太湖水体中碱性磷酸酶的活性及磷的矿化速率

通过对2003年4月至2004年10月,太湖不同生态类型湖区水体中磷的形态、碱性磷酸酶活性及其它水环境因子的同步监测, 初步探讨了藻类不同生长时期、不同生态类型湖区水体中磷形态构成的差异及其与碱性磷酸酶活性之间的关系, 计算了水体中磷的矿化速率. 研究表明, 太湖水体中总磷的70.2%由悬浮态的颗粒磷构成, 溶解性反应磷(DRP)的含量不足7%; 而总磷中的58.2%可通过酶解生成DRP维持水体中藻类、细菌等的持续生长. 在不同生态类型湖区、以及藻类不同生长阶段, 水体中碱性磷酸酶的活性及动力学参数差异显著, 在酶的作用下, 磷的矿化速率也显示出明显的差异, 最短的磷周转时间仅需数分钟. 这种短时间尺度磷的快速循环, 在一定程度上可以解释藻类大量繁衍时, 所需磷酸盐的来源. 即当水体中DRP的浓度较低时, 藻类能通过酶解其它形态的磷,从而使得DRP得到及时的补充.     

太湖悬浮颗粒物细菌碱性磷酸酶编码基因的分布特征

颗粒态有机磷的碱性磷酸酶矿化是水生态系统磷循环的重要环节,对细菌碱性磷酸酶编码基因的解析有利于揭示浅水富营养化湖泊有机磷矿化的微生物驱动机制.本文以太湖不同生态类型湖区悬浮颗粒物为研究对象,运用荧光定量PCR技术,探究太湖水体中悬浮颗粒物细菌碱性磷酸酶phoX和phoD基因的时空分布特征,以及影响两类基因丰度的主要环境因子.结果表明：太湖不同生态类型湖区中phoD基因丰度是phoX基因的6~42倍,且二者均存在显著的时空分布差异.6月,河口区phoX（9.18×10⁴ copies/L）和phoD（1.88×10⁶ copies/L）基因丰度均最高,其次分别为草型区、湖心区和藻型区.与6月相比,9月各湖区phoD基因丰度显著降低,而phoX基因丰度在藻型区和草型区则有所升高.9月,草型区phoX基因丰度最高（5.70×10⁴ copies/L）,河口区最低（1.49×10⁴ copies/L）.水生植物对phoX和phoD基因丰度具有重要贡献.悬浮颗粒物细菌phoX基因丰度可能被低估.溶解氧、总氮和总磷是影响太湖phoX和phoD基因丰度的主要环境因子.     

水体细菌碱性磷酸酶及其编码基因研究进展

水体溶解性反应磷是浮游植物可直接利用的主要磷营养形式,细菌碱性磷酸酶催化的有机磷矿化过程则是维持溶解性反应磷供给的重要途径.通过总结细菌碱性磷酸酶的种类与分布特征,发现主要包括Pho A、Pho X和Pho D 3种类型细菌碱性磷酸酶,其中超过50%的Pho X分布于细菌细胞的外部环境,对溶解性反应磷的循环再生尤为重要.综述水体产碱性磷酸酶细菌群落组成的研究进展,以及影响编码基因表达的环境因素,对比分析产碱性磷酸酶细菌群落鉴定方法的特点及发展趋势.细菌碱性磷酸酶编码基因的研究多关注寡营养海洋生态系统,对于同样存在磷限制问题的富营养化湖泊生态系统鲜有涉及,而构建针对典型富营养化湖泊生态系统的细菌宏基因组数据库,则可为建立淡水生态系统细菌碱性磷酸酶及其编码基因的研究方法奠定基础,有助于认识湖泊水华频发的微生物学驱动机制.     

太湖梅梁湾中碱性磷酸酶的活性及其与藻类生长的关系

通过对1998年5月-1999年5月的太湖梅梁湾水体中碱性磷酸酶活性及其它水化学因子的同步实地监测,初步探讨了富营养化较严重的太湖梅梁湾湖区的碱性磷酸酶活性的时空变化规律及其与藻类水华的相关性.研究表明,水体中各种形态磷之间的转化非常快.在磷的循环、转化过程中,碱性磷酸酶的作用至关重要.太湖梅梁湾各采样点水体中碱性磷酸酶的最大反应速率(Vmax)的年际变化有着显著的规律性,各点位在春季(3-4月)及夏季(7-8月)均分别出现峰值,与水体中水华出现的峰值相吻合.尤其在水体中水华暴发前的4月份,各采样点中的碱性磷酸酶的活性急剧增加,其Vmax均为年内的最大值或接近最大值,预示着水体中其它形态磷的转化速率加快,为水华的形成提供了充足的活性磷.水体中特异性碱性磷酸酶活性(总碱性磷酸酶活性/Chl.a)与水体中的PO43-存在着较好的负相关.尤其是在春季相关性更加显著,可达-0.9以上;夏季太湖梅梁湾水华暴发时,水体中的磷酸盐浓度远低于碱性磷酸酶的激发阈值,藻类体中的酶被诱导大量产生,从而使得水体中碱性磷酸酶的数量、活性急剧增加,达到较高的水平.这种短时间的有机质快速降解以及由此导致的营养盐释放,维持了水体中藻类的生长.     

