基于ELCOM-CAEDYM模型的太湖蓝藻水华早期预测探讨

结合太湖蓝藻水华形成的"四阶段理论", 基于澳大利亚西澳大学水研究中心开发的ELCOM-CAEDYM耦合模型框架构建了太湖水华蓝藻生态动力学模型,对蓝藻水华的形成进行模拟,分析了太湖蓝藻水华早期预测的可行性.结果表明:该模型在较长时间尺度上对春季复苏阶段及生长上浮阶段蓝藻水华的形成模拟效果较好,蓝藻生物量模拟值与站点调查值的误差变化范围在1.0%~70.4%,平均误差为28.0%,与MODIS卫星反演值的误差变化范围在3.8%~83.9%,平均误差40.5%;但越冬阶段蓝藻生物量模拟输出值与站点调查值的误差变化范围在3.0%~143.6%,平均误差为40.1%,与MODIS卫星反演值的误差变化范围在9.7%~118.4%,平均误差为48.8%,表明模型对蓝藻越冬过程模拟能力还不强,应在蓝藻越冬机制模拟计算方面进一步改进,以满足蓝藻水华早期预测的需要.     

三峡水库香溪河库湾冬季甲藻水华生消机理初探

2010年1—2月在香溪河库湾上、中、下游各选取1个监测点对水体环境因子及藻类进行监测,对水温、营养盐含量等进行分析,探讨香溪河库湾冬季甲藻水华的生消机理. 结果表明:2010年冬季,香溪河库湾末端暴发了甲藻水华,持续44 d,优势藻种为拟多甲藻(Peridiniopsis sp.),最高细胞密度达到11.8×106 L-1;适宜的水温、充足的营养盐以及良好的光照、弱分层水体是香溪河库湾冬季甲藻水华暴发的主要原因;Zmix/Zeu〔Zmix(混合层深度)与Zeu(真光层深度)之比〕在2~3之间时有利于甲藻生长;库湾中下游因水体掺混强烈而在冬季未暴发水华;后期水体分层状态的加强及Zmix/Zeu的减小是甲藻水华消失的主要原因.      

灵菌红素对有害藻类的除藻活性研究

研究了沙雷氏菌的天然产物灵菌红素对引起海洋赤潮和淡水水华的有害藻类的除藻活性和光解性质.结果表明,5.0μg/mL灵菌红素能够在24h内将新月菱形藻、中肋骨条藻、水华鱼腥藻和微小平列藻培养液中的藻类全部杀死,除藻活性高达100%.5.0μg/mL灵菌红素在30000lx光强下36h完全分解,不会给自然环境带来二次污染.     

我国淡水藻华长期变动特征综合分析

水体富营养化与淡水藻华（水华）是全球普遍现象,我国是一个高氮磷投入的国家,在人类活动和全球气候变化背景条件下,河流湖库富营养化问题日益突出。文章收集了近30年来我国水华事件的相关文献资料,基于综合研究和统计学分析,回顾性评估了我国水华发生的基本特征、变动规律和成因。数据表明,自上世纪80年代以来,水华发生频率从上世纪80年代每年1～2次上升到2000年以后的每年近10次（不完全统计）,总体呈现上升趋势;水华从湖泊向河流库区扩展,从点到面蔓延,且主要集中在人口密集、污染严重的长江中下游地区和东部沿海地区;在我国化肥施用、畜禽养殖、电站大坝建设等人类活动以及气候变暖的叠加影响下,河流湖库的氮磷浓度上升、氮磷比值下降,水体水化学和生态环境的长期变动加大了水华发生的风险。文章认为,在流域海域综合管理框架下进行氮磷污染的联合控制,以及多学科交叉开展特定水体的水华过程和机理研究是今后藻华防控的根本要求。     

程海冬季水华暴发期间氮、磷营养元素的形态与分布

氮、磷营养元素是湖泊生态系统中极其重要的生态因子,它们以不同形态存在于湖泊水体中,表现出不同的地球化学行为和生态效应,从而支配着湖泊生态系统的生产力水平和湖泊富营养化进程。通过设置3个断面9个采样站14个采样点,研究了程海湖水体中氮、磷营养元素的形态与分布,结果表明：2009年11月23日—2010年2月20日,以铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa Kutz.）为主的程海冬季水华暴发期间,总氮质量浓度0.540~3.906 mg.L-1,平均0.836 mg.L-1;总磷质量浓度0.036~0.166 mg.L-1,平均0.061 mg.L-1。其中,溶解态氮、溶解态磷分别为61.7%和50.8%。溶解态氮以有机氮为主,溶解态磷则以无机磷为主。水华期间生物可直接利用氮质量浓度0.118 mg.L-1;生物可直接利用磷质量浓度0.021 mg.L-1,分别占总氮、总磷质量浓度的14.1%和34.4%,显示出此特定时期,氮的消耗速度较磷快。氮素、磷素及其赋存形态在程海的时间分布上有不同的节奏;水平分布差异不明显;垂直分布在水表层至亚底层的水柱中差异也不明显,而在湖底层最高。     

