CN110229754B - 一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，属于水体生态修复领域。首先，抽取太湖湖水至容器中，然后测定水样的总氮TN和总磷TP浓度，接着添加氮源和磷源使水样的TN为5～10mg/L，总磷为0.25～0.5mg/L，接下来将造浪泵放置于水体表面下方，开启扰动泵获得水平方向的波浪，每隔2～3天扰动一次，实验7～10天后就可获得微囊藻水华。本发明方法能够模拟野外微囊藻水华的产生过程，为后续微囊藻水华的防治提供了研究基础。

Description

一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法
技术领域
本发明涉及一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，属于水体生态修复领域。
背景技术
伴随着我国经济的快速发展，大量污染物的产生和排放，致使许多湖泊和水库富营养化日趋严重。由于富营养化，太湖每年的5～10月都会出现大量的微囊藻水华，给太湖周边的社会生活和生产造成重大影响和损失。科学的防治太湖蓝藻水华成为政府和百姓关注的热点。而提出防治太湖微囊藻水华的办法，其中很重要的基础是能够在野外模拟出微囊藻水华的形成过程。
微囊藻水华是微囊藻生物量达到一定量后上浮至水体表面形成。影响微囊藻水华形成的因素包括温度、透明度、氮磷营养盐、水动力等，微囊藻水华的形成不是某一单独因素的结果，而是以上因素的综合作用的结果。过去的研究，主要是室内研究，大部分是从单一或者其中几个因素的组合来探讨其对微囊藻生物量的影响。然而，野外条件如光照、温度、水动力和营养盐等条件是不断在变化的，而室内实验根本无法完全模拟出野外的环境因素的，所以室内实验无法模拟出野外一样的微囊藻水华。一些野外模拟实验单独从氮磷营养盐浓度或者扰动探讨了微囊藻水华形成问题，如马健荣等(2014)从氮磷浓度角度模拟微囊藻水华形成过程，实验结果都没有获得微囊藻水华。最近，周健等(2016)在太湖岸边开展了包括温度、透明度、氮磷营养盐、水动力等综合作用对微囊藻水华形成的影响，因为水动力设置为持续扰动，实验中浮游植物优势种由微囊藻转变为硅藻或者绿藻，未获得微囊藻水华。至到目前为止，未见有在野外模拟出微囊藻水华的形成过程的报道和方法。因此，开展在野外模拟微囊藻水华的形成过程方法研究具有重要的现实意义。
发明内容
为解决上述问题，考虑到很多湖泊(如太湖)和水库，其风浪对水体的扰动是间歇性扰动，而不是持续性扰动。因此，我们推测微囊藻水华形成是一定温度、透明度、氮磷营养盐与间歇扰动综合作用的结果。
本发明提供了一种野外人工模拟太湖微囊藻水华的方法。首先，抽取太湖湖水至容器中，然后测定水样的总氮TN和总磷TP浓度，接着添加氮源和磷源使水样的TN为5～10mg/L，TP为0.25～0.5mg/L，接下来将扰动泵放置于水体表面下方，开启扰动泵获得水平方向的波浪，每隔2～3天扰动一次，实验7～10天后即可获得微囊藻水华。
进一步的，所述太湖湖水为5～10月份的梅梁湾湖水。
进一步的，所述氮源为NaNO3；所述磷源为K2HPO4·3H2O。
进一步的，所述扰动的时间为12～24小时。
进一步的，将扰动泵放置于水体表面下方10cm处。
进一步的，所述容器为能够透光的容器。
进一步的，所述容器为100L圆柱形塑料大桶，直径为90cm，高为80cm，所述桶中的湖水高度为60cm。
进一步的，所述扰动泵为任一可以产生浪高为不低于5cm的水平方向的波浪的泵。
进一步的，所述扰动泵为变频造浪泵，所述变频造浪泵为中山市捷宝电子电器有限公司生产，型号为WP-60；所述变频造浪泵的设置参数为W1、S2档，频率1次/s。
本发明还提供了上述一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法在水体生态修复领域的应用。
本发明取得的有益技术效果：
(1)本发明通过间接扰动的方法获得了和太湖(即野外)一致的微囊藻水华，微囊藻密度接近太湖微囊藻水华爆发期的密度，说明本发明方法能够模拟野外微囊藻水华的产生过程，为后续微囊藻水华的防治提供了研究基础。
(2)本发明方法简单、易操作，通过将多个因素有机协调的结合在一起，实现了目前现有技术无法实现的野外微囊藻水华的生产过程，实现了技术突破。
