微囊藻水华的资源化利用:吸附重金属离子Cu^(2+)、Cd^(2+)和Ni^(2+)的实验研究

为将捞取的微囊藻水华资源化,用作重金属生物吸附剂,本文研究了在不同金属离子浓度和不同pH条件下微囊藻水华对重金属Cu2+、Cd2+和Ni2+的吸附效果.研究结果显示,重金属离子浓度分别为20.00、60.00、100.00和140.00μg/ml时,150 mg干重微囊藻水华对Cu2+的去除率分别为67.79%、37.47%、35.93%和34.70%,对Cd2+的去除率分别为73.31%、65.87%、60.09%和42.37%,对Ni2+的去除率分别为47.89%、31.87%、28.46%和21.61%.在较低的重金属浓度(20.00μg/ml)下,微囊藻对3种重金属的去除率最高.但从单位微囊藻生物量吸附重金属量来看,金属离子初始浓度越高,吸附重金属的总量越高;在相同金属浓度下,微囊藻水华对3种金属的吸附效率:Cd2+>Cu2+>Ni2+.微囊藻吸附Cu2+的最适pH为5.0,Cd2+和Ni2+均为6.0,20.00μg/ml浓度时去除率分别达到了71.90%、85.67%和55.43%.微囊藻裂解释放的可溶性物质对重金属吸附影响不大.研究结果显示微囊藻水华可作为重金属吸附剂有效地运用于重金属污水处理.

河蟹养殖池塘微囊藻水华毒性及其光合作用活性特征

苏州市吴中区一河蟹养殖池塘在2013年7月和8月发生了严重的微囊藻水华.采用单一和双重PCR扩增微囊藻毒素合成酶基因,用以检测微囊藻水华是否产毒,结果显示为阳性.同时,采用高效液相色谱测定微囊藻水华的毒性大小.结果表明:7月和8月微囊藻水华的胞内微囊藻毒素浓度分别为1.49和0.88μg/L,胞外微囊藻毒素的浓度分别为0.75和1.09μg/L.另外,采用浮游植物荧光仪Phyto-PAM测定河蟹养殖水体形成水华的微囊藻的光合作用活性.结果显示:7月和8月水华微囊藻的最大光量子产量Fv/Fm分别为0.48和0.44,实际光量子产量ΦPSII分别为0.38和0.32,表明形成水华的微囊藻有较高的生长潜力.非光化学荧光淬灭值NPQ分别为0.28和0.36.从快速光响应曲线RLC的特征参数来看,7月水华微囊藻的光合作用活性和光能利用效率高于8月.本研究结果表明,河蟹养殖池塘水体受到微囊藻水华和微囊藻毒素的污染,进而可能对河蟹食品安全构成潜在威胁.

后生浮游动物摄食对太湖夏季微囊藻水华形成的作用

为了了解后生浮游动物的摄食作用在太湖夏季微囊藻水华形成中的作用,2009年7月15日至8月14日取太湖梅梁湾湖水开展了后生浮游动物对微囊藻水华形成作用的野外模拟实验.实验期间,未过滤掉后生浮游动物的对照组出现了漂浮在水面、肉眼可见的微囊藻水华,而过滤掉后生浮游动物的实验组没有出现微囊藻水华.结果显示,对照组整个实验期间都有后生浮游动物存在,共发现了9种后生浮游动物;而实验组在实验第6 d发现有后生浮游动物出现,整个实验期间共发现了3种后生浮游动物.浮游动物生物多样性分析显示对照组显著高于实验组.实验后期(21～30 d),对照组微囊藻平均密度显著高于实验组.整个实验期间,惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)和水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)密度均显著高于实验组,且惠氏微囊藻密度占对照组微囊藻总密度的60.79%.研究结果表明,太湖夏季后生浮游动物摄食并不能控制太湖蓝藻水华,相反,后生浮游动物特别是大型浮游动物能促进蓝藻水华的形成.同时表明,后生浮游动物群落结构可能是影响微囊藻水华形成的重要因素.

微囊藻水华期间水体及藻体上细菌的动态

通过对水体中及附着在藻类上的细菌数量、代谢活性细菌、Chl.a浓度等的研究,探讨了藻类与细菌之间的代谢耦联关系,结果表明:1)水体中细菌的丰度随着Chl.a浓度的增加而逐渐增大(r2=0.466,P<0.05),但其峰值滞后于Chl.a;附在藻体表面上的细菌也呈现出相似的变化规律;2)水体中代谢活性细菌数量与总细菌数量显著相关(r2=0.678,P<0.05);附着在藻体上的代谢活性细菌虽然总数量低于水体中的代谢活性细菌,但二者之间亦存在显著的相关性(r2=0.836,P<0.05).3)藻类表面附着细菌的数量取决与藻类的生长状况,附着在藻类体上的代谢活性细菌的比率均高于水体中代谢活性细菌的比率,且在水华盛行期间呈逐渐增加的趋势.

