基于海洋生态在线监测浮标数据的钦州湾藻华过程研究

2018年8月19日至23日,广西钦州湾海域发生由红色赤潮藻(Akashiwo sanguinea)引起的藻华暴发现象.为探讨在线监测浮标应用于赤潮预警研究的作用,本文使用2018年8月16日至27日位于藻华海域的GX11号广西海洋生态在线监测浮标数据,分析藻华暴发过程前后风速、气温、水温、盐度、pH值、溶解氧、叶绿素...     

红枫湖蓝藻水华的成因及其控制对策

2009-2011年,项目组通过收集历史资料、采集水样、室内检测和鉴定,明确了红枫湖水华形成的藻类种类为蓝藻门、色球藻目、色球藻科、微囊藻属的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),并结合野外水华形成过程的原位观测和数据分析,探讨了红枫湖水华发生的原因,并提出了相应的控制措施。     

基于18S rDNA序列鉴定北部湾养殖区引发藻华的一株原甲藻

高度保守的核糖体18SrDNA序列可用于经济快捷且精确地鉴定浮游植物的种类。2018年夏季,广西北部湾近海的对虾养殖区内发生了原甲藻引起的藻华,藻华的优势种密度为5.5×105 cells·L~(-1),本文采用形态学观察法结合序列分析鉴定的方法来鉴定该藻的种类。结果表明,在形态上,这株分离培养获得的原甲藻(编号BBGA-9003),其大部分细胞类似心形或卵形,少部分细胞近似三角形,鞭毛2条,细胞长和宽分别为(16.55±1.42)μm和(13.84±1.86)μm。该原甲藻经18SrDNA基因序列测定并进行BLAST分析,结果表明该原甲藻序列和GenBank中56株不同种原甲藻具有很高的同源性,在系统进化树上与不同来源的微小原甲藻聚在一大分支上,且与各微小原甲藻间的遗传距离均小于与其他种间的遗传距离。因此,从分子生物学的角度鉴定该株原甲藻属于微小原甲藻,此种藻华的发生意味着北部湾养殖区有害藻华种类多样性的增加。本研究为18SrDNA序列测定用于海洋浮游植物种类鉴定提供了实验依据,也为广西北部湾养殖区有害藻华的防治提供基础资料。     

三种机器学习模型在太湖藻华面积预测中的应用

基于2014—2018年太湖气象水文水质数据与卫星遥感数据,分别采用支持向量机(SVM)、长短记忆神经网络(LSTM)、极端梯度提升树(XGBoost)模型模拟全太湖、贡湖、南部沿岸区、中西北湖区的蓝藻水华(简称藻华)面积。结果表明:(a)XGBoost全太湖与分区藻华面积回归模型模拟效果较好,其次是SVM、LSTM回归模型;不同时间尺度下SVM、XGBoost回归模型对全太湖藻华面积模拟结果偏小,但有效模拟了藻华的发展趋势。(b)XGBoost分类模型在全太湖、中西北湖区模拟准确率较高,优于SVM、LSTM分类模型;在贡湖、南部沿岸区,3种分类模型准确率均较高。(c)以当天、提前1 d的气象水文水质因子作为全太湖与分区藻华面积模型输入,XGBoost回归与分类模型模拟精度较高、稳健性较好,预测应用情景较好。     

纳米材料在藻华控制方面的应用与研究进展

总结了不同类型纳米材料对藻华控制的作用机制最新研究进展,系统分析了环境因子对纳米材料调控营养盐迁移转化以及细胞毒性过程的影响.并在此基础上对纳米材料的固定化研究提出展望,以期实现纳米材料功能化和对其环境风险的精确管控,为藻华治理提供新的解决思路.     

梯度升温降温条件下球形棕囊藻生长和生理生化响应

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)藻华频繁暴发,不仅会危害海洋生态系统和渔业生产安全,还会堵塞核电站冷源取水系统产生严重安全隐患。球形棕囊藻藻华的暴发有明显的季节性特征,本研究采用梯度升温降温实验,研究不同温度(高温、低温)条件下球形棕囊藻的生理生化响应及温度胁迫诱导的细胞程序性死亡(Programmed Cell Death,PCD)过程。结果显示：低温胁迫抑制球形棕囊藻细胞的正常生长繁殖,但不会激活其进入PCD响应;高温胁迫使球形棕囊藻出现氧化应激,从而导致其发生PCD响应,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著提高,半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)被激活后球形棕囊藻细胞出现Annexin V-FITC阳性反应。环境胁迫使球形棕囊藻细胞产生氧化应激,抗氧化酶活性快速升高,并激活Caspase-3使藻细胞发生PCD响应,表现出细胞磷脂酰丝氨酸(PS)外翻、细胞收缩和质膜从细胞壁分离等特征。本研究可为深入探讨球形棕囊藻藻华的生消机制与防治赤潮灾害提供一定的理论基础。     

