草藻型稳态转换对湖泊微生物结构及其碳循环功能的影响

湖泊是地球表层系统中水、土、气等各个圈层相互作用的联结点,对区域物质如碳等元素循环具有重要影响.微生物是湖泊等水生态系统中的重要组成部分,是湖泊等生态系统中碳等元素物质循环的主要驱动者,是深入了解湖泊碳循环过程的关键.受人类活动等影响,湖泊生态系统,尤其是浅水湖泊生态系统往往表现出以高等水生植物(草型)为主要初级生产者的清水稳定态和以浮游藻类(藻型)为主要初级生产者的浊水稳定态,而随着湖泊营养负荷和湖泊环境条件的变化,这两个不同的稳定态之间可以发生转换或者剧变,这种剧变不仅影响湖泊生态系统中的微生物结构,而且对湖泊中有机碳的形成、循环过程及其微生物驱动机制产生重大影响.本文重点就湖泊生态系统中有机碳的转换与微生物关系以及草藻型稳定态的转换对微生物结构及其碳循环功能的影响等进行综述,进一步分析其中的关键科学问题,以期为深入了解湖泊生态系统中碳等元素循环的微生物驱动过程与机制提供帮助.     

大庆湖藻的分离、鉴定和高油脂含量筛选

目的:对大庆6个典型湖泊的湖藻进行分离和鉴定,筛选出高油脂含量的大庆湖藻。方法:采用吸管分离法、稀释平板分离法和平板划线法共分离出8株硅藻和5株绿藻,并利用化学方法对所分离的湖藻进行油脂含量测定。结果:所分离13株藻种名称和油脂含量分别为GF-1四尾栅藻9.3%、GF-2鼓藻2.7%、GF-3布朗葡萄藻20.9%、GF-4布纹藻32.6%、HY-1卵囊藻5.5%、HY-2舟形藻37.1%、HY-3二形栅藻6.4%、YL-1舟形藻32.2%、YL-2刀形布纹藻38.3%、YL-3舟形藻34.5%、HQ-1脆杆藻36.6%、QY-1盒形藻33.8%、CY-1脆杆藻29.4%。结论:筛选出YL-2、HY-2和HQ-1三株高油脂含量的大庆湖藻。     

江苏滆湖大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系

为了解滆湖大型底栖动物群落结构特征及其与环境因子的关系,于2013—2014年对滆湖20个采样点的大型底栖动物按季节进行了8次调查,同时对14项水环境指标进行了逐月监测.结果表明: 共采集到大型底栖动物25种,其中软体动物3种,占12%,摇蚊幼虫12种,占48%,寡毛类4种,占16%,甲壳类4种,占16%.优势种为霍甫水丝蚓、苏氏尾鳃蚓、中国长足摇蚊和太湖裸须摇蚊.摇蚊幼虫和寡毛类存在显著的空间和季节变化.氮、磷营养元素和水温对滆湖水域环境状况有较大影响,且总氮(TN)、硝态氮(NO₃^--N)和溶解氧(DO)均表现出显著的空间和季节变化.相关性分析表明,TN和NO₃^--N是影响滆湖大型底栖动物群落结构的主要水环境因子,环境变量可以较好地解释主要类群的变化.     

菹草对湖泊沉积物磷状态的影响

武昌野芷湖湾菹草(PotamogetoncrispusL.)生物量较高位置的沉积物显示明显较高的磷吸附指数,以及据Langmuir方程:C/X=C/Xm+K×1/Xm导出的最大吸附量与吸附强度,这一结果在不同时期与不同采样深度均有体现,故提高沉积物磷的吸附能力应为菹草维持水体较低营养水平的重要机制。铁结合态磷是沉积物磷的主要存在形式,吸附能力的提高可由有机质及其与铁的相互作用部分地得到解释。不同时期菹草生物量较高的沉积物表现明显较低的碱性磷酸酶活性与最大反应速度,降低沉积物有机磷的酶促分解速率应为菹草维持水体低营养水平的另一机制。     

