改性黏土絮凝海洋原甲藻對(duì)水體中氮、磷的影響研究

盧光遠(yuǎn),宋秀賢,俞志明,曹西華,袁涌銓(.中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 26607；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 00049)

改性黏土絮凝海洋原甲藻對(duì)水體中氮、磷的影響研究

盧光遠(yuǎn)1,2,宋秀賢1*,俞志明1,曹西華1,袁涌銓1(1.中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266071；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

通過(guò)對(duì)比研究典型有害微藻海洋原甲藻(Prorocentrum micans Ehrenberg)自然消亡(A1組)及改性黏土絮凝(A2組)兩種體系,考察兩體系中氮、磷等主要水質(zhì)因子的變化情況.結(jié)果表明,改性黏土能有效去除P. micans并影響其后期生長(zhǎng)狀態(tài),0.4g/L改性黏土添加3.5h后去除率可達(dá)60%以上,且藻密度無(wú)二次增長(zhǎng).改性黏土絮凝藻華過(guò)程中能有效去除水體營(yíng)養(yǎng)元素, A2組DIP和DIN較A1組分別降低85%和35%.另外,添加改性黏土對(duì)水體有機(jī)氮、磷影響值得關(guān)注,第33d A2組TON和TOP較A1組分別減少約120, 6μmol/L. 改性黏土對(duì)有機(jī)氮、磷存在一定的埋存保護(hù)作用,通過(guò)吸附絮凝、螯合等作用使有機(jī)氮、磷脫離水體系統(tǒng),而自然消亡體系中的微藻消亡后將通過(guò)分解、礦化等過(guò)程快速進(jìn)入水體參與再循環(huán).該研究系統(tǒng)闡述了改性黏土絮凝P. micans對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)環(huán)境的影響,以期為現(xiàn)場(chǎng)治理提供理論支持.

有害藻華；改性黏土；有害藻華治理；營(yíng)養(yǎng)鹽去除；海洋原甲藻；生態(tài)效應(yīng)

有害藻華(HABs)是水生環(huán)境中時(shí)常發(fā)生的自然現(xiàn)象[1].近年,受人類活動(dòng)影響,有害藻華持續(xù)時(shí)間和范圍都有所擴(kuò)大[1].在眾多治理有害藻華的策略中,改性黏土作為經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好型材料在沿岸和養(yǎng)殖水域治理有害藻華方面應(yīng)用最為廣泛,并在我國(guó)近岸開放水域得到多次成功應(yīng)用[2-3].海洋原甲藻(Prorocentrum micans Ehrenberg)是一種廣范分布的特征有害甲藻[4],由該種引起的有害藻華在我國(guó)沿岸時(shí)有發(fā)生[1],最高密度達(dá)到 106個(gè)/L,占浮游植物總密度的94.6%[5-6].目前,關(guān)于P. micans去除方面的研究較少,研究者利用沸石載銅和鐵鹽增效劑[7]、殺藻劑

[8]、大米草(Spartina anglica)[9]和石莼(Ulva pertusa、Ulva linza、Ulva lactuca)提取物[10-11]、黃桿菌科溶藻細(xì)菌[12]來(lái)抑制 P.micans.黏土吸附水體中單一營(yíng)養(yǎng)元素[13-15]、有機(jī)物和重金屬[16-17]等方面的研究較多;部分研究考察了改性黏土絮凝過(guò)程中對(duì)濾食生物[18-20]的生長(zhǎng)影響及對(duì)藻毒素解毒效應(yīng)[21]的研究.但藻華自然消亡過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)有機(jī)物好氧降解影響低氧區(qū)的形成;同時(shí)大量微藻降解在水體和沉積物表層將發(fā)生營(yíng)養(yǎng)鹽輸送過(guò)程;而改性黏土絮凝有害藻華后期對(duì)主要營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)過(guò)程、界面輸送、最終歸宿及其他治理后期的生態(tài)效應(yīng)等問(wèn)題迄今尚不清楚.因此,本文針對(duì)P.micans自然消亡與改性黏土絮凝微藻兩種體系,旨在通過(guò)對(duì)比研究?jī)审w系水環(huán)境中主要營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷的差異,對(duì)改性黏土絮凝有害藻華后期水環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行初探,為今后該方法野外應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 微藻培養(yǎng)及改性黏土制備

