不同濃度藍(lán)藻水華在好氧條件下的光合作用

王小冬,劉興國(guó),陸詩(shī)敏,秦伯強(qiáng),劉 翀,曾憲磊,顧兆俊

不同濃度藍(lán)藻水華在好氧條件下的光合作用

王小冬1,劉興國(guó)1,陸詩(shī)敏1,秦伯強(qiáng)2*,劉 翀1,曾憲磊1,顧兆俊1

(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所,上海 200092；2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008)

為研究不同濃度藍(lán)藻水華在曝氣形成的好氧條件下的光合作用,本文按葉綠素a(Chla)濃度32.5,346.8,1413.7和14250.0μg/L設(shè)4個(gè)處理組(從低到高編號(hào)依次為I、II、III和IV)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明,各處理Chla濃度均總體呈下降趨勢(shì),但均未出現(xiàn)發(fā)黑或發(fā)褐現(xiàn)象;各處理溶氧、pH值、NH4+-N濃度和最大光合作用能力v/m均有一定差異(<0.05).快速光響應(yīng)曲線的特征參數(shù)α、ETRmax和k表明,處理I、II和III中出現(xiàn)較高的綠藻、硅/甲藻的光能利用效率(<0.05),而處理IV中所有藻類的光能利用效率較低(<0.05).曝氣增氧可以防止高濃度藍(lán)藻水華形成黑水團(tuán);藍(lán)藻水華初始Chla濃度約為32.5、346.8、1413.7μg/L時(shí),在曝氣形成的好氧條件下,藍(lán)藻水華中會(huì)出現(xiàn)其它藻類如綠藻、硅/甲藻的生長(zhǎng),即藻類群落結(jié)構(gòu)朝著多樣化變化,對(duì)藍(lán)藻水華形成控制.

曝氣；好氧；光合作用活性；藍(lán)藻水華；硅藻

隨著水體富營(yíng)養(yǎng),無論是淺水湖泊還是水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘均易暴發(fā)藍(lán)藻水華[1-3].藍(lán)藻水華堆積危害了水生態(tài)系統(tǒng),如抑制沉水植物生長(zhǎng)[4-5]和漂浮植物光合作用[6],還可能因缺氧或厭氧條件的形成產(chǎn)生黑水團(tuán)(湖泛)[3,7],并可能進(jìn)一步惡化成生態(tài)災(zāi)害[1].

因此,藻源性黑水團(tuán)的形成受到極大關(guān)注[3,7-15],眾多研究成功模擬了藍(lán)藻水華堆積腐爛形成黑水團(tuán)的過程[10-12].范成新[9]歸納總結(jié)了太湖湖泛的形成主要由藍(lán)藻水華在缺氧或者厭氧條件下腐爛導(dǎo)致,并認(rèn)為湖泛的消退需要風(fēng)浪湖流等供氧.但是就提高水體溶氧以消除水體黑臭現(xiàn)象的研究較少[16-17],尤其缺乏好氧條件下藍(lán)藻水華的變化研究.因此,本研究開展了不同濃度藍(lán)藻門微囊藻屬()水華在曝氣形成的好氧條件下的變化實(shí)驗(yàn),通過監(jiān)測(cè)浮游藻類的光合作用活性[2,18-21]以說明不同濃度藍(lán)藻水華在好氧條件下的變化趨勢(shì),這對(duì)于全面了解藍(lán)藻水華形成后的變化并豐富藍(lán)藻水華水體生態(tài)多樣性研究有重要作用.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年8月9日從上海市松江區(qū)主養(yǎng)團(tuán)頭魴()的池塘中獲取藍(lán)藻水華,該水華是藍(lán)藻門微囊藻屬水華,其中優(yōu)勢(shì)種類是銅綠微囊藻().采用200目的尼龍濾網(wǎng)撈取藍(lán)藻水華,獲得濃縮后的高濃度藍(lán)藻水華漿,其中微囊藻屬的生物量比例約為99%,另含有很少量的魚腥藻屬()、顫藻屬().利用大量自來水在濾網(wǎng)中淋洗微囊藻水華,以盡量將藍(lán)藻水華中含有的溶解性氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽稀釋至自來水中的水平.當(dāng)天所用自來水的總氮、總磷濃度分別為1.495和0.045mg/L.