附着生物在浅水富营养化湖泊藻-草型生态系统转化过程中的作用

不同营养盐水平下附着生物对水生植物影响的实验结果表明, 随营养盐浓度的升高, 附着生物的生物量随之增加, 且对水生植物光合作用的抑制作用也相应增强. 结合其他研究的风浪、光照、营养盐形态和鱼的牧食对水生植物的影响, 得出在浅水富营养化湖泊中, 草型生态系统与藻型生态系统互相转化的先决条件是营养盐水平, 当其浓度发生变化时, 对生态系统造成胁迫, 导致生态系统不稳定, 此时, 外部的任何一点扰动(如风浪、高水位、鱼等)就有可能使得原来的生态系统发生崩溃, 新的与环境相协调的生态系统得以建立. 从理论上解释了湖泊生态系统在草型和藻型之间转化的机理, 为湖泊富营养化治理与生态修复提供了理论依据.     

伊乐藻、苦草和菹草对磷急性胁迫的响应

水生植被,特别是沉水植被的衰退和消失是水体富营养化过程中的普遍现象[1,2],其原因是多方面的,但较高的水柱氮、磷浓度显然是重要原因之一.     

百花湖消落带土壤磷释放的模拟研究

为探讨贵州省百花湖(水库)消落带土壤磷的释放状况,采用实验室模拟法研究了不同消落带土壤和环境条件变化对百花湖消落带土壤磷释放的影响,分析磷的释放量与磷赋存形态的关系。结果表明:未淹的黄壤释磷量最大,砂石壤最低;温度升高,土壤中磷的释放强度随之增大;扰动上覆水比静置条件下更有利于磷的释放;酸性和碱性条件下土壤磷的释放量略高于中性条件,且碱性条件下最高;厌氧条件比好氧条件更能加速磷释放;不同形态磷与土壤磷释放量有不同程度相关,其中有机磷(OP)与磷的释放极显著相关;与铁铝结合态磷(Fe/Al-P)和钙结合态磷(Ca-P)显著性相关。     

菹草（Potamogeton crispus）对水中氮、磷的吸收及若干影响因素

菹草（Ｐｏｔａｍｏｇｅｔｏｎ ｃｒｉｓｐｕｓ）对水中氮,磷的吸收与ＰＨ,光照,水温,根／茎生物量比及底泥间隙水与上覆水中营养盐浓度比有关。在ＰＨ为８．０－９．５,水温为１９－２８℃的实验条件下,水中ＮＨ４－Ｎ浓度低于０．３５ｍｇ．１＾－１左右时,菹草茎,叶优先吸收ＮＯ３－Ｎ;水中ＮＨ４－Ｎ浓度大于０．３５ｍｇ．１＾－１左右时,菹草测优先吸收ＮＨ４－Ｎ这一选择吸收与ＮＨ４－Ｎ／ＮＯ３－Ｎ比值无关,强     

苦草生长对沉积物中磷迁移转化的影响

构建了不同营养盐负荷的沉积物环境"水-苦草-沉积物"生态系统,监测分析了沉积物中总磷(TP)、生物可获得磷及其环境因子的垂直分布及变化,以苦草为例,研究了沉水植物生长对沉积物中磷迁移转化的影响,结果表明:生长期的苦草通过改变沉积物环境因子或自身的生理活动,直接或间接地对沉积物中不同形态磷的迁移转化产生了影响,并随着深度的增加而出现不同的变化。具体表现在,低(L)、中(M)、高(H)营养负荷的沉积物总磷(TP),相对于初始值均有不同程度的下降,但苦草组下降的幅度大,分别比对照组多下降了11.63、18.50和46.25 mg/kg;在垂直方向上均表现出随深度的增加TP呈减少趋势,苦草对沉积物影响的深度随根系的活动范围变化而变化,根系增长最长(比试验初始增加了9.2 cm)的低营养负荷苦草组(LV),可影响到6 cm以下的沉积物;中营养负荷苦草组(MV)、高营养负荷苦草组(HV)根系增加不明显(分别为2.60和2.10 cm),影响深度主要在6 cm以内;检验发现,苦草组与对照组差异显著(P0.05)。交换态磷(Ex-P)、铝磷(Al-P)随深度增加而升高,苦草组小于对照组;铁磷(Fe-P),随深度的增加而降低,苦草组大于对照组,其中,在L、M、H中,苦草组的Ex-P分别比对照组下降了0.065、0.215和1.483 mg/kg,Al-P分别为1.198、2.040和2.390 mg/kg;LV中苦草的影响深度可达到10 cm的深,而MV、HV中主要集中在6 cm以内;苦草组中的Fe-P分别比对照组高8.135、16.689和8.598 mg/kg,在垂直方向上的变化幅度亦大于对照组。检验发现,L中苦草组Ex-P与对照组有极显著差异(P0.01),M、H苦草组与对照组无显著差异(P0.05);L、M、H中Al-P、FeP苦草组与对照组均无显著差异(P0.05)。     

