氮、温度和光照对大型溞-金鱼藻-铜绿微囊藻三者相互作用的影响研究

【摘要】：水体富营养化已成为世界上大多数淡水和近海海洋生态系统的主要水质问题,并导致水华频发。铜绿微囊藻是常见的水华优势种,属于非固氮蓝藻。生态修复是有效控制水华的最佳途径。水生植被的恢复重建和生物操纵技术是两种常见的生态修复方式,但其控藻效果受到水体氮浓度的限制,同时受到温度、光照等重要生态因子的影响。为了阐明氮、温度和光照对水生植物和生物操纵控藻效果的影响机制,我们构建了溞-草-藻水生微宇宙模型,进行了相关研究,为水华的治理提供重要依据。本文选取大型溞、金鱼藻和铜绿微囊藻分别作为浮游动物、沉水植物和浮游植物的代表,研究5种氮浓度下,溞-藻,草-藻和溞-草-藻共培养时各自的增长率和培养液中氮磷削减率的变化以及不同温度、光照强度和光暗比对浮游动物和沉水植物控藻效果的影响。结果如下:(1)在温度25℃,光强2600 lx,光暗比14 h:10 h,磷浓度1.5 mg/L,及氮浓度梯度为0.5、2、4、8、16 mg/L的条件下:(1)用不同氮浓度梯度的BG-11培养液单独培养铜绿微囊藻时,氮浓度控制在1.97mg/L以下,可有效降低培养液中藻的增长率。实验末期(15 d),铜绿微囊藻细胞密度维持在1.86×10~7 cells/mL以下,藻类无法持续增长。(2)当大型溞和铜绿微囊藻共培养时,大型溞有效控藻的氮浓度范围为0.5-4 mg/L。此时,铜绿微囊藻的增长率显著低于其他氮浓度处理组,而大型溞的增长率则与之相反。实验末期(15 d),铜绿微囊藻生长速率减慢,细胞密度维持在2.98×10~6 cells/mL以下。(3)当金鱼藻和铜绿微囊藻共培养时,有效控藻的氮浓度范围为0.5-2 mg/L,对应氮浓度下(0.5和2 mg/L),实验末期(15 d),铜绿微囊藻细胞密度分别是溞-藻共培养的23.89%和21.51%,控藻效果更好;(4)当大型溞、金鱼藻和铜绿微囊藻共培养时,有效控藻的氮浓度范围为0.5-16mg/L,且氮浓度为0.5-4 mg/L时,铜绿微囊藻的增长率显著低于大型溞和金鱼藻,且均为负值,控藻效果最好。草-藻竞争的应用,可以有效提高生物操纵的抑藻效果,减少水中氮磷含量,长期有效地改善水质。(2)在光强2600 lx,光暗比14 h:10 h,氮磷浓度同(1),温度梯度为15、20、25、30℃的条件下,进行溞-草-藻共培养实验:温度为15-25℃,氮浓度为0.5-4mg/L时,铜绿微囊藻的增长率低于大型溞和金鱼藻,抑藻效果显著。但温度为15-20℃时,培养液中氮磷的削减率较小。温度为30℃时,大型溞生长较差,增长率低于150%;氮浓度为4-16 mg/L时,铜绿微囊藻爆发式增殖,不能被有效抑制,水体呈蓝绿色。(3)在温度25℃,光暗比14 h:10 h,氮磷浓度同(1),光强梯度为1600、2600、3600、5000 lx的条件下,进行溞-草-藻共培养实验:光强为1600-3600 lx,氮浓度为0.5-4 mg/L时,铜绿微囊藻的增长率低于大型溞和金鱼藻,抑藻效果较好。但光强为1600 lx时,对培养液中氮磷的削减较差。光强为5000 lx时,铜绿微囊藻增长较快,随氮浓度增大,其增长率逐渐增大,而金鱼藻增长率与之相反,水体较为浑浊,不能有效抑藻。(4)在温度25℃,光强2600 lx,氮磷浓度同(1),光暗比梯度为10:14、12:12、14:10、16:8的条件下,进行溞-草-藻共培养实验:光暗比为10 h:14 h时,金鱼藻生长较差,增长率均在15%以下,且不利于培养液中氮磷的削减。光暗比为12 h:12h和14 h:10 h,氮浓度为0.5-4 mg/L时,铜绿微囊藻的增长率低于大型溞和金鱼藻,抑藻效果显著。光暗比为16 h:8 h,氮浓度为2-16 mg/L时,大型溞、金鱼藻和铜绿微囊藻的增长率没有显著差异,抑藻效果较差。