含硅復合營養素對控制藍藻水華作用的研究

材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

含硅營養素是由張家港青山綠水生物科技有限公司提供（以下簡稱營養素），該營養素成分以水合SiO2為主，另外含有Fe，Co，Mg，Mn，Ca等微量元素.

試驗水體取自上海師范大學學思湖（試驗時間選擇在夏季，此時為水華爆發時期），為了排除浮游動物對藻類的捕食作用，本實驗用25#浮游生物網（孔徑為0.064 mm）過濾原水樣后以備實驗所用.

所用儀器主要有顯微鏡（南京江南永新光學有限公司）、TU1901雙光束紫外-可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）、DRB200消解儀（美國Hach公司）、藻類培養箱（寧波江南儀器廠）.

1.2 試驗方法

1.2.1 營養素最佳作用濃度的篩選

將采集的水樣用浮游生物網過濾后分裝到容量為1 L的燒杯中，分別添加12.5、62.5、312.5、625.0 μL 營養素，不添加營養素的樣品作為對照組，放置于溫度為25 ℃，光照強度為60 μmol·m-2·s-1的培養箱中培養，測定水體中藻類的群落結構和總氮濃度以確定最優的營養素作用濃度.

1.2.2 不同溫度及光照條件下營養素對控制藍藻水華的作用實驗

將營養素按最優作用濃度添加入水樣中，樣品在容積為1 L的燒杯中培養，培養的燒杯分別放置于3種環境條件下：1）光照強度30 μmol·m-2·s-1，晝夜交替10 h∶14 h，溫度5 ℃（模擬冬季）；2）光照強度100 μmol·m-2·s-1，晝夜交替12 h∶12 h，溫度15 ℃（模擬春秋）；3）光照強度200 μmol·m-2·s-1，晝夜交替14 h∶10 h，溫度25 ℃（模擬夏季），進行藻類群落結構和總氮濃度的檢測.

1.2.3 藻類計數方法

藻類計數：在計數前將樣品上下晃動，待充分搖勻后，使用DragonMed可調式移液槍在樣品的中部吸取0.1 mL注入浮游植物計數框內（計數區面積為20 mm×20 mm），在10×40倍的光鏡下采用視野法計數，計數時確保藻類個體總數大于300.每個標本根據浮游植物數量重復計數3次，取其平均值，用于計算各門藻類的數量數量生物量的百分比，同時使用顯微鏡進行藻類照片拍攝.

1.2.4 總氮（TN）質量濃度的測定

總氮質量濃度的測定使用鉬酸銨分光光度法.

2 結果與分析

2.1 營養素最佳作用濃度的篩選

2.1.1 不同濃度營養素對水體中藻類群落結構的影響

溫度為25 ℃，光照強度為60 μmol·m-2·s-1的水體中添加不同濃度營養素后藻類群落結構變化情況如圖1所示.由圖1可知，添加營養素之前，硅藻門、綠藻門、藍藻門的數量生物量分數分別為 12.0%，24.8%，63.2%，加入質量濃度為12.5 μL/L的營養素7 d后，硅藻門、綠藻門、藍藻門的生物量分數分別為20.9%，30.8%，48.3%；加入質量濃度為62.5 μL/L 營養素7 d后，各藻門所占數量生物量分數分別為22.4%，33.9%，43.7%；加入質量濃度為312.5 μL/L 營養素 7 d后，各藻門所占生物量分數分別為46.0%，44.7%，9.3%；加入質量濃度為625.0 μL/L 營養素7 d后，各藻門所占數量生物量分數分別為25.8%，56.0%，18.2%；7 d后，對照組各藻門所占數量生物量分數分別為19.6%，26.3%，54.2%.

由此可知，加入不同濃度的營養素后藍藻的數量生物量分數均下降，尤其當加入營養素質量濃度為312.5 μL/L時，水體中硅藻門數量生物量分數上升最多，為34%，藍藻門數量生物量分數下降最多，為53.9%.

2.1.2 加入不同濃度營養素后水體中藍藻群落的形態變化

不添加營養素的對照組水樣與添加營養素的水樣中藍藻形態的顯微照片如圖2所示，通過顯微鏡觀察，在相同視野面積下添加營養素的水樣，藍藻群落大幅度減少，且從密集變得離散，呈現小型化趨勢.

2.1.3 加入不同濃度營養素后水體中總氮的變化

添加不同濃度營養素的水體中總氮變化情況如圖3所示.由圖3可知，未添加營養素前，水體中總氮質量濃度為1.8 mg/L，分別添加12.5，62.5，312.5，625.0 μL 營養素 7 d后，總氮質量濃度分別為2.6，2.3，1.3，1.1 mg/L，比對照組2.8 mg/L，分別降低了7.1%，17.9%，35.7%，60.7%.由此可見，加入該營養素后水體中的氮含量下降，根據加入營養素濃度的不同其下降的程度有所差異.

