寒区湖泊冰封期与非冰封期蓝藻群落特征分析

以蓝藻越冬的群落变化特征为基础,为揭示不同湖泊水生态变化,于2022年1月和7月在岱海、乌梁素海和南海湖共选取10个采样点采集上层水与底泥样品,开展了内蒙湖区不同类型湖泊冰封与非冰封时期蓝藻群落结构、丰度变化和多样性的研究。结果表明:蓝藻经历了湖泊冰封期与非冰封期,丰度和多样性都发生了较大变化,可以很好地解释湖泊水生态变化情况,乌梁素海和南海湖非冰封期蓝藻丰度显著高于冰封期,而岱海因其湖泊水质的特殊性,冰封期水体蓝藻丰度显著高于非冰封期水体,而非冰封期底泥蓝藻丰度显著高于冰封期。不同时期不同湖泊蓝藻优势属的生态位宽度不尽相同,非冰封期和冰封期岱海和南海湖优势蓝藻普遍可利用多种资源,而乌梁素海优势蓝藻实际可利用资源较少。根据中性模型和冗余分析可知,非冰封期的乌梁素海和南海湖水体和底泥更多地受到随机过程的影响,相比之下,岱海底泥和南海湖水体则更多地受环境因素的制约;寒区湖泊蓝藻群落的组成、结构及影响因素存在季节差异,水温、总氮、氨氮和pH起到了关键作用。研究结果可为寒区湖泊水生态保护治理提供参考。

中国蓝藻新记录种--纤细双色藻(Cyanobium gracile)

随着基因测序技术的发展,环境中一些微藻不断被发现,超微蓝藻便是其中之一,但关于超微蓝藻的多相分类学研究在我国报道较少。本研究首次在某自来水厂分离纯化获得了一株超微蓝藻藻株Cyanobium gracile HNU001,并对其形态学、超微结构和分子特征进行了研究。形态学研究发现,其藻细胞呈椭圆形或椭球形,在分裂过程中平行于短的细胞轴对称存在;超微结构显示了细胞二分裂繁殖以及类囊体膜平行于细胞膜排列;16S rRNA基因序列显示,该藻株与双色藻属Cyanobium的序列相似性大于99.9%,分子系统树聚为一束;该藻株与Cyanobium gracile PCC 6307的D1-D1′、Box-B螺旋结构一致。综合以上结果,将其命名为纤细双色藻(Cyanobium gracile),是在我国的首次报道。

湖库型水源地蓝藻水华应急处置技术研究进展

湖库型水源地不同水域(取水口、湖/库区、湾区)对蓝藻水华灾害的容忍度以及对生态安全的需求具有空间异质性,对应急处置技术的过程选择与实际应用提出更为精准的技术要求.当前蓝藻水华应急处置技术种类繁多,面对湖库型水源地蓝藻水华暴发的特殊情景,如何针对不同水域选择高效且安全的应急处置技术是应急主体所面临的技术难题.本文首先从藻水快速分离、环境因素调节与生理生长抑制三个主要方面详细阐述当前蓝藻水华应急处置技术的理论基础,为技术筛选与应用选择提供理论依据;其次,按照空间异质性对湖库水源地不同处置区域进行划分,为高敏感取水口水域推荐拦截、打捞、过滤与引清调度等处置技术,为湖/库区梳理曝气推流、加压控藻、超声波、气浮与磁分离等处置技术,为湾区总结絮凝、改性粘土、化学氧化、光催化氧化、植物化感与微生物控藻等处置技术;最后,综合比选各项技术在不同水域施用的技术要求、技术优点、作用时间与应用成本等,为湖库型水源地蓝藻水华应急处置技术筛选与应用发展提供参考依据.

