氮磷比对微囊藻与栅藻磷赋存及分配的影响

太湖水体氮浓度及氮磷比的改变可能影响藻类对磷元素的赋存及分配,进而影响水体总磷浓度. 为此,本研究选取常见蓝藻(群体微囊藻和单细胞微囊藻)和绿藻(斜生栅藻),设置低氮磷比(N ∶P=2)和高氮磷比(N ∶P=20)培养实验,分析藻体胞内磷(INT-P)和胞外磷(EPS-P)含量、形态及分布,探究氮磷比对藻体磷元素赋存及分配的影响. 结果表明：低氮磷比组斜生栅藻和群体微囊藻的藻体磷(CTP,即INT-P与EPS-P之和)显著增加,分别为高氮磷比组的2.7和1.4倍. 斜生栅藻和群体微囊藻EPS-P含量(约占CTP的80%)分别增加了3.1和0.48倍,而INT-P含量对氮磷比无明显响应. 低氮磷比组的斜生栅藻和群体微囊藻EPS含量分别增加了51.7% 和63.5%. 此外,微囊藻的CTP与EPS-P主要以可交换态活性磷存在,而INT-P主要以铁铝结合态磷存在. 本研究发现低氮磷比促进了藻类EPS分泌,导致EPS-P升高,显著增加了藻体颗粒态磷的含量. 这或许是近年来太湖水体总磷波动的原因之一.     

氮、磷浓度对太湖水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)群体生长的影响

大量微囊藻群体的形成和聚集是微囊藻水华形成的重要条件.氮、磷浓度是影响微囊藻群体生长的重要因素之一.为了探讨氮、磷浓度对微囊藻群体生长的影响,本研究以太湖微囊藻水华优势种之一的水华微囊藻作为研究对象,开展了不同氮、磷浓度对水华微囊藻群体生长的影响研究.以近几年太湖微囊藻水华暴发最严重的梅梁湾氮磷比的平均值作参考,氮、磷浓度设置为5个水平组,依次是T1(TN=0.1 mg/L,TP=0.005 mg/L)、T2(TN=1 mg/L,TP=0.05 mg/L)、T3(TN=10 mg/L,TP=0.5 mg/L)、T4(TN=100 mg/L,TP=5 mg/L)和T5(TN=250 mg/L,TP=5.44 mg/L)(BG-11培养基中氮、磷的浓度).结果显示,T1、T2、T3和T4 4组微囊藻群体均增大,且都发现有大于100个细胞的群体形成,群体大小分别为151、217、437和160 cells,而T5组微囊藻群体实验初期增大,实验后期变小,T5整个实验期间未发现有大于100个细胞的群体形成.研究结果表明相对低的氮、磷浓度有利于水华微囊藻群体的生长,而过高的氮、磷浓度则会抑制微囊藻群体生长.本研究结果也表明目前太湖氮、磷浓度有利于水华微囊藻群体的生长,从而有利于微囊藻水华形成.     

铜绿微囊藻和四尾栅藻光合利用碳酸氢盐探讨

为了探讨羹类光合过程对碳酸氧盐的利用,研究不同pH值下铜绿微囊藻和四尾栅藻的净光合速率,并着重研究这两株藻的碳酸氢盐摄取速率.结果表明,从弱酸性到弱碱性,四尾栅藻的净光合速率都比铜绿微囊藻高.由pH值超过pH转折点后的无机碳摄取速率计算得到的碳酸氢盐摄取速率对铜绿微囊藻和四尾栅藻分别为142.14和314.08μmo1DIC/(g·h,FW),故这两株藻都可利用碳酸氢盐作为碳源进行光合,且均为强碳酸氧盐利用者;但是,四尾栅藻对碳酸氲盐的利用能力强于铜绿微囊藻.另外,与四尾栅藻相比,铜绿微囊藻的碳酸氧盐摄取速率更易受抑制剂的抑制.     