湿地中碱性磷酸酶的动力学特征与水生植物的关系

本文讨论了种植菹草 (PotamogetoncrispusL .)、水花生 (AlternanthearphiloxeroidesGriseb .)、紫背浮萍 (Spirodelapolyrhiza(L .)Schleid .)以及对照实验池 (12 .5m× 9.5m)过滤 (小于0 4 5 μm)与未过滤水样和沉积物中碱性磷酸酶的动力学特征及其分布 .水生植被能降低水样和表层沉积物酶的催化效率 ,抑制作用因植物的种类而异 ,且在未过滤水中表现得尤为突出 .因此 ,受抑制者多与较大的颗粒相联系 ,这一结果暗示植物克藻效应的胞外酶学机制 .水生植物种植区表层沉积物的低酶活性是其中有机磷不易矿化故得以保持从而改善水质的可能原因 ,而深层沉积物酶的反应速度则明显高于对照 .湿地亚表层沉积物因其具有的理论与实际意义而值得深入研究     

太湖水体生态环境历史演变

根据１９５０￣１９９５年期间对太湖水体进行的各次综合性研究结果分析：太湖水质和营养程度大致每１０￣１５年上升一个级别,近期变化尤为明显ＣＯＤＭｎ含量３５年来增加了１３６％,总磷近年来以９．９％速度上升,浮游藻类８０年代以来一直以蓝藻和硅藻占优势,但种群数趋于减少,细胞数据增,局部水域蓝藻水华频发;浮游动物和底栖动物中耐污染类增多,枝角类、桡足类和环节动物、节肢动物数量则降低;鱼类种群数减少,银鱼捕     

浅水湖泊中沉积物碱性磷酸酶动力学参数的分布

东湖沉积物磷酸酶在较高的pH范围内表现出较高活性,故为碱性磷酸酶,东湖与严西湖沉积物中碱性磷酸酶的动力学参数表现出明显的空间异质性,且与间隙水和表层水中正磷酸根浓度无明显的对应关系,此外,它们在垂直方向上亦极具变化,除在沉积物表面显示较高催化效率之外,较沉层面（约距表面8－12cm)亦有类似峰值,这一结果补充说明了湖泊沉积物磷循环的另一活跃区域以及相应的生物化学机制。     

太湖蓝藻水华暴发的氮磷控制阈值分析

藻类生长与营养盐浓度存在藻类几何级数增长的营养盐浓度变化的下限阈值和藻类生长不受氮磷浓度增加影响的上限阈值,但由于蓝藻水华的形成受多种因素的综合影响,不同湖泊、不同区域及不同时段的氮磷浓度对蓝藻水华的影响差别较大,使得蓝藻生长的氮磷控制阈值难以确定.针对控制蓝藻水华暴发的氮磷阈值的研究虽然有所开展,但多集中在实验室研究阶段或对经验值的判断,虽然也有基于野外实测数据的研究,但也限制于某一特定区域,而基于野外长序列实测数据并且覆盖整个湖泊的氮磷阈值研究则是空白.太湖作为具有较高营养背景的富营养化浅水湖泊,蓝藻水华的发生受氮磷影响较大.对太湖总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chl.a)浓度的时空变化分析发现,太湖西北湖区的TP、TN与Chl.a浓度明显较高,并且TP、TN与Chl.a均呈显著性正相关.为探究太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值,以轻富营养化等级下的Chl.a分级标准(10,26］作为表征水华暴发的条件,采用郑丙辉等的频率分布法,确定了太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值分别为0.05~0.06和1.71~1.72 mg/L;通过空间验证,太湖藻型区TP和TN浓度远高于同级营养水平下全湖区TP和TN控制阈值,表明藻型区高氮磷水平为蓝藻水华发生提供充足营养盐条件,即使氮磷全湖平均浓度控制在蓝藻水华暴发的氮磷阈值水平之下,但在气象水文等因素适宜条件下,藻型区水华发生风险仍然较高;并且在高氮磷背景下,即便在水华发生风险低的季节,水华发生风险仍然较大.近十几年来,虽然太湖经历了大规模的高强度治理,但由于环太湖流域的湖西区入湖负荷占比大,导致太湖藻型区氮磷浓度仍处于高位运行状态,为蓝藻水华的暴发提供了充足的营养盐基础,因此,湖西区的控源减排仍然是太湖富营养化及蓝藻水华防控的重点.     

