一種藻類對水質(zhì)tp貢獻(xiàn)的估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及湖泊生態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)的估 算方法，為定量研究和解決湖泊水華生態(tài)災(zāi)害提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。
【背景技術(shù)】
[0002] 健康湖泊生態(tài)系統(tǒng)中外源輸入的氮、磷在浮游藻類利用、沉積物沉降與吸附、水生 植物與微生物利用、以及進入大氣等物質(zhì)循環(huán)間的比例是動態(tài)平衡的。由于浮游藻類對營 養(yǎng)鹽具有特殊敏感性和高度適應(yīng)性，富營養(yǎng)化湖泊的優(yōu)勢藻類異常增殖，常形成"水華"，破 壞了水生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量交換的平衡，嚴(yán)重時可引發(fā)生態(tài)災(zāi)變。對過量藻類水華的控制 和去除已日益成為富營養(yǎng)化湖泊污染控制的重要內(nèi)容。
[0003] 水華爆發(fā)及形成機制的研究經(jīng)歷了氮磷營養(yǎng)鹽限制理論、非穩(wěn)態(tài)種間競爭理論、 藻類休眠復(fù)蘇理論等過程。這些理論從優(yōu)勢藻類對營養(yǎng)需求、外界干擾、自身生理優(yōu)勢等角 度闡述了藻類異常增殖的機理，并運用宏觀技術(shù)對水華規(guī)模開展了定性研究。這些研究有 助于了解藻類種群結(jié)構(gòu)特征與相應(yīng)水質(zhì)的動態(tài)變化關(guān)系，但未能將藻類生物量與對水質(zhì)的 貢獻(xiàn)建立定量聯(lián)系，難以確定湖泊水華生態(tài)災(zāi)害的定量控制目標(biāo)。針對這一問題，國家在水 體污染控制與治理科技重大專項"十一五"和"十二五"課題中，均把藻類對湖泊水質(zhì)的貢 獻(xiàn)量和貢獻(xiàn)率的估算作為重點科學(xué)問題來開展深入研究。
[0004] 廣義上理解，湖泊藻類對水質(zhì)貢獻(xiàn)的估算是一個開放的體系，即其計算應(yīng)考慮藻 自身貢獻(xiàn)、藻代謝貢獻(xiàn)、被攝食與分解、入湖與出湖的量五部分的影響。事實上，由于牧食或 分解藻類的水生動物和微生物的生命周期不同，攝食分解量不同，物質(zhì)的循環(huán)次數(shù)不同，使 這一計算過程變得異常復(fù)雜，誤差控制難度較大，難以得到藻對水質(zhì)貢獻(xiàn)的準(zhǔn)確值。
[0005] 目前通常采用試驗藻類對水質(zhì)貢獻(xiàn)的方法來計算藻對湖泊營養(yǎng)水平的貢獻(xiàn)。本 發(fā)明估算方法是指在特定環(huán)境條件下，不考慮藻類被攝食、微生物攝取與分解、出入湖的藻 類的生物量與代謝量，僅將藻類凈增長過程中藻細(xì)胞自身和代謝物質(zhì)（統(tǒng)稱藻類物質(zhì)）， 在單位時間內(nèi)的貢獻(xiàn)量。研究表明，藻類物質(zhì)一般由胞內(nèi)物質(zhì)（Intracellular Organic Matter，Ι0Μ，如大分子蛋白質(zhì)、碳水化合物、核酸、酶類、脂類和色素等為主）和胞外物質(zhì) (Extracellular Organic Matter，Ε0Μ，如酸性多糖類碳水化合物為主，并包括少量蛋白質(zhì) 和脂類等）組成。藻細(xì)胞破裂釋放的溶解性有機質(zhì)中包含有25%~50%的氨基酸和蛋白 質(zhì)、40%的碳水化合物，以及藻毒素和異味物質(zhì)等次生代謝物等親水或疏水物質(zhì)。目前對藻 類物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和定量表征已成為藻類研究的熱點，但其作為整體對湖泊水質(zhì)貢獻(xiàn)的定量 響應(yīng)關(guān)系尚未建立。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)的估算方法。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)的估算方法，通過模擬 湖泊藻類生物量與水質(zhì)指標(biāo)間的定量響應(yīng)關(guān)系來對所述藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)進行估算。
[0008] 其中，定量擬合計算公式為：Atp= -0· 260+0. 016Ln(D);
[0009] D為藻密度，單位為cell/L，藻密度D要求大于1.2X107cell/L。
