藻源有机质对近海沉积物微生物群落结构影响

为研究赤潮产生的藻源有机质(AOM)对近海沉积物中微生物群落结构的影响,利用宏基因组学分析探究AOM对沉积物细菌和真菌结构的影响.结果表明,AOM降低了细菌和真菌的α多样性,并改变了细菌和真菌群落的β多样性.此外,AOM能够改变细菌和真菌的组成,微生物相对丰度在不同处理中呈现显著的时间异质性.AOM的存在能够改变细菌和真菌的种间关系,增强参与AOM分解代谢微生物之间的联系,并最终导致细菌和真菌共生模式的改变.

岩溶水库藻源性有机质来源对表层沉积物有机碳矿化过程的影响

岩溶水生环境富含HCO-3,有利于内源藻类发生生物碳泵作用,形成大量藻源有机质沉积到库底。丰富的藻源性有机质在沉积物中发生矿化作用,影响有机质埋藏过程,影响岩溶水生环境碳循环过程和碳汇潜力。为探究藻源性有机质对矿化作用的影响和岩溶水生环境碳循环稳定性的影响,以岩溶地下水补给型水库(广西大龙洞水库)为研究对象,初步分析从上游到下游不同区域藻源有机质对表层沉积物有机质矿化过程的影响。结果表明:大龙洞水库有机质主要来源为内源藻类(20.9%~65%)和外源土壤(11.8%~53.4%)且具有一定的空间差异,水库上游以土壤来源为主,下游以藻类来源为主。大龙洞水库表层沉积物矿化过程在空间上呈现上游潜在矿化量高于下游潜在矿化量,产生差异的主要因素是在岩溶高溶解无机碳水环境中,藻源性有机碳对微生物矿化过程具有抑制性,降低矿化强度。在生物碳泵作用和无机碳保护下,以藻源性来源为主的岩溶水库表层沉积物有机碳潜在埋藏总量略高于岩溶区土壤的潜在埋藏总量,表明岩溶水库沉积物有着稳定的有机成分积累。

饮用水库季节性藻源异嗅研究进展

饮用水库季节性藻源异嗅问题是饮用水安全的重点、难点和热点问题。本文介绍了藻源异嗅的主要来源(产嗅藻和放线菌)及其影响因素;汇总国内季节性藻源异嗅事件和发生原因、异嗅水处理技术和原位控藻技术;并建议对有外源污染现象的水库重点开展污染溆源(溆源还是溯源)调查。

藻源性有机质对高原深水湖泊沉积物矿化作用的激发效应

湖泊营养水平提升,浮游植物快速增殖,大量藻类碎屑沉降到沉积物表面。藻屑作为新生不稳定有机质,对湖泊沉积物有机质(SOM)产生激发效应,影响湖泊沉积物碳循环过程。本文以深水湖泊抚仙湖南湖心沉积物为研究对象,采用优势种水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae),进行不同浓度藻屑添加(×1倍组、×5倍组和×10倍组)的培养实验。应用碳同位素在线监测仪,探究藻屑添加对于SOM矿化作用的激发效应并预测可能产生的环境效应。结果表明:(1)添加的藻屑对上覆水和间隙水发光性溶解性有机质(CDOM)组成和性质产生影响,前期CDOM中类蛋白组分含量显著增加,但后期CDOM腐殖化程度升高。同时,藻屑的添加使二氧化碳(CO_(2))释放量增大,蛋白酶活性和转化酶活性增强;(2)3个不同浓度的藻屑添加组均检测到不同程度激发效应,其中×1倍组和×5倍组对SOM矿化过程前期体现为正激发效应,最大值分别达到(12.18±0.65)和(26.60±9.14)μg/(mL ws),后期两个组别都转为负激发效应;×10倍组则在整个实验过程中均表现为负激发效应;(3)藻屑的添加使得间隙水易于富集亚铁离子(Fe^(2+))和硫离子(S^(2-));且沉积物反硝化作用受到抑制,易于富集硝酸根(NO_(3)^(-));同时沉积物碱性磷酸酶活性升高,促进活性磷释放,藻屑的添加增大了抚仙湖沉积物产生黑色物质和水体富营养化的风险。因此系统研究新生有机质输入对抚仙湖SOM的生物地球化学过程的影响将为保护抚仙湖提供理论依据。

