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.     

基于欧洲航天局“哨兵-2A”卫星的太湖蓝藻遥感监测

欧洲航天局(ESA)2015年6月23日成功发射"哨兵-2A"卫星,该卫星搭载的多光谱成像仪(MSI)在可见光(VIS)至短波红外(SWIR)波长区间配置了多种光谱波段/地面分辨率组合,可以获取大范围、较短重访周期、较高空间分辨率(10 m)的遥感影像。以太湖2016年6月13日MSI数据为例,在完成大气校正的基础上,分析了太湖典型地物类型光谱特征,采用归一化植被指数(NDVI)结合叶绿素反射峰强度(ρchl)构建的综合阈值法对贡湖湾的蓝藻水华信息进行了提取实验。结果表明:"哨兵-2A"卫星MSI影像质量清晰,可精细地反映植被、蓝藻、水体等典型地物类型的光谱特征;ρchl指数对中-高蓝藻聚集区与水生植被、轻度蓝藻聚集区与混合水体具有较好的分离能力;利用综合阈值法提取贡湖湾中-高蓝藻聚集区面积为60.37 km2,主要分布在贡湖北部沿岸、湖心和南部沿岸。"藻-水"混悬体面积为79.49 km2,贡湖湾东部蓝藻水华相对较轻。     

除藻剂应急治理玄武湖蓝藻水华实验研究

湖泊富营养化是中国目前及今后相当长一段时期内的重大水环境问题,研究蓝藻水华治理的关键技术具有重要的生态和环境意义.2005年9月在南京玄武湖开展了化学除藻剂治理蓝藻水华的实验研究,除藻剂平均用量为26.87 g/m2,治理后实验区藻类总量下降了82.8%;水体各项理化指标得到一定改善,但停止洒药后部分指标回升;浮游动物未出现显著变化.实验结果表明,除藻剂可能在短时间内除抑蓝藻,但不能从根本上解决湖泊富营养化问题.     

蠡湖综合整治十年来水环境变化的研究

对蠡湖2002-2012年湖体水质、富营养化状况和浮游植物种群进行了研究.结果表明,经过十年蠡湖综合整治工程,蠡湖水环境有了显著改善.TN、TP、NH3-N、CODMn和Chl-a浓度分别下降85.2％、70.4％、96.2％、55.3％和81.6％;TLI由70.9降至52.0,水体由中度富营养好转为轻度富营养;浮游植物种群结构有所演变,近二年种群结构呈现明显季节性差异,夏季蓝藻中的微囊藻成优势种,约占整个水体藻类密度的90％以上.蠡湖水质显著改善的同时,藻类水华情况未得到本质好转,在适宜的水文气象条件下易发生藻类水华.建议提高水体透明度,增加水体流动性,为进一步改善蠡湖水环境,乃至改善湖河小流域水环境起积极作用.     

三峡库区大宁河回水段水华暴发时空分布特征分析

对三峡库区一级支流大宁河巫山段2004年到2008年常规监测、水华期间加密监测以及单个测点水华垂线24小时监测数据进行了统计、分析及评价。结果发现,该河段水华暴发具有明显的时空分布特征,时间上,全年各月份均有出现,但主要集中在3～6月,占观测频次的79%;24小时内叶绿素a含量在下午16:00～18:00时间段内达到最大值;空间上,总体呈现出离入长江口越近暴发的频次越高,回水河湾较平直河道,宽阔河段较狭窄河段更重的趋势,主要集中在大宁河的开阔河段(小三峡三个峡谷之间及其上、下游开阔河段);24小时内水华垂线分布明显,0.5～5m的叶绿素a含量上层高于下层,水面下30m及以下区域叶绿素a含量变化不显著。     

基于气象条件的太湖湖泛预警研究

2007年5月与2008年5月太湖水域产生的湖泛主要是由蓝藻水华引发的,但是蓝藻水华单纯地在湖湾或岸边浅水区大量堆积并不一定引发湖泛。研究发现,2007年5月与2008年5月的湖泛现象存在相同的触发机制:3d以上时间维持高温(平均气温大于20℃),微风(平均风速小于4m/s),风向基本一致(风向平均绝对偏差小于20°);其后,冷空气过境使得风速短时增大,风向调转180°左右,气温迅速降低,并且这种气象条件持续1d以上。在此研究基础上,给出了切实可行的太湖湖泛预警方案。     

In situ studies on growth,oxidative stress responses,and gene expression of juvenile bighead carp (Hypophthalmichthys nobilis) to eutrophic lake water dominated by cyanobacterial blooms

Cyanobacterial blooms have received increasing attention as a public biohazard for human and animal health. To assess the effect of cyanobacteria-dominant lake water on juvenile fish, we measured the responses of specific growth rate, condition factor, body weight and body length, oxidative stress, and related gene expression of juvenile bighead carp Hypophthalmichthys nobilis exposed to in situ eutrophic lake (Chl a was around 7.0 μg L⁻¹). Results showed in situ cyanobacteria-dominant lake water had no effect on the growth performance, but significantly elevated the contents of malondialdehyde, the expression of heat shock protein 70, and the activity of superoxide dismutase, indicating that oxidative stress occurred. Meanwhile in situ lake water significantly decreased the expression of catalase and glutathione S-transferase genes. We conclude that in situ cyanobacteria-dominated lake water was harmful to juvenile bighead carp based on the oxidative stress and changes in the related gene expression levels.     

以再生水为补水的景观水体水华爆发特征调查和药剂应急控藻效果评价

采用现场调查和实验室验证的方法,对以再生水为景观补水的水华优势藻进行了分析。2年的现场调查表明,再生水在条件适合时极易发生水华,且水华的优势藻以小球藻为主。在实验室针对小球藻和铜绿微囊藻进行了竞争生长实验研究,在再生水的氮磷浓度范围内小球藻生长快于铜绿微囊藻,这也验证了再生水作为景观水补水时小球藻是优势藻现场调查结论。针对水华爆发初期和水华爆发验证时2种条件,比较研究了4种以化学成分为主的抑藻药剂对以小球藻为水华特征藻的控藻效果。结果表明,这4种药剂对水华的控制均具有一定的效果,并且水华初期实施药剂抑藻,药剂投加少,且效果好。对4种药剂进行急性毒性实验,只有S2一种药剂在安全浓度时对水华爆发初期有抑藻效果。