外源氮磷比对微囊藻胞内氮磷组成的影响及其反馈作用

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外源氮、磷的大量输入会导致湖泊富营养化,进而诱发蓝藻水华灾害。近年来,蓝藻对外源氮磷输入的反馈作用逐渐受到重视,水华蓝藻在增殖过程中吸收转化无机氮磷,会使得水体中生物可利用氮磷降至较低水平,然而关于蓝藻氮磷吸收能力和胞内氮磷组成对于外源氮磷输入的响应过程研究还较少。本研究针对淀山湖蓝藻聚集区开展野外调查,研究野外微囊藻胞内氮磷组成对水体氮磷比动态变化的响应,进一步通过室内实验探究外源输入氮磷比对微囊藻增殖情况、营养盐吸收和胞内碳氮磷比的影响,并基于上述结果提出利用蓝藻吸收低污染水中营养盐并资源化利用的技术思路。本文的主要结论如下:(1)外源输入氮磷比增加会促进微囊藻对氮磷的吸收,将野外微囊藻在连续流条件下培养,当氮磷负荷较低且为磷限制(外源输入氮磷比为60:1)时,氮去除率(89.4%)和磷去除率(97.1%)均最高,野外微囊藻能够充分吸收氮、磷直至水体中含量极低;若为氮限制(外源输入氮磷比为8:1)时,野外微囊藻对于氮和磷的吸收能力减弱,导致水体中的磷含量剩余20%~30%。(2)外源输入氮磷比增加会导致微囊藻对于氮磷的吸收比例增加,微囊藻吸收的氮磷比与输入氮磷比均呈正相关;这也使得微囊藻的胞内氮磷比逐渐与外源氮磷比接近,淀山湖野外观测结果也证实了这一点:淀山湖水体夏季平均氮磷比(N:P=16:1)最高的点位下的微囊藻胞内氮磷比(N:P=31:1)也最高。另一方面,微囊藻的氮磷吸收能力对于外源氮磷比的响应又存在一定的滞后性,微囊藻的氮磷吸收比例变幅小于外源氮磷比,对水体的氮磷比变化会起到一定的缓冲作用,N:P~16:1组与N:P~32:1组的出水氮磷比分别为8:1和28:1,相较于输入氮磷比有明显下降。(3)高氮磷比输入会促进微囊藻吸收水体营养盐,并使微囊藻胞内氮磷比增加;而当外源输入氮磷比偏低时,则会促进微囊藻胞内碳水化合物含量的增加,N:P~8:1组微囊藻的胞内碳水化合物是N:P~32:1组的2倍,有助于进一步资源化利用微囊藻。在此基础上,研究利用微囊藻净化低污染水,在输入氮磷比为16:1,水力停留时间为1天的工况下系统可稳定运行,氮、磷去除率均高于95%;同时,出水的微囊藻胞内碳水化合物含量大于50%,可直接收集以备后续的资源化利用。本论文初步揭示了微囊藻氮磷吸收能力以及胞内组成变化与外源输入氮磷比之间的关系,研究成果有助于深入认识外源氮磷输入对于微囊藻胞内碳氮磷含量的影响规律,及其对水质的反馈作用,可进一步为开发基于蓝藻的氮磷营养盐去除和资源化利用新技术提供理论依据,为控制水体氮输入及蓝藻水华问题提供新的技术思路。
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