一株来源于水库的浮游蓝丝藻SK3株的生长及产毒特性

浮游蓝丝藻是水华蓝藻的常见种属,但对其生长和产毒特性认识不多本文首次对我国水体中的浮游蓝丝藻进行了研究.从广东省一重要供水水库中分离到一株丝状蓝藻,经形态特征鉴定为阿氏浮游蓝丝藻,并在不同的光照和温度下对该藻株进行了培养.结果表明,适合于该藻生长的光强和温度分别为20μmol/(m~2·s)和30℃;该藻株具有mcyE基因,能产生微囊藻毒素MCRR,产量为0.06μg/mg(DW).     

微囊藻(FACHB-905)和鱼腥藻(FACHB-82)响应温度变化的功能特性权衡

微囊藻和鱼腥藻是水华蓝藻的两个主要类群,两种藻均可调节自身形态及生理特性来维持快速生长,这也是两个类群蓝藻水华维持的基础.本研究分析了微囊藻(FACHB-905)和鱼腥藻(FACHB-82)生长、形态及叶绿素荧光参数对温度变化的响应,以及生长与特性间的权衡关系.结果显示:该微囊藻细胞直径随温度升高而降低,但是比增长速率维持稳定,表明在高温条件下,其可能通过减小细胞大小的方式维持比增长速率;该鱼腥藻在不同温度下,平均细胞直径和藻丝长度呈现显著变化,高温条件下,其维持较高的比增长速率,但是细胞直径增大,藻丝长度缩短,这可能是其调节自身形态以维持较高比增长速率的方式.该微囊藻和鱼腥藻分别在细胞较大和较小时,藻细胞潜在的光化学效率更高.本研究表明这两种蓝藻可以通过权衡藻细胞形态、生理特性两者与生长速率之间的关系来适应温度的变化以达到自身最佳的生长状态,微囊藻(FACHB-905)通过调节细胞大小和光合活性来维持生长优势,而鱼腥藻(FACHB-82)则通过细胞大小、藻丝长度和光合活性的调节来维持生长优势.本研究的结果有助于提升对于水华蓝藻生长维持机制的认识.     

水体氮、磷营养盐水平对蓝藻优势形成的影响

以江苏省南京市富营养化程度不同的清溪、护城河、玄武湖、月牙湖、琵琶湖和前湖为研究对象,调查各水体浮游植物的群落特征和优势种,并结合藻类生长潜力试验,探究不同氮、磷营养水平的自然水体对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）生长与竞争的影响.野外调查发现不同营养水平水体浮游植物优势种不同,按水体富营养化程度从高到底依次以绿藻、蓝藻、硅藻和隐藻分别占优势.单一藻种培养时,铜绿微囊藻在清溪、护城河和玄武湖水体中生长均较好,而斜生栅藻仅在高氮、磷浓度的清溪和护城河水体中有较大生长量,说明斜生栅藻对氮、磷的需求高于铜绿微囊藻;两种藻共培养时,清溪水体中斜生栅藻占优势,护城河和玄武湖水体中铜绿微囊藻占优势,但其他水体中两种藻均不能生长,说明氮、磷浓度过高或过低都不利于蓝藻形成优势.对低营养水平的玄武湖、琵琶湖、月牙湖和前湖水体进行氮、磷加富后,两种藻均能较好地生长,且各组没有显著差异,说明藻类在这些水体中生长受到氮、磷的限制,氮、磷浓度升高会增加水华发生的风险.本研究将野外调查和藻类生长潜力实验相结合,深入探究了蓝藻优势形成与水体氮、磷营养水平的关系,揭示了蓝藻水华是湖泊富营养化发展到特定阶段的产物,水体氮、磷浓度过高或过低均不易产生蓝藻优势.     

