藻類營養(yǎng)動力學研究

1、南 京 師 范 大 學畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）（ 2012 屆 ）題 目：南京玄武湖斜生柵藻生長的營養(yǎng)動力學特征研究學 院： 能源與機械工程學院 專 業(yè)： 環(huán)境工程 姓 名： 學 號： 指導教師： 南京師范大學教務處 制 南京師范大學學士學位論文目錄摘 要IAbstractII第1章 緒論1第1.1節(jié) 中國水環(huán)境狀況11.1.1 我國水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀11.1.2 水體富營養(yǎng)化1第1.2節(jié) AGP試驗21.2.1 AGP試驗研究現(xiàn)狀21.2.2藻種的選擇31.2.3藻類生長參數(shù)的測定4第1.3節(jié) 湖泊生態(tài)安全評價41.3.1生態(tài)安全評價定義41.3.2生態(tài)安全評價方法51.3.3生態(tài)安全評價指標

2、5第1.4節(jié) 課題提出51.4.1課題來源51.4.2研究目的與意義61.4.3研究內(nèi)容與方法71.4.4技術(shù)路線7第1.5節(jié) 文本安排8第2章 藻類增長潛能試驗9第2.1節(jié) 試驗原理9第2.2節(jié) 材料與方法92.2.1 水樣的采集、處理及保存92.2.2 試驗方法與步驟10第2.3節(jié) 試驗結(jié)果與討論122.3.1 試驗數(shù)據(jù)的處理122.3.2 試驗結(jié)果的分析14第3章 理論分析15第3.1節(jié) 玄武湖生態(tài)安全評價15第3.2節(jié) 改善玄武湖水質(zhì)的措施16第4章 結(jié)論與展望18第4.1節(jié) 結(jié)論18第4.2節(jié) 展望18參考文獻20致謝21英文原文及翻譯2227 南京師范大學學士學位論文摘 要為了了解

3、玄武湖水對生物的影響，通過采樣分析方法調(diào)查玄武湖湖水的營養(yǎng)特征，并采用斜生柵藻進行藻類增長潛能試驗，探索氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)對玄武湖湖水的生態(tài)影響。AGP實驗表明，玄武湖水在添加充足的磷的情況下增長率大于添加充足的氮，得出了氮是玄武湖藻類生長的限制性因子的結(jié)論。通過AGP試驗，可以預測當生活污水經(jīng)過某種方式流入玄武湖水體后對藻類生長可能產(chǎn)生的影響，為玄武湖水體富營養(yǎng)化的防治和水資源的保護提供科學依據(jù)。關(guān)鍵詞：玄武湖，斜生柵藻，AGP試驗，富營養(yǎng)化AbstractIn order to know the effects of water in the Xuanwu Lake to the creatu

4、res, through analyzing the samples to investigate the nutritional characters of the water in Xuanwu lake, at the same time, using Scenedesmus obliquus to test the growth potential of the alga, to explore the ecological effects of the nutrients such as nitrogen and phosphorus to the water in Xuanwu l

5、ake. Algal Growth Potential (AGP) experiments show that, comparing with nitrogen, the growth rate of the alga is greater when the water in Xuanwu Lake is sufficient with nitrogen , leading to the conclusion that phosphorus is the restriction factor to the growth of the alga in Xuanwu Lake. Algal Gro

6、wth Potential (AGP) tests can predict the possible impacts on the growth of the alga when the sewage flows into Xian Lake through some measures , provide a scientific basis for prevention and treatment to the eutrophication and water conservation.Keywords: Xuanwu Lake, Scenedesmus obliquus, Algal Gr

7、owth Potential Test, Eutrophication南京師范大學學士學位論文第1章 緒論第1.1節(jié) 中國水環(huán)境狀況1.1.1 我國水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀 20 世紀80 年代以來，我國湖泊入湖污染負荷不斷增加，湖泊中氮、磷水平不斷提高，富營養(yǎng)化日趨嚴重。近幾十年來，我國科學家對長江、嘉陵江、汾河、千島湖、太湖、蘇州河等水體的富營養(yǎng)化問題和生態(tài)恢復措施進行了深入的研究，并取得了豐富的經(jīng)驗。氮、磷是形成水體富營養(yǎng)化的限制性元素，通過對部分湖泊、水庫多年監(jiān)測結(jié)果分析，形成富營養(yǎng)化的主要污染源為氮源污染，有機物和磷污染次之。還有80%以上的湖泊中富營養(yǎng)化水體氮源污染大于磷源污染。中國大多數(shù)

