微囊藻增殖和产毒过程中氮形态及NO3-/NH4+比的影响研究

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城市景观水体受人类活动影响大,易发生富营养化,导致景观功能难以维持。藻类大量增殖是富营养化的重要表现,其中铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)是典型的富营养化优势藻种,其代谢产物微囊藻毒素(Microcystin-LR,MC-LR)给水质、水产及人类健康造成严重危害。过量的氮磷营养物是造成藻类,特别是蓝藻过度繁殖的主要原因。已有的研究表明,除了氮、磷总量以外,氮磷形态也对藻类生长和产毒具有重要影响,因此,营养物组成的差异性将导致藻类繁殖、产毒的不同表现。本研究关注城市污水厂尾水补充景观用水的藻类繁殖特征,重点研究水中NO3--N、NH4+-N和PO43-共存条件下氮形态和NO3-/NH4+比的影响规律。通过设计正交实验,分析了NO3--N和NH4+-N这两种形态的氮单独存在和不同NO3-/NH4+比条件对藻类增殖和产毒的影响;结合微囊藻生长和MC-LR合成的相关性分析,提出了尾水补充条件下控制富营养化的重点要素。主要研究成果如下:(1)氮形态对磷限制藻类生长的临界浓度有影响。在NO3--N培养条件下,磷的限制浓度是0.1 mg/L,而在NH4+-N培养条件下,限制浓度是0.05 mg/L,因此,NH4+-N是富营养化防治过程中需要优先控制的氮形态。另外,当总磷浓度(TP)处于适宜条件下(>0.1 mg/L),为了控制藻类的过度增长,NO3--N培养条件下的氮浓度需要控制在5 mg/L以下,而NH4+-N培养条件下的氮浓度则需要控制在更低的1 mg/L以下。(2)NO3-/NH4+比对藻类生长初期的藻细胞增殖速度有显著影响。当总氮浓度(TN)充足时(≥5 mg/L),在实验设定的NO3-/NH4+比(3:1、1:1、1:3)中,相同TN浓度下,NH4+-N比率越高,藻的增殖速率越快。藻类对不同氮源的利用顺序表现为:先NH4+-N后NO3--N,因此,NO3-/NH4+比对最大藻细胞存量没有明显影响,相同TN条件下,不同NO3-/NH4+比实验的最终藻密度值基本接近。(3)不同氮形态及NO3-/NH4+比对微囊藻产毒素的影响不同。NO3--N为单一氮源条件下,当硝氮浓度(ρ(NO3--N))<10 mg/L时,MC-LR产量随ρ(NO3--N)的增加无明显变化;当ρ(NO3--N)≥10 mg/L后,MC-LR产量随ρ(NO3--N)的升高显著增加。NH4+-N为单一氮源条件下,MC-LR产量随氨氮浓度(ρ(NH4+-N))的升高表现为先增加后降低的趋势,当ρ(NH4+-N)=10 mg/L时,MC-LR产量最大。NO3--N、NH4+-N共存条件下,TN充足时,NO3--N比率越大,MC-LR产量越大;TN缺乏时,不同NO3-/NH4+比对MC-LR产量的影响并无明显差异。
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