太湖和巢湖中微囊藻(Microcystis)与长孢藻(Dolichospermum)的长时序变化及其驱动因子

随着我国湖泊治理力度的加大,太湖和巢湖的营养盐水平,特别是氮水平近年来明显下降,如2007年以后太湖总氮和近年来巢湖的氨氮水平都呈现下降趋势,但是2个湖泊水华蓝藻的优势种却向相反的方向演化,太湖的长孢藻(Dolichospermum)比例在增加,而巢湖的长孢藻比例却在降低,为阐明这种变化过程和驱动因素,本研究利用太湖(19932015年)和巢湖(2012 2018年)的历史数据分析了2个湖泊中的水华蓝藻——微囊藻(Microcystis)和长孢藻生物量的历史变化过程,并结合营养盐数据分析了影响2种水华蓝藻变动的驱动因素.结果显示:太湖和巢湖的微囊藻生物量多年来始终保持高位波动,近年来均有升高的趋势,这与2个湖泊磷的高位波动具有明显的相关性,磷是决定微囊藻生物量长尺度变化的主要驱动因素;太湖的长孢藻生物量呈现较大波动变化,2007年以后明显升高,巢湖的长孢藻生物量则明显下降,氮与长孢藻生物量呈现负相关关系,而且这种负相关仅在低磷浓度时具有显著性.微囊藻生物量对磷浓度变化敏感的正反馈响应是其水华形成的重要机制之一,在高温高磷条件下,微囊藻可以快速繁殖,并竞争性排除长孢藻,从而形成优势;而长孢藻可以通过温度生态位和固氮两种方式占据优势,在氮浓度相对较低,且温度低于微囊藻形成水华的温度范围时,长孢藻可以依靠温度生态位的优势形成水华,而在氮限制的条件下,即使在夏季高温时,长孢藻依然可以利用固氮作用形成水华,但是关键的温度阈值和开始固氮的氮浓度阈值仍不清楚.基于2种水华蓝藻对营养盐变化响应的差异,建议在进行蓝藻水华治理、污染削减过程中,应针对不同水华蓝藻的特性进行分时段分类别的营养盐控制策略.     

水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)生长周期中腐殖酸的释放特性

由于严重的水体富营养化,太湖长期暴发蓝藻水华,这些蓝藻在代谢及消亡过程中大量释放包括腐植酸在内的有机物,不仅影响供水水质,并且进一步加重了水华程度.以太湖水华优势藻种——水华微囊藻(Microcystis flos-aquae T34)为研究对象,对藻株生长周期中的藻细胞、浮游细菌进行计数,并使用TOC仪与三维荧光光谱对培养液中提取的腐殖酸进行定量与定性分析,探究水华微囊藻在生长过程中藻细胞密度、浮游细菌密度与腐殖酸浓度的变化规律.结果表明,培养液中腐殖酸浓度的变化趋势与细菌数量变化趋势一致,但与细菌数量曲线拐点相比,腐殖酸浓度曲线拐点出现两周的延迟.腐殖酸产量在藻细胞对数期较低,当水华微囊藻进入稳定期与衰亡期后,腐殖酸大量产生,其浓度迅速增加,最高可达到28.6 mg/L.根据三维荧光光谱分析,水华微囊藻所产生的腐殖酸特征峰出现在(235~245 nm)/(380~425 nm),属于类富里酸荧光峰.本研究初步探究蓝藻与水体腐殖酸之间的关系,为水体腐殖酸来源的研究提供了新的思路.     

低浓度硝态氮促进微囊藻累积多聚磷酸盐

2016年以来太湖总磷浓度高位波动而总氮浓度持续下降,藻细胞内源性磷释放是湖泊水体总磷的重要来源,而多聚磷酸盐作为藻细胞内磷的储存库,其含量变化会显著影响藻细胞内源性磷的释放量.针对上述现象,开展了不同硝态氮浓度影响野外水华蓝藻及实验室纯培养的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)利用磷特别是合成多...     

基于NEB试验的不同湖泊夏季营养物投入与藻类响应关系的比较:以淀山湖、小兴凯湖和洱海为例

淀山湖、小兴凯湖和洱海分别处在不同的营养阶段,夏季都存在蓝藻水华现象,有效控制蓝藻水华应控氮还是控磷一直存在争议.本研究采用营养物加富生物测试的试验方法,研究和比较三个湖泊限制性营养元素(N和P)夏季对浮游藻类生长的刺激作用,并采用多因素方差分析和两两比较方法(LSD)检验试验结果的显著性.结果表明:淀山湖(TN/TP=10左右)、洱海(TN/TP=29左右)、小兴凯湖(TN/TP=9左右)在夏季分别表现出显著的氮响应、氮磷双重响应、氮响应;较低氮磷比的营养程度较高的湖泊(淀山湖和小兴凯湖)夏季应控制氮含量,若添加氮更容易引发蓝藻(微囊藻)水华,而高氮磷比的初期富营养化湖泊(洱海)夏季应同时控制氮磷含量,同时添加氮磷的交互作用容易引发蓝藻(微囊藻)水华.     

