹⁰cell/L的情况下,篦齿眼子菜的株高最矮,而伊乐藻的株高最高.叶绿素荧光特性表明藻浓度为10¹⁰cell/L的情况下,篦齿眼子菜的光合活性从0.77降低至0.50,而伊乐藻的光合活性无显著性变化,在0.72～0.79之间波动.沉水植物的抗氧化酶活性在藻类水华胁迫环境下先增加后降低.这表明,藻类水华对水生植物的生长影响有差异性;水体中过高的藻浓度会影响植物的抗性生理.沉水植物能忍耐短期低浓度的藻类水华胁迫,但是长期高浓度的藻类水华会严重影响沉水植物的生长,进而影响水生植被的恢复.     

藻类有机质的组成结构对菲和壬基酚生物吸附的影响

对不同来源藻及其有机级分进行元素分析,利用高级核磁共振技术(multi/CP13C NMR)来准确地定量其有机官能团,并研究它们对菲和壬基酚的生物吸附行为和机理。结果表明游离脂和非水解有机碳级分对菲和壬基酚有最高的吸附能力,其吸附容量与脂肪结构呈极显著的正相关,而与极性官能团呈极显著的负相关;而且对壬基酚的吸附容量都大于对菲的吸附容量,可以用专性作用(如π-π键作用和氢键作用)来解释。     

An opinion on the distribution and behavior of chemicals in response to climate change,with particular reference to the Asia-Pacific region

There is a general lack of knowledge as regards the effects of climate change on pollutant behavior. This is particularly true of the Asia-Pacific Region (APR). This region has major significance in terms of global pollutant emission and also displays a wide variety of environments. This review presents the authors’ opinions on possible implications of climate change for pollutant behavior in the APR. Although differing responses can be expected across the region, there are clear implications as regards the short- and long-term behavior of pollutants. Effects can be predicted through modeling, but further data are required for model calibration. Nevertheless, it can be predicted that climate change will affect processes including global distillation of persistent organic pollutants, airborne transport of heavy metals, half-life of readily degradable pollutants, and eutrophication in water bodies. Particulates are expected to play a central role in mediating the effects of climate change, and successful predictive models will need to be based on particulate-mediated transport and behavior. Climate change also has the potential to cause an increase in the intensity and frequency of harmful algal blooms in aquatic environments throughout the region, with significant implications for supply of both food and drinking water.     

1株微小杆菌对4种蓝藻的生长影响

利用过滤的天然珍珠养殖水参照BG11配制加富培养液,将1株能促进鱼害微囊藻生长的微小杆菌属菌株(Exiguobacterium sp.013,简写为E.sp.013)进行纯化扩大培养后与铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、水华微囊藻(Microcystis flosaquae)、平裂藻(Merismopedia sp.)和惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)按一定菌、藻密度比例同时接种后进行为期24 d的培养试验,利用特定生长率和细胞密度等指标观察并检验E.sp.013菌株对4种蓝藻生长的影响,同时检测培养液中优势菌群的数量变化趋势.结果表明:E.sp.013菌对铜绿微囊藻、水华微囊藻和惠氏微囊藻具有显著促生长和延长稳定生长期作用,对平裂藻不具有显著促生长作用,但对延长其稳定生长期具有显著效果;试验培养过程中E.sp.013菌落数量占所有菌落总数的比例始终高于46％,处于绝对优势地位,表明E.sp.013菌具有调控其他菌群的能力.     

Zn2+对藻类生物膜生长生理特性影响研究

利用自制的简易生物膜反应器,在3500 lx的光照和14∶10的光暗比下,以Zn2+为模式重金属,利用模拟氮磷废水驯化培养鞘藻（Oedogonium sp.）使其形成藻类生物膜,研究不同Zn2+浓度对鞘藻形成的藻类生物膜生长及生理特性的影响。综合考虑藻类对Zn2+的耐受范围,选定模拟氮磷废水中Zn2+5个质量浓度水平：1.0、3.0、5.0、10.0、20.0 mg·L-1,定时从反应器中取一定量的藻类生物膜,测定以下生理生化指标：叶绿素、超氧化物歧化酶（SOD）、硝酸盐还原酶（NR）、蛋白质及胞外多聚糖,并以藻细胞干质量为基准。研究结果表明：藻类生物膜对Zn2+有一定的耐受性,且质量浓度为5 mg·L-1的Zn2+对藻类生物膜的生长有明显的促进作用,但当质量浓度增大至20 mg·L-1时,藻体大量死亡,藻类生物膜生长明显受到抑制。Zn2+质量浓度为3 mg·L-1的实验组对鞘藻的叶绿素含量有明显的促进作用,而当Zn2+质量浓度为20 mg·L-1时,鞘藻内的叶绿素含量明显减少。不同Zn2+质量浓度对鞘藻的生理生化指标也表现出不同的作用,其中SOD含量随着Zn2+质量浓度的升高明显受到抑制;10 mg·L-1的Zn2+对NR有明显的促进作用;各实验组蛋白质含量在实验初期均有增加,但随之又均有降低;在实验前2 d,20 mg·L-1的Zn2+对胞外多聚糖有明显的促进作用,其含量为对照的1.4倍。以上现象均表明藻类生物膜在重金属的作用下其生长代谢会发生一定的变化,使藻类生物膜能够在一定重金属浓度范围内较好地生长,为藻类生物膜的进一步利用奠定理论基础。     