將利用自來水淋洗后的藍(lán)藻水華轉(zhuǎn)移至10L的無色廣口玻璃瓶中,于玻璃溫室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)于2018年10月19日結(jié)束,共進(jìn)行71d.

實(shí)驗(yàn)按葉綠素a(Chla)濃度分4個(gè)處理組(依次編號(hào)為: I、II、III、IV),每個(gè)處理組3個(gè)重復(fù). 4個(gè)處理中微囊藻濃度從I~IV依次升高,用自來水稀釋時(shí),處理III、II和I中Chla濃度依次是處理IV的0.1倍、0.02倍和0.002倍.具體各處理初始時(shí)的Chla和總氮(TN)、總磷(TP)濃度見表1.實(shí)驗(yàn)期間不添加營(yíng)養(yǎng)鹽.

每個(gè)處理瓶均使用一個(gè)氣泡石進(jìn)行空氣曝氣,以盡量維持較多藻類懸浮在水體中,第0~14d、30~71d的曝氣量為約0.4m3/h,第15~29d的曝氣量減小為約0.2m3/h.

表1 初始時(shí)各處理的TN、TP和Chla濃度

1.2 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

實(shí)驗(yàn)期間測(cè)定水溫(WT)、溶解氧(DO)、pH值、鹽度(Sal)、氨氮(NH4+-N)、TN和TP.

下午14:00左右采用多參數(shù)水質(zhì)分析儀YSI professional plus(Yellow Spring Instruments,USA)原位測(cè)定WT、pH值、DO、Sal、NH4+-N,實(shí)驗(yàn)前期基本為每2-3d測(cè)定一次,后期基本為每3-5d測(cè)定一次;TN、TP采用堿性過硫酸鉀聯(lián)合消解法測(cè)定[22],在初始、第40d、第64d時(shí)各測(cè)定1次.

1.3 Chla和光合作用活性測(cè)定

Chla和浮游藻類的光合作用活性采用Phyto-PAM熒光儀(Walz,Effeltrich,Germany)測(cè)定,配套的軟件是PhytoWin2.13.由于處理III和IV在20d左右Chla均有明顯降低,因此從8月31日即第22d開始測(cè)定光合作用活性.

光合作用活性的表征值選用v/m值,即為光系統(tǒng)PSII的最大光量子產(chǎn)量(=v/m)(該值反映了浮游藻類的潛在最大光合作用能力[21]),以及快速光響應(yīng)曲線(RLC).

測(cè)定時(shí)取水樣3.0mL裝入測(cè)量杯中,充分暗適應(yīng)(15min)后選擇自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度Gain,在Setting窗中設(shè)置Meas. Freq.為2,點(diǎn)擊SAT-Pulse(飽和脈沖Saturation Pulse),獲得v/m(此時(shí)的為v/m),軟件共測(cè)定了4個(gè)波長(zhǎng)(470,520,645和665nm)的v/m,取其平均值作為該浮游藻類樣品的v/m值.將儀器設(shè)定為每隔20s加以強(qiáng)度逐漸增大的光化光 (AL),同時(shí)記錄光量子產(chǎn)量,得到快速光響應(yīng)曲線RLC.利用Phyto-PAM分析軟件可以直接讀取RLC的3個(gè)特征參數(shù): α(線性區(qū)段斜率,反映光能的利用效率)、ETRmax(最大電子傳遞速率,表示浮游藻類潛在最大光合速率)和Ik(飽和光照強(qiáng)度點(diǎn),表示浮游藻類耐受強(qiáng)光的能力)[23].

1.4 數(shù)據(jù)比較

各處理間數(shù)據(jù)的比較采用軟件SPSS16.0的一般線性分析模型中的雙因素方差分析(ANOVA).對(duì)各處理Chla、WT、DO、Sal、pH值、NH4+-N進(jìn)行比較時(shí),先開平方以增加數(shù)據(jù)齊性[24],采用LSD法進(jìn)行驗(yàn)后比較,差異顯著水平選擇α=0.05.采用軟件Origin 8.0作圖,作圖中的數(shù)據(jù)表示采用(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差).