滇池水-沉积物界面磷形态分布及潜在释放特征

通过现场调查和室内模拟实验,对滇池35个上覆水-沉积物磷的分布特征以及沉积物中磷释放动力学特征进行研究,结果表明:滇池表层沉积物中不同形态磷含量表现为:有机磷(OP)(1482.49±1156.82 mg/kg)钙结合态磷(Ca-P)(865.54±558.40 mg/kg)金属氧化物结合态磷(Al-P)(463.77±662.18 mg/kg)残渣态磷(Res-P)(218.52±83.11 mg/kg)可还原态磷(Fe-P)(128.13±101.56 mg/kg)弱吸附态磷(NH4Cl-P)(2.26±3.05 mg/kg);滇池上覆水草海总磷浓度处于劣Ⅳ类水平,外海不同湖区总磷浓度介于Ⅳ~Ⅴ类之间;滇池水体中的磷以颗粒态磷含量最高;滇池表层沉积物中磷的释放是由快反应和慢反应两部分组成.释放过程主要发生在前8 h内;不同区域沉积物磷的最大释放速率、最大释放量、磷的释放潜力平均值均表现为:草海外海北部外海南部湖心区;滇池表层沉积物中磷的释放主要由NH4Cl-P、Fe-P、Al-P和OP进行,其中,NH4Cl-P和Fe-P所占比重较大;磷的释放与上覆水中溶解性总磷、溶解态无机磷和溶解态有机磷呈显著正相关,预示着上覆水中磷的迁移转化更多地受到水-沉积物界面浓度梯度的控制,进一步说明不能以总磷含量来评价湖泊磷素释放的状况,需与磷形态及分布特征相结合进行分析.     

太湖不同营养水平湖区沉积物磷形态与生物可利用磷的分布及相互关系

采用EDTA螯合剂法和不同的化学提取法,研究了太湖3个不同营养水平湖区中8个位点表层沉积物总磷、各组分磷及生物可利用磷的含量分布,探讨了太湖不同营养水平湖区表层沉积物的释磷潜力和生物可利用磷的来源．结果表明,太湖不同营养水平湖区表层沉积物总磷、无机磷和生物可利用磷含量分布差异较大,且与各湖的营养水平相一致．有机磷含量与有机质和含水率显著相关;沉积物中Fe-P和Ca-P对生物可利用磷的贡献较大,这部分磷具有较大的潜在释放风险．     

Concentrations and transport of different forms of phosphorus during snowmelt runoff from an illite clay soil

During a 16 day period with pronounced snowmelt via surface runoff, high water concentrations (usually 0·4–0·5 mg l^?1) of dissolved molybdate‐reactive phosphorus (MRP) were detected in surface runoff water from a clay soil of illite type. Other phosphorus fractions defined were: phosphorus in particles with a higher settling coefficient than 80 000 S (SPP); colloidal phosphorus caught on filters with a pore size of 0·2 µm but with a smaller settling coefficient (CPP); and dissolved phosphorus not reacting with molybdate (DUP). The order of concentrations was MRP > SPP > CPP > DUP. Nearly identical amounts of MRP, CPP, and DUP (in total 0·3 kg ha^?1) were lost from a grass–clover ley and a ploughed soil. However, more of the heavier phosphorus‐containing material was lost from the ploughed area. In drainpipe water, CPP was the largest fraction (28%), and in stream water from mixed arable/forest land, MRP dominated (33%). Loss on ignition of the settling material slowly decreased from 10 to 8% (dry weight) during the snowmelt period. Total phosphorus concentrations in the material followed the runoff pattern, with slightly higher phosphorus concentrations during fast runoff. The large amounts of readily dissolved or colloidal‐bound phosphorus (70–80%) transported from this clay soil during snowmelt are discussed with regard to the use of grass buffer strips as a measure against phosphorus losses from arable land. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