水产养殖池塘蓝藻水华的危害及生物防治措施研究进展

蓝藻水华是池塘养殖生产中常见且严重的环境问题之一,不仅破坏池塘水环境还对养殖动物的生长产生不利影响,降低水产品质量同时给养殖户造成严重经济损失。因此,有效进行蓝藻水华的综合防控,保障养殖生产和维护生态环境健康成为一个关键的技术问题。生物防控是目前行之有效的方法之一,在控制蓝藻暴发并利用其初级生产力方面具有重要作用。分析池塘蓝藻水华产生原因、危害及生物调控防治方法的研究进展,指出生物防治技术具有可持续性和环境友好性的特点,是当前防治蓝藻水华最有效的途径。未来需进一步拓展生物防治蓝藻水华的理论基础和应用技术,为水产养殖池塘蓝藻水华的综合防控提供更有效的解决方案。

湖库蓝藻水华控制技术发展、应用及展望

蓝藻水华暴发会引起供水系统堵塞、水体异味、水生生物死亡等一系列生态环境问题,严重时还将威胁饮用水安全,因此采取切实有效的蓝藻水华控制技术对蓝藻水华防控至关重要。通过文献调研系统梳理了国内外蓝藻水华控制技术发展历程,综述了典型蓝藻水华控制技术及其适用范围、应用情况及优缺点等。结果表明:蓝藻水华控制技术总体分为物理控藻技术、化学控藻技术和生物控藻技术。从技术文献关键词时间发展脉络看,2010年之前国外蓝藻水华控制技术关键词多集中在絮凝、混凝等化学控藻技术,2010年后向水生植物抑藻等生物控藻技术发展;我国蓝藻水华控制技术关键词2010年前主要集中在鲢鳙鱼控藻、水生植物抑藻等生物控藻技术,2010年后超声波、机械除藻等物理控藻技术和絮凝等化学控藻技术快速发展,2015年后物理控藻技术进一步发展。国外蓝藻水华控制技术于20世纪50年代起步于化学控藻技术,2000年后研发了超声波、光波等物理控藻技术,2010年后主要以生物控藻和化学控藻技术为主;国内蓝藻水华控制技术于20世纪80年代起步于针对小型水体的生物控藻技术,2000年后逐渐发展为针对大型湖库的机械除藻技术(物理控藻技术)。物理控藻、化学控藻技术的应急效果显著,但物理控藻技术存在成本高、长效性不足等缺点,化学控藻技术存在二次污染风险;而生物控藻技术存在见效慢、有外来物种入侵风险、生态系统被扰乱风险等生态安全问题,目前实际应用案例较少。未来应加快推进蓝藻水华控制技术优化筛选和示范应用,同时开展蓝藻水华控制技术与内外源污染控制、水生态修复等技术的集成应用,提高蓝藻水华控制效果。

结合双线性网络和注意力的蓝藻图像识别方法

针对实际工程环境中采集的蓝藻图像数量不均衡、复杂光照条件影响、蓝藻图像局部区域特征捕捉不全面等问题,提出一种结合双线性网络和注意力的蓝藻图像识别方法。首先构建蓝藻图像数据集,并使用图像增强算法对数据集进行优化,再使用双线性网络充分提取蓝藻图像特征信息,同时结合卷积块注意力机制,聚焦重要的局部特征,忽视无用信息,进一步提升对无蓝藻、颗粒状蓝藻、带状蓝藻和片状蓝藻等4类不同形态蓝藻图像的分类效果。在构建的Algea-ultimate蓝藻数据集上进行实验,结果表明:相比识别效果最好的经典网络模型ResNet18,所提方法在识别准确率上提升7.29%,识别精度有明显提升。识别方法可用于太湖流域水质监测和预警平台中,提供蓝藻图像自动识别功能,为实时监测水体蓝藻形态提供智能化解决方案。

巢湖底泥蓝藻时空分布特征及其环境影响因子

水华蓝藻在浮力下降后会沉入湖底,不但导致底泥污染加重,一些蓝藻细胞在低温和黑暗条件可维持低活性状态休眠越冬,并有可能在温度回升或风浪扰动后上浮至水柱,成为蓝藻水华暴发的种源。为了确定巢湖底泥蓝藻的时空分布特征及其环境影响因子,本研究对巢湖底泥蓝藻开展了8周年的野外调查。结果表明,巢湖底泥蓝藻含量在2016-2023年呈现先升高后下降的变化趋势,2019-2020年达到峰值;底泥蓝藻含量在空间分布上与水体蓝藻含量基本相似,呈现出由西向东逐渐减少的格局;巢湖底泥蓝藻含量季节变化明显,受微囊藻和长孢藻下沉休眠的影响,分别在11月和3月达到峰值,而春季至夏季由于蓝藻复苏上浮,7-8月份达到最低值。逐步回归分析发现,底泥总氮含量、风速、底泥总磷含量、温度可能是影响底泥蓝藻含量时空变化的主要环境因子。研究结果揭示了巢湖水华蓝藻在底泥中的时空分布规律,对湖泊内源污染的管控与蓝藻水华控制具有重要的科学意义。