武汉东湖微囊藻水华形成及消失原因的探讨——围圈放养实验

采用围圈试验的方法,将东湖微囊藻水华的形成和消失过程重现。根据有关生物调控(Biomanipulation)的原理,我们设计了鲢鳙草鱼的放养试验。实验结果表明:放养鲢鳙的围圈,水华在很短时间(约15天)内消失,放养草鱼的围圈,水华几乎不受影响,而没有放养的围圈,其水华日趋浓厚。这一结果显示出滤食性鱼类对围圈内浮游生物群落结构的影响是巨大的。在实验过程中通过测定碳、氮、磷等营养元素的变化,重点探讨了它们对微囊藻水华形成与消失过程的影响。

用鲢鳙直接控制微囊藻水华的围隔试验和湖泊实践

为了控制水体富营养化所形成的水华,国外经典的生物操纵论者提倡放养食鱼性鱼类以控制食浮游生物的鱼类,藉此壮大浮游动物种群,然后借助浮游动物遏制藻类。按照这条思路,以浮游生物为食的鲢和鳙应该是清除的对象。本文作者认为我国湖泊中危害性最大的是微囊藻水华,而浮游动物根本不能摄食这种水华,不如直接利用鲢鳙进行控制,因而1989-1992年间在武汉的东湖进行了三次原位围隔试验,2000年再度重复了一次围隔试验,结果证明,迄今在东湖中已消失18年的微囊藻水华,重新出现在不养鱼的围隔里。在养入一定密度的鲢或/和鳙的围隔中,就没有水华出现。已经出现水华的围隔,放入适当密度的鲢或/和鳙后,在短期内水华又复消失;而放入草鱼的围隔,则水华始终持续,不受影响。说明鲢和鳙能有效地遏制微囊藻水华。鲢、鳙遏制水华的有效放养密度(亦即有效生物量)为46-50 g·m-3。东湖湖泊中鲢、鳙的生物量,直到1985年才达到这个水平,所以1985年湖里反常地没有出现水华。往后的年份,东湖的鱼产量越来越高,也就是湖里鲢、鳙的生物量越来越大,所以迄今没有微囊藻卷土重来的机会。东湖的水质和其他非生物条件仍适于蓝藻水华的发生与发展,如果东湖鲢、鳙的产量下降到阈值以下,亦即降到1985年以前1 000 t水平。

武汉市解放公园池塘的微囊藻水华及其毒性变化的生态研究

报道了一小型富营养化公园池塘中(年度总氮、总磷的平均值分别为6.1和1.79 mg·L^(-1))微囊藻水华及其毒性变化的生态研究结果,水华中铜绿微囊藻的多度大于90％。水华集中在5～10月间(水温在16～33℃之间)暴发,共出现了3个显著的生长峰,3个峰的叶绿素a含量分别为0.73,1.44和1.30 mg·L^(-1);该池塘中磷与水华没有相关性,铵氮则明显影响水华的发生与消亡,9.5～10.75 mg·L^(-1)浓度的铵氮促进微囊藻水华的暴发,按氮低于0.89 mg·L^(-1)时,微囊藻水华的发生受到限制,也就是说,高浓度的按氮是水华的“促进因子”,低浓度的铵氮是水华的“限制因子”,水华期间藻细胞的毒性呈逐步升高的趋势,但毒性峰的位置总是滞后于生长峰,而且是生长峰越大滞后的时间越长。

不同浓度微囊藻水华在曝气扰动下的光合作用

水动力扰动可以调控蓝藻水华,该文为研究不同浓度微囊藻水华在曝气扰动下的光合作用,获得适宜的影响微囊藻水华中浮游植物变化的初始藻类浓度,于2019年8月10日-9月15日在玻璃温室中进行曝气扰动实验。实验按微囊藻水华初始的叶绿素a(Chl a)浓度分为低、中、高3个梯度处理组:68.37、468.67、924.09μg/L,浓度从低到高依次编号为处理组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,均进行曝气扰动。结果表明,处理Ⅲ的最大光合作用能力Fv/Fm显著低于处理Ⅰ和Ⅱ(p<0.05)。浮游植物快速光响应曲线的3个特征参数α、ETRmax和Ik值方面,处理Ⅰ、Ⅱ中蓝藻的α、ETR_(max)、Ik值均显著低于处理Ⅲ(p<0.05);处理Ⅰ的绿藻的α值、ETRmax、Ik值均显著高于处理Ⅱ和Ⅲ(p<0.05);处理Ⅰ的硅/甲藻的α、ETR_(max)、Ik值显著低于处理Ⅱ、Ⅲ(p<0.05)。在曝气扰动下,微囊藻水华的光合作用受到初始微囊藻水华浓度的影响:在微囊藻水华初始的Chl a浓度为468.67和924.09μg/L时,微囊藻水华出现显著的绿藻、硅/甲藻的光合作用,即这2个浓度下蓝藻水华的藻类群落结构趋向多样化,有助于对蓝藻水华形成有效控制。