[0010] 基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的估算方法具有以下有益效果：（1)定量表征藻 類對水質(zhì)的貢獻(xiàn)是富營養(yǎng)湖泊水華控制技術(shù)的重要依據(jù)，本發(fā)明在模擬不同溫度和營養(yǎng)水 平下，通過對藻類生物量和水質(zhì)指標(biāo)的測定和模型擬合形成了藻類對水質(zhì)貢獻(xiàn)的理論估算 的方法體系，為計算藻類物質(zhì)對富營養(yǎng)化湖泊水質(zhì)的實際貢獻(xiàn)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)； 本發(fā)明（2)本發(fā)明通過模擬自然實際湖泊春季與夏季不同溫度與營養(yǎng)水平，開展室內(nèi)藻 類生長AGP實驗，通過膜濾手段實現(xiàn)胞內(nèi)物質(zhì)與胞外物質(zhì)的分離，利用P (COD)、P (TN)、 P (TP)等總體定量表征指標(biāo)，建立了微觀藻類物質(zhì)與宏觀水質(zhì)指標(biāo)的定量關(guān)系，并對藻類 水華生態(tài)災(zāi)變的治理實踐提供技術(shù)支撐；（3)本發(fā)明藻類TP對水質(zhì)貢獻(xiàn)的估算方法填補了 國內(nèi)外相關(guān)研究的空白，估算結(jié)果與實際湖泊水體藻類對水質(zhì)貢獻(xiàn)結(jié)果偏差較小，可以準(zhǔn) 確地反映真實情況，在湖泊水華控制中具有重大應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0011] 圖1A-1D分別為模擬春季15°C 5種藻藻類ATP、ATN、AraDC AOTMn貢獻(xiàn)的曲線圖；
[0012] 圖2為15°C時不同營養(yǎng)水平5種藻穩(wěn)定期藻密度變化的曲線圖；
[0013] 圖3A-3D分別為23°C時5種藻穩(wěn)定期藻類ATP、ATN、A ctdci^P A OTMn貢獻(xiàn)的曲線圖；
[0014] 圖4為23°C時不同營養(yǎng)水平藻類穩(wěn)定期藻密度變化的曲線圖；
[0015] 圖5為Atp與藻密度的回歸曲線圖；
[0016] 圖6為A' TN與藻密度的回歸曲線圖；
[0017] 圖7為Acmfr與藻密度的回歸曲線圖；
[0018] 圖8為Acmin與藻密度的回歸曲線圖。
【具體實施方式】
[0019] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
[0020] 本發(fā)明公開了一種藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)的估算方法，通過模擬湖泊藻類生物量與 水質(zhì)指標(biāo)間的定量響應(yīng)關(guān)系來對所述藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)進行估算。
[0021] 其中，藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)與湖泊藻密度⑶的定量擬合計算公式為：Atp=-0. 260+0. 016Ln(D)；
[0022] D為藻密度，單位為cell/L，藻密度D要求大于1.2X107cell/L。
[0023] 其中，該估算方法的模擬藻類生長溫度為模擬春季15°C和模擬夏季23°C。
[0024] 模擬湖泊藻類生物量的步驟通過對藻類進行培養(yǎng)液培養(yǎng)來獲得所述湖泊藻類生 物量數(shù)值，所述藻類培養(yǎng)液的營養(yǎng)水平設(shè)置為貧營養(yǎng)、中營養(yǎng)和富營養(yǎng)三種，培養(yǎng)液水質(zhì)的 配置指標(biāo)如下表所示：
[0025] CN 105184101 A 說明書 3/6 頁
[0026] 其中，不同營養(yǎng)水平的空白和藻類培養(yǎng)液均按上表配置。
[0027] 進行模擬的所述湖泊藻類為銅綠微囊藻（Microystis aerufinosa)和水華束絲藻 (Aphanizomenon flos-aquae) 2 種藍(lán)藻，四尾概藻（Scenedesmus quadricauda)和小球藻 (Chlorella vulgaris) 2 種綠藻，放射舟形藻（Navicula radiosa)l 種娃藻。
[0028] 其中，進行藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)測定與計算的公式為：Atp= P b_P。，其中Atp為藻類 對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)，Pb為穩(wěn)定期藻水混合液過濾前P (TP)，P。為與穩(wěn)定期未加藻的培養(yǎng)液空白 P (TP)〇
[0029] 為了進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明 的技術(shù)效果進行闡述說明。
[0030] 夸試藻種
[0031] 本發(fā)明選擇了湖泊浮游植物主要代表物種藍(lán)藻、綠藻和硅藻中的5種典型優(yōu)勢藻 為受試物種，模擬自然湖泊藻類的組成。其中包括銅綠微囊藻(Microystis aerufinosa)和 水華束絲藻（Aphanizomenon flos-aquae) 2 種藍(lán)藻，四尾概藻（Scenedesmus quadricauda) 和小球藻（Chlorella vulgaris) 2種綠藻、放射舟形藻（Navicula radiosa)l種娃藻，5種 藻均由中國環(huán)境科學(xué)研究院藻種庫（CRAES-AP)提供。
