富营养化湖泊藻型及草型区微生物群落对有色可溶有机物组成的影响

有色可溶有机物(CDOM)是水生生态系统溶解有机碳储库的主要组成,在湖泊生态系统结构、初级生产力以及物质交换等方面发挥着重要作用。研究秋季太湖藻型区—蓝藻死亡时期及草型区—水草腐烂时期CDOM的组成差异性特征及其影响因素。首先对两类典型湖区水体的理化性质进行了分析,然后利用紫外可见光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析的技术确定CDOM组成,最后结合Illuminar高通量测序揭示了两个区域水体中不同的微生物群落结构对CDOM组成的影响。结果表明,藻型湖水的各理化性质指标,包括NH4^+-N、NO2^--N、NO3^--N、TN,TP,DOC的浓度都明显高于草型湖水,秋季藻源性CDOM的含量明显高于草源性CDOM的含量。虽然藻源性和草源性CDOM的荧光组分相同,即同为类腐殖、类色氨酸和类络氨酸荧光组分,然而,相比于草源性CDOM,荧光指数(FI)和腐殖化指数(HIX)均表明藻源性CDOM具有更高的分子量组成,更难被微生物利用,而造成此差异性的重要原因为两个区域微生物群落组成的差异性,藻型区水体含有更丰富的降解有机物的细菌种类,包括黄杆菌属(Flavobacterium),噬氢菌属(Hydrogenophaga)、生丝微菌属(Hyphomicrobium)等,可优先分解易于分解的有机物,残留更多难降解的有机物,具有更大的潜在的环境隐患。

水体氮质量浓度升高对附着藻生长和元素计量特征的影响

附着藻是浅水湖泊重要的初级生产者,水体氮磷质量浓度升高会影响附着藻的生物量和元素计量特征,从而改变牧食螺类的食物数量和质量,进而影响牧食螺类生长及其与沉水植物之间的相互关系。为了探索氮负荷升高对附着藻生物量和质量的影响,基于受控实验研究了水体氮质量浓度升高(总氮2、4、6、8和10 mg·L^(-1);总磷各处理组均为0.1 mg·L^(-1))对附着藻生长和元素计量特征的影响。实验前测定湖水氮、磷本底质量浓度,通过添加配置的营养盐溶液(氮为KNO_3,磷为KH_2PO_4),使其达到实验设计的质量浓度。每3天换1次水以控制营养盐质量浓度。在每个玻璃缸中放置5片聚乙烯附着基用于采集附着藻。实验结束时测定附着藻生物量、氮及磷含量,并计算附着藻的生长率。结果表明:随着氮质量浓度升高,附着藻的生物量和生长率呈先增加后降低趋势,在氮质量浓度为6 mg·L^(-1)时达到最大值。附着藻氮含量和氮磷比随水体氮质量浓度的升高,亦呈现先增加后降低的趋势,氮含量最大值出现在8 mg·L^(-1)处理组,氮磷比最大值出现在6 mg·L^(-1)组。附着藻氮含量与水体氮质量浓度呈显著正相关(r=0.614,P<0.001)。分析认为,附着藻生长率、氮含量及氮磷比在一定范围内随着水体氮质量浓度升高而增加,当氮质量浓度超过一定范围时,三者反而降低。

扰动强度对太湖水华微囊藻群体大小的影响

风浪扰动是影响湖泊生态系统的重要环境因素之一。为了解扰动强度对湖泊水华微囊藻(microcystis flos-aquae)群体大小的影响,本研究在室内模拟研究了不同扰动强度(0、50、100、200和400 r·min^(-1))对太湖水华微囊藻群体大小的影响。结果表明,实验组模拟风浪连续扰动24 h,随着扰动强度的增大,水华微囊藻群体先增大后减小,扰动强度50 r·min^(-1)和100 r·min^(-1)水华微囊藻群体分别从10.72μm和10.58μm迅速增大为17.92μm和39.50μm,二者群体大小都显著大于对照组(P=0.006,0.000);而扰动强度200 r·min^(-1)和400 r·min^(-1)水华微囊藻群体大小与对照组差异不显著(P=0.161,0.727)。扰动结束时,扰动强度100 r·min^(-1)和200 r·min^(-1)的总胞外多糖含量显著高于对照组(P=0.001,0.006),而扰动强度50 r·min^(-1)和400 r·min^(-1)与对照组没有显著差异(P=0.180,0.089)。该研究结果表明,短时间内适当强度的扰动能促使水华微囊藻群体显著增大,而过强的扰动则没有显著的促进水华微囊藻群体在短时间内的快速聚集。该结果有助于人们对太湖微囊藻水华暴发机理的认识。

大汶河-东平湖CDOM的荧光特征及与营养物质的耦合关系

东平湖作为南水北调东线工程最后一级调蓄水湖以及山东省西水东调的水源地,其水质状况对受水区的用水安全起着决定性作用。结合2014年夏季对大汶河和东平湖有色可溶性有机物(CDOM)三维荧光的测定分析,探讨了夏季大汶河输入对东平湖CDOM的贡献及荧光强度与叶绿素a(Chla)、化学需氧量(COD)和溶解态有机碳(DOC)的关系。利用平行因子分析法对CDOM三维荧光图谱进行解析,获得4种荧光组分,其中组分1和组分3为类腐殖质荧光、组分2和组分4为类蛋白荧光;从大汶河汶口坝到东平湖出湖口处,类腐殖质荧光强度逐渐增强,类蛋白荧光强度呈递减趋势,且大汶河类蛋白荧光较东平湖高(t=2.408,P=0.032),反映了夏季丰水期大汶河主要向东平湖输入类蛋白荧光物质。东平湖类腐殖质荧光组分C1(r=0.927,P=0.003)、C3(r=0.763,P=0.046)均与DOC具有显著相关性,这表明类腐殖质是东平湖DOC的重要组成部分;而大汶河CDOM各组分与DOC相关性均不显著(P>0.05),可能是因为CDOM在大汶河中受光降解、微生物降解等作用以及水体p H的影响,造成大汶河CDOM组分中的腐殖酸、富里酸、蛋白类物质以及一些非荧光类物质在DOC中所占比例不同。东平湖荧光组分C1(r=0.804,P=0.029)、大汶河荧光组分C2(r=0.912,P=0.002)均与COD具有相关性,说明荧光强度可以间接反映水体中被氧化的有机物含量。大汶河CDOM类蛋白荧光组分C2(r=0.937,P=0.001)、C4(r=0.782,P=0.022)均与Chla存在相关性,说明浮游植物是大汶河类蛋白物质的重要来源。