洱海微囊藻水华的水生态风险评估研究

以洱海微囊藻水华为研究对象,借鉴生态毒理学风险评估思路对藻类水华的水生态风险进行评价。研究通过暴露实验以及查阅文献获取了微囊藻水华对底栖动物、浮游动物、鱼类和沉水植物的效应数据,采用毒性百分数排序法推导了洱海微囊藻水华的急性和慢性效应藻密度,用风险商值评估微囊藻水华密度的水生态风险。进一步结合水华盖度和持续时间制定了微囊藻水华的急性、慢性生态风险评价表。研究结果表明,微囊藻水华的急性生态风险分为低中高三级,分别为微囊藻藻密度小于3.4×10~6 cells/L为低风险,微囊藻藻密度在3.4×10~6—3.4×10~7 cells/L之间为中风险,微囊藻密度大于3.4×10~7 cells/L为高风险。慢性生态风险同样分为低中高三级,分别为微囊藻藻密度小于1.1×10~6 cells/L为低风险,微囊藻藻密度在1.1×106—1.1×10~7 cells/L为中风险,微囊藻密度大于1.1×10~7 cells/L为高风险。实际应用中需综合微囊藻水华密度、面积和持续时间,制定洱海微囊藻水华水生态风险评价标准。当微囊藻水华处于中风险状态时,应启动预警、强化水质管理和生物抑制措施,当处于高风险状态时,应采取水华的应急处理措施。研究结果有助于洱海微囊藻水华的科学管理。

微囊藻水华叠加对太湖沉积物中细菌垂直分布的影响

为研究微囊藻水华爆发对沉积物中细菌的影响,加强对富营养化湖泊细菌生态分布和环境调控原理的认识,选取太湖竺山湾沉积物柱状样,经添加高浓度微囊藻培养后,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis;PCR-DGGE)方法,分析细菌在沉积物中的垂直分布特征。结果显示,微囊藻水华叠加对于沉积物剖面表层细菌群落结构影响很小,对沉积物中细菌垂直分布的影响不大,仅在7～9cm深度之间有一定影响。

细菌群落组成对微囊藻水华分解过程的响应

为探究细菌群落组成对微囊藻水华腐败分解过程的响应,在太湖梅梁湾沿岸进行为期11 d的原位围隔实验,模拟蓝藻水华聚集分解过程,并监测了此过程中水体环境因子和细菌群落组成.结果表明,水体理化因子和细菌群落组成在微囊藻水华分解的过程中发生了显著变化.冗余分析显示细菌的群落组成与水体氧化还原环境(溶解氧或氧化还原电位)、pH值、浮游植物生物量和营养盐浓度(总磷、硝态氮浓度)密切相关.研究还发现了某些与微囊藻水华分解密切相关的特殊细菌类群,其中隶属于黄杆菌科(拟杆菌门)的一个类群在微囊藻厌氧分解的阶段占据显著优势,其功能有待于进一步研究.

太湖微囊藻水华暴发现状及其研究进展

微囊藻水华对人们的生产生活造成了很大的危害。对于微囊藻水华的治理和修复,国内外已开展了大量的研究,但仍不能解决眼下的微囊藻水华暴发问题。另外,微囊藻水华的暴发与风浪扰动、营养盐、水体温度、光照及其他生物等诸多环境因素密切相关,探讨微囊藻水华的暴发机理对于治理和修复微囊藻水华也有着极为重要的意义。

大沙河水库微囊藻水华期间重金属在食物链中的传递特征

为了解大沙河水库微囊藻水华期间重金属在食物链中的传递特征,于2016年5月对出现肉眼可观的轻度微囊藻水华的大沙河水库的进行微囊藻,浮游动物,鱼类采集,通过测定其重金属(Fe、Cr、Cd、Pb、Ni、Cu、Zn、Mn、Co),并结合水体中相关水质参数,探讨大沙河水库微囊藻水华期间重金属在食物链中的传递和富集特征。结果表明:微囊藻Fe、Mu、Zn、Cu含量较高,平均值分别为616.78 mg/kg,24.88 mg/kg,72.19 mg/kg,24.88 mg/kg,32.44 mg/kg,重金属的富集系数最低值为7.1×10~2,其主要根源是由于水库环境中,富营养化水平水间接影响微囊藻对Fe、Mu、Zn、Cu的富集。蓝藻对Cd、Cr、Pb毒性元素的富集含量超过国家食品安全标准,它们的富集系数为平均值6.52×105,且表明低浓度毒性金属元素对生物体的危害风险高于有益元素;大沙河水库蓝藻水华期间,重金属在食物链中的传递特征浮游生物>鱼类,其主要原因是,本研究所采集得到的鱼类都是未成熟鱼体,个体小,在蓝藻水华期间,并未大量摄食蓝藻及浮游动物为食,从而导致其体内重金属含量较低。

