固定化培养中氮磷浓度对钝顶螺旋藻生长及其代谢产物和叶绿素荧光参数的影响

该研究以钝顶螺旋藻为实验对象,探究培养基中不同氮浓度(5、15、30、45 mmol·L^(-1))和磷浓度(0.5、1.5、3.0、4.5 mmol·L^(-1))对固定化生物膜培养模式下螺旋藻生长及其代谢产物和叶绿素荧光参数的影响,为生产实际中规模化高效培养螺旋藻提供理论依据。结果表明:(1)随着氮、磷浓度的升高,螺旋藻的生物量密度和产率先增高后降低,并在30 mmol·L^(-1)氮和3.0 mmol·L^(-1)磷处理时达到最大值;低氮、低磷条件会影响螺旋藻的藻体结构,表现为单细胞藻丝变短,螺旋变少,导致生物膜细胞密度降低。(2)与生物量变化趋势一致,螺旋藻光合色素含量随着培养基中氮、磷浓度的增加呈先升后降的变化趋势,且均在30 mmol·L^(-1)氮或者3.0 mmol·L^(-1)磷条件下达到最大值。(3)培养基中磷浓度固定时,螺旋藻的PSⅡ反应中心最大光能转化效率(F v/F m)和电子传递速率(ETR)随着氮浓度增加而增大,氮的缺乏会影响光合色素的合成,进而削弱螺旋藻光合作用;培养基中氮浓度固定时,螺旋藻的F v/F m和ETR随着磷浓度的增加呈现先升后降的趋势。(4)低氮、低磷条件下虽不利于可溶性蛋白的增加,却可以刺激可溶性多糖的积累,并且磷源限制程度越严重,螺旋藻蛋白质含量越低,多糖含量越高。研究认为,调节营养液中氮、磷浓度可定向诱导螺旋藻蛋白和多糖等高值化产物的合成,生产中可通过调控氮、磷浓度来促进相应目标产物的合成积累;螺旋藻生物膜对氮浓度的耐受程度较磷浓度更强,螺旋藻叶绿素荧光参数在高氮(45 mmol·L^(-1))培养下均较高,同时生物质产量也较高。

姜佩华,池泽涌,熊玉江,等.芳溪湖流域稻田排水氮磷浓度时空变化特征研究[J].节水灌溉,2023(5):39-45.DOI:10.12396/jsgg.2022298.

为了探究平原圩区稻田氮磷流失机制,以江西省芳溪湖流域作为典型研究区,开展不同尺度稻田排水氮磷浓度时空变化特征研究。结果表明:在时间尺度上,排水总氮、氨氮平均浓度最高值出现在5月和7月;硝氮变化趋势为先降低后升高,最低浓度出现在8月份;总磷浓度变化趋势为先上升后下降,最高值出现于8月;排水中氨氮/硝氮比例随时间总体表现出先升高后降低的特征,最大比例出现在8月份。在空间尺度上,排水总氮、氨氮和总磷浓度的中位值表现为干沟尺度>田间尺度>流域尺度>斗沟尺度。农田排水氮磷浓度的时空变化过程复杂,在水稻不同生育阶段和不同空间尺度上存在较大差异,施肥和降雨过程对流域氮磷浓度有较大影响,因此需要在种植过程中加强田间养分和水分管理,合理控制排水时间,建议在施肥16 d后排水;降雨过程整体呈现“降-升-降”的变化趋势,建议稻田涝水在2~4 d内排出。

