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.     

水生植物化感作用应急处置海洋赤潮和淡水水华

近年来,植物化感作用逐渐成为控制藻类暴发的一种新技术。根据国内外的研究成果,着重从水生植物化感作用、化感抑藻物质、应急处置藻类方法、海洋赤潮和淡水水华的应急处置及机理进行评述,并对该技术今后的发展予以展望。     

长江三峡库区湖北段水华发生情况及成因分析

文章对长江三峡库区湖北段各支流水华发生情况在河流水系分布、发生时间、频次及水华类型等方面进行了分析,对水华发生的成因进行了探讨,并提出了相应的对策和建议。     

光催化去除有害藻类的研究进展

水体富营养化及有害藻类水华严重威胁着水体生态环境和人类健康,如何有效防治藻类水华成为研究者面临的重大环境问题之一。光催化技术具有效率高、成本低、环境友好等特点,有望成为未来高新技术的新希望。文章阐述了光催化技术的原理及该技术应用于去除水华藻类的优势。综述了近年来TiO2和改性TiO2等几类催化剂应用于光催化除藻的研究进展,并分析和总结了光催化除藻技术的影响因素和一般性规律,指出了光催化除藻存在的问题和发展前景,为光催化技术应用于防治有害藻类水华的研究与实践提供理论依据。     

纳米杀藻布杀藻效果研究

针对应急性杀藻需求,采用纳米材料研制了纳米杀藻布并对其进行了实验室和小型现场杀藻试验.结果显示,当纳米布面积为0.08cm²·mL^-1藻液时,光照3 000 lx下处理24h,藻悬浮液中微囊藻(Microcystis aeruginosa)、鱼腥藻(Anabaena 7120)、裸藻(Euglena gracilis)、衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)的细胞密度分别下降了77%、69.1%、89.1%和56.9%,硅藻舟型藻(Navicula incerta)的叶绿素下降了18.7%.在无锡五里湖水华发生现场小试结果显示处理1d可使水体Chla的水平下降76%.鱼类急性毒理测试显示该材料无毒性.     

不同铁浓度对单细胞和群体铜绿微囊藻生长的影响

分别在限铁和富铁的条件下,比较研究了Microcystis aeruginosa PCC7806(单细胞株)和M.aeruginosa XW01(群体株)2株铜绿微囊藻的生长、光合作用效率、铁载体分泌及其细胞对铁元素的积累.2株藻的ITS 序列相似性为95%,铁吸收调节蛋白基因fur的序列相似性为98%,二者具有很高的遗传相似性.研究表明,在限铁条件下单细胞株微囊藻生长受到抑制,在第 6 d藻体黄化死亡,但群体株在限铁条件下能维持一定的生长; 限铁条件下最大光能转化效率(F_v/F_m)群体株高于单细胞株,二者分别为0.182±0.014和0.160±0.017.群体株比单细胞株有更高的光合作用能力; 2株藻均可产生铁载体菌株,其铁载体类型为氧肟酸盐型.在限铁条件下,群体株比单细胞株产生更多的铁载体.通过测定藻体铁的含量,发现缺铁条件下藻体积累的铁含量不足富铁条件下的1/3,但不同铁浓度培养的2株藻之间铁含量差异不大.研究结果显示,群体株比单细胞株有更强的适应低铁环境的能力,其机制并非是由于二者对铁吸收和积累的差异导致,可能是由于单细胞株的其他生理代谢过程对细胞内低铁状态更为敏感.     

水华生消过程对巢湖沉积物微生物群落结构的影响

水华对湖泊水体和沉积物理化和生物学性质的影响已进行了较多研究,但鲜见水华生消过程对湖泊沉积物微生物群落结构的影响.本研究以巢湖为对象,通过PCR-DGGE方法分析了水华形成、持续和消亡阶段对沉积物微生物群落结构的影响.结果表明,巢湖水华形成期为5月15日~6月20日,持续期为6月20日~9月5日,之后进入水华消亡期.PCR-DGGE分析表明,非水华区沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数、Simpson指数随时间变化较小,微生物相似度较高,温度可能是影响非水华区微生物群落结构波动的主要因子;在水华区,沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数在水华形成期和消亡期较低,在水华持续期较高,而Simpson指数则呈相反趋势,微生物相似度相对较低,表明水华形成、持续和消亡过程对微生物群落结构、优势种有不同影响,温度和水华导致的水体性质变化可能是沉积物微生物变化的主要因子.本研究表明,水华生消过程对湖泊沉积物微生物有不同的影响,这对深入评价水华对湖泊水生生态系统的影响和利用微生物防治湖泊水华有重要意义.     

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.     

黏土絮凝沉降铜绿微囊藻的动力学及其作用机理

研究了26种天然黏土矿物凝聚沉降铜绿微囊藻的动力学过程在投加量为0.7 g·L^-1时按平衡除藻率和除藻速率将26种黏土分成3类.第1类矿物(滑石、三氧化二铁、海泡石、四氧化三铁、高岭土等)的8 h平衡除藻率大于90%,去除50%藻细胞所需时间t₅₀＜30 min,去除80%藻细胞所需时间t₈₀＜2.5 h第2类黏土(轻质页岩、陶土、凹凸棒、累托土、伊利土等7种)的8 h平衡除藻率为50%～80%,t₅₀＜2.5 h,t80＞5 h.第3类黏土(铁矾土,云母,沸石、浮石、硅藻土、高钾长石和石英等14种)的8 h平衡除藻率低于50%,t₅₀>>8 h.当投加量逐步降低到0.2～0.1 g·L^-1时,25种黏土矿物的8 h平衡除藻率均降到60%以下,只有第1类黏土中的海泡石仍接近90%.与黏土相比,在0.02～0.2 g·L^-1投加量下单独使用聚合氯化铝(PAC)时的8 h平衡除藻率均低于40%.进一步对海泡石进行电性改性后发现,虽然黏土颗粒表面电位的提高(pH 7.4时,Zeta电位由-24.0 mV提高到+0.43 mV)可以显著加快海泡石的除藻速率,但其平衡除藻率并没有显著提高.在分析了本研究中的凝聚机理后提出:架桥网捕作用可能在黏土-藻凝聚过程中发挥了十分关键的作用,增强黏土对藻细胞的架桥网捕作用可能是今后进一步提高除藻效率、大幅度降低投加量的一个重要方向.     

超声波控藻对氮磷释放及水质变化的影响

为探究超声波控藻的底泥氮磷释放过程与水质恶化风险,本研究从太湖梅梁湾采集泥样、水样和藻样,采用低频超声波（35kHz,0.035 W/mL）处理不同对象（泥体系：底泥和水;藻体系：微囊藻和水;泥藻体系：底泥、微囊藻和水）,分析底泥与藻细胞的氮磷释放贡献率及水质变化过程.结果显示,20min内超声处理不会造成底泥氮磷的显著释放,40min后会造成底泥氮磷大量释放和藻细胞破裂.比较3个体系的水质参数变化过程后得知底泥比藻细胞的氮磷释放贡献率更大.超声处理对COD_Mn和TN有一定的削减效果,泥体系和泥藻体系在超声波作用后溶解性氮以氨氮和硝氮为主.为降低水质恶化风险,建议超声波控藻采用适当的超声强度进行短时间处理,避免底泥氮磷大量释放和藻细胞破裂.