曝气扰动下弱光照促进蓝藻水华向硅藻优势演替

为研究持续的曝气扰动下,遮光和蓝藻水华浓度对蓝藻水华尤其藻类群落结构的影响,在玻璃温室中进行蓝藻门微囊藻属(Microcystis)水华的调控实验。实验为2个藻类浓度和2个光照强度的正交实验,共4个处理。按微囊藻水华初始浓度分为低浓度(处理Ⅰ、Ⅲ)和高浓度(处理Ⅱ、Ⅳ),以叶绿素a(Chla)浓度分别表示为384.32μg·L^(-1)和736.21μg·L^(-1);处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ分别对应弱光条件(遮光率为99.4%)和强光条件(遮光率为72.8%)。实验过程中,各处理Chla浓度由高到低排序为Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ(P<0.01),均出现了微囊藻向其他藻类的演替。其中弱光条件下的处理Ⅰ、Ⅱ以硅藻门菱形藻属(Nitzchia)为最大优势属,其湿质量占比分别达到90.48%±9.29%和93.64%±2.28%。处理Ⅲ、Ⅳ中,蓝藻门仍占最大优势,处理Ⅲ以席藻(Phormidium)为最大优势属,微囊藻和菱形藻次之,处理Ⅳ以微囊藻为最大优势属,菱形藻和席藻次之。研究表明,持续的曝气扰动下,遮光形成的弱光照是影响蓝藻水华向硅藻优势演替的重要因素,利用水动力扰动进行蓝藻水华调控时需要同时考虑弱光照条件和蓝藻水华生物量的影响。

水生所揭示湖泊微表层中环境浓度下阴离子表面活性剂对微囊藻水华毒性的调控作用与机制

近日,中国科学院水生生物研究所李敦海研究团队通过分层采样调查发现,湖泊微表层(Surface microlayer,SML)的阴离子表面活性剂浓度较高(最高达580μg/L),高于其他文献报道的混合水层中LAS浓度。在夏季,富营养化湖泊中的微囊藻大量上浮并滞留在微表层,使得微囊藻和LAS的空间分布显著重叠。因此,在既往研究中,LAS对微囊藻水华生物量增长和毒性的影响可能被严重低估。

铜锈环棱螺控制微囊藻水华的机理研究

通过室内实验研究环棱螺呼吸行为、摄食行为及水体中不同泥沙含量对环棱螺控制微囊藻的效果,揭示铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)对微囊藻水华的控制机理.研究结果表明:环棱螺呼吸过程中截留水中的微囊藻颗粒,形成黏液包裹的高浓度微囊藻团,该行为短时间减少水中的悬浮微囊藻生物量,使水华状态暂时消失.对微囊藻团的摄食是环棱螺去除水体中微囊藻的主要方式,但未被摄食的微囊藻团及粪便颗粒中大量未死亡的微囊藻能迅速在水体中复苏增殖,再次引起微囊藻生物量的增长和水华的暴发.水体泥沙含量的增加改变了微囊藻团及粪便的结构,使得抑制和杀灭微囊藻的效率提升,水华状态彻底消失.

曝气对蓝藻门微囊藻属水华形成过程的影响

为研究曝气是否会促进池塘蓝藻门微囊藻属(Microcystis)水华的发生,于夏季在温室内用玻璃缸进行了实验。实验设1个处理组和1个对照组,均不添加沉积物,各组3个重复。对照组不曝气,处理组进行水产养殖池塘中常见强度的曝气,对照组和处理组均添加2次相同的无机氮(N)、磷(P)营养盐。初始时浮游植物以绿藻为优势,随后对照组和处理组中均逐渐形成微囊藻属优势,其在实验后期成为优势最大的种类(平均湿质量浓度为36.28～75.81 mg·L^(-1))。对照组的溶解氧质量浓度显著高于处理组(P<0.05),叶绿素a、浮游植物总湿质量浓度、蓝藻湿质量浓度、绿藻湿质量浓度、微囊藻占藻类总湿质量的比例以及浮游动物等均无显著差异(P>0.05)。表明曝气对浮游植物由绿藻门优势向微囊藻优势的转变,即微囊藻水华的形成过程无直接影响;曝气是否存在均可以形成微囊藻优势;曝气主要改变了微囊藻在水中的分布。