太湖水华蓝藻的复苏及其抑制研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yulu0355
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近几十年来,工农业废水和生活污水的大量排放,使太湖水体严重富营养化,引发蓝藻水华的大规模发生,带来严重的经济和社会问题。为了降低水华发生的频次和持续时间,已采取了众多防控措施,但这些措施均在水华发生后进行,因而不仅忽略了藻类自身的生长规律,同时面对大量已经形成的藻细胞,意味着需要巨大的成本投入和治理难度。藻类复苏先于水华形成,对水华的形成格局和发生强度有着重要影响,因而明确水华形成前期,藻类的生长特征及重要影响因子的作用机理,对于更好地了解、预测和防控水华的发生有着重要意义。  本研究首先通过模拟复苏实验,解析水华形成前期,藻类复苏的动态特征及营养盐浓度增加对藻类生长的影响机理,随后基于太湖水华优势藻种—蓝藻的复苏特征,通过结合化学抑藻剂和生物抑藻剂的作用优点,在蓝藻生长的瓶颈时期实施抑藻处理,以降低蓝藻的越冬库存量,抑制蓝藻的复苏,从而达到降低水华发生强度的目的。主要研究结论如下:  1.通过设置底泥+湖水,灭菌底泥+湖水,底泥+过滤湖水三种处理,进行模拟复苏实验,以明确水华形成前期藻类的生长特征及底泥和水体中藻类复苏种源对水华形成的影响。实验结束时,底泥+湖水,底泥+过滤湖水中未形成水华,而灭菌底泥+湖水中形成了水华。分析发现:底泥中总藻,非蓝藻和蓝藻的复苏温度阈值分别为12,12和15℃;当环境温度低于这些复苏温度阈值时,所有处理中,水体中的藻类生物量均表现出增加的趋势,但随着温度的进一步上升,未形成水华的处理中,藻类生物量开始下降,而形成水华处理中,藻类生物量继续增加。这就表明:水华形成前期,水体中藻类的生长可以分为两个阶段:StagesⅠ,藻类复苏的起始阶段和StagesⅡ,藻类复苏后的后续生长阶段。  与对照比较,底泥灭菌+湖水处理中,StagesⅠ蓝藻生物量增加了71.75%,StagesⅡ蓝藻和非蓝藻的生物量显著提高,监测结果表明,灭菌过程中可能导致了底泥营养盐的释放,从而提高了藻细胞的代谢活性和光合活性,促进了藻类的复苏和复苏后的继续生长;同时,底泥灭菌+湖水处理中水华的出现证实,湖水中存在藻类复苏的种源。  2.通过设置底泥+湖水,底泥+湖水+BG11培养基两种处理,进行模拟复苏实验,分析水华形成的重要驱动因子——营养盐对水华形成前期藻类生长的作用机理。实验结束时,对照未形成水华,而营养盐添加处理中形成了水华。结果显示:营养盐浓度增加后,非蓝藻复苏量降低了53.3%,蓝藻复苏量增加了5.06倍,所有藻类,尤其是蓝藻复苏后的生长速率显著增加,而蓝藻在群体中的比例也显著提高。分析发现:营养盐浓度的增加,促进了藻细胞对养分的吸收、利用,提高了细胞的光合能力,尤其是促进了蓝藻的复苏和复苏后的生长,从而进一步加强了蓝藻在复苏期和复苏后期的优势地位。  3.为了结合蓝藻的生长特征,在蓝藻生长的瓶颈时期——越冬期和复苏前期实施抑藻处理。本研究首先采集原位样品,进行模拟复苏实验,确定蓝藻复苏的温度阈值;同时优选化学抑藻剂和生物抑藻剂,确定其有效作用浓度和作用周期;最后进行原位抑藻试验,验证方法的抑制效率。结果显示:蓝藻复苏的温度阈值为15℃;化学抑藻剂——H2O2和生物抑藻剂——水稻秸秆为适合的抑藻剂,能高效、选择性地抑制蓝藻的生长,其有效作用浓度分别为10mgL-1和1gL-1;在越冬期和复苏前期,施用有效浓度的H2O2和水稻秸秆后,蓝藻和铜绿微囊藻的复苏量分别降低了27.09%和67.60%,在首次水华发生时,蓝藻和铜绿微囊藻的生物量分别降低了53.18%和53.69%。这些结果表明:在蓝藻生长的瓶颈时期,越冬期和复苏前期,施用化学抑藻剂——H2O2和生物抑藻剂——水稻秸秆,能经济、高效地抑制蓝藻的复苏,降低早期水华发生的强度。
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