硬毛藻生长对水体和沉积物中碱性磷酸酶活性及磷含量的影响

为研究水体与沉积物中APA(碱性磷酸酶活性)与磷含量的相互关系,于山东省荣成天鹅湖藻类暴发区采集丝状硬毛藻和表层沉积物,进行室内模拟试验,分析了藻类生长过程中水体和沉积物中APA、磷含量、藻体生物量及磷富集量的动态变化. 结果表明:①试验初期(0~3 d),水体中ρ(TP)较高,无沉积物组各处理水体总APA变化不大,有沉积物组有所下降. 1周后,除ρ(TP)为2.00 mg/L处理外,其余处理水体ρ(SRP)(SRP为可溶性磷)降至较低水平(0~0.06 mg/L);水体总APA增加,其中无沉积物组低磷(0~0.20 mg/L)处理下APA变幅为6.02~18.32 μmol/(L·h),远高于相同初始ρ(TP)的有沉积物处理. ②与初始值相比,试验结束时低磷处理沉积物中各形态磷含量下降,APA升高. ③不同初始ρ(TP)条件下,藻体生物量相差很大,试验结束时藻体磷富集量与初始ρ(TP)呈显著正相关(P<0.05). 研究显示,硬毛藻生长可大量吸收水体中的磷,从而诱导水体中总APA增加,试验中期(4~12 d)低磷处理中AP(碱性磷酸酶)以颗粒态为主,而高磷(0.50~2.00 mg/L)处理中溶解态APA较高;另一方面,藻类生长使沉积物中APA升高,并加大了水-土界面磷的浓度梯度,从而可促进沉积物中可还原态磷和铁锰结合态磷向上覆水体释放.      

绿潮硬毛藻分解对天鹅湖水体氮磷水平的影响

为了解绿潮硬毛藻衰亡分解对上覆水体营养水平的影响,以荣成天鹅湖不同湖区的沉积物和暴发的硬毛藻为试材,通过室内模拟研究了藻类分解过程中水体氮磷水平及理化性质的变化,并评价了不同湖区沉积物中氮磷的释放潜力.结果表明:硬毛藻衰亡分解使上覆水体中ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)均明显上升,并且前期(0~16 d)上升较快,ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)最高分别可达12.40和7.98 mg/L;水体中ρ(TP)和ρ(SRP)表现为前期变化不大,19 d后大幅增加,含量变幅分别为0.02~1.14和0.01~0.40 mg/L.在试验中后期(约16 d后),不同湖区沉积物处理的水体中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TP)、ρ(SRP)均表现为有沉积物含藻处理>无沉积物含藻处理>有沉积物无藻处理.在藻分解的条件下,不同湖区沉积物的氮磷释放能力存在很大差异,氮释放量的顺序为湖中心>西北部>南部,而磷表现为西北部>湖中心>南部.在硬毛藻绿潮的衰亡阶段,由于初期藻体营养盐的直接释放和后期促进沉积物内源释放的间接影响,水体中ρ(TN)和ρ(TP)均明显增加,进而加重了天鹅湖水体的富营养化水平.      

绿潮硬毛藻衰亡分解过程中营养盐的释放规律

通过室内模拟,研究了不同环境条件下绿潮硬毛藻的分解速率,以及死亡藻体内营养盐的释放规律,以阐明硬毛藻大量衰亡对天鹅湖水质的潜在影响。结果显示,温度对硬毛藻分解速率的影响显著（P < 0.01）,高温（30℃）可促进藻体的分解,而沉积物和营养盐水平对分解的影响相对较小。在试验前期（0～7 d）,硬毛藻的分解速率较大,藻体中的P向水体大量释放;而N的释放量较低,并呈持续释放的趋势。P释放率最高可达91.63%,而N仅为73.01%。温度、沉积物对藻体N、P释放的影响显著（P < 0.01）,各因子对藻体P释放的影响效应表现为:温度>沉积物>营养盐水平;N释放为:沉积物>温度>营养盐水平。高温条件下,死亡藻体的N、P释放率均较高。因此,在温度较高的夏末秋初,应及时清理湖区中的死亡藻体,以免导致水质恶化,造成二次污染。     