太湖水体中悬浮物的静沉降特征

本文分别采用斯托克斯沉降速率公式和重复深度吸管法计算了2005年4月、5月间在太湖进行的四次静沉降模拟实验中的沉降速度．结果表明：1)太湖水体中悬浮物的沉降属于絮凝沉降．2)水体中悬浮物浓度与沉降时间均呈现出明显的指数衰减规律(R~2＞0．80),悬浮物中无机物含量较高时这种规律更为明显(R~2≥0．99)．3)悬浮物浓较低时,太湖悬浮物的沉降速率与水体中的悬浮物浓度无明显的相关关系;而悬浮物浓度较高时,沉降速率随悬浮物浓度升高而增大．经拟合沉降速度(ω)与悬浮物浓度(C)之间符合Logistic曲线ω=0．021/(1 exp(-0．026(C-166．3))),R~2=0．98,n=54．4),斯托克斯公式可用来粗略估算太湖悬浮物的沉降速率,而重复深度吸管法则适合于较精确地计算太湖悬浮物的沉降速率．但在计算时须注意根据悬浮物的特性,选取其特征沉降速率．本文计算得到的太湖悬浮物的沉降速率范围为0．002 cm/s-0．005 cm/s．     

太湖北部湖区水体中浮游细菌的动态变化

2003年1月-12月对太湖北部湖区8个采样点进行了每月1次、为期一年的水体中浮游细菌数量的测定,并同步对溶解性有机碳(DOC),总氮,总磷,叶绿素a和温度进行了测定,结果表明:浮游细菌数量存在明显的季前变化和空间差异,夏秋季浮游细菌数量比冬春季高,最高值出现在夏季的7月份,平均值为7．43×106cell／ml,最低值出现在3月份,平均值为3．14×106cells／ml,最低值与最高值差异达73％;污染严重的河口区浮游细菌数量明显高于湖心区,最高值出现在河口的6#点,平均值为5.51×106cells／ml,比湖心区最低值8#点高83．2％,并呈现从河口、湾内至湖心随水体污染程度减轻而逐步递减的趋势;浮游细菌数量与温度和浮游植物量显著相关．而与水体中营养盐无关,预示着太湖水体中的营养盐已处于较高的水平,不再是浮游细菌生长的限制因素,而来源于浮游植物的有机碳可能是其生长的重要碳源．     

太湖霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri) NH4+-N和PO43--P的潜在释放量

为了研究太湖底栖动物优势种类——霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)对于湖泊富营养化的影响,以温度和密度为模拟控制条件,对太湖霍甫水丝蚓进行营养盐释放的室内控制实验,研究温度和密度的变化对霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放率的影响,根据霍甫水丝蚓铵态氮(NH_4~+-N)和磷酸盐(PO_4~(3-)-P)释放率与温度的关系方程,结合太湖霍甫水丝蚓2007-2010年的生物量估算其对太湖水体氮磷的潜在贡献.结果表明,随温度升高太湖霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P的释放率均呈现逐渐升高的趋势,而密度变化对霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放率的影响均不显著,太湖霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P年平均释放量分别为1925.5和210.0 t,分别可达到全太湖沉积物-水界面NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P的年净通量的19.3%和23.3%,表明霍甫水丝蚓的营养盐释放对于湖泊生物地化循环和湖泊富营养化具有显著的影响.     

Alkaline phosphatase activity and the phosphorus mineralization rate of Lake Taihu

The phosphorus fractions, the alkaline phosphatase activity (APA) and other water chemical parameters were concomitantly monitored from April 2003 to October 2004 in different eco-type sites of Lake Taihu. During the stages of algae growth, the phosphorus fractions and their relationships with APA in different ecotype sites were discussed and the phosphorus mineralization rate was calculated. In the water of Lake Taihu, most of the phosphorus (70.2%) could be attributed to the suspended particulate phosphorus, while the dissolved reactive phosphorus (DRP) seems to contribute less than 7%. About 58% of the total phosphorus, however, can be hydrolyzed as inorganic phosphate to compensate for phosphorus deficiency of algae and bacteria growth. During the different algae growth stages, the APA and its Kinetic parameters were varied significantly between different ecotype sites of Lake Taihu. This trend is also visible by comparing the phosphorus mineralization rate, and the most rapidly phosphorus turnover time is only several minutes. The fast recycle of phosphorus can, to some extent, be explained that the phosphorus source of algal blooms. The phytoplankton seems to compensate for phosphorus deficiency by using the alkaline phosphatase to hydrolyze phosphomonoesters.     