海洋原甲藻(P. micans Ehrenberg)取自中國(guó)科學(xué)院海洋研究所藻種庫(kù).將處于指數(shù)增長(zhǎng)期的藻種接至2個(gè)3L的三角燒瓶中,初始密度約107個(gè)/L.藻細(xì)胞在溫度(20±1)℃,冷白光強(qiáng) 50～60μE/ (m2?s),光暗比12h:12h條件下培養(yǎng),每天定時(shí)進(jìn)行手動(dòng)搖勻,后期絮凝實(shí)驗(yàn)操作相同[23].絮凝實(shí)驗(yàn)開始前,所有實(shí)驗(yàn)用具進(jìn)行 5%HCl浸泡 24h處理;0.45μm混合纖維膜預(yù)先用1:3HCl浸泡,蒸餾水沖洗備用.天然海水(經(jīng) 0.45μm混合纖維膜過(guò)濾),營(yíng)養(yǎng)鹽試劑,培養(yǎng)器皿均進(jìn)行121℃下高溫滅菌[22].海水的pH值和鹽度分別為8.2和30.在滅菌海水中添加無(wú)硅的 f/2培養(yǎng)液[23].添加改性黏土絮凝實(shí)驗(yàn)前用超純水臨時(shí)配制 20g/L的改性黏土使用液,配制方法同俞志明等[24-25].

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

P. micans培養(yǎng)第 11d將藻液混合均勻分別置于36支50mL具塞比色管中培養(yǎng).各實(shí)驗(yàn)組包括:自然消亡組作為對(duì)照組表示為 A1,改性黏土絮凝組作為處理組表示為A2.A2組在第13d添加改性黏土,最終改性黏土濃度為 0.4g/L,分別于第11,13,15,17,19,21,23,25,33d采集樣品.

1.3 樣品采集及分析方法

每次分別從比色管中采集 50mL未過(guò)濾培養(yǎng)液和50mL過(guò)濾(0.45μm)水樣,其中約10mL用于當(dāng)日測(cè)定基本參數(shù);20mL用于總無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽和溶解態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定,20mL用于總氮、總磷和總?cè)芙獾诇y(cè)定,樣品密封凍存于-20℃待分析.A2組需改性黏土添加混勻后靜置 3.5h,于液面下3cm 處移取藻液測(cè)定活體葉綠素 a熒光值(TD700),并用 Lugol試劑固定樣品,在倒置顯微鏡(Nikon Diaphot)下進(jìn)行鏡檢細(xì)胞計(jì)數(shù),同時(shí)測(cè)定pH值.PO43--P采用抗壞血酸磷鉬藍(lán)法,最低檢測(cè)限為0.03μmol/L,NH4+-N采用次氯酸鈉-苯酚法,最低檢測(cè)限為0.04μmol/L, NO3--N采用Cd還原為NO2

--N采用鹽酸萘乙二胺法,最低檢測(cè)限為0.07μmol/L;總氮、總磷經(jīng)過(guò)硫酸鉀高溫消解法處理后,用 San++Skalar-1000營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)定.各有機(jī)組分為總量與無(wú)機(jī)組分的差值.

浮游植物細(xì)胞比增長(zhǎng)率 μ=(lnNt?lnN0)/(t?t0),單位為 d-1[26-27];改性黏土對(duì)藻細(xì)胞去除率 RE= (1?Nt/N11)×100;單位藻均營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度 τ=Ct/Nt(單位為μmol/cell).公式中t0、t是實(shí)驗(yàn)初始時(shí)間和采樣時(shí)間; N0、N11、Nt分別是初始時(shí)間、第11d、第t d的藻密度; C11、Ct分別是第11d、第t d的營(yíng)養(yǎng)元素物質(zhì)的量濃度.所有樣品(包括藻細(xì)胞、pH值、營(yíng)養(yǎng)鹽)數(shù)據(jù)采用單因子方差分析(SPSS 16.0),顯著性差異P<0.05.