赤潮异弯藻对CO2浓度、温度和营养盐变化的响应

赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)是爆发有害藻华的常见藻种,也是危害海洋渔业的赤潮生物之一,广泛分布在全球近岸海域.随着大气CO₂浓度升高、全球变暖及人类活动导致陆源营养盐入海通量的增加,在河口及近岸海域频发藻华.本研究通过调控营养盐浓度、CO₂浓度和温度,探讨了当前气候变化趋势下赤潮异弯藻生长对营养盐变化的响应.结果显示,在所有CO₂浓度和温度条件下,低磷组的赤潮异弯藻细胞密度和比生长速率均显著低于高磷组的;当CO₂浓度升高时,赤潮异弯藻细胞最大密度和比生长速率均显著提高;当同时升高CO₂浓度和温度时,其比生长速率再次显著增加;赤潮异弯藻的生长对不同CO₂浓度和温度的响应在4种营养条件下类似.该研究表明,磷浓度是控制赤潮异弯藻生长的主要因子,在未来气候条件下赤潮异弯藻爆发藻华的强度和风险不断增加.控制营养盐的增加,特别是磷酸盐浓度,可能是防控赤潮异弯藻爆发的关键手段之一.该研究结果可为近岸水域的海洋生态管理提供参考.     

典型性微量金属元素对藻华的激励趋势探讨

Fe、Mn、Zn等典型性微量营养元素对藻类增殖的影响是探讨藻华成因分析的重要内容.通过设计系列正交实验,研究代表性微量元素Fe、Mn、Zn对常见藻华生物(蓝藻、绿藻)的影响,结果表明:P、Fe、Mn、Zn的质量浓度变化对藻生长速率激励效果明显,显著性顺序依次为:ZnPFeMn.通过单独添加Fe、Mn、Zn的方法进一步进行了藻增长潜力实验.结果表明:在Fe、Mn、Zn质量浓度分别为0.20、0.13、0.033mg/L时,藻类生长速率达到最大值,低于该质量浓度时,金属离子质量浓度与藻类生长速率、生物量呈正相关;高于该质量浓度时,金属离子质量浓度与藻生长水平呈反相关;拟合Fe、Mn、Zn质量浓度与藻生长速率之间的数值关系,分别得到相关系数为0.93、0.87、0.90的回归方程;根据微量元素与藻类生长速率之间的相关性,可以对藻华的爆发时间或程度进行一定精度的预测.正交实验中,锰的激励作用受微量元素之间的竞争性抑制而被消弱,反映出锰的作用机理比较复杂,有待于深入研究.     

我国科学家关于湖泊水华治理的研究取得重要进展

在国家科技部和国家自然科学基金委员会的资助下，中国科学院生态环境研究中心潘纲研究员经过多年的努力，在湖泊富营养化治理方面取得重要进展．最近其代表性成果以3篇系列论文的形式发表于Environmental Pollution，并被国际环境领域的著名期刊Environmental Science＆Technology在Technology News专栏以“Quick，cheap method for algae removal”为题做了重点介绍．ES＆T评价认为“这是一种快速、廉价清除藻华的方法，特别适合于淡水有毒藻华的应急清除，而且可提供一个永久性修复遭受藻华危害的湖泊并恢复其生态的长期战略”．     

荔波小七孔钙华藻类多样性初步研究

对荔波小七孔钙华藻类的物种多样性进行了初步研究 ,通过定性、定量的分析 ,共计录 75种 (包括变种和变型 ) ,隶属于 3门 5纲 9目 14科 2 6属。小七孔钙华藻类是以蓝藻中可疑席藻 (PhormidiumambiguumGom .)占绝对优势的单优势藻类群落。多样性分析结果表明 ,该地区钙华藻类的物种丰富度指数dMA的取值范围为0 92 1～ 1.4 82 ,多样性指数H的范围为 0 .0 0 36 6～ 0 .0 1135 ,均匀度e为 0 .0 0 10 9～ 0 .0 0 373。小七孔钙华主要是由可疑席藻群落控制构建的     