氮、磷营养对雨生血球藻绿色细胞生长的影响

采用BBM培养基,以雨生血球藻(Haematococcus pluvialis CG-11)为研究材料,通过测定细胞生长速率、叶绿素和类胡萝卜素含量、生物量和虾青素含量,探讨氮、磷营养对雨生血球藻营养细胞生长的影响.结果显示:H.pluvialis CG-11生长的适宜氮源形式是NaNO₃和NH₄NO₃;适宜H.pluvialis CG-11生长的氮浓度为41.2mg·L^-1,磷浓度为5.3～53.3mg·L^-1.     

滆湖底栖动物群落的时空变化及水质生物学评价

2009年5月-2010年2月对滆湖底栖动物群落进行了调查,并根据底栖动物群落结构对水质进行了生物学评价。结果表明:采集到底栖动物共35种,隶属于3门25属;优势种类为中国长足摇蚊(Tanypus chinensis)、霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)、苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)、克拉泊水丝蚓(L.claparedeianus)、中华河蚓(Rhyacodrilussinicus);滆湖底栖动物的年均密度为374.1ind·m-2,寡毛类对密度的贡献最大,占年均密度的77.4%,最大密度出现在夏季,春季最低,St14年均密度高于其他站点;滆湖底栖动物的年均生物量为17.78g·m-2,软体动物对生物量的贡献最大,占年均生物量的97.4%,夏季生物量最大,冬季最低,St14年均生物量明显高于其他各个站点;底栖动物的密度和生物量随季节变化明显,密度的季节变化表现为夏季>秋季>春季>冬季,生物量变化表现为夏季>春季>秋季>冬季;Shannon-Wiener多样性指数值(H’)、Margalef多样性指数值(D)、Pielou均匀度指数值(J)和BI指数值表明滆湖水体处于中度到重度污染状态。     

滆湖轮虫群落结构与水质生态学评价

研究了浅水湖泊--滆湖的轮虫群落结构,并用轮虫污染指示种类、E/O值、QB/T值和生物多样性指数评价滆湖的水质和营养状况.在两周年的研究中,共发现轮虫69种,污染指示轮虫39种.优势种为萼花臂尾轮虫(Brachionua calyciflorus)、前节晶囊轮虫(Asplanchna priodonta)、针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)、长三肢轮虫(Filinia longiseta)和裂足臂尾轮虫(B.diversicornis).轮虫密度年平均值为1584 ind./L,生物量年平均值为5.982 1 mg/L.密度秋季最高,生物量夏季较高.轮虫物种多样性较低,多样性指数与其密度及生物量正相关.滆湖三个生态功能区轮虫的种类相似;湖区北部与中部的轮虫现存量差异不显著,与南部的差异显著,中部与南部间差异极显著.根据指示生物法、生物指数法和多样性指数法评价滆湖水质及营养类型,涌湖为富营养型.     