2 結(jié)果

2.1 海洋原甲藻生長(zhǎng)變化情況

A1組前10d P. micans藻細(xì)胞生長(zhǎng)維持自然指數(shù)增長(zhǎng)狀態(tài),然后藻細(xì)胞維持4d高密度(5.70± 0.10)×107個(gè)/L,第30d衰減至(0.27±0.06)×107個(gè)/L. A2組第 13d藻密度添加改性黏土后減少至(2.33±0.06)×107個(gè)/L,此后基本維持低密度(圖1).

A1組活體葉綠素?zé)晒庵?Fa)表現(xiàn)出與藻密度類似的變化趨勢(shì).改性黏土添加后,A2組Fa快速降低到 232.3fsu,第 19d突然增加至 333.9fsu,此后一直維持比A1高的水平(圖1).

2.2 不同形態(tài)磷營(yíng)養(yǎng)鹽變化特征

A1組TP濃度從第11d的34.98μmol/L逐漸減少為第33d的27.42μmol/L,TDP和DIP表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì),第 33d濃度分別達(dá)到 5.73, 3.07μmol/L (圖2a).然而,添加改性黏土后(A2組) TP濃度不斷降低至第33d的15.78μmol/L,較同期A1組降低約12μmol/L(圖2a),TDP和DIP濃度較 A1組均迅速下降,分別降至 0.56, 0.42μmol/L,此后分別維持低濃度(圖2a).

圖2 對(duì)比體系水體中氮、磷變化特征Fig.2 Variation of phosphorus and nitrogen in experimental treatmentsa:總磷(TP),總?cè)芙鈶B(tài)磷(TDP)和溶解無(wú)機(jī)磷(DIP)濃度變化; b:總氮(TN),總?cè)芙鈶B(tài)氮(TDN),溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)濃度變化

2.3 不同形態(tài)氮營(yíng)養(yǎng)鹽變化特征

2.3.1 氮營(yíng)養(yǎng)鹽總體變化特征 自然消亡(A1)組TN濃度第21d出現(xiàn)最低值(482.50μmol/L), TDN和DIN濃度均是在19～23d之間出現(xiàn)較高值,第 33d分別降為115.99,33.57μmol/L(圖2b).添加改性黏土后(A2組)TN降低至第33d的382.81μmol/L (圖2b),TDN和DIN濃度均低于A1組.

2.3.2 溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮各組分變化特征 A1組DIN中NO3

--N從第11d的23.99μmol/L迅速降低至第 13d的 3.93μmol/L至第 33d濃度2.50μmol/L;NH4+-N與NO2--N變化類似,第19d出現(xiàn)高濃度67.85,4.39μmol/L而后降為第33d的30.14,0.94μmol/L(圖3).第13d改性黏土使A2組中NH4+-N和NO3--N略升至29.94,5.98μmol/L,第33d降為20.53,0.76μmol/L,NO2--N濃度變化較A1組緩和,末期降為0.49μmol/L (圖3).

圖3 對(duì)比體系水體中溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮變化特征Fig.3 Variation of dissolved inorganic nitrogen in experimental treatments