2.2 營養素在不同溫度及光照條件下的作用效果

2.2.1 不同環境條件下的藻類群落結構變化

水體加入最優體積分數的營養素（312.5 μL/L）后在不同溫度及光照條件下藻類的群落結構變化如圖4所示.由圖4可知，冬季環境條件下（溫度、光照條件如1.2.2節所述），未添加營養素前，水體中硅藻門、綠藻門、藍藻門的數量生物量分數分別為20.3%，44.4%，35.3%.7 d后，對照組中三藻門數量生物量分數分別為23.1%，46.5%，30.4%，實驗組中三藻門數量生物量分數分別為36.7%，46.2%，17.1%.春秋環境條件下，未添加營養素前，水體中硅藻門、綠藻門、藍藻門的數量生物量分數分別為20.3%，44.4%，35.3%，7天后，對照組中三藻門數量生物量分數分別為23.9%，45.6%，30.6%，實驗組中三藻門數量生物量分數分別為36.8%，46.5%，16.7%.夏季環境條件下，未添加營養素前，水體中硅藻門、綠藻門、藍藻門的數量生物量分數分別為19.8%，46.3%，33.9%，7天后，對照組中三藻門數量生物量分數分別為15.8%，50.9%，33.2%，實驗組中三藻門數量生物量分數分別為33.4%，46.8%，19.8%.由此可知，不同的環境條件下，加入營養素后藍藻生物量分數均下降，硅藻的數量生物量分數均上升，營養素均能發揮預想的作用.

2.2.2 不同環境條件下總氮質量濃度的變化

水體加入最優體積分數的營養素（312.5 μL/L）后在不同溫度及光照條件下總氮的變化情況如圖5所示.由圖5可知，冬季、春秋季、夏季3種不同環境條件下，培養7 d后，實驗組中的水體總氮質量濃度均低于對照組，分別降低了49.7%，50.0%，25.0%.說明各種環境下，加入該營養素后都能顯著降低水體中含氮量.

3 討 論

3.1 硅藻復合營養素對控制藍藻水華的有效性分析

3.1.1 營養素對水體總氮濃度的影響

經顯微鏡觀察，水華藻類的主要優勢種為銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）.由于造成藍藻水華的根源是水體中堆積了過多的氮磷[2]，不同濃度的含硅營養素加入到實驗水體后，硅藻、綠藻所占的比例均增加，藍藻比例均減少，說明該營養素對抑制水體中藍藻的比例具有顯著的作用.該營養素中除了含有Fe，Co，Mg，Mn，Ca等微量元素外，主要含有SiO2，可以促進硅藻的數量增加.在同一水體中，由于營養競爭硅藻大量增加后吸收水體中的營養成分，迅速成為優勢種，從而減少了藍藻在水體中的比例.增加的硅藻可以作為水體中魚蝦貝類的餌料，隨著人們對魚蝦貝類的捕撈，水體中的氮磷營養元素被移出，因此并不會由于營養的堆積形成硅藻水華.同時硅藻的增加也增加了水中的溶解氧，有利于魚蝦貝類的生長，從而形成一種良性循環的水生態系統.

3.1.2 營養素對藻體形態的影響

加入硅藻復合素后藍藻（主要是微囊藻）的群落變小，并且其個體向小型化發展，這種變化趨勢有利于浮游動物對藍藻的捕食，幫助減少藍藻數量.

3.2 不同的溫度及光照對硅藻復合營養素控制藍藻水華作用的影響

Robarts 和Zohary認為藍藻水華的發生主要是由于水溫升高[17]，藻類群落結構發生變化，溫度、光照對藍藻水華有促生作用[18].為了探明該營養素對水華治理的有效性是否受到環境條件的限制，將最優濃度的營養素加入水體中，以3種不同的光照及溫度條件模擬四季環境（上海地區的四季變化），結果發現：3種環境條件下藍藻所占比例均下降，硅藻和綠藻比例均增加，這說明3種不同的光照及溫度條件下該營養素對控制藍藻水華均有效.

4 結 論

含硅營養素通過改變水體中的藻類群落結構達到降低藍藻含量的目的，通過實驗發現，含硅營養素在一定濃度下可以有效地抑制藍藻水華爆發，并可以改善水體內藻類群落結構，增加硅藻和綠藻的數量及分布.研究還表明，不同光照和溫度條件下該營養素均能發揮作用.本研究為藍藻水華的治理提供了新思路，含硅營養素具有較大工業化生產及實際應用價值.

參考文獻：

[1] 裴毅，杜憲，聶江力，等.沒食子酸對銅綠微囊藻的化感作用[J].植物研究，2014，34（6）：840-844.