[0032] 藻類的培養(yǎng)
[0033] 設(shè)定春季模擬溫度為15°C，夏季23°C，將藻類培養(yǎng)液分別配制成模擬貧營養(yǎng)、中 營養(yǎng)、富營養(yǎng)3個不同營養(yǎng)水平的藻類培養(yǎng)液，考察不同營養(yǎng)水平湖泊藻對水質(zhì)的貢獻(xiàn)，包 括藻胞內(nèi)與胞外藻類物質(zhì)對水質(zhì)的貢獻(xiàn)。藻類培養(yǎng)液配置水質(zhì)見表1。
[0034] 表1藻類培養(yǎng)液配置水質(zhì)
[0036] *不同營養(yǎng)水平的空白和藻類培養(yǎng)液均按上表配置。
[0037] 在500mL的培養(yǎng)瓶中加入200mL配置的培養(yǎng)液，將銅綠微囊藻、四尾柵藻分別接 入3個營養(yǎng)級的培養(yǎng)液，接種濃度為8X 105cell/L。將放射舟形藻接入3個營養(yǎng)級的培養(yǎng) 液，接種濃度為8X105cell/L。每組均設(shè)3個重復(fù)。光強40001ux，光照周期為12h:12h， 每三小時隨機調(diào)換培養(yǎng)瓶位置。模擬春季的溫度設(shè)為（15±1)°C，模擬夏季的溫度設(shè)為 (23±1)。。。
[0038] 測宙方法
[0039] 藻密度采用OLYMPUS CX41(日本奧林巴斯公司）3目顯微鏡和血球計數(shù)法測定。 在藻類穩(wěn)定增長期采用〇. 45 μπι、3 μπι和30 μπι玻璃纖維膜分別測定藻類培養(yǎng)液過膜前后 的P (COD)、P (TN)、P (TP)數(shù)值，作為藻類對水質(zhì)的貢獻(xiàn)與藻密度關(guān)系擬合的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 P (COD)測定采用重鉻酸鉀法（C0D&)和酸性高錳酸鉀法（C0DMn)，P (TN)的測定采用堿性 過硫酸鉀氧化紫外分光光度計法、P (TP)的測定采用過硫酸鉀氧化分光光度計法進行。
[0040] 計筧方法
[0041] 本發(fā)明中藻類對水質(zhì)貢獻(xiàn)的的計算公式為：
[0042] Atp= P [,-Pc
[0043] Atn= N [,-Nc
[0044] Acon=Cb-Cc
[0045] Atp為藻類對水質(zhì)TP貢獻(xiàn)，mg/L，P b為穩(wěn)定期藻水混合液過濾前P (TP)，mg/L，P c為與穩(wěn)定期未加藻的培養(yǎng)液空白P (TP)，mg/L ;ATN為藻TN貢獻(xiàn)，mg/L，Nb為穩(wěn)定期藻水混 合液過濾前P (TN)，mg/L，N。為與穩(wěn)定期的未加藻的培養(yǎng)液空白P 〇^'〇，11^/14(；。[)為藻(1? 貢獻(xiàn)，mg/L，Cr法測的為AraD&，Mn法測的為A_n，Cb為穩(wěn)定期藻水混合液過濾前P (COD)， mg/L，C。為與穩(wěn)定期未加藻的培養(yǎng)液空白P (COD)，mg/L，Cr法為C el，Mn法為Cc2。
[0046] 對藻密度及水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果采用Excel 2007軟件分析，所有指標(biāo)組內(nèi)、組間及 指標(biāo)間相關(guān)性與回歸模型采用SPSS 22. 0軟件擬合。
[0047] 1、模擬春季藻貢獻(xiàn)計算
[0048] 模擬春季15°C時，5種藻在不同營養(yǎng)條件下穩(wěn)定增長期ATP、Atn和A era貢獻(xiàn)如圖 1A-1D所不。在貧營養(yǎng)、中營養(yǎng)和富營養(yǎng)水平下，5種藻Atp平均值分別為0. 044、0. 044與 0. 133mg/L，無顯著差異（P > 0. 05) ;3個營養(yǎng)水平下5種藻平均Atp占過膜前藻水混合培養(yǎng) 液P (TP)的比例分別為63%、29%和32%，表現(xiàn)出隨營養(yǎng)水平升高而降低的趨勢；3個營 養(yǎng)水平下均為水華束絲藻Atp值較小，四尾柵藻、銅綠微囊藻、小球藻A TP值較大；貧營養(yǎng)A TP最大與最小間相差31倍，富營養(yǎng)時相差24倍。
[0049] 3個營養(yǎng)水平間Atn差異極顯著（Ρ < 0. 01)。貧營養(yǎng)下5種藻A ΤΝ差異顯著，中營 養(yǎng)和富營養(yǎng)下差異不顯著；不同營養(yǎng)水下Atn均為負(fù)值，即加藻后培養(yǎng)液中P (TN)低于空 白對照，并隨營養(yǎng)水平升高負(fù)值增大；貧營養(yǎng)、中營養(yǎng)和富營養(yǎng)條件下Atn最大與最小值分 別相差7、5和3倍；Atn的減少量分別占穩(wěn)定期過膜前藻水混合液P (TN)的34%、105%與 42%〇