附图说明
图1实施例1中实验期间不同处理组微囊藻密度随时间变化曲线。
图2实验期间实验组A与对照组B-D的微囊藻数量在所有藻类中所占百分比，其中，a为实验组A，b为对照组B，c为对照组C，d为对照组D。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种野外人工模拟太湖微囊藻水华的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
野外模拟实验在江南大学实验平台(位于江南大学处的一块露天空地)进行。实验从2017年5月9日至2017年5月31日，一共进行了22天。
首先采用水泵抽取太湖梅梁湾远离岸边水面下20cm处的湖水，未经任何处理将其转移到已清洗干净的100L圆柱形塑料大桶中(直径为90cm，高为80cm)，使所有桶中湖水高度都为60cm，分为实验组A组和对照组B、C、D，各3个平行，共12个桶。
实验组A：测定水桶中水样的总氮(TN)和总磷(TP)浓度，添加营养盐使水桶中水的总氮为10mg/L，总磷为0.5mg/L(其中TN和TP分别用NaNO3和K2HPO4·3H2O来配制)。实验组实验第1，5，9，13，17，21天扰动(WP-60变频造浪泵，W1、S2档，频率1次/s，造浪泵放置于表面水下10cm，获得水平方向的波浪，浪高约5cm)，每次扰动时间为24小时，其它时间不扰动，整个实验进行22天。每天傍晚18:30用小刷子轻刷水糟内壁(除了水槽底部)以避免生物的黏附。
对照组B为不扰动加氮磷组，即整个实验期间不扰动，加入的氮磷含量和实验组一致；对照组C为间歇扰动不加氮磷组，即扰动方式与实验组一致，但是不添加额外的氮磷；对照组D为持续扰动不加氮磷组，即整个实验期间持续扰动，扰动的大小和实验组一致，但是不添加额外的氮磷。同样的，对照组每天傍晚18:30用小刷子轻刷水糟内壁(除了水槽底部)以避免生物的黏附。
数据的采集：实验第0、1，5，9，13，17，21天固定时间(上午9:00)采集上、下2个水层(0和50cm深度)水样1000mL进行混合，并测定相关指标，所述指标包括：
(1)物理指标：每天早上9：00测定每个实验水桶中水温(WT)、pH、光照强度(水下25cm)、溶解氧(DO)等；
(2)化学指标：样品带回实验室后及时测定总氮(TN)、溶解性总氮(DTN)、氨氮(NH4 +-N)、硝态氮(NO3 --N)、总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、正磷酸盐(PO4 3--P)、浮游植物等。水样理化指标具体测定方法详见文献(金相灿，屠清瑛，湖泊富营养化调查规范(第二版)[M]，北京：中国环境科学出版社，1990)；
(3)生物指标：将采集的水样取500mL用鲁哥试剂(最终浓度1％)进行固定和保存。样品带回实验室后沉淀48h，去掉上清液将其浓缩为50ml。然后，吸取0.1ml混合后的浓缩样品，均匀放置在浮游植物计数框中，并在显微镜(Olympus Corporation，Tokyo，Japan)400×下进行分类计数，浮游植物的鉴定参考文献(胡鸿钧，魏印心，中国淡水藻类——系统、分类及生态，科学出版社，北京，2006)。
图1为实验期间不同的不同处理组微囊藻密度随时间变化曲线，可见，间歇扰动加氮磷组(实验组A)、不扰动加氮磷组(对照组B)、间歇扰动不加氮磷组(对照组C)、持续扰动不加氮磷组(对照组D)在实验期间微囊藻平均密度分别为1.05×108、0.22×108、0.43×108、0.42×108细胞/升，方差分析显示间歇扰动加氮磷组微囊藻密度在整个实验期间都显著高于不扰动加氮磷组、持续扰动不加氮磷组、间歇扰动不加氮磷组(p<0.01)。根据发明人在2017年5～10月的野外调查结果显示，太湖梅梁湾微囊藻平均密度为1.5×108细胞/升，本实验中间歇扰动加氮磷组(实验组)实验第5、9天微囊藻密度分别为1.44×108、1.62×108细胞/升，表明本实验所获得的微囊藻密度接近太湖微囊藻水华爆发期的密度，而其它处理组最高密度为间歇扰动不加氮磷组的0.76×108细胞/升，显著低于太湖微囊藻水华爆发期的密度。