东洞庭湖沉积物覆水后磷形态变化及其释放量

研究干燥覆水后低流速条件下东洞庭湖沉积物中磷的形态变化及释放量,可以为轻度富营养化湖泊中磷的生物地球化学循环提供基础数据,为季节性湖泊內源营养盐的迁移转化规律研究、內源营养盐的释放风险评价提供理论依据.本文采集处于干湿交替状态的东洞庭湖表层沉积物,利用室内模拟装置,研究风干沉积物低流速条件下覆水后沉积物及上覆水中磷的形态变化.结果表明,低流速覆水后东洞庭湖沉积物中的磷向上覆水及大气中迁移释放,上覆水中磷的释放量随覆水时长增大,释放速率随覆水时长减小,上覆水流速和磷释放量相关性显著.上覆水循环过程中释放到上覆水中的溶解态有机磷比溶解态活性磷更容易吸附于颗粒物而转化为颗粒态磷.覆水后沉积物中各形态有机磷、无机磷及磷的生物有效性均发生转变,覆水初期沉积物中无机磷向有机磷转化,磷的生物可利用性增大;上覆水循环过程中有机磷向无机磷转化,磷的生物可利用性减小;覆水后沉积物的无机磷的主要组分由铝磷转变为铁磷,有机磷的主要组分有从中活性有机磷向活性有机磷转变的趋势.     

三峡水库出水断面磷通量及形态研究(1998-2019年)

总磷是长江流域备受关注的污染物。来自长江上游的物质输送对长江中下游、对入海口水域水生态都具有重要影响。研究了1998—2019时期长江上游和中下游之间的衔接断面暨三峡水库出水断面的磷通量及形态变化。整个研究时段分为3个阶段:1998—2002(阶段Ⅰ,三峡水库运行之前),2003—2013(阶段Ⅱ,作为过渡时期)及2014—2019(阶段Ⅲ,三峡水库实现175m正常蓄水位且金沙江下游段向家坝和溪洛渡水库运行后),以阶段Ⅰ、Ⅲ为重点时段进行对比分析。研究表明,2014—2019年总磷年通量平均为5.67万t/a,比1998—2002年减少了38.0%;溶解态磷年通量为4.02万t/a,增加了60.0%;颗粒态磷年通量为1.67万t/a,减少了74.9%。磷的主导形态由颗粒态变为溶解态,溶解态磷通量占比由27.5%上升为70.9%;相应地,颗粒态磷通量占比由72.5%下降为29.1%。总磷、溶解态磷和颗粒态磷通量均表现为丰水期>平水期>枯水期。近20年来,水沙关系发生了巨大变化,含沙量(SS)与水量(Q)正相关性大幅下降,其拟合方程的斜率由1.44下降为0.10,R^2...     

特大洪水对浅水湖泊磷的影响:以2016年太湖为例

2016年太湖发生特大洪水,水位达到历史第二,入湖水量比平均年多60.8亿m³.而从2016年开始太湖磷指标改变了2010年以来平缓下降的趋势出现回升,也就是出现所谓“磷反弹”的问题.为了研究磷反弹和特大洪水之间的关系,本研究从2016年入湖水量、水质、磷通量、水中磷存量以及磷在太湖中的迁移过程出发,对大洪水前后太湖磷的变化进行分析.结果表明：洪水期间入湖河道带来大量的磷是引起磷反弹的主要原因.由于洪水的影响,2016年磷净入湖通量比往年平均水平多出579.2 t,约达到1683.0 t.其中,两次洪水贡献极大,约占全年水平的50%（6-7月和10月的洪水分别带入580.5和268.2 t磷）.磷反弹的另一个原因在于太湖存在较高的磷滞留率,磷在入湖后很难经由出湖河道排出.从入湖后磷的归趋上看,洪水过程中高磷浓度水块尽管存在由太湖西北部向东、南部迁移的过程,但途中水体磷浓度出现显著降低（即滞留现象）,导致高磷浓度水块未能到达出湖排泄区（太浦港、望虞河等）.全年净入湖磷通量中仅有小部分（205.3 t）直接引起水体磷浓度上升,而其余的大部分则滞留于底泥之中,明显高于往年水平.2016年滞留在太湖内的磷很可能破坏了往年底泥-上覆水的磷平衡,对后续水质的变化产生间接的影响.     