晋阳湖水混凝除藻研究

为控制晋阳湖富营养化,对湖水进行了采样、分析;并采用聚合氯化铝(PACl)对晋阳湖水中藻类的混凝去除进行了研究.结果表明:晋阳湖的主要污染物为COD(Chemical OxygenDemand)、总磷(Total Phosphorus)、总氮(Total Nitrate);COD含量均值为81.5 mg/L,总氮含量在2~4 mg/L之间变化.晋阳湖水质处于中度富营养化状态,在一定条件下极有可能发生藻华.混凝对该水体中藻类有一定的去除效果.不同碱化度的混凝剂除藻效果不同,碱化度为1.5的PACl混凝除藻效果最好,当混凝剂投量为15 mg/L时,藻类去除率达93.75%.混凝处理控制富营养化时,混凝剂种类和投量不能以浊度去除率为唯一标准,而应参考除藻率等要求,使用适当的混凝剂和较大的投量.     

富营养化水体原位控藻技术研究进展

 水体藻类过渡繁殖引起水体缺氧,透明度下降,致使水生动物窒息死亡,破坏水体生态系统,影响水质,危害人体健康与安全.综述3藻华的危害性,通过物理法、化学法和生物法,概述原位控藻的主要技术,分析与探讨多项技术实践结果的优缺点,认为以清除过多内源营养盐为主,同时结合运用控藻技术,加强外源截污与面源有效控制等环境质量管理的综合措施,是长期控藻与改善水质的重要方向.     

不同碳源下共存细菌对铜绿微囊藻生长的影响

铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)可通过二氧化碳浓缩机制(carbon concentrating mechanism, CCM)利用水环境中的无机碳进行光合固碳来促进自身生长,是引发淡水蓝藻水华的优势种。自然水体生态系统中菌藻共生体系是其重要组成部分,对藻华起到重要调控作用,但有关不同碳源条件下共生细菌对蓝藻藻华的影响仍不清楚。文章以铜绿微囊藻为模式蓝藻,探究在不同碳源组合下共存细菌对其生长的影响。在总碳(total carbon, TC)质量浓度为25 mg/L的无机碳源和有机碳源组合,环境初始菌藻比为1∶2时,铜绿微囊藻的最大生物量达到最大值5.0×10⁷个/mL,是纯藻对照组最大生物量的2.05倍;在加入25 mg/L的有机碳源,初始菌藻比为5∶1时,培养周期内可预测的最大生物量达到最小,为1.5×10⁷个/mL,仅为纯藻对照组最大生物量的0.76倍。结果表明：不同碳源下初始细菌的出现会极大程度地影响铜绿微囊藻的生长,其中,在无机碳源和混合碳源的营养条件下,初始细菌显著加快了铜绿微囊藻的生长繁殖。     

局部水域绿藻硅藻的生长速率模型形式

由于我国南方热带亚热带地区具有持续高温期比较长、生态多样性显著的特征,藻华的危害、防治及其预警技术一直是研究热点问题。论文利用广东省大沙河水库原水进行一系列藻类培养试验,采用人工模拟微宇宙环境系统,通过控制培养的初始营养盐浓度,过程中的光照、水深、pH值等生态条件,考察不同初始营养条件、不同光照情况下藻种群密度在藻生长迟缓期和对数期内的增长规律,建立藻生物量的生长速率模式。结果表明,两种情况下的藻生长速率模式高度一致,为指数模型,模型中的参数与初始培养条件有着密切的关系。该模型可以为综合因素的藻生长速率建模提供参考。     

藻胆体与类囊体膜之间的能量传递研究进展

藻胆体是蓝藻及红藻主要的捕光天线,可以将吸收的光能传递给类囊体膜。该文首先对蓝藻及红藻藻胆体中各藻胆蛋白组分的能量传递规律,及藻胆体与类囊体膜之间能量传递机制进行了概述,认为能量传递效率与各蛋白组分的相对位置及其相互之间的光谱匹配程度有关;能量传递需要多种机制的共同参与,只是所占比例不同;状态转换不是在极端的实验条件下才发生的,而在日常条件下就可以发生。此外,还概述了藻胆体或藻胆蛋白与高等植物类囊体膜之间的能量传递,认为藻胆体或藻胆蛋白与高等植物类囊体之间能发生能量传递,不同的藻胆蛋白与高等植物类囊体之间的传递效率有所不同。最后对建立高效的植物光能传递系统的研究方向提出了展望。     