微生物对太湖微囊藻的好氧降解研究

通过模拟实验研究了微生物对微囊藻残体的降解作用。水体内悬浮质和各主要形态磷浓度的变化结果表明：微囊藻的好氧分解符合一级动力学,其乳浮质和颗粒性磷的浓度呈指数关系递减,降解速度分别为０．２２７／ｄ和０．０８８／ｄ。经３２ｄ降解后,水体内的总溶解磷和可达总磷的５３％,而ＴＤＰ的主要成分为ＰＯ＾３－Ｒ。     

波浪作用下太湖底泥试验及航道回淤分析

波浪作用下泥沙的起动和输移研究对航道回淤分析具有重要意义．以往这类研究主要针对海岸地区的非粘性沙,而对于单纯波浪或以波浪为主要动力的粘性泥沙运动,特别是湖区底泥的研究相对较少．本文通过波浪水槽试验对太湖底泥的起动和输移进行了研究,并提出波浪动力下含沙量经验公式,由此对太湖地区某具体工程的航道回淤进行分析计算．该成果对研究波浪作用下淤泥的输移及太湖地区类似的航道回淤问题具有借鉴意义．     

ADP在太湖沉积物再悬浮分析中的应用

分析太湖的悬浮物浓度时,使用传统的过滤与称重的方法,难以在短时间内取得大量的数据,并且进行大范围调查时困难较多,特别是在计算悬浮物浓度随时间的变化率时,根据导数的定义其时间间隔应足够小,此时上述方法显然难以得出较为准确的结果．本文从声学后散射原理出发,通过对声学多普勒三维流速仪(ADP)所接收的回声强度在传播距离上的校正,得出了当悬浮物粒径组成较为稳定时,该强度能反映水体中悬浮物浓度(SSC)的结论,并基于2002年在太湖乌龟山的一次为期一周的湖流观测结果,分析了经校正后的回声强度与太湖中悬浮物浓度间的指数相关关系,通过实测资料对上述关系进行了验证,结果表明该经验公式适用于太湖,其回声强度的变化能反映水体中SSC的变化规律,为大范围调查水体中悬浮物浓度提供了更加快速而有效的方法．     

巢湖、太湖蓝藻湖靛及其提取物的动物毒性初步研究

对国内淡水湖泊巢湖、太湖中的蓝藻湖靛及其提取物（藻胆蛋白）,进行了动物毒性实验。实验动物为昆明种小白鼠,采用灌胃法给药。给药后小白鼠均无中毒症状,一周内无死亡。说明巢湖、太湖中蓝藻湖靛及其提取物,对以小白鼠为代表的哺乳类动物消化系统,基本不产生毒性。这对于开发两湖中的蓝藻作为鱼、家禽等饲料和提取其中的植物蛋白（藻胆蛋白）作为营养食品添加剂等有一定意义。     

太湖微囊藻对几种枝角类种群影响的实验生物学分析

微囊藻是形成蓝藻水华最普遍的一种,不同枝角类受微囊藻的影响不同.实验从太湖梅梁湾分离天然的微囊藻,研究了其对长刺溞、隆线溞、短尾秀体溞和角突网纹溞四种枝角类存活和生殖的影响.在微囊藻食物浓度为1×106 cells/ml,测得四种枝角类的半致死时间(LT50)分别为长刺溞3.03 d、隆线溞3.79 d、短尾秀体溞8.48 d和角突网纹溞9.25 d,体长较小的短尾秀体溞和角突网纹溞的半致死时间相对较长;实验过程中没有观察到长刺溞和隆线溞有新生幼体,而短尾膊秀体溞和角突网纹溞在少数几天里产出了少量新生幼体.以不同浓度微囊藻(0.5×106-8×106 cells/ml)喂养枝角类,测得四种枝角类的24h半致死浓度(LC50)分别为:4.10×106、4.78×106、6.21×106和7.77×106 cells/ml.参照以栅藻喂养的枝角类生长情况,可知太湖微囊藻对四种枝角类的存活和生殖有很强的负面作用,其中体长较大的长刺溞和隆线溞受的影响相对较大.     

东太湖表层沉积物的磷饱和度初步研究

对东太湖一个横断面上８个样点、１个网围养鱼区样点,１个鱼塘样点的表层１０ｃｍ沉积物含磷量进行了分层采样分析,并以表层沉积物和湖水组成系统,通过磷添加研究了沉积物的磷饱和度。     

太湖北部滨岸区水生植被自然修复观测研究

1997－1999年连续3年对太湖北部围隔实验区水生植被自然修复过程的观测表明,大型富营养化浅水湖泊滨岸水域,通过实施围隔保护等途径,土著水生高等植物如荇菜、菱等能够在次生裸区水域自然修复生长。1998年夏季荇菜、菱种群覆盖面积分别达到围隔保护区总面积的14．3％和12．7％。伴生种群有马来眼子菜、狐尾藻和苦草等。分析了人为刈割、水产养殖对水生高等植物自然修复进程的影响。据此提出治理太湖等大型浅水湖泊富营养化污染的对策。