图2为实验期间实验组A与对照组B-D的微囊藻数量在所有藻类中所占百分比，可以看出，间歇扰动加氮磷组微囊藻其所占比例为72.25～96.82％，表明微囊藻始终是浮游植物的优势种(图2a)。而不扰动加氮磷组微囊藻所占比例从实验初77.55％到实验结束时为4.72％(图2b)，持续扰动不加氮磷组微囊藻所占比例从实验初77.55％到实验结束时分别为29.87％(图2d)，表明不扰动加氮磷组和持续扰动不加氮磷组浮游植物优势种不再是微囊藻，而转变为其它藻类；间歇扰动不加氮磷组微囊藻所占比例从实验初77.55％到实验结束时分别为53.57％(图2c)，表明虽然微囊藻还是优势种，但其所在比例显著下降，也表明氮磷营养添加有利于微囊藻生长并维持优势地位。
由此可见，利用本发明方法能够在野外模拟得到太湖微囊藻水华。
实施例2
为了探讨所取湖水时间对微囊藻水华的影响，我们分别在2018年4月5日、5月5日、10月5日和11月5日开展了实验，方法同实施例1，结果显示，4月与11月份的实验中，所有处理组(对照组和实验组)都未获得微囊藻水华，而5月份(实验组得到的平均微囊藻密度为1.12×108细胞/升)和10月份(实验组得到的平均微囊藻密度为1.07×108细胞/升)的实验中的间歇扰动处理组(即实验组)都获得了微囊藻水华。
实施例3
为了探讨氮磷浓度对微囊藻水华的影响，我们2018年6月开展了不同氮磷对蓝藻水华影响实验，总氮浓度组设置为1、2.5、5、10、20mg/L，相应的总磷浓度依次设置为0.125、0.25、0.5、1、2mg/L，方法同实施例1，结果显示，间歇扰动处理组中，仅有总氮为5mg/L、总磷为0.25mg/L处理组微囊藻密度为1.04×108细胞/升，总氮为10mg/L、总磷为0.5mg/L处理组微囊藻密度为1.22×108细胞/升，表明这些处理组都获得了微囊藻水华，其它处理组均未获得微囊藻水华。
实施例4
为了探讨扰动间隔时间和扰动时间对微囊藻水华的影响，我们2018年8月开展了相关实验，实验间隔时间设置为1、2、3、4、5天，扰动时间设置为3、6、12、24、48小时，方法同实施例1，结果显示，间歇扰动处理组中，间隔时间为2天、扰动时间为12小时处理组微囊藻密度为1.06×108细胞/升，间隔时间为3天、扰动时间为24小时处理组微囊藻密度为1.09×108细胞/升，表明这些处理组都获得了微囊藻水华，其它处理组均未获得微囊藻水华。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，其特征在于，首先抽取太湖湖水至容器中，然后测定水样的总氮TN和总磷TP浓度，添加氮源和磷源使水样的TN为5～10mg/L，TP为0.25～0.5mg/L，接下来将扰动泵放置于水体表面下方，开启扰动泵获得水平方向的波浪，每隔2～3天扰动一次，扰动的时间为12～24小时；实验7～10天后即可获得微囊藻水华。
2.如权利要求1所述的一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，其特征在于，所述太湖湖水为5～10月份的梅梁湾湖水。
3.如权利要求1或2所述的一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，其特征在于，所述氮源为NaNO3。
4.如权利要求1或2所述的一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，其特征在于，所述磷源为K2HPO4·3H2O。
5.如权利要求1～4任一所述的一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，其特征在于，将扰动泵放置于水体表面下方10～20cm处。
6.如权利要求1～5任一所述的一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，其特征在于，所述扰动泵为任一可以产生浪高为不低于5cm的水平方向的波浪的泵。
7.如权利要求6所述的一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法，其特征在于，所述扰动泵为变频造浪泵，所述变频造浪泵的型号为WP-60。
8.权利要求1～7任一所述的一种野外人工模拟太湖微囊藻水华产生的方法在水体生态修复领域的应用。
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