锑污染物对绿藻及蓝藻的急性毒性效应

为深入了解不同价态锑的水生生态毒性及其影响因素,选用2种绿藻(羊角月牙藻、莱茵衣藻)和2种蓝藻(聚球藻、水华鱼腥藻)作为模式生物,通过测定藻细胞抑制率、叶绿素a、抗氧化酶及观察细胞微观结构,对锑(Ⅲ)和锑(Ⅴ)进行毒性影响研究。结果表明:在2 mg/L锑(Ⅲ)或锑(V)暴露72 h后,锑(Ⅲ)对微藻的抑制率最高达76.6%,而锑(Ⅴ)对微藻的最高抑制率仅为41.0%,且绿藻较蓝藻受锑胁迫更为敏感;微藻的叶绿素a合成及可溶性蛋白含量变化表现出与生长抑制类似的响应规律,相较之下蓝藻的叶绿素a合成受到的影响较绿藻小;绿藻的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性变化规律呈现出低浓度促进高浓度抑制的现象,而蓝藻则不具备统一的变化规律;从亚细胞结构来看,莱茵衣藻的细胞壁、细胞核、叶绿体及其它细胞器均受到了损伤,而聚球藻主要是光合系统受损。

太湖西北部水域湖泛易发期蓝藻情况分析

太湖西北部水域夏季极易爆发蓝藻水华,探究湖泛及蓝藻情况对太湖综合治理意义重大。文章基于2014—2023年巡查监测数据,分析该区域典型年湖泛易发期蓝藻特征,探讨近10年藻密度、湖泛强度、蓝藻形态、气象和水质变化特征。结果表明,湖泛多发于每年的5—7月,藻密度与湖泛强度年际变化基本一致,均呈先升后降的趋势;近年水质改善明显,蓝藻聚集情况有所好转。最后从调水引流、入湖污染控制、蓝藻打捞、禁渔禁捕、监测预警等方面提出建议。

中低分辨率卫星蓝藻水华监测面积校正研究:以GOCI-2为例

面对中低分辨率影像因监测尺度较低而导致其估算湖泊蓝藻水华面积精度较差这一问题,文章以GK 2B卫星上搭载的多光谱成像设备GOCI-2为例,选取太湖研究区,分析了GOCI-2与Sentinel-2卫星遥感影像水华面积提取结果的差异,研究了GOCI-2混合像元中NDVI值与水华面积占比的关系,并进行回归分析;以此为基础构建了面向GOCI-2的水华面积校正模型,并对该模型进行精度验证和比对分析。试验结果表明:混合像元中水华面积占比与NDVI值非线性正相关,直接用NDVI阈值法提取的蓝藻水华面积比实际值偏大;经模型校正后GOCI-2水华面积监测平均精度由67.8%提升到90.0%,且校正模型对NDVI阈值设定不敏感;与EVI、AFAI水华提取算法相比,NDVI能更好的反映出水华在混合像元中的占比。文章的研究成果可为GOCI-2影像在水华监测领域的应用提供一定参考。

聚乳酸微塑料对沉积物中蓝藻复苏的影响

为探究生物可降解聚乳酸微塑料(PLA-MPs)对沉积物蓝藻复苏的影响,构建了室内复苏实验体系,分别向淡水沉积物中加入0(对照)、0.05%、0.5%及5%(w/w)的PLA-MPs,并在15℃光照强度为40μE/(m^(2)·s)条件下培养50d.结果表明,0.5%和5%PLA-MPs处理组均显著升高了上覆水的氨氮(NH_(4)^(+)-N)和硝氮(NO_(3)^(-)-N)含量(P<0.05),实验结束时两组上覆水的NH_(4)^(+)-N含量分别是对照组的61.19、84.94倍,NO_(3)^(-)-N含量分别是对照组的5.80和17.01倍,这与沉积物中氮固定基因(nifH)、硝化基因(AOB-amoA、nxrB)的上调,反硝化基因(narG)的下调有关.同时,PLA-MPs抑制了有机磷矿化基因(phoD)的丰度,降低了沉积物中溶解氧渗透深度,促进了沉积物溶解性活性磷(SRP)的释放.随着PLA-MPs含量的增加,水柱中蓝藻门的相对丰度显著增加,分别比对照组高出12.38%、23.53%和28.54%,表明PLA-MPs促进了沉积物中蓝藻的复苏.研究结果有助于进一步识别PLA-MPs的水生态风险.