藻源污染物特性对高藻水微滤处理过程中膜污染的影响

采用不同生长时期的藻细胞、藻源型有机物(AOM)及原藻液进行过滤实验,研究不同生长时期的藻源污染物对膜污染的影响特性及机制。利用UMFI法分析不同生长时期的藻细胞、AOM及原藻液的污染程度;采用CRITIC分析法定量分析了不同生长时期的AOM和藻细胞在混合过滤过程中对膜污染的贡献率,同时采用混合污染堵塞模型分析了不同生长时期的原藻液不同过滤阶段的主要污染堵塞类型。结果表明,3个生长时期的藻细胞及AOM的膜污染程度均为对数期最轻;值得注意的是,在原藻液过滤过程中藻细胞及AOM的膜污染贡献率随着生长时期的不同而有所变化,其中AOM的污染权重随着生长时期的延长不断减小,而藻细胞的污染权重随着生长时期的延长不断增大。不同生长时期的原藻液过滤过程中均呈现两段式污染堵塞类型,并且后段均为滤饼堵塞。研究不仅阐明了藻源型污染物特性对微滤处理高藻水膜污染的影响机制,同时也为改善膜污染的技术开发提供参考。

铜绿微囊藻代谢对藻源膜污染影响和作用机制

藻细胞生长代谢受藻细胞分布形式的影响,文章为研究藻细胞在不同氮浓度下藻细胞生长代谢差异及其藻源膜污染的变化,将纯净的藻细胞预覆盖在超滤膜表面,原水中硝酸钠浓度设置为0、24.7、247和1235 mg/L,从膜表面观测、膜污染阻力变化、原水水质变化、藻细胞生长代谢行为对藻源膜污染机理定性分析。结果表明,膜污染主要成因均为滤饼层污染,大小表现为培养基组>低氮组>无氮组>高氮组。藻细胞在低氮组、培养基组中正常生长代谢,大量藻细胞及胞外有机物(EOM)附着在膜表面,引起滤饼层厚度变厚、结构致密;无氮组藻细胞在第10天开始褪绿,褪绿状态下短期保持完整细胞形态,褪绿过程中释放胞内有机物(IOM)引起滤饼层结构致密;高氮组藻细胞生长停滞少量,少量藻细胞碎片、IOM等附着在滤饼层上引起滤饼层结构轻微改变。分析表明,藻细胞生长引起的藻细胞数目与EOM增多造成严重的藻源膜污染。

汞胁迫下雪衣藻的生理活性及其藻源性有机物分析

汞(Hg)可显著影响藻类生长增殖,但藻类对汞胁迫的响应特性尚不清楚。本研究以雪衣藻为材料,将其暴露于不同浓度Hg^(2+)中96 h,考察其在汞胁迫下的生理活性及其藻源性有机物(algal organic matter,AOM)特性。结果表明,雪衣藻对Hg^(2+)的耐受浓度为1 mg·L^(-1),随着Hg^(2+)浓度增加,雪衣藻生物量和生长受到显著影响。溶解性有机碳释放速率增加,胞外类蛋白质和类腐殖酸的含量升高,胞内类蛋白质先增高后降低,类腐殖酸先降低后升高;胞外有机质对Hg^(2+)亲和力表现为富里酸>类蛋白质,胞内则相反。雪衣藻生长、胞内外有机物含量和结构组成显著受汞胁迫的影响,AOM的动态变化是细胞对汞胁迫的响应,可增强自身耐受能力,缓解汞的毒性。本研究结果有助于理解藻类细胞对汞的解毒机制,认识AOM在藻类对抗汞胁迫中的作用。

水华鱼腥藻源有机物混凝去除特性研究

混凝工艺对水中的藻类去除规律的研究有助于对混凝工艺的理解和应用。文章利用引黄河水库水与水华鱼腥培养液混合配制了模拟高藻水,研究不同条件下其消毒副产物的生成特性,探讨藻源有机物及其消毒副产物混凝去除规律。结果表明:模拟高藻水的有机物主要包括微生物代谢产物、腐殖酸、酪氨酸和色氨酸;不同成分模拟高藻水均会生成三卤甲烷和N,N-二甲基亚硝胺(N-Nitrosodimethylamine,NDMA),且含胞内有机物的模拟水样有更高的三卤甲烷和NDMA生成潜能;混凝对模拟高藻水有机物的去除效果一般;而对不同类型消毒副产物前体物去除能力不同,对三卤甲烷前体物去除率最高,为60.9%,NDMA前体物最高去除率只有28.1%;混凝对含稳定期藻源有机物的水样去除效果最好,对含藻类指数期与稳定期的水样去除机理以电中和吸附为主,衰亡期以网捕和卷扫为主。