3 討論

3.1 海洋原甲藻自然消亡沉降及改性黏土影響A1組P. micans藻細(xì)胞比增長(zhǎng)率μ最大值為0.27d-1,第15d后進(jìn)入消亡期,與王正方等的結(jié)果一致[5].A1組不同生長(zhǎng)期 Fa值與細(xì)胞密度均呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系(指數(shù)期:R2=0.8430, P=0.0098;消亡期:R2=0.9584,P<0.0001) (圖4a),由此可知相同藻密度下消亡期Fa值較指數(shù)增長(zhǎng)期有所增加,可能是消亡期藻細(xì)胞釋放出胞內(nèi)葉綠素?zé)晒庥袡C(jī)物并未在短時(shí)間內(nèi)完全分解,從而出現(xiàn)相同藻密度下 Fa值較高的現(xiàn)象.A2組第13d添加改性黏土后藻細(xì)胞去除率達(dá)到 60%,第 15d后去除率達(dá)到80%,第23d后藻細(xì)胞進(jìn)入加速消亡過(guò)程,而A2組Fa值與藻密度正相關(guān)趨勢(shì)不變(R2=0.9083,P=0.0003;圖 4a),但在相同藻密度下,A2組較A1組具有更高的活體葉綠素?zé)晒庵?

圖4 藻細(xì)胞密度與活體葉綠素?zé)晒庵迪嚓P(guān)曲線(a)和單位藻細(xì)胞有機(jī)氮、磷含量變化特征(b)Fig.4 Changes of microalgae cell concentrations with in vivo chlorophyll fluorescence (a) and organic nitrogen and phosphorus per algal cell (b)

任保衛(wèi)等[28]發(fā)現(xiàn)P. micans藻液中溶解有機(jī)物熒光強(qiáng)度在細(xì)胞消亡期有所增強(qiáng),但藻密度與熒光強(qiáng)度的正相關(guān)關(guān)系未變,這與本研究結(jié)果一致(圖 4a).同時(shí),該文指出甲藻在指數(shù)期主要產(chǎn)生的溶解態(tài)熒光物質(zhì)以類蛋白為主,消亡期類蛋白和類腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度均迅速升高,說(shuō)明不同生長(zhǎng)階段微藻會(huì)產(chǎn)生不同特性的熒光物質(zhì)[28].本研究中相同藻密度下消亡期Fa值高于指數(shù)期的現(xiàn)象(圖 4a),即反映出甲藻的該種特性;而添加改性黏土可能在短時(shí)間改變了藻細(xì)胞生存微環(huán)境,有效抑制了殘留藻細(xì)胞生長(zhǎng),單位藻源有機(jī)氮和有機(jī)磷短時(shí)間內(nèi)迅速升高佐證了這一現(xiàn)象(圖 4b).據(jù)此可推斷改性黏土一方面影響藻細(xì)胞代謝,“刺激”藻細(xì)胞合成熒光有機(jī)物質(zhì),另外在絮凝去除微藻過(guò)程中改性黏土促使藻細(xì)胞破裂釋放出胞內(nèi)有機(jī)物質(zhì)至水體中,且并未在短時(shí)間內(nèi)快速降解,該研究中溶解態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽實(shí)驗(yàn)后期無(wú)二次增加的現(xiàn)象證明了這點(diǎn),因此出現(xiàn)第19d后A2組Fa值比A1組更高的現(xiàn)象(圖1).了解改性黏土對(duì)藻細(xì)胞微環(huán)境突變的生態(tài)影響,將為該治理手段在有害藻華防控中的有效利用提供科學(xué)依據(jù).

3.2 改性黏土對(duì)不同形態(tài)磷的影響

自然消亡A1組中TP濃度在第21d出現(xiàn)低值,隨后有所回升,說(shuō)明消亡期中有部分藻細(xì)胞碎片沉降離開水體,但隨著微生物降解作用,顆粒有機(jī)磷以及大分子藻源有機(jī)磷可不斷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷重新進(jìn)入水體系統(tǒng),后期水體中DIP增多2.5μmol/L印證了這一過(guò)程. 由于P. micans具有磷的奢侈性消費(fèi)特性[29],水體中 DIP含量在第 11d即達(dá)到低濃度(0.52μmol/L);Wang等[30]指出, P. micans對(duì)包括核苷酸和磷酸單脂等溶解有機(jī)磷利用率高于無(wú)機(jī)磷,所以由微藻分解產(chǎn)生的有機(jī)磷部分被微生物降解后參與再循環(huán),還可在未被降解前直接被水體中藻細(xì)胞利用,這也是本研究?jī)审w系中TOP/TP比值維持在較高值(>58%)的原因,甲藻的這一特性也為其快速增殖和種群競(jìng)爭(zhēng)中趨于優(yōu)勢(shì)地位提供有利條件.