氮磷浓度对藻-溞-草间相互作用的影响

为了解氮磷浓度对生物操纵效果的影响,以小球藻、大型溞和金鱼藻分别作为浮游植物、浮游动物和大型沉水植物的代表,建立了它们之间相互作用的水生微宇宙模型。研究了在25℃、2000—3000 lx的温度和光照下,不同氮磷浓度对三者生长的影响。结果表明:两者共培养时,在高氮(10.5 mg/L)条件下,磷浓度小于0.1 mg/L对大型溞繁殖和金鱼藻的生长有利;磷浓度介于0.1—2 mg/L时小球藻呈大暴发趋势,而金鱼藻的生长则明显受抑制。在低氮(0.5 mg/L)条件下,磷浓度不大于0.5 mg/L,大型溞对小球藻有较好的抑制作用,金鱼藻与小球藻无显著互抑现象;磷浓度增大为2 mg/L时,小球藻对金鱼藻生长产生明显抑制。在0.05—2 mg/L的磷浓度范围及高氮和低氮条件下三者共培养时,大型溞数量及金鱼藻生物量均不同程度的升高,且小球藻数量得到了有效抑制,以磷浓度为0.1—0.5 mg/L时效果最佳;N/P比值对藻、溞、草间的相互作用有重要影响,在藻-溞系统中,大型沉水植物的加入可以大大提高控藻效果,减小N/P比值波动带来的不利影响。与低氮情况相比,高氮条件对金鱼藻、大型溞及小球藻的增长均存在一定抑制作用。磷浓度为0.5 mg/L时的水体氮磷去除效果好于其他磷浓度梯度。

交替冻融对东北地区典型土壤氮磷浓度的影响

研究了交替冻融对东北地区黑土、暗棕壤和水稻土中的全氮、有效氮、全磷和有效磷的影响。结果表明,经过15次交替冻融后,三种类型土壤的全氮浓度均未发生明显变化,说明在交替冻融过程中,硝化与反硝化共同作用并不明显。由于冻融作用增强土壤释水性和水分渗透性,经15次交替冻融后,黑土、暗棕壤和水稻土的有效氮浓度均有所升高,以水稻土最显著,上升了31.25%。三种土壤全磷浓度均在初次冻融后大幅增高,总体呈升高趋势,分析原因主要是冻融作用破坏了土壤团聚体,增加了与消化液反应的机会。经15次交替冻融后,黑土和水稻土的有效磷浓度分别上升17.72%和56.16%,暗棕壤的有效磷浓度下降35.19%,这说明交替冻融过程中土壤有效磷的变化不但取决于土壤的C/P,还受土地利用类型的影响,林地的有效磷浓度可能由于发生磷的净固定而降低。

温度和氮磷浓度对平裂藻和栅藻生长及竞争的影响

为了解温度及氮磷浓度对平裂藻和栅藻生长及竞争的影响,分别在18、25和35℃条件下,以BG11培养基为基础,设置了不同的氮磷浓度组,进行了2种藻的单独培养试验和混合培养试验,结果表明:在纯培养条件下,低营养浓度组(磷浓度分别为0.1和0.5 mg/L)平裂藻在3种温度下基本停止生长,高营养盐浓度组(磷浓度分别为1.0和1.5 mg/L)除18℃1.0 mg/L组停止生长外,其余均能正常生长增殖,且细胞最大密度表现为25℃>18℃>35℃,1.5和1.0 mg/L浓度组细胞生长差异不显著。栅藻在纯培养条件下,细胞密度总体表现为随着营养盐浓度升高而增加的趋势,细胞最大密度表现为18℃>25℃>35℃。在混合培养试验中,除35℃、1.5 mg/L组平裂藻对栅藻的竞争抑制参数大于栅藻对平裂藻的竞争抑制参数外,其余试验组均表现为栅藻受平裂藻影响较小。在混合培养体系中,0.1 mg/L组平裂藻仍基本停止生长,0.5 mg/L组受栅藻的刺激作用,生长优于纯培养体系。1.0和1.5 mg/L组均受栅藻的抑制作用,且浓度越高抑制作用越强。

小麦生长季节太湖地区土壤溶液中氮磷浓度的变化

利用原状土柱通过人工灌溉 ,研究了不同施肥处理下太湖地区典型水稻土 (黄泥土 )在小麦生长季节中表层和底层土壤溶液中不同形态氮磷浓度的变化。氮磷钾肥的施用按基肥、拔节肥、穗肥 5∶3∶2的比例分次施用。结果表明 ,在小麦分蘖期、拔节期、抽穗期 ,表层土壤溶液中总磷浓度和铵态氮浓度逐渐提高 ;表层土壤溶液中硝态氮浓度和底层土壤溶液中各形态氮和磷的浓度均没有显著变化 ;土壤溶液中氮磷形态以有机态氮和无机态磷为主。提示 :太湖地区小麦生长季节土壤氮磷向水体迁移的环境风险在小麦抽穗期后相对较高。