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)指標(biāo)

如圖1所示,通過方差分析,各處理間WT有差異,處理IV明顯高于其它3個(gè)處理(<0.05),而且處理III顯著高于處理I(<0.05),但是處理I和II之間、處理II和III之間又無顯著差異(>0.05).DO方面,處理IV顯著低于其它3個(gè)處理(<0.05),而處理I和III之間無顯著差異(>0.05),并且處理II同時(shí)高于處理I和III(<0.05);Sal方面,處理I和II之間無顯著差異(>0.05),而這2個(gè)處理同時(shí)低于處理III(< 0.05),處理I、II和III又均低于處理IV(<0.05);pH值方面,4個(gè)處理的pH值間均有顯著差異,其由高到低的排列順序是II>I>IV>III(<0.05).

4個(gè)處理間的NH4+-N濃度均有顯著差異,其由高到低的排列順序是IV>III>II>I(<0.05)(圖1(e)).實(shí)驗(yàn)期間處理I、II、III、IV的TN平均值分別為(2.348±0.671),(7.749±3.720),(60.493±2.228)和(444.247± 115.976)mg/L,TP平均值分別為(0.070±0.039), (0.579±0.299), (5.047±0.345)和(48.822±3.620)mg/L (圖1(f)).

圖1 各處理的WT, DO, Sal, pH值, NH4+-N, TN, TP和Chla隨時(shí)間的變化情況

2.2 Chla濃度

實(shí)驗(yàn)過程中,4個(gè)處理均未出現(xiàn)變黑或者變褐現(xiàn)象,即使是藻類濃度最高的處理IV中水體仍帶有綠色,也未散發(fā)出刺鼻的惡臭性氣味,即均未形成黑水團(tuán).

處理III和IV中Chla在前30d基本呈下降趨勢(shì),在35d后處理III和IV的Chla水平比較接近(圖1(h)),于是分成2個(gè)階段進(jìn)行比較.在第30d時(shí),處理III中Chla降低至250μg/L左右,而第35d時(shí)又上升到500μg/L左右,之后維持相對(duì)穩(wěn)定.對(duì)4個(gè)處理前30d的Chla方差分析表明,4個(gè)處理間Chla均有顯著差異,從高到低排列是IV>III>II>I(<0.05);在第35d~71d,處理IV和III之間Chla無顯著差異(>0.05),而這2個(gè)處理均高于處理II(<0.05),處理II又顯著高于處理I(<0.05).

2.3 光合作用活性

從8月31日即第22d開始進(jìn)行光合作用活性的測(cè)定,處理I、II、III、IV的v/m平均值大小分別為(0.371±0.016),(0.503±0.013),(0.593±0.013), (0.066±0.013),各處理間v/m均有顯著差異,從高到低的順序是III>II>I>IV(<0.05)(圖2).

從反映光能利用效率的α看,最明顯的規(guī)律是處理III中藍(lán)藻的α最高,在第30d后其能穩(wěn)定維持在0.24左右(圖3(a));處理II和III在第22~45d出現(xiàn)了明顯的硅/甲藻的光合作用活性,尤其是處理II中硅/甲藻的α值達(dá)到0.20左右.

對(duì)各處理α的方差分析表明,處理I、II和IV之間藍(lán)藻的α均無顯著差異(>0.05),且這3個(gè)處理均小于處理III(<0.05);而處理I和II之間綠藻的α均有顯著差異(<0.05),但它們均高于處理III,同時(shí),處理I、II和III又明顯高于處理IV(<0.05);硅/甲藻的α方面,處理II和III之間無顯著差異(>0.05),處理I和IV之間無顯著差異(>0.05),且處理II和III均顯著高于處理I和IV(<0.05).

圖2 各處理浮游藻類Fv/Fm值隨時(shí)間的變化

對(duì)各處理ETRmax的方差分析表明,處理I、II和IV之間藍(lán)藻的ETRmax無顯著差異(>0.05),且這3個(gè)處理均低于處理III(<0.05);綠藻的ETRmax方面,處理I和II之間無顯著差異(>0.05),處理III和IV之間無顯著差異(>0.05),且處理I和II明顯高于處理III和IV(<0.05);硅/甲藻的ETRmax方面,處理I、II和IV之間無顯著差異(>0.05),處理III和IV之間無顯著差異(>0.05),但處理III同時(shí)顯著高于處理I和II(<0.05)(圖3(b)).