干旱绿洲灌区大白菜施磷效应与磷肥投入阈值

针对磷肥施用量大且利用率不高的问题,通过2011—2013年在甘肃省农业科学院张掖绿洲灌区农业生态环境重点野外台站进行定位试验,研究了不同施磷量对露地大白菜产量、磷肥利用率以及磷素平衡的影响.结果表明:大白菜产量随施磷量的增加先增加后呈下降的趋势.在施磷量为112.52 kg·hm^-2时产量达到最高(5489.1 kg·hm^-2),且显著高于其他处理,与不施磷处理相比,增产13.3%~23.8%,此时磷肥利用率为14.2%.土壤中土壤有效磷(Olsen-P)和可溶性总磷(CaCl-P)呈现较好的正相关性,土壤Olsen-P含量为24.22 mg·kg-12时对应的施磷量为111.1 kg·hm^-2,表明当土壤中Olsen-P含量小于24.22 mg·kg-1时,土壤中的磷素不发生盈余,对环境不造成污染.当施磷量为60.17 kg·hm^-2时,磷输入与输出达到平衡,即此施磷量水平能满足作物的需求.结合研究区的土壤肥力状况,综合产量、磷肥利用率及土壤有效磷含量,干旱绿洲灌区磷肥投入阈值在60.17~112.52 kg·hm^-2时,能保证露地大白菜高产,并且不会造成环境污染.     

滆湖入湖河流春季大型底栖动物群落结构及水质生物学评价

分别于2018年4月和2019年4月对滆湖入湖河流底栖动物开展调查,并利用生物指数对水质进行生物学评价。结果表明:共鉴定滆湖入湖河流底栖动物28种,以重度耐污种霍甫水丝蚓(优势度为0.46)和中等耐污种铜锈环棱螺(优势度为0.11)占据绝对优势。生物多样性方面以鹤溪河最高,湟里河、扁担河次之,夏溪河及入湖河口最低,水生植物分布是影响各区域底栖动物多样性的重要因素。卡尔森营养状态指数(TSI)与水质污染等级生物评价结果基本一致,以新孟河延伸拓浚工程沿线为界,鹤溪河、夏溪河、湟里河中上游河段处于中度富营养化水平,水体为轻-中污染状态,而下游河段、扁担河及入湖河口处于重度富营养化水平,水体为中-重污染状态。     

松花湖富营养化发生的阈值判定和概率分析

湖泊、水库富营养化是目前国内外环境科学领域关注的热点,也是我国面临严峻的水环境问题。选择松花湖为研究对象,以2002~2004年松花湖水体中与富营养化相关指标的特征为依据,运用多元相关分析和多元逐步回归分析以及室内藻类模拟实验和蒙特卡罗随机模拟的方法,围绕松花湖富营养化主要限制因子识别、富营养化发生的阈值判定和概率分析开展研究。结果指出:总磷和总氮是松花湖富营养化的主要限制因子,总磷是水体富营养化的第一限制因子;松花湖富营养化发生的阈值为:总磷含量0.065mg.L-1、总氮含量0.843 mg.L-1和叶绿素a浓度11.90μg.L-1;松花湖水体发生富营养化的概率为0.69,其中,无风险的区域占19.21%、一级的区域占9.79%、二级占20.31%、三级占16.5%、四级占25.8%、五级占8.39%,可见,松花湖大部分区域处于轻度富营养化阶段,小部分区域处于中营养阶段。该结论对全面、合理地了解松花湖富营养化的现状以及有效地预防和控制松花湖富营养化的发生和保护湖泊水质具有重要的参考价值,也为水体富营养化的定量化和制定富营养化的标准提供了可行的途径和方法。     

浅水湖泊生态系统稳态转换的阈值判定方法

浅水湖泊生态系统对人类干扰的反应会随着干扰力度的改变或增强而出现突然的变化,即发生稳态转换;对其机理和驱动机制的揭示将有助于对湖泊富营养化的控制及恢复.基于“多稳态”理论的稳态转换研究已广泛开展,但对浅水湖泊生态系统稳态转换的驱动机制结论各异,采用的阈值判定方法相差很大,主要有实验观测、模型模拟和统计分析3种.实验观测多关注少数特定指标,指标筛选过程复杂且工作量大;模型模拟虽能从较为全面的尺度上理解生态系统稳态变化的特征和主要机理过程,但在模型误差和不确定性的处理等问题上尚存在不足;统计分析方法基于对长时间序列数据的统计变化规律分析,用以判断或者预警稳态转换现象的发生,是目前最为常用的方法.目前稳态转换领域的研究大都是对已发生的稳态转换进行机制分析或过程反演,对未来预测与预警的问题仍然亟需加强.     