A1組TOP減少量與DIP增加表現(xiàn)出較好的耦合關(guān)系(R2=0.7664,P=0.0027,圖 5a),表明 P. micans自然消亡過(guò)程中藻細(xì)胞破裂釋放大量顆粒有機(jī)磷進(jìn)入水體,而DOP除了第33d,一直保持低濃度(<0.79μmol/L),說(shuō)明顆粒有機(jī)磷向溶解無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化較快,推測(cè)可能經(jīng)過(guò)了 POP-DOP-DIP轉(zhuǎn)化,或POP直接分解為DIP.而添加改性黏土后A2組比A1組TP減少約7.81%(表1),這歸因于改性黏土直接吸附沉降造成 TP離開水體系統(tǒng),此后A2組TP出現(xiàn)大幅降低;實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谒行螒B(tài)磷較A1組均有降低,A2組TP、TIP、TDP和DIP較A1組分別降低42.47%、51.24%、85.19%和84.75%(表1), A2組TP和DIP維持低濃度表明無(wú)磷的重新釋出(圖2a,5a).A2組TOP在第19d前維持大于 21μmol/L的高濃度,而后迅速降為10μmol/L低于A1組的16μmol/L,這可能是藻源有機(jī)磷與改性黏土形成的絮體發(fā)生快速自沉降離開水體,即這部分有機(jī)磷在降解前已被絮凝沉降離開水體.由此可知,改性黏土的添加一方面通過(guò)第 13d快速吸附發(fā)生自沉降使水中 DIP和DOP降低,另外改性黏土顆粒形成的膠體系統(tǒng)使得顆粒有機(jī)磷在后期沉降加速,而有機(jī)磷降解速率減緩,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谟懈嗔妆怀两惦x開水體環(huán)境(圖2a),并未出現(xiàn)A1組有機(jī)磷快速降解為無(wú)機(jī)磷的現(xiàn)象,表明改性黏土在有機(jī)磷加速沉降的同時(shí)減緩其降解,即對(duì)有機(jī)磷具有一定的封存作用.第13～21d殘留在A2組單位胞內(nèi)有機(jī)磷(τ-POP)較A1組有所增加(圖4b).由于改性黏土的添加吸附大量TDP,使A2組TDP從1.18μmol/L降至0.56μmol/L, TDN/TDP最大值A(chǔ)2組高達(dá)294(圖5b),遠(yuǎn)高于微藻正常生長(zhǎng)所需的 N/P比,這種突發(fā)性營(yíng)養(yǎng)鹽限制將對(duì)P. micans的生長(zhǎng)形成逆境,刺激其合成更多的有機(jī)磷,造成低藻密度高有機(jī)磷現(xiàn)象(τ-POP,圖 4b).這些結(jié)果均說(shuō)明添加改性黏土的確改變了藻細(xì)胞的生境和微環(huán)境使藻細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制;同時(shí)改性黏土促使藻細(xì)胞釋放出的大顆粒有機(jī)磷并未像A1組快速降解為溶解磷(圖5a),在實(shí)驗(yàn)后期出現(xiàn)A2組Fa高于A1組的情況(圖1),這與以往研究微藻消亡期會(huì)產(chǎn)生不易降解的胞外類腐殖質(zhì)或其他含磷類蛋白熒光物質(zhì)的結(jié)果吻合[28,31-32].不同形態(tài)磷對(duì)近岸水體生態(tài)系統(tǒng)及磷的生物地球化學(xué)循環(huán)都具有重要意義