两种氮水平下CO_2浓度升高对冬小麦生长和氮磷浓度的影响

预计到 2 1世纪末期大气CO2 浓度将会比目前水平增加 1倍 ,约 70 0 μmolmol- 1 左右。因此CO2 浓度升高对作物的影响研究十分重要。本文探讨在两种氮 (N)水平下 ,CO2 浓度升高对冬小麦 (TriticumaestivumL cv Xinong 872 7)生长和地上部N、磷 (P)浓度的影响及原因。试验设 3 5 0 μmolmol- 1 和 70 0 μmolmol- 1 两种CO2 浓度水平和 45kghm- 2 和 90kghm- 2 两种N肥施用水平。结果表明 ,CO2 浓度升高 ,冬小麦株高和叶面积指数 (LAI)均增加 ,净同化率 (NAR)值增加 ,叶面积比率 (LAR)下降 ,比叶重 (SLW )不增加。高CO2 浓度对相对生长率 (RGR)的影响因施N水平而异 ,低N时RGR不增加 ,高N时明显增加。CO2 浓度增加 ,小麦抽穗提早 7～ 8d ,叶鞘、茎杆和地上部干物重提高 ,叶片、叶鞘和茎杆N、P浓度降低 ,但叶片、叶鞘和茎杆N、P吸收量增加均不明显。CO2 浓度升高 ,氮磷利用效率 (NUE和PUE)提高 ,而对相对氮磷累积速率 (RNAR和RPAR)影响不大。高CO2 浓度冬小麦体内N、P浓度下降是由于稀释效应以及NUE和PUE提高之故。

基于Hyperion影像的射阳河口无机氮磷浓度反演研究

利用射阳河口实测光谱及模拟Hyperion光谱数据与表层水体无机氮磷营养盐浓度进行相关性分析,以及氮磷与悬沙浓度的光谱相关性分析,构建定量模型,实现了射阳河口水体无机氮磷浓度的定量反演。结果表明:现场实测光谱反射率与氮、磷浓度以及悬沙浓度间的相关性具有很强的相似性,相关系数曲线的变化趋势几乎完全一致。对Hyperion的各波段与896nm间进行了9种波段组合与氮磷浓度进行相关性分析,相关系数最大的因子为中心波长为428nm波段与896nm波段光谱反射率的归一化差值指数因子(F3(428,896)),分别为0.80与0.79。以F3(428,896)因子构建线性模型,模型检验的相对RMSE分别为36.63%和47.33%,反映了模型具有良好的预测精度。同时,模型充分显示了河口氮磷含量与悬沙浓度的高度相关性以及氮磷含量本身的高相关性。

观山湖氮磷浓度与水质因子关系研究

[目的]研究观山湖氮磷浓度与水质因子的关系。[方法]对观山湖水体氮磷及相关水质因子进行了含量监测,分析观山湖氮磷浓度水质特征及水体中氮磷不同形态浓度与水质因子之间的相关性,利用多元逐步回归方程分别建立氮磷浓度与水质因子的关系。[结果]亚硝酸盐氮(NO_2^--N)与总氮(TN)呈显著负相关,硝酸盐氮(NO_3^--N)与叶绿素a(Chla)、总磷(TP)及氨氮(NH_4^+-N)均呈显著正相关,氨氮(NH_4^+-N)与叶绿素a(Chla)及硝酸盐氮(NO_3^--N)也呈显著性正相关,氨氮(NH_4^+-N)的模型中仅与叶绿素a(Chla)有关。总磷(TP)浓度与叶绿素a(Chla)、可溶性磷(DP)、硝酸盐氮(NO_3^--N)呈显著正相关,可溶性磷(DP)与叶绿素a(Chla)及硝酸盐氮(NO_3^--N)呈正相关。总磷(TP)和可溶性磷(DP)的模型都仅与叶绿素a(Chla)有关。[结论]观山湖总体水质良好,未达到富营养化。

