蓝藻垂直迁移及沉积物氮磷释放对其浮力调节影响研究

论文摘要

蓝藻所具有的浮力调节机制是其在富营养化湖泊中占据优势的主要因素之一。通过大型湖泊模拟装置实验和10L玻璃瓶模拟实验对蓝藻在模拟水体中垂直分布和浮力规律进行研究,分析蓝藻在水体中的垂直迁移规律;通过10L玻璃瓶模拟实验,研究沉积物的氮磷释放对蓝藻伪空胞及其浮力的影响;通过研究水华暴发时蓝藻的细胞特征和浮力特征,分析太湖蓝藻水华、三峡蓝藻水华和模拟蓝藻水华中蓝藻的浮力形成机制和控制因素。研究结果表明:1.光照8h后,孟氏浮游蓝丝藻在湖泊中深2～3m处形成聚集层;无光照12h后,约20%的藻丝聚集在水体表层;无光照48h后,约50%的藻丝聚集在水体表层。光照条件下湖泊中藻丝分层现象明显时,藻丝集聚在光照度为10μmoL·（m2·s）-1左右的水层中,处于该水层上部的藻丝呈沉降状态,处于该水层下部的藻丝呈漂浮状态。藻丝的浮力变化范围与光强强度之间存在一定的关系。与弱光照[25μmoL·（me2·s）-1]/无光照条件比较,强光照[100μmoL·（m2·s）-1]/无光照条件下培养的藻丝浮力变化较大,有明显的沉降与漂浮特征,在1昼夜内,藻丝浮力对光照的响应可能通过藻细胞的糖含量变化实现。2.在富营养沉积物—水体—蓝藻体系中,蓝藻水华暴发时,水体中TN上升了130%～160%,TP上升了300～500%,DTN下降了550%～680%,DTP始终维持在较低水平,水体中的氮和磷大部分被蓝藻吸收以供其生长;蓝藻水华暴发时,蓝藻细胞内伪空胞体积和蛋白质含量均下降,碳水化合物最初被消耗但随后有所积累,这可能与氮磷比持续降低有关,在整个过程中蓝藻所受到的氮磷限制并不足以导致其浮力丧失。3.温度和氮磷等营养条件可能综合影响微囊藻的细胞特征和浮力;2007年5月太湖水华暴发时,伪空胞是其浮力的主要控制因素,糖可能对其浮力的负贡献较小;2007年12月三峡库区大宁河唐家湾段蓝藻水华暴发时,低温使得藻细胞内糖有所积累,但糖积累可能没有导致伪空胞的大量破裂,伪空胞和糖均能对藻浮力产生较大影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 蓝藻水华
• 1.2.1 蓝藻水华的特征
• 1.2.2 蓝藻水华的危害
• 1.2.3 蓝藻水华对营养盐释放的影响
• 1.3 我国湖泊蓝藻水华发生的情势
• 1.4 蓝藻形成优势的机理
• 1.4.1 高温机理
• 1.4.2 低光理论
• 1.4.3 磷
• 1.4.4 氮
• 1.4.5 氮磷比
• 1.5 蓝藻的浮力调节机制
• 1.5.1 伪空胞（Gas vesicle）
• 1.5.2 细胞镇重物
• 1.5.3 蓝藻浮力调节的影响因素
• 1.6 大型室内湖泊模拟装置
• 1.7 本文研究的内容和目的
• 第二章 孟氏浮游蓝丝藻在模拟水体中的垂直分布与浮力规律研究
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 藻种和培养基
• 2.1.2 湖泊模拟装置中光照实验
• 2.1.3 玻璃瓶装置中光照实验
• 2.1.4 各指标测定方法
• 2.2 结果
• 2.2.1 光照和无光照条件下孟氏浮游蓝丝藻的垂直分布
• 2.2.2 光照和无光照条件下孟氏浮游蓝丝藻的漂浮百分率的变化
• 2.2.3 孟氏浮游蓝丝藻细胞内伪空胞、糖及蛋白质含量的变化
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 富营养沉积物氮磷释放对微囊藻浮力的影响
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 藻种和预培养基
• 3.1.2 培养实验
• 3.1.3 各指标测定方法
• 3.2 结果
• 3.2.1 水体中氮、磷变化
• 3.2.2 生长特征
• N）和磷的细胞份额（Q_P）'>3.2.3 氮的细胞份额（Q_N）和磷的细胞份额（Q_P）
• 3.2.4 细胞内伪空胞体积、蛋白质含量和糖含量以及藻群体漂浮百分率
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 微囊藻发生水华时的浮力特征
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 藻种
• 4.1.2 藻细胞特征
• 4.1.3 伪空胞破裂压力分配曲线
• 4.1.4 漂浮百分率压力分配曲线
• 4.2 结果
• 4.2.1 藻细胞特征
• 4.2.2 伪空胞破裂压力分配
• 4.2.3 漂浮百分率压力分配
• 4.2.4 伪空胞剩余百分率与漂浮百分率的关系
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 主要创新点
• 5.3 下一步工作建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果