8、湖泊中，氮磷比都處于較高的比例，諸如太湖、巢湖、滇池等湖泊的氮磷比都相當高，氮磷比一般在1020 之間。而水仙湖水體在20012005 年表層水體氮磷比平均值達到33.06。由于溫帶眾多湖泊水體中氮磷比都處于較高水平，不少研究也表明湖泊中葉綠素與湖泊總磷也有較好的相關(guān)性1。 由以上數(shù)據(jù)可見，中國水質(zhì)狀況較差，水體污染嚴重，在水體污染的研究與防治領(lǐng)域還有很長的路要走，因而治理水污染的任務很艱巨。1.1.2 水體富營養(yǎng)化1.1.2.1 基本概念水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧含量下降，水質(zhì)惡

9、化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象2。1.1.2.2 水體富營養(yǎng)化的危害水體富營養(yǎng)化，常導致水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂，水生生物種類減少，多樣性受到破壞。普遍的富營養(yǎng)造成多種用水功能的嚴重損害，甚至完全喪失。此外，由于藻類帶有明顯的魚腥味，從而影響飲用水質(zhì)。而藻類產(chǎn)生的毒素則會危害人類和動物的健康。水體富營養(yǎng)化的危害主要表現(xiàn)在六個方面3。（1）降低水體的透明度。在富營養(yǎng)水體中，生長著以藍藻、綠藻為上風種類的大量水藻。這些水藻浮在湖水外貌，形成一層“綠色浮渣”，使水質(zhì)變得污濁，透明度顯著降低，富營養(yǎng)嚴重的水體透明度僅有0.2米，嚴重影響水中植物的光合作用和氧氣的釋放，同時浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的

10、氧，使水中溶解氧嚴重不足，而水面植物的光合作用，則可能造成局部溶解氧的過飽和，溶解氧過飽以及水中溶解氧少，都對水生動物有害，造成魚類大量死亡。（2）富營養(yǎng)化水體底層堆積的有機物質(zhì)在厭氧條件下分解產(chǎn)生的有害氣體，以及一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素(如石房蛤毒素)也會傷害水生動物。（3）富營養(yǎng)化水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質(zhì)含量超過一定標準的水，會中毒致病等等。（4）向水體開釋有毒物質(zhì)。富營養(yǎng)化對水質(zhì)的另一個影響是某些藻類能夠排泄、開釋有毒性的物質(zhì)，有毒物質(zhì)進入水體后，若被牲口飲入體內(nèi)，可引起牲口腸胃道疾病。 （5）對水生生態(tài)的影響在正常情況下，水體中生物都處于相對平衡的狀態(tài)。但是，一

11、旦水體受到污染而出現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)時，這種正常的生態(tài)平衡就會被擾亂，某些種類的生物明顯被淘汰，而另外一些生物種類則顯著增長，這種生物種類演替會導致水生生物的穩(wěn)固性和多樣性低落，破壞其生態(tài)平衡。（6）影響旅游和航運。水體一旦發(fā)生富營養(yǎng)化，藻類就會大量繁殖，水體透明度急劇降低，水質(zhì)污濁，水面藻華聚集，臭味彌漫，嚴重影響湖庫的旅游業(yè)，以致喪失旅游價值。另外，富營養(yǎng)水體中生長的大量浮游生物，還會堵塞航道，影響航運。1.1.2.3 水體富營養(yǎng)化的原因和防治 導致我國湖泊富營養(yǎng)化的原因，既有人為的原因，也有自然的原因。由于像太湖等湖泊是發(fā)育在長江中下游洪泛平原上的，營養(yǎng)背景較高，加之這些湖泊水淺，沉積物常常因

12、為懸浮而釋放，即使外源污染控制止了，由于內(nèi)源污染的存在，湖泊富營養(yǎng)化問題將依然存在。這會大大加大湖泊富營養(yǎng)化治理的難度。湖泊富營養(yǎng)化的治理與控制應該遵循控源、湖泊生態(tài)修復和流域管理的原則。由于各個湖泊類型不同，因此，各種治理的技術(shù)應該結(jié)合具體的情況來實施，即應該先診斷、后治理。 水體富營養(yǎng)化的主要防治對策有：1) 加快點源治理，削減入湖的污染負荷；2) 加強面源的污染控制，減少氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的入湖量；3) 加大內(nèi)源污染治理力度，改善湖庫水體的理化條件；4) 大力推進生態(tài)修復技術(shù)，合理制定調(diào)度及管理方案；5) 加強科學研究，充分發(fā)揮科技的支撐作用，加強監(jiān)測與預警。第1.2節(jié) AGP試驗1.2.1