A^2/O法过程控制及氮磷浓度的在线测定

Ａ２Ｏ法是目前生物脱氮除磷工艺中应用较多的一种方法。由于生物脱氮除磷工艺较之传统活性污泥法远为复杂，用传统经验方法来运行脱氮除磷的污水厂已越来越不能满足工艺过程的要求。连续地测定曝气池中的溶解氧浓度、ＮＨ＋４－Ｎ浓度、ＮＯ－３－Ｎ浓度、ＰＯ３－４－Ｐ浓度并据此调节供氧强度和内回流流量以及硝化区和反硝化区的大小从而对整个工艺过程进行控制已成为保证Ａ２Ｏ工艺良好处理效果的重要手段。本文论述了Ａ２Ｏ法基本的影响因素及其过程控制思想，对工艺过程中氮磷浓度的在线测定作了介绍，并对如何借助氮浓度的在线测定优化工艺操作作了具体说明。

宁夏段黄河水中氮磷浓度及其赋存形态特征

为了探讨宁夏段黄河水中氮磷浓度变化动态及其赋存形态,采用定位监测取样的方法,于2015年5~10月动态观测了该流域上、中、下游黄河水中总氮(TN)、溶解性总氮(DTN)、颗粒态总氮(PTN)、溶解性有机态氮(DON)、NO_3^--N、NH_4^+-N、总磷(TP)、颗粒态总磷(PTP)、溶解性总磷(DTP)的质量浓度,分析了其主要赋存形态与相互关系。结果表明:干流和干渠黄河水中不同形态氮磷的质量浓度呈明显动态变化,其大小与降水量密切相关。黄河水中氮形态包括TN、DTN(包括NO_3^--N、NH_4^+-N和DON,以NO_3^--N为主)和PTN,磷形态包括TP、DTP和PTP,DTN和PTP分别为氮磷主要赋存形态。干流和干渠黄河水中TN与DTN极显著相关,与PTN、NO_3^--N显著相关;干流和干渠DTN与NO_3^--N、DON极显著相关;干流和干渠TP与PTP均呈极显著相关。2013—2015年宁夏灌区黄河水灌溉单位面积农田平均输入N 27.92kg/hm^2、P2O57.74 kg/hm^2。本研究为宁夏段黄河水质监测和农田氮磷化肥减施替代提供数据参考。

氮磷浓度对筒柱藻生长及理化成分的影响

本文探索了不同氮磷浓度对筒柱藻生长及其理化成分的影响。结果表明:筒柱藻生长的适宜氮浓度和磷浓度分别为440μM、9.08μM,而在氮浓度为880μM或磷浓度为72.64μM时,叶绿素含量、胞内蛋白、胞内多糖及胞外多糖的含量达到最大值。

不同氮磷浓度梯度对礁膜配子体生长的影响

为探索礁膜(Monostroma nitidium)配子体生长的适宜氮、磷浓度需求,以NaNO3为氮源、KH2PO4为磷源,在不同氮(0、10、20、40、60、80μmol/L)、磷(0.5、1、2μmol/L)浓度梯度下,室内培养礁膜配子体7d,测定各处理组藻体的生长率、光合色素(叶绿素a、b和类胡萝卜素)和可溶性糖。结果表明,藻体生长最适氮、磷浓度比值为20∶1;且氮浓度为20μmol/L、磷浓度为1μmol/L时,礁膜配子体生长率取得最大值(13.80%/d);氮浓度为20μmol/L、磷浓度为2μmol/L时,藻体光合色素含量最高(分别为0.320 7mg/g、0.170 8mg/g和0.103 6mg/g);氮浓度为0μmol/L、磷浓度为2μmol/L时,藻体可溶性糖含量最高(19.03mg/mL)。

灌溉方式对施肥时期田面水氮磷浓度及水稻生育性状影响分析

因灌溉导致的稻田氮磷流失是造成地表水富营养化的主要原因,合理利用稻田排水不仅可以节约水资源,减少水污染,同时也能有效控制稻田氮磷含量,促进水稻生长发育。本文主要通过稻田排水再灌溉试验以及肥料减量措施,研究灌溉方式对施肥时期田面水氮磷浓度及水稻生育性状影响。