藻胆体稳定性的研究（Ⅴ）—pH对藻胆体稳定性的影响

不同ｐＨ对多变鱼腥藻（Ａｎａｂａｅｎａｖａｒｉａｂｉｌｉｓ）藻胆体荧光发射光谱，光能传递和解离的影响．在ｐＨ７磷酸缓冲溶液中，藻胆体处于稳定状态，不发生解离．在ｐＨ６，８，９，１０磷酸缓冲溶液中，藻胆体仍处于较稳定状态，没有解离．在ｐＨ５，５．５和１０．５磷酸缓冲溶液中，藻胆体发生弱解离．在ｐＨ４．５缓冲溶液中，藻胆体发生明显解离．在ｐＨ４和１１缓冲溶液中，藻胆体发生严重解离；藻红蓝蛋白，Ｃ－藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白所捕获的光能已不能传递给末端发射体     

有毒有害赤潮藻类旋沟藻(Cochlodinium Schütt)研究进展

旋沟藻(Cochlodinium Schütt)是目前世界上扩展最为迅速的赤潮生物,2009年10月底广东珠海海域发生的旋沟藻赤潮标志着该藻赤潮已经向我国沿海扩展.旋沟藻属于甲藻门裸甲藻科,能形成链状群体,具有光能自养型和吞噬营养两种营养模式,并且能形成孢囊.旋沟藻在世界各地广泛分布,能适应强光,并具有广温广盐的特性.旋沟藻所产生的毒素能令鱼类和贝类死亡,并且对其它浮游植物具有较强的克生作用.旋沟藻赤潮严重地破坏了海洋生态环境,并带来重大的经济损失.本研究就旋沟藻的形态特征、生活史、生理生态特征及其赤潮发生和防控方面进行了综述,期望为我国旋沟藻赤潮的预防预测提供参考.     

衣藻增殖、悬浮与沉降过程对水-泥 界面磷素动态的影响

为阐明水华过程藻群动态对水-泥界面磷素变化的影响,采集太湖梅梁湾水样和泥样,以莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)为对象,通过室内模拟实验(76 d),研究藻体增殖、悬浮与沉降过程水-泥界面不同形态磷素含量及碱性磷酸酶活性(APA)的变化。结果表明:衣藻快速增殖与悬浮导致水体pH与DO含量明显升高,总磷和无机磷浓度迅速降低,但底泥有机磷含量平均高出无藻处理1.5倍。此外,衣藻沉降期底泥水溶性磷含量明显降低,这是由于部分沉降在底泥表面的藻体继续存活并吸收利用了水溶性磷。上覆水APA在藻体大量沉降后平均高于增殖和悬浮期1～3倍。相比较而言,底泥APA在藻体快速增殖与悬浮期达到最高,此后,APA降低,但仍高于无藻处理2倍以上。因此,衣藻水华过程加速了水-泥界面磷素的释放,部分沉降至底泥表面的存活藻体吸收利用磷素进而增殖和再悬浮,这可能是富营养化水体水华反复和多次暴发的重要原因之一。     

赤潮生物种群模型的自适应变结构控制器设计

【目的】为进一步改进有害藻和有益藻的消长控制模型,更好控制有害藻的发生,避免其所造成的危害。【方法】假设赤潮有害藻密度可测,有益藻密度不可测,在有害藻和有益藻密度模型正则化的基础上,设计神经网络观测器来估计有益藻对应的变量;然后,设计变结构控制使有害藻浓度减少而有益藻浓度增大,最终达到稳定状态。【结果】仿真分析结果显示,有害藻和有益藻持续在稳定的状态。【结论】变结构控制器的设计合理有效。     

海洋甲藻包囊及沿革

某些甲藻在面对不良环境时,机体会采取一定的措施——失去鞭毛、积累营养物质形成甲藻包囊沉入水层底部,一旦周围环境适宜,沉积物中甲藻包囊便可以萌发形成营养细胞再次进入水体.甲藻包囊的大量萌发极易形成甲藻优势种爆发,进而出现有害藻华现象.作为甲藻生活史中的一个重要阶段,包囊对甲藻种群的生存与发展具有重要的作用.甲藻包囊组成与分布可以间接反映一段时期内上层水体的营养状况,继而推测出调查海域是否有藻华爆发的潜在威胁.本文主要阐述了甲藻包囊的基本形态分类和术语,甲藻包囊沿革及其国内外研究现状,并对甲藻包囊与上层水体浮游植物的相互关系进行讨论.