聚乙烯醇/蓝藻复合膜的制备及其结构与力学性能

针对太湖水华蓝藻(CB)资源化利用的问题,以生物可降解的聚乙烯醇(PVAL)为基体材料,CB粉末为填料,采用溶液混合、干燥成膜的方式,简便地制备了生物可降解的PVAL/CB复合膜。采用流变、扫描电子显微镜、力学性能测试等表征手段,研究了CB添加量对PVAL/CB水分散液的流变行为和失水动力学、PVAL/CB复合膜的形貌和力学性能的影响规律;以甘油(GL)为增塑剂,研究了GL对不同CB含量的PVAL/CB复合膜微观形貌和力学性能的影响规律。研究表明,CB添加量增加,会使PVAL/CB水分散液黏度略有升高,但对分散液成膜过程中的失水速率影响不大。对于PVAL/CB复合膜而言,CB添加质量分数为10%时,复合膜具有较为优异的综合力学性能,其拉伸强度和断裂伸长率可达(46.4±1.3) MPa和(112.1±8.8)%,但由于CB和PVAL基体界面结合牢度不足,添加过多的CB会引起复合膜脆性断裂,力学性能下降。对于PVAL/CB/GL复合膜而言,GL不仅能起到增塑作用,还能改善CB与PVAL基体间的相容性,提升界面结合牢度,从而提升PVAL/CB/GL复合膜的综合力学性能。高CB含量的PVAL/CB/GL复合膜未出现脆性断裂,30%CB含量的复合膜的拉伸强度和断裂伸长率仍可达(21.5±0.6) MPa和(261.2±13.6)%。PVAL/CB复合膜具有一定的生物可降解性,随CB含量增加,降解速率变快。

蓝藻消亡分解过程中的水质变化及营养盐释放特征

为研究蓝藻消亡分解对湖泊水质及水体营养盐的影响,从巢湖藻类水华易发区收集新鲜藻浆,在室内进行了蓝藻消亡分解实验,探讨蓝藻消亡分解过程中的水体溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)等理化指标的变化。研究结果表明,在蓝藻消亡分解过程中,水体DO和氧化还原电位(ORP)会在短时间内迅速下降,最低值分别达0.1 mg/L和-200 mV,使水体处于厌氧强还原状态;蓝藻中的营养盐会快速向水体中释放,导致水体氮磷浓度持续升高,使水体TN、氨氮(NH_(3)-N)、TP最大浓度分别达到初始浓度的2.15、1.18、2.60倍。在蓝藻消亡分解过程中,水体营养盐浓度与藻类生物量呈显著负相关。对蓝藻聚集区内的蓝藻开展快速有效打捞,对于遏制蓝藻污染十分必要。

蓝藻泥浓度对其厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

采用不同浓度蓝藻泥进行厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)试验,发现加入蓝藻泥后乙酸占比增多,但丙酸占比下降,对其他酸影响不大;蓝藻泥浓度为20%(w/v)时产VFAs最多,达4.10 g/L;蓝藻泥浓度越高,产酸越多,pH下降越明显,蓝藻泥浓度为20%(w/v)时,pH下降2.12;发酵前后总固体(TS)、挥发性总固体(VS)和溶解性蛋白质显著下降,但溶解性碳水化合物、SCOD和氨氮浓度上升,表明产酸细菌更倾向于利用蛋白质生成VFAs.