混合层深度对藻类生长的影响研究

三峡水库蓄水后,支流库湾频繁暴发水华.为研究水华暴发关键因子,以临界层理论为指导,于2012年初冬季,在香溪河野外观测站建立围隔实验系统,研究水体混合对藻类生长的影响机制.围隔水下深度按梯度布设,表底掺混均匀,并注入由浮游动物网过滤的低Chl-a浓度的香溪河河水.结果表明,Zeu/Zmix(真光层深度与混合层深度之比)>1的围隔藻类生长迅速并暴发水华,Chl-a浓度最高达到90 mg·m-3,反之生长缓慢.临界层理论适用于本实验,Zeu/Zmix也存在一个临界值,低于临界值浮游植物生长会受光限制而不易暴发水华;在临界层理论的基础上,分析得藻类净初级生产力与Zmix存在负相关关系,即Zmix越小藻类净初级生产力越大.     

藻类生长的水动力学因素影响与数值仿真

为了定量研究水动力条件对藻类生长影响,选择微囊藻进行了室内扰动实验.通过维持光照、温度、营养盐等生境因子的一致性,调整振荡器转速,研究了不同扰动强度对藻类生长规律的影响;提出了"水动力影响参数a"对藻类生长公式进行了修正,以内江为例建立了二维非稳态藻类生长模型.对不同方案下内江藻类暴发特征进行了预测分析.结果表明,水动力条件对藻类生长影响明显,低流速有利于藻类生长,而在静止与高流速条件下,藻类生长受到抑制;内江引航道节制闸关闭后,流速减缓,藻类易于暴发,可能发生水华的水域面积约2.5 km2,占总面积的36.8%;完全静止状态以及节制闸开启后内江水动力条件改善条件下,藻类暴发程度有所减小,可能发生水华面积分别为0.78 km2和0.18 km2.     

水华对沉积物中氮的转化和去除的影响

湖泊富营养化和水华暴发已经成为突出的环境问题之一,了解水华对湖泊氮素的转化和去除的影响,对于削减湖泊氮负荷至关重要.本文研究了水华对沉积物中氮转化和氮转化相关功能基因的影响,并采用结构方程模型分析了水华影响湖泊中氮转化和去除的途径.结果表明,与厌氧氨氧化相比,反硝化作用是太湖沉积物氮削减的主要途径,对沉积物中总溶解性氮去除率的解释度为42. 3%.水华可以直接造成沉积物中TDN和TOC量的增加,提高厌氧氨氧化菌、nir S和nir K的基因丰度,并且间接提高沉积物中氨氮和硝酸盐的浓度,通过增强厌氧氨氧化和反硝化过程加速沉积物中氮的去除.     

陆生植物化感作用的抑藻研究进展

有效控制水华,治理富营养化水体是目前环境领域的研究热点和前沿。所谓化感物质,就是由植物、细菌、病毒和真菌所产生的二次代谢产物。利用水生植物的化感作用或化感物质抑制水体中藻类的爆发被认为是一种高效、低毒、环境亲合性好的方法而备受关注。然而,对于陆生植物应用于抑制藻类生长的研究却较少。文章在对化感作用的概念的演化、各种生物对藻类化感抑制作用、化感物质抑藻机理等方面进行了较系统的论述,总结了近年来国内外学者对于陆生植物化感作用抑藻的研究进展。文章认为相对于水生植物在抑藻方面的局限性,陆生植物的优势体现在对水生生态系统影响明显（化感作用明显）、所含抑藻化感物质种类丰富、不易受水生生态环境影响等方面,并对今后陆生植物抑藻技术的研究方向进行了展望,陆生植物中尤其是菊科植物化感抑藻应用前景广阔。最后指出,陆生植物的化感抑藻作用研究还存在进一步探索和改进化感物质的提取和鉴定方法、抑藻作用机理的研究、应用实际水体时的生态安全性等方面的问题。     

温度与氮浓度对两种微囊藻生长和产毒的影响

采用半连续培养的方法,研究了磷限制条件下温度与氮质量浓度的交互作用对铜绿微囊藻和水华微囊藻的生长及产毒的影响.结果表明,不同温度下,氮质量浓度对两种微囊藻比生长速率的影响不同.随氮质量浓度的增加,15℃和20℃时比生长速率增加较快,25℃时增加缓慢;温度的降低对水华微囊藻的生长抑制作用较铜绿微囊藻小.两种微囊藻的单个细胞叶绿素a含量受温度及氯质量浓度的影响极显著,而交互作用的影响较主效应小.单个细胞藻毒素含量受温度影响最大,显著负相关;氮质量浓度的影响次之,显著正相关.但两种微囊藻的生长状况越好时相应的总毒素质量浓度也越高.因此,磷限制条件下,温度和氮质量浓度对两种微囊藻的生长及产毒有明显的交互作用,氮质量浓度的降低会进一步抑制微囊藻的生长并降低总藻毒素质量浓度.