[33].本研究表明改性黏土對(duì)有機(jī)磷的吸附與無(wú)機(jī)磷的吸附同樣值得關(guān)注,且兩者吸附方式有所不同.在改性黏土絮凝去除微藻過(guò)程中,陽(yáng)離子和磷發(fā)生電中和,提高了黏土對(duì)極性含磷生源高分子僑聯(lián)和DIP吸附過(guò)程[36-37].另外,水體中重金屬與藻源有機(jī)磷發(fā)生螯合作用(如沉積物中鐵和有機(jī)物螯合[37])或高聚反應(yīng)[36],以及改性黏土和水中重金屬陽(yáng)離子的交換作用[7,38]形成疊加效應(yīng),促使改性黏土中鋁元素對(duì)磷酸鹽中的氧固定吸附,形成較為穩(wěn)定的結(jié)合[38].這些作用不僅阻止了無(wú)機(jī)磷的解吸,也延緩了有機(jī)磷的降解.

圖5 有機(jī)物降解與溶解態(tài)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽增量相關(guān)性(a)及水體中有機(jī)、無(wú)機(jī)N/P比變化趨勢(shì)(b)Fig.5 Relationships between algal organic nutrient degradation and dissolved inorganic nutrient productions (a) and the changes of organic and inorganic N/P ratio (b)

3.3 改性黏土對(duì)不同形態(tài)氮的影響

自然界中氮形態(tài)多樣,且受微生物等外界因素影響較多[34,39].有害藻華消亡后期會(huì)出現(xiàn)大量有機(jī)物降解造成溶解氧降低或低氧區(qū)擴(kuò)大[2],在沉積物有氧?無(wú)氧界面常伴有反硝化,厭氧氨氧化和硝酸鹽異化還原氨等過(guò)程[39].A1組消亡期藻細(xì)胞發(fā)生破裂,大量胞內(nèi)有機(jī)氮釋放進(jìn)入水體,第19d后出現(xiàn)PON降低,DON和NH4+-N增多的現(xiàn)象,說(shuō)明PON發(fā)生降解轉(zhuǎn)化為DON,同時(shí)A1組中NO3

--N迅速降低伴有NO2--N暫時(shí)性升高(圖 3),推測(cè)發(fā)生了反硝化過(guò)程.添加改性黏土后A2組TN濃度快速降低,DON一直保持較低濃度,說(shuō)明PON向DON轉(zhuǎn)化的過(guò)程得到抑制.但A2組TON濃度在第21d前保持在>430μmol/L,此后迅速減少為 338μmol/L,

表1 添加改性黏土第13d及第33d水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素濃度降低百分比[(CA1-CA2)/CA1×100%]Table 1 Declines of major nutrient at day 13 and day 33 when MC had been applied in experimental treatments

實(shí)驗(yàn)中,A2組第13～21d單位藻細(xì)胞有機(jī)氮含量τ-PON較A1組有所增加(圖4b,黑色箭頭標(biāo)注),這可能是添加改性黏土對(duì)藻細(xì)胞形成遮蔽效應(yīng)[24],微小顆粒改變了藻細(xì)胞的通透性,極大地影響了殘留藻細(xì)胞的正常代謝.同時(shí),分散在水體中的改性黏土顆粒通過(guò)吸附等作用改變了水體中無(wú)機(jī)氮的組成形態(tài),即藻細(xì)胞可利用性氮源發(fā)生改變[34],從而刺激了 P. micans藻細(xì)胞吸收NO3-N合成有機(jī)氮,研究發(fā)現(xiàn)不同可利用性氮源可改變?cè)逶从袡C(jī)物的熒光特性[40],所以第13～21d出現(xiàn)較高的τ-PON和Fa值.