基于蓝藻生物炭粒子电极的3维电化学系统对磺胺甲恶唑的降解

遵循“以废治废”理念,以机械打捞后的太湖蓝藻这一典型固废为原料,采用高温热解和酸/碱处理的方法制备了环境友好的蓝藻基生物炭,并将其作为3维电化学系统(3DES)中的粒子电极,用于高效催化氧化降解去除水中的典型抗生素磺胺甲恶唑(SMX)。经过热解及酸/碱改性后,生物炭更大的比表面积和更丰富的孔道结构提高了SMX在粒子电极表面的富集能力;而蓝藻中原有的铁、氮等元素掺杂在热解生物炭中有效提高了体系中活性氧物种的产生量,使得体系对SMX的去除率和矿化率均显著提高。在最佳制备和运行条件下(粒子电极制备条件:700℃热解和碱改性;3DES运行条件:电流600mA、溶液pH为6、粒子电极用量1.00g/L、水流速300 mL/min、电解质Na_(2)SO_(4)浓度50mmol/L),SMX在120min内去除率可达96%以上;6h后,水体总有机碳(TOC)去除率可达94%。机理研究表明,3DES中,SMX降解的间接氧化作用(占比84.32%)大于直接氧化作用(占比15.68%);间接氧化中,HO^(·)和SO_(4)^(·-)在体系中均被检出,但是,未检测出超氧自由基和单线态氧;而相较于SO_(4)^(·-),HO^(·)对SMX的降解占主导地位(间接氧化中HO占比87.31%)。在连续循环使用6次后,3DES对SMX的去除效率仍能保持在85%以上。研究结果为基于蓝藻生物炭粒子电极的3DES在水处理领域的应用提供了技术支撑和理论依据。

基于CiteSpace的蓝藻厌氧处理研究文献计量和可视化分析

采用CiteSpace软件对近22年来中国知网(China national knowledge infrastructure,CNKI)和Web of Science(WOS)数据库中收录的有关蓝藻厌氧处理方向的文献,进行了年度发文量、作者、机构、国家、关键词共现、突现、聚类等可视化分析。通过人工剔除不相关文献,共筛选出339篇有效文献。蓝藻厌氧处理研究从2007年开始,但近几年学者对该领域关注度不高,该领域进入新的瓶颈期。其中,中国和美国学者是此领域重要的研究力量。中国是发文量最多的国家,中国科学院是发文量最多的机构;研究热点集中于蓝藻的厌氧消化、产沼气潜力、资源化利用、预处理、藻毒素的降解、与其他物质共消化以及用微藻为原料生产可再生能源。认为在双碳目标的大背景下,蓝藻厌氧处理有广阔的发展前景,厌氧发酵产酸很可能成为新的研究热点。通过可视化的方式解析了蓝藻厌氧处理研究发展态势,提出了未来重点研究方向,可为水体富营养化控制与可持续发展的提供重要的理论基础。

中国沙漠结皮蓝藻新记录属——结席藻属(Crustifilum,Coleofasciculales)及相近属的分类讨论

为进一步推进现代蓝藻分类系统单系化发展,研究对从宁夏沙坡头的土壤结皮样本中分离纯化得到CHAB7530和CHAB7535两株丝状蓝藻进行了研究。该藻株在形态学上与束鞘丝藻类(Coleofasciculus-like)和微鞘藻类(Microcoleus-like)的物种相似,基于16S rRNA基因的序列分析表明,CHAB7530和CHAB7535与帕斯结席藻(Crustifilum hispaliculae Moreira-Fernandes,Giraldo-Silva,D.Roush&Garcia-Pichel 2021)的序列相似性达99.7%—99.9%,系统发育分析表明它们与结席藻属(Crustifilum)聚集并形成支持度良好的进化分支。此外还补充了该物种的ITS二级结构数据。结合分子、形态学和生态学数据的多相方法分析表明CHAB7530和CHAB7535为帕斯结席藻(C.hispaliculae),该属种是中国新记录属种。文章还结合系统发育分析结果,对先前从Microcoleus steenstrupii复合体中独立出来的部分属(例Parifilum)进行了分类学的修改建议讨论。