即在表示浮游藻類潛在最大光合速率ETRmax方面,處理I中主要源于綠藻,其次是硅/甲藻,藍(lán)藻幾乎為0;處理II中主要源于綠藻,藍(lán)藻幾乎監(jiān)測(cè)不到,并在第22~45d有硅/甲藻的;處理III中主要源于藍(lán)藻和硅/甲藻,并在第22~45d有綠藻的;處理IV中主要源于硅/甲藻,藍(lán)藻和綠藻的較小.

對(duì)各處理k的方差分析表明,處理I和II中藍(lán)藻的k無顯著差異(>0.05),且它們均顯著低于處理IV(<0.05),同時(shí)這3個(gè)處理均顯著低于處理III(<0.05);處理I、II和IV中綠藻的k無顯著差異(>0.05),且這3個(gè)處理均顯著大于處理III(<0.05);處理I、II和III中硅/甲藻的k無顯著差異(>0.05),且處理IV又同時(shí)顯著高于處理I和II(<0.05),處理III和IV之間無顯著差異(>0.05)(圖3(c)).

可見,由浮游藻類對(duì)強(qiáng)光耐受能力的k,4個(gè)處理中均主要是綠藻和硅/甲藻表現(xiàn)出對(duì)強(qiáng)光有較強(qiáng)的耐受,藍(lán)藻對(duì)強(qiáng)光的耐受值反而較低(圖3(c)).

從快速光響應(yīng)曲線RLC的3個(gè)特征參數(shù)可見,處理I中主要是綠藻有較好的光能利用效率,藍(lán)藻、硅/甲藻比較低;處理II在第22~45d主要是硅/甲藻的光能利用效率比較高,在45d之后,是以綠藻的光能利用效率為主,藍(lán)藻的光能利用效率一直低;處理III在第30~71d中藍(lán)藻的光能利用率一直較高,硅/甲藻的光能利用率也比較高,并在第22~45d綠藻也有較高的光能利用率;而處理IV中所有藻類的光能利用效率都很低.從藍(lán)藻對(duì)光能的利用效率看,僅有處理III中的藍(lán)藻有較好的光能利用效率.

3 討論

生物質(zhì)濃度是造成黑水團(tuán)發(fā)生的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[9],因此模擬藍(lán)藻水華聚集形成黑水團(tuán)的基礎(chǔ)條件是藍(lán)藻水華堆積的濃度[8,10,12-15].表示藍(lán)藻水華堆積濃度的形式有多種,如微囊藻細(xì)胞密度(cells/L)與Chla濃度[8]、單位面積中鮮藍(lán)藻漿的質(zhì)量(g/m2)[10,12,14-15]、單位體積中鮮藍(lán)藻漿的質(zhì)量(g/L)[13]等.這些不同表示方法因微囊藻群體具備漂浮在水面的特性而在相應(yīng)條件下均有意義,只是難以直接比較不同方法表示的濃度大小.在本實(shí)驗(yàn)中,處理IV的Chla濃度介于尚麗霞等[8]的中等濃度和高等濃度之間,表明處理IV的濃度已經(jīng)足夠高,適合進(jìn)行藍(lán)藻水華堆積實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)過程中各個(gè)處理均未形成水體發(fā)黑的現(xiàn)象,尤其是高濃度的處理IV和III中Chla濃度在實(shí)驗(yàn)的后期仍比較高,這表明在曝氣形成的好氧條件下,即使是高濃度的藍(lán)藻水華也不會(huì)形成腐爛發(fā)黑的黑水團(tuán)現(xiàn)象.