富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法——以太湖为例

本文建立了一种富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法.选取表征藻源性湖泛的代表性指标叶绿素a和溶解氧浓度作为预测变量,以天气预报中的风场为驱动力,求解浅水湖泊三维水动力水质耦合数值模型,计算未来3 d浅水湖泊叶绿素a和溶解氧浓度的时空分布,然后结合未来3 d的气象因子信息建立经验公式,计算湖泛易发水域发生湖泛的概率,并进一步确定湖泛发生位置和面积.以太湖为例,采用构建的方法于2013 2014年夏、秋季对太湖7段湖泛易发水域的湖泛发生概率及发生面积进行未来3 d的预测预报,预报正确率在80%以上.

太湖藻源性颗粒物降解过程中营养盐转化及其生态效应

以太湖水体中藻源性颗粒有机物作为切入点,研究了不同环境条件下(有光,无光)藻源性颗粒有机物降解过程中C,N,P等营养元素的形态变化过程,分析了藻源性颗粒有机物对水体营养盐循环和浮游植物生长中的作用.实验结果显示,蓝藻水华过程中,藻源性颗粒有机物最高可占水体总C,N,P比例的81.51%,94.60%,97.47%,是水体营养元素的重要组成部分;有光组颗粒物APA显著高于无光组,说明有光组中颗粒态P降解和转化速率显著高于无光组,但有光组水体中SRP浓度低于无光组,Chl-a浓度高于无光组,说明有光组中藻源性颗粒物降解的同时伴随着藻类的生长,颗粒物释放的SRP被浮游植物吸收并转化为生物量;光照对C,N,P的降解过程有明显影响,无光组颗粒物中C,N,P降解速率是有光组的2倍,可降解比例是有光组的(2.5±0.1)倍;实验中还发现前7d各元素的降解速率要高于之后的降解速率.综上,藻源性颗粒物营养盐总量大,生物可利用性高,降解迅速,且降解产物可被浮游植物吸收,是藻类生长和水华发生重要的营养盐来源.

藻源性颗粒有机物对磷饥饿微囊藻磷富集与生长的影响

以藻源性颗粒有机物为切入点,分别以正磷酸盐(K_2HPO_4)、多聚磷酸盐(Na_5P_3O_(10))、磷酸单酯(G-6-P)、磷酸二酯(卵磷脂)为参考,对比研究了不同形态的磷对磷饥饿微囊藻生长及对磷富集的影响.研究发现密度为(1.9±0.1)×10~6cells/m L磷饥饿处理的微囊藻对不能直接利用的(Na_5P_3O_(10)、卵磷脂的短期富集作用分别为2.034mg/L、1.030mg/L要明显高于K_2HPO_4的0.491mg/L、G-6-P的0.034mg/L和藻源性颗粒物的0.573mg/L,可能与这些磷素不能迅速进入细胞内,因而被大量的积聚在细胞膜与细胞壁之间有关.微囊藻通过释放碱性磷酸酶等酶系可以大量快速的利用藻源性颗粒物,藻源性颗粒物组中微囊藻生长率0.148d^(-1)稍低于K2HPO4组的0.156d^(-1),但均高于其他实验组.实验结束时微囊藻对藻源性颗粒物的利用率57.8%高于K_2HPO_4组的32.5%和卵磷脂组的24.4%.通过液相核磁分析,藻源性颗粒物中磷的组分主要为正磷酸盐、磷酸单酯,并通过计算验证了其对磷饥饿铜绿微囊藻的磷富集与生长的影响.综上,藻源性颗粒物有着极强的生物可利用性,对蓝藻的爆发和持续性有着重要影响.