不同水文条件下光养生物膜藻类对氮、磷营养盐的响应

揭示生物膜藻类对河流水体流态与营养盐的响应,为河流生物膜藻类研究及生物多样性保护提供依据。在微型跑道池模拟流水(0.5 m/s)和静水(0 m/s)条件的基础上,通过设置不同浓度氮(1.51、2.51和5.51 mg/L)、磷(0.1、0.2和0.4 mg/L)及氮磷比(8、16和32)环境培养野外采集的原位生物膜并铺设人工基质,探究流速差异和营养浓度对河流光养生物膜藻类物种组成及密度的影响。非度量多维排序(NMDS)分析结果表明,无论流速还是非流速环境下,原位和建群生物膜藻类群落在不同氮、磷和氮磷比环境中均呈现明显分离(P<0.001),且建群生物膜中各分组藻类群落具有更明显的差异。双因素方差分析结果表明,磷与流速单一及交互效应显著影响藻类的生长及建群(P<0.001);而氮处理中,氮与流速的交互效应仅对建群生物膜藻类影响显著(P<0.001)。同时,还发现生物膜中硅藻、蓝藻和绿藻的生长对营养盐与流速变化的响应并不一致,其中非流速-高氮、磷营养盐更适宜于蓝藻和绿藻的生长。总之,差异流速和氮、磷浓度变化影响了光养生物膜藻类的响应模式,且建群初期的生物膜藻类对外界环境变化敏感。

大凌河流域河流中氮磷变化特征分析

研究分析了大凌河流域2008—2021年丰-枯水期的TP、NO_(3)-N、NH_(3)-N、TN质量浓度分布和变化特征,按不同河段的河流特点将大凌河划分成上、中、下游段,按水流来源可以划分成西支、第二牤牛河、老虎山河、牤牛河、细河、大凌河干流。结果表明:1)2013年枯水期第二牤牛河TN质量浓度达到最大值8.12 mg/L,2009年西支TP质量浓度达到最大值0.16 mg/L,丰-枯水期大凌河TP质量浓度为0.02~0.16 mg/L,波动变化较小;2009年西支NH_(3)-N质量浓度达到最大1.72 mg/L,2019—2021年NH_(3)-N总体小于0.5 mg/L,符合Ⅲ类水要求。2)大凌河流域氮、磷质量浓度季节性变化明显,变幅丰水期<枯水期;丰水期的氮、磷质量浓度中游<上游<下游,枯水期的氮、磷质量浓度上游<中游<下游;大凌河上游及沿岸城市氮、磷浓度明显高于其它点位,且丰水期更加显著。

污水氮磷浓度对云南本地浮萍生长及氮磷去除的影响

为揭示污水氮磷浓度对不同浮萍生长及水处理的影响规律,研究了户外条件下云南本地的4个浮萍品种,本地绿萍(Lemna japonica)、本地少根(Landoltia punctata)、本地多根(Spir odela polyrhiza)和本地芜萍(Woffi a globosa)在不同氮磷浓度污水中的生长情况.结果表明:随着污水氮磷浓度升高,浮萍处理系统对氮磷的去除总量升高,利用率降低;不同浮萍品种在不同氮磷浓度污水中的最大生长速率、氮磷含量和氮磷固定能力存在明显的种属差异.其中本地多根有最高的生长速率(7.38 g m-2 d-1)和氮固定能力(336.47 mg m-2 d-1),本地绿萍有最高的磷含量(2.35%)和磷固定能力(123.07 mg m-2 d-1),本地芜萍有最高的蛋白含量(37.32%).针对本地绿萍的进一步研究表明:本地绿萍在不同氮磷浓度污水中的生长与体内的氮磷含量和pH有关,高氮磷含量的本地绿萍可以利用体内储存的氮磷在寡营养水体中短时间内进行快速生长;废水的氨氮浓度小于20 mg L-1,pH 8(±0.5)时本地绿萍生长较快;当废水氨氮浓度大于20 mg L-1时,pH 6.5(±0.5)时可防止NH4+大量转化为NH3,减少对本地绿萍的毒害作用.本研究揭示了污水氮磷浓度对不同浮萍品种的生长、氮磷含量和氮磷去除的影响不同,实际应用中可根据不同的目的选用不同的浮萍品种.