Study on the endogenous phosphorus load of sediments in Miyun reservoir

Based on the research into the physical-chemical properties and distribution of sediments and the characteristics of pore water in sediments of Miyun reservoir, the release flux of the total phosphorus (TP) from sediments is estimated by simulating deposit environment of reservoir bottom in laboratory. They are 0.018 mg·cm-2·d-1 and 0.821 mg·cm-2·d-1 at 2℃ and 8℃ respectively. The gross TP released in a year is 11.34t. As a contrast, the pore water diffusion simulation method is used to measure gross TP released and gains 11.56t. The two results are relatively close and prove that experiment simulation has some reliability. On the basis of experiments, some conclusions can be drawn: (1) Endogenous phosphorus from sediments accounts for 27.9 percent of the TP entering the reservoir, and it cannot be ignored; and (2) increasing temperature is helpful to TP releasing from sediments.     

湖泊蓝藻多聚磷酸盐代谢机制及功能

大规模蓝藻水华暴发对湖泊水生态系统健康和饮用水安全产生巨大危害,而湖泊水体磷是影响蓝藻水华暴发程度的重要生源要素。应对水体不同磷酸盐浓度,蓝藻高效运行磷酸盐转运系统和磷酸盐特殊转运系统,并合成多聚磷酸盐(聚磷)。蓝藻胞内存在颗粒态、胶体态和可溶态3种形态的聚磷,且不同形态的聚磷分布位置不同。不同蓝藻合成聚磷颗粒的大小、数量和合成期均有所差异。多聚磷酸盐激酶、多聚磷酸盐外切酶、多聚磷酸盐内切酶和P-AMP-磷酸转移酶分别催化聚磷的合成与分解。多聚磷酸盐是二价阳离子的螯合剂,也是磷酸盐及高能磷酸键的储藏库,为细胞生存提供阳离子、磷酸盐和能量,满足蓝藻生命活动过程中生理生化活动所需,具有抵御高温、高pH、紫外线和营养盐缺乏等环境胁迫的生理功能,提升其在不利环境中的生存能力。同时,在蓝藻水华持续暴发、湖泊藻型生境稳态和磷生物地球化学循环过程中聚磷发挥重要的生态功能。因此,蓝藻合成聚磷的分子生物学机制及生态功能研究能够阐明聚磷的存在如何改变湖泊水体—沉积物磷分配、食物网中磷传递等。而开展调控聚磷合成的技术研究,通过控制蓝藻合成聚磷来减轻蓝藻水华暴发规模,将为湖泊水体良性生态系统的重构提供新方法。     

The relationships between particulate and soluble alkaline phosphatase activities and the concentration of phosphorus dissolved in the seawater of Toulon Bay (NW Mediterranean)

The activities of particulate and soluble phosphatase were analyzed monthly for 1 year in the coastal ecosystems of the NW Mediterranean Sea. The mean contribution of the particulate activity increased from 56% at an MUF-P concentration of 30 μM to 77% at 0.04 μM. This particulate activity was negatively correlated with the DIP, DOP and TDP concentrations when the activities were related to the seawater volume, chlorophyll a or the protein concentration. The TDP correlations were highly significant (p: 0.001). The DOP correlations were significant (p: 0.04) and became highly significant (p: 0.009) at low DIP concentrations (<0.13 μM). The DIP correlations were significant (p: 0.04) only at low DOP concentrations (<0.18 μM). Thus, the effects of seawater DIP and DOP were found to be linked. The soluble activity exhibited distinct phosphatase fractions with high (0.5–29.5 μM) and low (0.02–2 μM) Km values, but none exhibited significant correlations with phosphorus compounds.