滇池蓝藻水华时空变化特征及环境影响因素

[目的]明晰滇池流域水体富营养化演变特征和水体综合治理状况及其主要驱动因素,为滇池流域水污染治理和水生态修复提供科学支撑。[方法]以滇池为研究对象,采用Google Earth Engine(GEE)和遥感监测分析2002—2021年期间滇池蓝藻水华的时空变化,并探讨了蓝藻水华与环境因子之间的关系。[结果]2002—2021年,滇池蓝藻水华面积变化具有显著的年际特征,在2006年、2013年和2016年出现峰值,分别为1.952×10^(7),2.010×10^(7),1.743×10^(7) m^(2);在2005年、2010年和2014年出现谷值,分别为1.243×10^(7),1.156×10^(7),1.163×10^(7) m^(2)。2016年后蓝藻水华面积稳定波动,整体无明显变化趋势,2021年面积为1.709×10^(7) m^(2)。在月份尺度,蓝藻水华主要发生在7—12月,8月达到峰值,11—2月持续降低,2月达谷值。蓝藻水华与气温、降水量之间呈现正相关关系,与风向呈现显著负相关关系(p<0.05),与风向呈现最为密切的显著相关关系(p<0.05),受滇池地形等因素影响,4种气象因子中风向因子重要性最高,偏东的风向对滇池蓝藻水华覆盖率具有显著促进作用。[结论]滇池蓝藻整体保持稳定波动无显著演变趋势,未来滇池水生态修复应深入考量风向、风速对蓝藻爆发的重要驱动作用。

蓝藻溶藻细菌研究现状的可视化分析

蓝藻水华的暴发严重影响了水生生物以及饮用水的安全,溶藻菌能够以直接或间接的方式对蓝藻水华起到防治作用.以中国知网和Web of Science两个数据库中2002至2022年蓝藻溶藻菌及其相关领域的文献为数据源,运用CiteSpace软件构建关于发文作者、国家、机构以及关键词的知识图谱,分析该领域的研究热点以及未来研究趋势.结果表明:(1)近年来关于蓝藻溶藻菌方面的发文量一直呈上升趋势,国内主要以中国科学院、西南大学等单位为主,国外主要以韩国汉阳大学等单位为主;(2)2022年以前研究者主要关注蓝藻溶藻菌的分离鉴定、菌藻关系、放线菌、氧化应激、16S rRNA、溶藻机制、微生物群体、浮游植物、溶藻物质成分、培养条件优化等方面,2022年以后,蓝藻溶藻菌的分离鉴定、蓝藻水华的生物治理、氧化应激反应、溶藻分子机制、群体感应(quorum sensing,QS)、藻毒素降解等方面可能会被持续关注,而关于溶藻物质和相关编码基因的深层挖掘等可能成为潜在的关注热点.

底泥覆盖对氮磷释放及休眠蓝藻复苏的影响

构建了室内复苏实验体系,选用镧改性膨润土和粉煤灰基沸石为氮磷吸附材料,设置对照组、控氮组(粉煤灰基沸石覆盖)、控磷组(镧改性膨润土覆盖)、氮磷双控组(镧改性膨润土和粉煤灰基沸石混合覆盖),进行为期120d的培养实验,探究了材料覆盖沉积物后对沉积物-水剖面氮磷去除的效果与机制,进而分析了其对沉积物中休眠蓝藻复苏的影响.结果表明:实验结束时,对照组表层沉积物(0~2cm)间隙水中磷酸盐和氨氮分别为0.732和0.044mg/L.与对照相比,控磷组磷酸盐被削减97.81%;控氮组氨氮被削减65.91%.表明控磷组和控氮组仅分别抑制了沉积物-水剖面中的磷酸盐和氨氮的释放.氮磷双控组同时抑制了沉积物中氮磷的释放,实验结束时上覆水中总磷和总氮较初始分别降低33.33%和57.18%.此外,材料覆盖提升了沉积物表层中参与反硝化作用微生物(如Thiobacillus,Sulfuricurvum)和硝酸盐还原反应微生物(如norank_f_Anaerolineaceae)的相对丰度,这有利于沉积物中氮的去除.实验结束时,对照组的叶绿素a含量为24.36μg/L,为控氮组、控磷组和氮磷双控组的16.13倍、6.07倍和32.48倍;同时控氮组、氮磷双控组蓝藻门浮游植物相对丰度较对照组降低12.24%和10.16%;硅藻门的相对丰度与对照组相比明显升高,分别是对照组的2.34倍和2.33倍,表明浮游植物多样性有所提高.研究结果表明氮磷双控可更有效地抑制休眠蓝藻复苏.