不同氮磷浓度下周丛生物对水体中磺胺和恩诺沙星的去除

周丛生物膜是一种对水体污染物净化的新兴生物技术。有关水体不同氮磷营养水平下周丛生物对水体抗生素类污染物去除作用的研究还未见报道。本研究设置4个氮磷营养盐浓度水平[N-P (mg·L^(-1)):2-0.2、5-0.5、8-0.8、11-1.1],用塑料筐装置在室外培养周丛生物膜,对其生长、光合活力、物种组成以及对磺胺和恩诺沙星去除作用进行中型模拟试验。结果表明:各处理组中周丛生物的生物量随培养时间的增加而升高,光合色素含量和光合活力则呈现先降低后上升的"单峰"模式,表明生物膜中的藻类会受到抗生素的胁迫,但可快速适应并恢复活力。除此之外,不同氮磷浓度处理造成各组生物群落组成差异,随营养盐浓度的升高,周丛藻类物种丰富度逐渐下降,但各处理胶网藻和小球藻都具有较高的相对丰度;16S rRNA高通量测序发现,根瘤菌科、放线菌门和莫拉氏菌科菌群在(N-P)2-0.2组显著富集,而几丁质嗜菌科在4个处理中的相对丰度都处在最高水平。所有处理的磺胺去除率均高于50%,而恩诺沙星去除率均达到90%以上,其中,(N-P)2-0.2 mg·L^(-1)组对磺胺的去除率(65.8%)显著高于其他各组,但各处理对恩诺沙星的去除率差异不显著,表明周丛生物在较宽的N-P营养水平范围内对磺胺和恩诺沙星均具有良好的去除能力。各处理组对水体可溶性氮的去除效果不明显,但对可溶性磷的去除效果显著。本研究为水体磺胺和恩诺沙星的生态去除提供了基础数据,为研发水体抗生素类新型污染物生态去除技术提供了新思路。

高浓度氨氮或磷胁迫对亚洲苦草生理特性的影响

为阐明富营养化水体中沉水植物消失的机理,以高等水生植物亚洲苦草(Vallisneria asiatica)为研究对象,通过室内模拟试验,研究了富营养化水体中高浓度氨氮或高浓度磷胁迫对亚洲苦草生理特性的影响。结果表明:与中浓度氮、磷营养盐(1.50mg/L的NO_3^--N和0.10mg/L的PO_4^(3-)-P)处理相比,高浓度氨氮(3.50mg/L的NH+4-N)和高浓度磷(0.60mg/L的PO_4^(3-)-P)都对亚洲苦草造成了严重的氧化胁迫,导致亚洲苦草叶片中叶绿素a和蛋白质含量减少,过氧化氢酶(CAT)活性增加;过高浓度的氨氮或磷虽然可以激活亚洲苦草的抗氧化保护体系,但是不能避免亚洲苦草受到氧化损伤;在富营养化水体中进行亚洲苦草恢复时,氮、磷营养盐浓度的双重控制是保证亚洲苦草成功恢复的非常重要的前提。

南流江干流氮、磷浓度变化趋势分析

基于南流江干流六司桥、横塘、江口大桥、南域和亚桥5个断面2015~2019年氨氮和总磷浓度数据,采用spearman秩相关系数法探究南流江干流氮、磷浓度的年际变化趋势和年内变化规律。结果表明:研究期间,南流江干流水体的氨氮浓度空间差异明显,上、中游的氨氮浓度远高于下游,总磷浓度在南流江干流整体都较高;研究期间,南流江干流的氨氮浓度整体呈现下降趋势,中上游总磷浓度整体呈下降趋势,下游总磷浓度呈上升趋势;南流江干流氨氮浓度总体枯水期高于丰水期,但丰水期也会有断面氨氮浓度较高情况出现,总磷浓度总体上丰水期高于枯水期。2019年年内南流江干流氨氮和总磷浓度整体呈现下降趋势。