有機(jī)氮吸附與無(wú)機(jī)氮吸附特性有所不同,無(wú)機(jī)氮吸附以物理吸附為主,有機(jī)氮吸附以化學(xué)成鍵吸附為主,研究表明藻細(xì)胞釋放出的胺基有機(jī)物會(huì)被吸附于黏土上[41],而藻細(xì)胞碎片含有大量羧基,可與藻源含胺基等有機(jī)氮結(jié)合絮凝沉降,這兩種作用均降低了有機(jī)氮與水體的接觸面和氧化接觸位點(diǎn)[41-42],從而有效阻止水體中有機(jī)氮的降解.同時(shí),改性黏土部分吸附水體中游離微生物,降低微生物活性,在一定程度上減緩有機(jī)氮降解

[42].另外,水體中金屬陽(yáng)離子與有機(jī)極性分子形成螯合物封存到沉積物中[41],隨著沉積物的壓實(shí)脫水而封存,阻止了沉積物中有機(jī)氮快速礦化形成NH4+-N釋放入水體.所以,改性黏土絮凝體系中,NH4+-N未升高可主要?dú)w因于有機(jī)氮的未降解,NO2

--N的降低可能是反硝化作用受到抑制和絮凝吸附作用引起的,而 NO3--N的降低則受控于改性黏土吸附或微藻吸收等過(guò)程.一方面改性黏土刺激了藻細(xì)胞有機(jī)氮的合成;另一方面,有機(jī)氮的降解減緩,使溶解態(tài)氮趨于保守[16].第33dA2組TN、TIN、TDN和DIN較A1組分別減少26.22%、27.65%、30.63%和35.14% (表1).

4 結(jié)論

4.1 改性黏土可有效絮凝活動(dòng)力較強(qiáng)的 P. micans,其形成的遮蔽效應(yīng)和膠體緩沖體系可影響殘留藻細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝,抑制其二次增殖.

4.2 改性黏土絮凝A2組與自然消亡A1組相比,各營(yíng)養(yǎng)鹽均呈現(xiàn)大幅度減少;改性黏土絮凝方法在去除微藻同時(shí),可有效降低水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度,特別是對(duì)有機(jī)氮和磷具有一定封存保護(hù)作用,延緩其降解,使更多的營(yíng)養(yǎng)元素如化石埋賦一般脫離水體環(huán)境,從而起到改善水質(zhì)的作用.

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Effects of flocculation of Prorocentrum micans by modified clay on nitrogen and phosphorus.

LU Guang-yuan1,2,

SONG Xiu-xian1*, YU Zhi-ming1, CAO Xi-hua1, YUAN Yong-quan1(1.Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China；2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China). China Environmental Science, 2014,34(2)：492～498

Harmful algal blooms (HABs) occurred frequently in coastal water around the world over the past decades. Flocculation of algal cells by modified clay has been proven to be an effective method and was the only practical strategy applied in the field, particularly in Asia. To assess the long-term ecological effects of this method, the study investigated the variation of two major nutrients during succession of cultured dinoflagellate Prorocentrum micans Ehrenberg (P. micans, A1) flocculated with modified clay (MC,A2). More than 60% of P. micans cells were efficiently removed by 0.4g/L of MC within 3.5h, and cells were no rebooming in A2. The results indicated that MC removed 26% of TN, 42% of TP, 85% of DIP, 35% of DIN, respectively. compared with TON and TOP concentrations in A1, it has been decreased of 120μmol/L and 6μmol/L by MC on day 33, respectively. Simultaneously, the study speculated that MC treatment controlled the nutrient exchange (between water and sediment) by blocking and sealing the organic-clay matrix in the surface areas of sediments. The study would benefit the further explore of long term environmental effects of the MC application for HABs’ mitigation.

harmful algal blooms (HABs)；modified clay；mitigation of HABs；nutrient removal；Prorocentrum micans；ecological effect

X171

：A

：1000-6923(2014)02-0492-07

盧光遠(yuǎn)(1986-),男,新疆烏魯木齊人,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所博士研究生,主要研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境化學(xué),元素生物地球化學(xué)循環(huán),有害藻華治理.

2013-06-11

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41276115);國(guó)家“973”項(xiàng)目(2010CB428706);國(guó)家基金委資助創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目(41121064)

* 責(zé)任作者, 研究員, songxx@qdio.ac.cn