千岛湖水体叶绿素a与相关环境因子的多元分析

1999年1月至2000年12月对千岛湖水体的叶绿素a和理化因子进行了为期2年的逐月监测,对监测数据进行了多元逐步回归分析,找出与叶绿素a显著相关的环境因子,建立了多元回归方程．同时分析了叶绿素a含量的时空分布情况,并应用修正的卡尔森营养状态指数(TSI)对各监测点位的营养状态进行了排序．结果表明,湖区各监测点叶绿素a含量时空差异较大,新安江来水中叶绿素a含量变化较大．在5～30mg·m^-3之间,湖区内部监测点叶绿素a含量基本在5mg·m^-3以下,春季和秋季含量高于冬季和夏季含量．东南出水湖区大坝、密山和姥山点位的TSI<37。属贫营养型。其余湖区的TSI<53,为中营养型,与20世纪90年代中期的调查一致．湖区内部各监测点位的叶绿素a与理化因子关系比较复杂．在不同的监测点位。对藻类有显著影响的环境因子各有不同,但水温、总磷表现为正相关,透明度则表现为负相关．     

A Phosphorus Budget for the Lake Mendota Watershed

A phosphorus (P) budget was calculated for the agriculture-dominated Lake Mendota watershed located in Dane and Columbia Counties, Wisconsin, USA. P inputs included fertilizer for agricultural crops and lawns, dietary supplements for dairy cattle, and natural inputs such as dry and wet deposition. Outputs included agricultural crops, livestock and livestock products, and hydrologic export to Lake Mendota. The total P input to the watershed (1,307,000 kg year^{− 1}) and total output (732,000 kg year^{− 1}) are large relative to the average of 34,000 kg P washing into the lake each year, indicating that the P flux that eutrophies Lake Mendota is a veryminor component of the total watershed P budget. Using the formula inputs − outputs = change in storage, we found that 575,000 kg P accumulated in the watershed in 1995. This estimate was corroborated by long-term soil P concentration data, which showed an average annual increase in soil P of over 450,000 kg year^{− 1}. Future management programs designed to reduce P inputs to Lake Mendota will be compelled to cope with the large amount of P being stored in the watershed. Received 31 August 1998; accepted 21 October 1998.     

Functions of Calcium-bound Phosphorus in Relation to Characteristics of Phosphorus Releasing Bacteria in Sediment of a Chinese Shallow Lake (Lake Wabu)

Sediment phosphorus (P) release accelerates lake eutrophication, while retention capacity and release potential of different P fractions, calcium-bound P (CaCO₃～P) in particular, still remains unclear. Fractionation and sorption behaviors of phosphorus were studied in sediment of a Chinese shallow lake (Lake Wabu) and two inflowing rivers from December 2011 to December 2012. Abundance of P releasing bacteria was analyzed, and their main species were isolated using a culture-dependent method and identified by their 16S rDNA sequences. CaCO₃～P release abilities of these bacteria were also tested. In sediments of both the lake and rivers studied, the rank order of the different P extracts was CaCO₃～P > iron-bound P > acid-soluble organic P > hot NaOH-extractable organic P. At the same time, CaCO₃～P content and equilibrium P concentration (EPC₀) values in river sediments were significantly higher than those in the lake. Additionally, EPC₀ changes non-monotonically with increasing CaCO₃～P content, forming a V-shaped curve, with the lowest EPC₀ at an intermediate CaCO₃～P content (around 180 mg kg^?1). Below this threshold, CaCO₃～P was a component strengthening P retention; moreover, CaCO₃～P became an active species responsible for P release. Noticeably, between the two parts divided by this threshold, the differences in abundance of inorganic phosphorus solubilizing bacteria (IPB) and organic phosphorus mineralizing bacteria (OPB) were insignificant and the dominant IPB species clustered together. By contrast, OPB was distinguished from each other, whose dominant species isolated from the part with higher CaCO₃～P content, namely Novosphingobium sp., exhibited a stronger ability to solubilize CaCO₃～P. Shortly, with lower content, CaCO₃～P tends to stabilize P in sediment; while with higher content or under eutrophic condition, it shifted into P source, with some OPB species becoming the main factors to drive its release.