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我国的内陆淡水湖泊富营养化问题严重,导致蓝藻大量爆发。藻类生长和凋亡过程中均会释放大量痕量气体,包括CO2、CH4和N2O等温室气体以及挥发性有机物(VOCs),对水质和大气环境具有重要的影响。有关藻类痕量气体排放研究主要集中在海洋藻方面,而有关淡水藻痕量气体排放的研究较少。因此研究淡水湖泊蓝藻凋亡分解过程中CO2、CH4和N2O等温室气体以及VOCs排放及其机理,可为痕量气体藻类源排放因子估算以及痕量气体生物地球化学循环提供理论依据。
本研究以安徽巢湖蓝藻为研究对象,实验室模拟观测了蓝藻分解过程中CO2、CH4和N2O等温室气体以及VOCs排放速率,并同步分析了pH值、Eh值、挥发性脂肪酸(VFAs)浓度和氨基酸浓度以及微生物多样性。主要结论如下:
(1)蓝藻分解过程中排放三种温室气体(CH4、CO2和N2O),其中CO2累积排放量最高,达到97.97g·kg-1,占三种温室气体总排放量的84.32%;其次是CH4,累积排放量为18.13g·kg-1;最少的是N2O,累积排放量0.088g·kg-1。三种温室气体排放速率随时间变化规律相似,在分解过程中出现1-3个排放高峰,最大均出现在第70天。
(2)蓝藻分解排放的VOCs主要有三大类:包括非甲烷碳氢化合物(NMHCs)、挥发性含氧化合物(OVOCs)和挥发性有机硫化物(VOSCs)。其中VOSCs贡献量最大,占总VOCs排放量的83.18%,主要包括甲硫醇(MT)、二甲基硫醚(DMS)、二甲基二硫醚(DMDS)和二甲基三硫醚(DMTS),累积排放量分别为7389μg·kg-1、9764μg·kg-1、61372μg·kg-1和1159μg·kg-1。OVOCs主要包含醇类、醛类、酮类和酯类4大类25种,累积排放量16055μg·kg-1,占总VOCs16.74%,丙酮、2-丁酮和3-戊酮是最重要的3种OVOCs,累积排放量分别为4981μg·kg-1、4961μg·kg-1、2269μg·kg-1。NMHCs(烷烃和烯烃)所占比例最少,仅为0.08%,总累积排放量量为77.9μg·kg-1。
(3)蓝藻分解过程中VOCs主要集中在前60天排放,不同种类VOCs排放速率随时间变化存在一定差异。所有VOSCs均在前60天出现了排放高峰;OVOCs中一部分排放速率先随时间迅速降低再逐渐升高,或者直接随时间逐渐升高,在0-130天出现1-3个排放高峰;大部分NMHCs都在前30天出现1-2个排放高峰。
(4)微生物群落结构分析表明,蓝藻分解初期细菌中假单胞菌属(Pseudomonas sp.)是绝对的优势种群,真菌则以毛霉菌属(Mucor sp.)为主;随着培养时间的变化,微生物种类和数量不断发生变化,在蓝藻分解后期(第184天),细菌以Paenisporosarcina sp.、土壤芽胞杆菌属(Solibacillus sp.)、Proteiniclasticum sp.和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas sp.)四种菌属为主,真菌则大多数是无法分类的真菌属。
本研究以安徽巢湖蓝藻为研究对象,实验室模拟观测了蓝藻分解过程中CO2、CH4和N2O等温室气体以及VOCs排放速率,并同步分析了pH值、Eh值、挥发性脂肪酸(VFAs)浓度和氨基酸浓度以及微生物多样性。主要结论如下:
(1)蓝藻分解过程中排放三种温室气体(CH4、CO2和N2O),其中CO2累积排放量最高,达到97.97g·kg-1,占三种温室气体总排放量的84.32%;其次是CH4,累积排放量为18.13g·kg-1;最少的是N2O,累积排放量0.088g·kg-1。三种温室气体排放速率随时间变化规律相似,在分解过程中出现1-3个排放高峰,最大均出现在第70天。
(2)蓝藻分解排放的VOCs主要有三大类:包括非甲烷碳氢化合物(NMHCs)、挥发性含氧化合物(OVOCs)和挥发性有机硫化物(VOSCs)。其中VOSCs贡献量最大,占总VOCs排放量的83.18%,主要包括甲硫醇(MT)、二甲基硫醚(DMS)、二甲基二硫醚(DMDS)和二甲基三硫醚(DMTS),累积排放量分别为7389μg·kg-1、9764μg·kg-1、61372μg·kg-1和1159μg·kg-1。OVOCs主要包含醇类、醛类、酮类和酯类4大类25种,累积排放量16055μg·kg-1,占总VOCs16.74%,丙酮、2-丁酮和3-戊酮是最重要的3种OVOCs,累积排放量分别为4981μg·kg-1、4961μg·kg-1、2269μg·kg-1。NMHCs(烷烃和烯烃)所占比例最少,仅为0.08%,总累积排放量量为77.9μg·kg-1。
(3)蓝藻分解过程中VOCs主要集中在前60天排放,不同种类VOCs排放速率随时间变化存在一定差异。所有VOSCs均在前60天出现了排放高峰;OVOCs中一部分排放速率先随时间迅速降低再逐渐升高,或者直接随时间逐渐升高,在0-130天出现1-3个排放高峰;大部分NMHCs都在前30天出现1-2个排放高峰。
(4)微生物群落结构分析表明,蓝藻分解初期细菌中假单胞菌属(Pseudomonas sp.)是绝对的优势种群,真菌则以毛霉菌属(Mucor sp.)为主;随着培养时间的变化,微生物种类和数量不断发生变化,在蓝藻分解后期(第184天),细菌以Paenisporosarcina sp.、土壤芽胞杆菌属(Solibacillus sp.)、Proteiniclasticum sp.和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas sp.)四种菌属为主,真菌则大多数是无法分类的真菌属。