硬毛藻生长的最适磷含量及磷素吸收动力学特征

为探究绿潮优势藻—硬毛藻对水体中磷的吸收动力学特征及其最适生长含量,在荣成天鹅湖硬毛藻暴发区域采集新鲜硬毛藻,设置不同磷含量水平进行室内模拟试验,定期监测藻的生长状况、藻体及水体中磷的含量变化。结果表明,硬毛藻对磷的吸收过程符合米氏方程,0~6 h内的半饱和常数(Km)和最大吸收速率(Imax)分别为3.74μmol/L和1.43μmol/(g·h),在富营养化水平下表现出较高亲和力。硬毛藻在磷含量为6μmol/L处理中达到最大生物量,15μmol/L条件下藻体对磷的吸收速率最大,而在30μmol/L处理中藻体的相对生长速率及吸收速率均小于15μmol/L处理。结果说明,硬毛藻对水体中磷具有较高富集能力,且在水体磷含量为6μmol/L和15μmol/L时,硬毛藻表现出较高生长力和较强吸收能力,适宜对低磷水平污水的净化。     

刚毛藻分解对上覆水磷含量及赋存形态的影响

在荣成天鹅湖刚毛藻暴发区域采集新鲜沉积物和刚毛藻进行室内模拟试验,定期监测上覆水中溶解氧(DO)、pH和电导率等理化参数,分析水体总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)、可溶性磷(SRP)、溶解性有机磷(DOP)和颗粒态磷(PP)的含量变化,并探讨了刚毛藻分解对沉积物磷释放的影响.结果表明,刚毛藻分解过程中上覆水DO含量明显降低,其中30 g藻+水+沉积物处理基本维持在厌氧状态(0～0.17 mg·L-1);各处理水体pH值略有降低,加藻处理约降低了1个单位.刚毛藻分解使上覆水总磷及各形态磷含量大幅上升,且随藻量的增加,上升幅度变大,其中TP含量变化在0.04～1.34 mg·L-1之间.藻+水处理上覆水中磷的形态以DOP和PP为主,而藻+水+沉积物处理SRP含量明显升高.结果说明,刚毛藻分解过程中自身可释放大量的磷,且释放形态以PP和DOP为主;另一方面,藻类分解可明显促进沉积物中磷的释放,从而使得上覆水SRP含量大幅增加.     

绿潮藻类暴发对天鹅湖水体和沉积物磷含量的影响

在荣成天鹅湖藻类暴发区域采集新鲜沉积物和丝状硬毛藻（Chaetomorpha spp.）,进行室内模拟试验,监测了生长过程中硬毛藻的生物量、磷富集量以及不同处理水体总磷（TP）和可溶性磷（SRP）质量浓度的变化,并分析了藻类生长对沉积物中各形态磷含量的影响。结果表明,当水体磷含量较高时,硬毛藻生长较快,相对生长速率高达14.88%,之后随着水体磷浓度的下降,生长速率逐渐减小。不同处理间硬毛藻的生物量相差很大,高磷含量处理显著高于低磷处理,最大差值可达26.50 g。随着藻类的生长,水体TP和SRP含量明显降低,其中高磷含量处理的TP质量浓度由0.93 mg·L-1降至0.01 mg·L-1,低磷含量处理水体SRP质量浓度均降至0.006 mg·L-1以下。当水体磷含量降至一定水平,沉积物中磷可向水体释放,其中可还原态磷和铁铝结合态磷的降幅分别为23.98%和12.61%。在高磷含量处理组,藻体中磷的富集量显著升高,且当水体磷含量相同的条件下,有沉积物处理的富集量显著高于无沉积物处理。相关分析表明,藻体生物量与水体TP和SRP的相关性较好,其中高磷含量处理组生物量与水体TP、SRP呈高度负相关,而相对生长速率与之呈显著正相关。结果说明,水体及沉积物中磷均可作为硬毛藻生长的营养来源;另一方面,藻类生长可明显降低水体磷含量,并促进沉积物中磷的释放。     

温度、曝气和沉积物对绿潮硬毛藻分解的影响

为了解绿潮优势种——硬毛藻在温度、曝气和沉积物作用下的分解过程及三因素的效应大小,通过室内模拟研究了不同环境条件下硬毛藻早期分解过程中生物量、分解速率及藻体磷释放率的变化,分析了不同环境因子对藻体分解影响的效应大小.结果表明,高温(20~30℃)和添加沉积物均能促进硬毛藻的腐烂分解及藻体磷素释放,其中,30℃条件下含沉积物处理的最大分解速率可达12.13%·d-1,14 d后藻体磷释放率为90%以上.曝气一方面可通过扰动加速藻体生物量的损失和分解速率,另一方面提供了好氧环境,抑制了藻体生物分解和磷素释放,因而其影响效应较低.研究表明,高温和添加沉积物均可加速丝状硬毛藻的分解和藻体磷素释放,夏季应及时清除水体中滋生和衰亡的藻体.