低DO是促成水體黑水團(tuán)發(fā)生的重要環(huán)境因子[3,7-9].本實(shí)驗(yàn)過程中4個(gè)處理的曝氣量盡量一致,但是各處理間DO存在一定差異(圖1),表明相同曝氣量條件下,藻類濃度不同會(huì)導(dǎo)致水體DO存在差異.其原因是水體DO是藻類光合作用產(chǎn)氧、呼吸作用耗氧與曝氣增氧等之間平衡的結(jié)果.并且在第15~30d各處理曝氣量較弱時(shí),DO有一定的分異,其中處理IV的DO約為2mg/L,而處理II中高達(dá)9~ 10mg/L,表明沒有足量的曝氣時(shí),藍(lán)藻水華濃度高的處理IV中易出現(xiàn)低DO現(xiàn)象,這與藍(lán)藻水華堆積模擬黑水團(tuán)的過程中出現(xiàn)低DO類似[3,7-9].而后續(xù)給與足夠曝氣時(shí)又可以形成好氧條件.這進(jìn)一步表明高濃度的藍(lán)藻水華在曝氣形成的高DO條件下可以不形成黑水團(tuán).

pH值方面,藻類濃度高的處理III和IV中基本低于7,與藻類濃度低的處理I和II形成明顯不同的變化趨勢(shì)(圖1).pH值逐漸低于7的現(xiàn)象在有機(jī)質(zhì)腐爛過程中很常見[25],其本質(zhì)是多糖、含氮有機(jī)化合物、脂肪和脂肪酸等大分子物質(zhì)在有氧環(huán)境下被細(xì)菌分解為小分子有機(jī)酸等[25],也是藍(lán)藻水華堆積腐爛過程中的一種現(xiàn)象[8,13].從而,處理III和IV中pH值低于7的現(xiàn)象表明其中藻類存在一定程度的腐爛降解.

Sal方面,處理IV顯著高于處理III(<0.05),處理III又顯著高于處理II和I(<0.05)(圖1),表明較高的藍(lán)藻濃度下,水體容易出現(xiàn)較多的離子.由于系統(tǒng)無沉積物或者其它的營(yíng)養(yǎng)鹽來源,可以肯定引起Sal增加的這些離子來源于藍(lán)藻水華的降解.NH4+-N與Sal的變化趨勢(shì)接近(圖1),而且藍(lán)藻水華降解出現(xiàn)NH4+-N濃度升高的現(xiàn)象是普遍的[26-27],這進(jìn)一步表明,在曝氣形成的好氧環(huán)境下,高濃度藍(lán)藻水華依然會(huì)發(fā)生腐爛降解并釋放出可溶性營(yíng)養(yǎng)鹽,這與藍(lán)藻水華濃度高的處理III和IV中Chla在實(shí)驗(yàn)第20d左右開始明顯下降(圖1(h))的變化趨勢(shì)相吻合.

本實(shí)驗(yàn)中,即使是藍(lán)藻濃度高的處理III和IV中也未形成黑水團(tuán),并且在71d的時(shí)間里仍然維持較高的Chla濃度(圖1(h)),表明好氧條件有利于高濃度藍(lán)藻水華維持相對(duì)穩(wěn)定.從而,提高水體DO可以預(yù)防高濃度藍(lán)藻水華腐爛形成黑水團(tuán),只是藻類濃度高時(shí),好氧條件下依然會(huì)發(fā)生藻類的部分降解.

藍(lán)藻水華堆積不一定形成黑水團(tuán)[9],其原因可能與水體DO濃度有關(guān).在一些淺水湖泊或水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘中,某些區(qū)域往往會(huì)存在氧氣充足的好氧環(huán)境,比如2011年8月對(duì)藍(lán)藻水華大量暴發(fā)時(shí)太湖梅梁灣湖區(qū)的DO飽和度DOS的監(jiān)測(cè)表明,梅梁灣各水層DOS的平均值最小值為67.68%,最大值為252.05%,總體平均值為101.65%[28],這表明藍(lán)藻水華大量暴發(fā)時(shí)水體DO依然可以比較充足,沒有因水體缺氧發(fā)生黑水團(tuán).池塘養(yǎng)殖中為了維持養(yǎng)殖對(duì)象所需的DO水平,常常選用增氧設(shè)備為水體增氧,不容易在養(yǎng)殖池塘中出現(xiàn)藍(lán)藻水華引起的黑水團(tuán).