Pei Y，Du X，Nie J L，et al.Allelopathy of Gallic Acid on Microcystis aeruginosa[J].Bulletin of Botanical Research，2014，34（6）：840-844.

[2] Home A J，Goldman C R.Limonology[M].2nd ed.NewYork：McGraw Hill Inc，1994.

[3] Scheffe M，Carpenter S，Foley J A，et al.Catastrophic shifts in ecosystems[J].Nature，2001，413（6856）：591-596.

[4] Paerl H W，Halla N S，Calandrinoa E S.Controlling harmful cyanobacterial blooms in a world experiencing anthropogenic and climaticinduced Change[J].Science of the Total Environment，2011，409（10）：1739-1745.

[5] 王揚才，陸開宏.藍藻水華的危害及治理動態[J].水產學雜志，2004，17（1）：90-94.

Wang Y C，Lu K H.Harm and control about Cyanobacterial bloom[J].Chinese Journal of Fisheries，2004，17（1）：90-94.

[6] Paerl H W，Huisman J.Blooms like it hot[J].Science，2008，320（5872）：57-58.

[7] 孫大朋，張祖陸，梁春玲.水源富營養化及藻類控制技術[J].能源與環境，2006 （3）：31-33.

Sun D P，Zhang Z L，Liang C L.Eutrophic water and technology of the algae control[J].Energy and Environment，2006 （3）：31-33.

[8] Zhu G W.Eutrophic status and causing factors for a large，shallow and subtropical Lake Taihu，China[J].Journal of Lake Sciences，2008，20（l）：21-26.

[9] Li X M，Yang Z Y，Jian S G，et al.Control of algae bloom in eutrophic water by effective microorganisms[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni，2000，39 （1）：81-85.

[10] Li M T，Liu J H，Zhao S J，et al.The characteristics ofmitrate removal by the psychrotolerant denitrifying bacterium Acinetobacte johmomii DBP3，isolated from a lowtemperature eutrophic body of water[J].Journal of Environmental Science and Health，Part B：Pesticides，Food Contaminants，and Agricultural Wastes，2013，48（10）：885-892.

[11] 胡廷尖，王雨辰，陳豐剛，等.鳳眼蓮對銅綠微囊藻的化感抑制作用研究[J].水生態學雜志，2010，3（6）：47-50.

Hu T J，Wang Y C，Cheng F G，et al.Study on allelopathic effects of Eichhornia crassipes to Microcystis aeruginosa [J].Journal of Hydroecology，2010，3（6）：47-50.

[12] 李磊，侯文華.荷花和睡蓮種植水對銅綠微囊藻生長的抑制作用研究[J].環境科學，2007，28（10）：2180-2186.

Li L，Hou W H.Inhibitory effects of liquor cultured with Nelumbo nucifera and Nymphaea tetragona on the growth of Microcystis aeruginosa[J].Environmental Science，2007，28（10）：2180-2186.

[13] 李小路，潘慧云，徐潔，等.金魚藻與銅綠微囊藻共生情況下的化感作用[J].環境科學學報，2008，28（11）：2243-2249.

Li X L，Pan H Y，Xu J，et al，Allelopathic effects of Ceratophyllum demersum and Microcystis aeruginosa in cocultivation[J].Acta Scientiae Circumstantiae，2008，28 （11）：2243-2249.

[14] Jin S D，Li Y H，NI C H，et al.Uptake byPotamogeton crispus of nitrogen and phosphorus from water and some affecting factors[J].Acta Ecologica Sinica，1994，14（2）：168-173.

[15] Hu T J，Wang Y C，Yan L J，et al.Study on allelopathic effects of Eichhornia crassipes to Microcystis aeruginosa[J].Journal of Hydroecology，2010，3（6）：47-50.

[16] 吳程，常學秀，董紅娟，等.粉綠狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）對銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）的化感抑制效應及其生理機制[J].生態學報，2008，28（6）：2595-2603.

Wu C，Chang X X，Dong H J，et al.Allelopathic inhibitory effect of Myriophyllum aquaticum （Vell.） Verdc.on Microcystis aeruginosa and its physiological mechanism[J].Acta Ecology Sinica，2008，28（6）：2595-2603.

[17] Robarts R D，Zohary T.Temperature effects on photosynthetic capacity，respiration，and growth rates of bloomforming cyanobacteria New Zealand[J].Journal of Marine and Freshwater Research，1987，21（3）：391-399.

[18] Wu S L，Liu C，Sun J，et al.Remote sensing and analysis on meteorological factors of blue algal bloom in Lake Tai[J].Meteorological Monthly，2009，35（1）：18-23.

（責任編輯：顧浩然）