湖泊理论藻源内负荷估算方法研究

在模拟不同温度和营养条件下,采用水质指标COD_(Cr)、COD_(Mn)、TP、TN表征湖泊典型藻类藻源内负荷、胞外负荷、胞内负荷,形成理论藻源内负荷理论估算的方法体系.5种藻源TP负荷A_(TP)均值随贫、中和富营养水平升高而升高,藻源TN负荷A_(TN)为负值,藻源COD_(Cr)负荷A_(CODCr)随营养水平升高而显著升高.藻源胞外TP负荷E_(TP)、TN负荷E_(TN)、COD_(Cr)负荷E_(CODCr)、COD_(Mn)负荷E_(CODMn)均随营养水平升高而降低,藻源胞内TP负荷B_(TP)、TN负荷B_(TN)、COD_(Cr)负荷B_(CODCr)和COD_(Mn)负荷B_(CODMn)总体随随营养水平升高而升高.根据藻源内负荷与藻密度显著相关关系,确定了藻源内负荷计算模型.藻源TP和COD在稳定期对水质的贡献均较大,为0.2-3.7倍,藻源TN内负荷对水质的贡献为负,减少的比例在26%-58%之间.本研究表明,藻类在增殖过程中产生了超出系统物质总量的"额外"负荷,这些藻源内负荷是引起水质指标,特别是COD异常升高的重要原因.该估算方法为富营养化湖泊水华的定量削减控制提供科学依据.

水华鱼腥藻(Anabaena aquae)不同生长阶段的产嗅特征和藻源有机物特性

水华鱼腥藻(Anabaena aquae)是一种水体中常见的优势蓝藻,为水中嗅味的重要来源,且生长过程中释放的藻源有机物(AOM)对于水质有较大的影响。研究水华鱼腥藻不同生长阶段的产嗅特征和AOM特性对于藻污染控制有重要意义。建立水华鱼腥藻生长曲线,提取不同生长阶段的胞内与胞外有机物,通过气质联用分析、三维荧光扫描和液相-有机碳测试(liquid chromatography coupled with organic carbon detection,LC-OCD)等表征手段,对水华鱼腥藻生长过程中的胞内外嗅味物质和有机物的变化情况进行多维度解析。结果表明,本实验培养条件下水华鱼腥藻所产的嗅味物质主要是β-紫罗兰酮和β-环柠檬醛,主要存在于胞内有机物,平均浓度为2.90μg·L^(-1)和1.53μg·L^(-1)。其产嗅能力随着藻细胞的生长而减弱。AOM呈现出低分子亲水性的特征。三维荧光分析结果表明,胞外有机物主要含有类腐殖质物质和溶解性微生物代谢产物,胞内有机物内主要含有溶解性微生物代谢物质、络氨酸和色氨酸。生长过程中胞内有机物和嗅味物质随藻细胞的破裂逐渐泄露到胞外,胞内外有机物的组分不会发生较大变化,其浓度随生长阶段的不同会发生相应的改变。LC-OCD结果显示,AOM主要由低分子有机物构成,且溶解性有机氮含量较高。

藻源性内毒素在铜绿微囊藻灭活过程中的释放

次氯酸钠、双氧水、硫酸铜及敌草隆是4种目前常用的化学除藻剂,分别基于不用的原理灭活藻细胞,从而控制藻类爆发,但藻类在凋亡的过程中会伴随有藻源性内毒素的释放.通过研究和对比以上4种除藻剂对灭藻过程中藻源性内毒素的释放规律,结果显示:0.10~0.50mg/L次氯酸钠灭活藻类1周分别释放1564.78,872.14,852.03EU/mL内毒素;0.10~0.50mmol/L双氧水在灭活过程中分别释放内毒素732.23,1706.22,944.84EU/mL;0.5~2.5μmol/L硫酸铜在该过程中伴随有854.60,1055.45,1513.15EU/mL内毒素的释放;5~25μmol/L敌草隆则导致了1802.23,1788.11,1886.14EU/mL内毒素在灭活过程中释放.即具有氧化性的除藻剂可以降解溶液中的部分内毒素,不具氧化性的除藻剂无法有效控制和降解释放的内毒素.但上述所有情况的内毒素含量均远超过藻类自然代谢所产生的内毒素含量(113.86EU/mL).因此,高藻水源水中藻类即使已被有效控制,人们仍应尽量避免直接接触以减少内毒素暴露风险.