而好氧條件下不同濃度藍(lán)藻水華的具體變化可由藻類光合作用活性判斷.對(duì)滆湖和駱馬湖春季浮游藻類光合作用活性的研究表明,滆湖藍(lán)藻和硅藻的v/m分別為0.36~0.52和0.27~0.53,駱馬湖綠藻和硅藻的v/m分別為0.45~0.65和0.41~0.49[18];對(duì)太湖春季和秋季浮游藻類的光合作用活性研究表明,春季藍(lán)藻、綠藻和硅/甲藻的v/m分別為0.35~0.49、0.34~0.68和0.09~0.56;秋季則分別為0.34~0.53、0.55~0.68和0.28~0.61[19].可見,處理I、II和III中浮游藻類的v/m均在文獻(xiàn)中這些常見的范圍內(nèi)[18-19],但處理IV中v/m平均值僅0.066(圖2),表明處理IV中浮游藻類的光合作用很弱,這與前面發(fā)現(xiàn)的該處理中藻類存在腐爛降解相一致.

該實(shí)驗(yàn)中,處理III的v/m值最高,處理IV的最低(圖2),這表明,雖然處理IV的Chla顯著高于處理III(前30d里)或者與處理III無顯著差異(在第35~71d)(圖1(h)),但是處理IV中浮游藻類的潛在最大光合作用能力顯著低于處理III(圖2).結(jié)合Chla和v/m值的變化趨勢(shì),可見初始時(shí)藻類濃度最高的處理IV中藻類在前30d內(nèi)發(fā)生了腐爛降解后變得相對(duì)穩(wěn)定;處理III中藻類在前30d內(nèi)也發(fā)生了腐爛降解,隨后又出現(xiàn)了藻類的生長(zhǎng);藻類濃度較低的處理II和處理I中,處理II中藻類生長(zhǎng)明顯好于處理I.

各處理中藻類群落結(jié)構(gòu)的變化可由快速光響應(yīng)曲線RLC的3個(gè)特征參數(shù)進(jìn)一步判斷.圖3表明,在曝氣形成的好氧條件下,不是所有濃度的藍(lán)藻水華能維持藍(lán)藻優(yōu)勢(shì),有些濃度的藍(lán)藻水華中出現(xiàn)了其它藻類如綠藻、硅/甲藻的生長(zhǎng):處理I主要是綠藻有較好的光能利用效率;處理II在第22~45d主要是硅/甲藻的光能利用效率比較高,在45d之后,以綠藻的光能利用效率為主;處理III在第30~71d除了藍(lán)藻外,硅/甲藻的光能利用率也比較高,并在第22~45d綠藻也有較高的光能利用率.即初始藍(lán)藻水華濃度較低的處理I、II、III中藻類群落結(jié)構(gòu)會(huì)朝著多樣化變化.這表明,好氧條件下藍(lán)藻水華中浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的變化與藍(lán)藻水華濃度有關(guān).對(duì)太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)過程中藻類群落的分析表明,藍(lán)藻水華中仍然含有綠藻和硅藻等[29-30],這可能與合適的藍(lán)藻水華濃度及太湖的風(fēng)浪擾動(dòng)常常為水體創(chuàng)造了好氧條件有關(guān).

本實(shí)驗(yàn)的曝氣改變水體DO時(shí)還促進(jìn)了水體擾動(dòng),可對(duì)藻類產(chǎn)生影響.水體擾動(dòng)對(duì)藻類的影響研究較多,如Zhou等[31]利用太湖藍(lán)藻水華水體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)在短期內(nèi)促進(jìn)了微囊藻和有毒微囊藻的生長(zhǎng),但是,當(dāng)擾動(dòng)長(zhǎng)達(dá)10d時(shí)會(huì)促進(jìn)藍(lán)藻向硅藻和綠藻轉(zhuǎn)變.在一些深水湖泊中,強(qiáng)烈的擾動(dòng)往往能夠促進(jìn)浮游植物優(yōu)勢(shì)種類由藍(lán)藻向硅藻和綠藻轉(zhuǎn)變[32],這是由于擾動(dòng)減少了浮游植物沉降而有利于非上浮性的藻類生長(zhǎng),藍(lán)藻能上浮的特性在擾動(dòng)環(huán)境中并不能發(fā)揮作用.不能自由活動(dòng)的硅藻和綠藻比藍(lán)藻更能適應(yīng)擾動(dòng)環(huán)境中不穩(wěn)定的光照條件,不能自由活動(dòng)的硅藻和綠藻在擾動(dòng)后還可以減少沉底[33],因此其他藻類能在擾動(dòng)中獲得相應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[32].