太湖湖滨带藻密度与水质、风作用的分布特征及相关关系

为研究太湖湖滨带水体藻密度、水质及风作用的时空分布特征,于2010年春、夏季调查了太湖湖滨带的水质、藻密度,同时结合风级、风向等数据,运用偏相关法分析了藻密度分布与水质、风作用的相关关系. 结果表明:春季湖滨带水体藻密度低于夏季,平均值分别为1.88×106、1.75×108 L-1,竺山湾、梅梁湾、西部沿岸藻密度较高. 太湖湖滨带水体ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(NO₃--N)、ρ(NH₃-N)、ρ(COD_Mn)春季平均值分别为0.10、4.48、0.99、2.36、6.46mg/L ,夏季分别为0.16、2.09、0.60、0.43、6.73mg/L,其中高值主要分布在竺山湾、西部沿岸、梅梁湾湖滨带;在时间上,ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(DO)春季较高;ρ(TP)、pH夏季较高. 太湖湖滨带春、夏季风作用均以向岸的正作用力为主,夏季和春季风力作用平均值分别为0.26和0.73.风作用值较高的区域出现在梅梁湾、贡湖、西部沿岸. 偏相关分析结果表明:春、夏季藻密度分布均与风作用值呈显著正相关;春季只有透明度与藻密度的分布显著相关,夏季藻密度分布与ρ(COD_Mn)、ρ(SS)呈显著性正相关,而与pH呈显著负相关. 在富营养化严重的太湖,N、P等营养盐已经不再是藻类暴发的限制因子,而风作用及与之密切相关的湖流,北部竺山湾、梅梁湾似口袋状的地理形态,是影响藻密度分布的重要因素;另外,入湖河流污染对北部、西北部湖滨带自生藻类的滋生,水生植物、浮游动物对藻类分布也会有不同程度的影响.      

基于多源数据的巢湖蓝藻水华时空分布及驱动因素分析

富营养化和有害藻类水华暴发是全世界淡水湖泊共同面临的生态环境问题之一.巢湖作为典型的内陆淡水湖泊,其富营养化水平和蓝藻水华暴发面积常年居高不下,且在各湖区表现为一定的时空分布差异.为认识和了解不同阶段巢湖蓝藻水华发生和发展基本规律,利用巢湖水上综合观测平台和卫星遥感等多源数据,获得2015~2020年水体中藻密度和水华面积的时空分布信息,并采用基于增强回归树的机器学习算法,定量评估不同阶段各环境因子对蓝藻水华影响的重要程度及相互作用关系.结果表明：①巢湖蓝藻水华表现出较大的季节变化特征,蓝藻细胞在春季开始复苏,主要在巢湖西半湖和沿岸地区形成轻度水华,水体藻密度在夏、秋季达到最大,该季节发生中等程度以上的水华频率较高.②非暴发期间,巢湖藻密度变化受物理和化学因素影响较大,二者对解释藻密度方差变化的贡献率可达80.3%,水体中高浓度溶解氧、弱碱性pH值（7.2~7.6）和适宜水温（3℃）是藻类细胞生长繁殖的有利环境条件,巢湖蓝藻水华首次暴发一般在气温稳定通过7℃初日11 d前后出现.③暴发期内,巢湖蓝藻水华发生主要受藻类生物量和气象条件的综合影响,气温、藻密度、日照时数和风速的累计贡献率为95%,各因子均存在一个有利于蓝藻水华发生的最适区间.多因子交互作用分析结果显示,在水体藻密度大、气温适宜和微风的综合作用下,巢湖蓝藻水华发生概率较高.上述研究成果分析和揭示了不同阶段巢湖蓝藻水华的时空分布特征及其主导影响因子,可为巢湖蓝藻水华防控和预测、预警提供科学依据.