藻源有机质表征及消毒副产物生成潜能研究进展

随着当前水华和赤潮现象在世界范围自然水体中的广泛发生,藻源有机质(algal organic matter,AOM)对饮用水安全的影响受到广泛关注. AOM作为有机前体物生成高毒性的消毒副产物(disinfection by-products, DBPs)直接影响饮用水健康.因此,阐明AOM结构特征与DBPs的生成潜能具有十分重要的意义.本文综述了AOM表征方法,并结合其DBPs生成潜能和影响因素,探讨了通过AOM结构表征来预测DBPs生成潜能的可行性;提出未来需结合多种AOM表征方法和多因素分析来尝试预测其DBPs生成潜能.本文对于AOM提取和表征方法的规范化以及水华时期饮用水安全的保障具有参考意义.

不同生长条件对藻源有机物化学特征的影响

我国水体富营养化带来的问题日益凸显,对给水处理带来了严峻的挑战。针对这一问题,根据目前已有的研究结果,详细总结分析了氮磷浓度、生长周期、不同碳源和其他微量元素等因素对藻源有机物化学特征的影响,并进一步分析和展望了其中的有效卤代活性成分对消毒副产物的生成势影响趋势。

藻源消毒副产物的生成势特性研究

以铜绿微囊藻源有机物为研究目标,研究了藻源有机物(AOM)不同组分消毒副产物生成势特性,探讨了Br^(-)、DOC等因素对其的影响,为水厂工艺控制提供理论依据。结果表明铜绿微囊藻AOM以小分子量和亲水性组分为主,相对分子质量<1 kDa和疏水性组分的三卤甲烷前体物(TCMFP)、二氯乙酸前体物(DCAAFP)和二氯乙腈前体物(DCANFP)生成量最高。随着Br^(-)浓度和DOC浓度的增加,溴代消毒副产物(Br^(-)DBPs)增加明显,DBPs生成总量呈现出上升趋势。

重金属锌对海洋微藻藻源氨基酸产出的影响

锌是海洋微藻生长必需的金属元素,低浓度时可促进微藻的生长,而在高浓度时则表现为抑制其生长。受人类活动的影响,海洋中锌有富集增加的趋势,从而会对海洋微藻的生长产生影响。本论文探究了锌离子以及纳米氧化锌对硅藻中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和新月菱形藻(Nitzschia closterium)生长的影响,特别是对藻源氨基酸产生的影响,结果发现:纳米金属颗粒会通过释放离子的形式抑制海洋浮游植物的生长,中肋骨条藻比新月菱形藻对锌的响应更敏感。锌离子和纳米氧化锌可通过抑制浮游植物的生长来减少氨基酸的释放量和改变藻源氨基酸的种类,从而可能会对海洋氮循环过程产生影响。

蓝藻藻源有机物分泌的影响因素研究进展

水体富营养化导致的蓝藻水华给水环境带来了严重的威胁,藻细胞在生长代谢过程中除了本身还有分泌的藻源有机物都会使得水体生态失去平衡,造成环境和经济上的损失。综述了其在生长代谢过程中,从非生物和生物方面来研究影响蓝藻藻源有机物分泌的因素,通过多种影响因素的探究来找寻各种因子的协同作用,为后续藻源有机物的处理提供理论基础。

藻源性黑水团环境效应:对水-沉积物界面氮磷变化的驱动作用

利用自制的静态模拟实验装置,通过连续抽取间隙水来研究藻细胞沉降在沉积物表面后对水-沉积物界面处的N、P变化的驱动作用及影响效果.结果表明,藻细胞沉降后,在50 min内就完全消耗掉水-沉积物界面处的溶解氧,同时水体出现严重的发黑、发臭现象;形成的厌氧、强还原环境,使得死亡的藻细胞在界面处发生强烈的厌氧矿化作用,界面处的水溶性PO34--P、NH 4+-N在实验的第2 d开始向上覆水中扩散,含量不断增加.至实验结束时(实验第8 d),界面处PO34--P、NH 4+-N的含量分别达到4.00 mg/L、39.45 mg/L,分别为同期对照实验样柱中的10倍和241倍(对照样柱中的PO43--P、NH 4+-N的含量分别为0.42 mg/L、0.16 mg/L).藻细胞的厌氧矿化加剧了氮磷营养盐向上覆水的扩散,在加重水体营养盐含量的同时,也为藻华的再次发生提供了物质基础.