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,曝氣形成的好氧條件能夠減緩高濃度藍(lán)藻的降解,防止水體出現(xiàn)黑水團(tuán),還能促進(jìn)較低濃度藍(lán)藻水華中藻類朝多樣化發(fā)展.關(guān)于水體復(fù)氧技術(shù)的研究表明,復(fù)氧能改善富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的局部黑臭現(xiàn)象[16-17].本研究對(duì)豐富藍(lán)藻水華水體生態(tài)多樣性研究有重要作用,也有利于開辟藍(lán)藻水華控制、治理和資源化利用(如以藍(lán)藻水華作為基礎(chǔ)物質(zhì)培養(yǎng)綠藻、硅藻等)的新途徑.

4 結(jié)論

4.1 曝氣形成的好氧條件下,初始藍(lán)藻水華Chla濃度高達(dá)1413.7和14250.0μg/L時(shí),存在一定程度的腐爛降解,但沒有形成黑水團(tuán).

4.2 好氧條件下藍(lán)藻水華中藻類群落結(jié)構(gòu)的變化與藍(lán)藻水華濃度有關(guān).在藍(lán)藻水華初始Chla濃度為14250.0μg/L時(shí),藍(lán)藻在前30d內(nèi)發(fā)生腐爛降解后變得相對(duì)穩(wěn)定,但藻類的光合作用很弱;藍(lán)藻水華初始Chla濃度為32.5,346.8,1413.7μg/L時(shí),在曝氣形成的好氧條件下,藍(lán)藻水華中會(huì)出現(xiàn)其它藻類如綠藻、硅/甲藻的生長(zhǎng),即藻類群落結(jié)構(gòu)朝著多樣化變化.

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Photosynthetic activities of cyanobacterial blooms of different concentrations under aerobic conditions with aeration.

WANG Xiao-dong1, LIU Xing-guo1, LU Shi-min1, QIN Bo-qiang2*, LIU Chong1, ZENG Xian-lei1, GU Zhao-jun1

(1.Fishery Machinery and Instrument Research Institute, Chinese Academy of Fisheries Sciences, Shanghai 200092, China；2.State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)., 2019,39(8)：3412~3419

An experiment was conducted to study the photosynthetic activity of different concentrations of cyanobacterial blooms under aerobic conditions formed by aeration. Four treatments (I, II, III and IV) were set up according to chlorophyll a (Chla) concentration, which was 32.5, 346.8, 1413.7 and 14250.0ug/L, respectively.The results showed that the Chla concentration of all treatments decreased, but no blackening or browning phenomenon occurred. There were some differences in DO, pH value, NH4+-N concentration and maximum photosynthetic capacityv/mamong the treatments (<0.05).The characteristic parameters α, ETRmaxand Ikof the algal Rapid Response Light Curve showed that higher photosynthetic efficiency of green algae, diatom/dinoflagellate was achieved in treatments I, II and III, but lower photosynthetic efficiency of all algae in treatment IV (<0.05). Aeration can prevent high concentration of cyanobacterial bloom from forming black bloom. When the initial Chla concentration of cyanobacterial bloom was 32.5, 346.8 and 1413.7ug/L, respectively, the growth of green algae and diatom/dinoflagellate would occur in cyanobacterial bloom, showing that the algal community composition diversified under aerobic conditions, which can control the cyanobacterial blooms.

aeration；aerobic；photosynthetic activity；cyanobacterial blooms；diatom

X172

A

1000-6923(2019)08-3412-08

王小冬(1981-),女,湖南隆回人,副研究員,博士,主要從事水環(huán)境生態(tài)與工程研究.發(fā)表論文50余篇.

2019-01-22

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41401580);國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)資助項(xiàng)目(2019DKA30470);中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院國(guó)際合作資助項(xiàng)目(2017GH10)

* 責(zé)任作者, 研究員, qinbq@niglas.ac.cn