13、 AGP試驗研究現(xiàn)狀 AGP試驗(Algal Growth Potential Test，藻類增長潛力試驗)，又稱藻類測試(Algal Assay Procedure，簡稱APP)，它是測定某一水體中浮游植物所能達到的最高生物量，并且通過統(tǒng)計試驗前后營養(yǎng)鹽濃度的變化預測以后水體富營養(yǎng)化的程度，是有效地進行預測、控制藻類增殖和測定藻類增長潛力的一種方法4。通過在實驗室條件下進行微藻培養(yǎng)，測定自然水樣中微藻所能增值到的最大干燥重量。AGP試驗的目的是評價水體中能容忍的微藻量的潛力，找出藻類生長的限制因子（氮限制，磷限制或氮磷雙重限制等）。 AGP試驗這種生物測試方法是專門為研究水體富營養(yǎng)化問題而制

14、定的。目前在國際上已作為標準方法采用的是瓶法( Bottle Test )5，其他方法如現(xiàn)場試驗法雖有所應用，但尚未形成標準方法。因此，瓶法是我國目前的統(tǒng)一標準方法。AGP試驗是根據(jù)"最低因子定律"設(shè)計的。試驗時，把需要檢測的水經(jīng)過處理，或加入不同的營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷或污水），再接種某種藻類，在實驗控制條件下培養(yǎng)，然后再與空白樣比較，分析不同實驗組的藻類生長情況，通過計算確定限制藻類生長的營養(yǎng)物質(zhì)。 章宗涉4對武漢東湖湖水的研究中，通過AGP試驗得出了藻類生長反應與添加的污水濃度成正比，CS2為0.5-4%，單獨添加氮或磷也很少促進藻類生長，但共同添加時大多有促進作用。添加營

15、養(yǎng)物試驗結(jié)果有助于進一步了解藻類生長的限制因子，東湖已屬富營養(yǎng)型湖泊，氮、磷已經(jīng)很豐富，因此，添加氮磷試驗很少有顯著增長反應。結(jié)果說明，東湖不論是氮或磷，在多數(shù)情況下不是東湖浮游植物生長的主要因子。試驗結(jié)果還表明，氮和磷的作用在不同時間也是有變化的。多數(shù)情況下，氮和磷共同成為潛在的限制因子，而在某些時候，氮和磷又分別成為限制因子，在反映營養(yǎng)因子對藻類的增長關(guān)系以及評價富營養(yǎng)化程度方面，ADP測試應該比單純的化學分析更直接、明顯。1.2.2藻種的選擇用于試驗的淡水藻類種類較多，比較常用的有：羊角月芽藻(Selenastrum capricornutum)、斜生柵藻(Microcystis aer

16、ugin-osa)、水華魚腥藻(Anabaena flos-aquae)、小環(huán)藻屬(Cyclotella sp.)、菱形藻屬(Nitzschia sp.)、針桿藻屬(Synedra sp.)、四尾柵藻(Scenedesmus quadricauda)、斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)6。斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)屬綠藻門中的綠球藻目柵藻科，它的植物體是由2、4或8個細胞組成的扁平定形群體，其細胞排列成一直線，但有時可略為交叉排列，如圖1-

17、(1)所示。圖1 斜生柵藻1.2.3藻類生長參數(shù)的測定在水體中，藻類的生長經(jīng)常受到各種營養(yǎng)物質(zhì)的限制，其生長服從于“最小因子定律”。在限制藻類生長的營養(yǎng)元素中，最主要元素通常是氮和磷。因此，在水體富營養(yǎng)化限制性因子的研究中，主要考慮的是氮、磷對藻類生長的影響，在試驗過程中，需要測定的參數(shù)通常有：1) 藻類的數(shù)量、干重計數(shù)：最常用的測定藻類數(shù)量的方法是鏡檢計數(shù)法。吸取1ml樣品于計數(shù)框中，用目鏡視野法計數(shù)，在AGP試驗中一般計數(shù)10-50個視野。干重：取一定量的試驗液離心后倒去上清液，用15ppm NaHCO3溶液洗滌2-3次。然后將沉淀物移入鋁箔杯中，干燥箱烘干后稱重。2) 葉綠素的含量3)

18、光密度將試驗液在分光光度計上測定波長663nm處得光密度。采用此法時可事先測定和得到光密度與藻類密度或干重的相關(guān)曲線，這樣就可將測到得試驗液光密度值換算為藻類密度或干重。4） 生物量第1.3節(jié) 湖泊生態(tài)安全評價1.3.1生態(tài)安全評價定義對于生態(tài)安全概念目前存在著廣義和狹義兩種理解：前者以國際應用系統(tǒng)分析研究所(IASA)于1989年提出的為代表，包括自然生態(tài)安全、經(jīng)濟生態(tài)安全和社會生態(tài)安全；后者是指自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)的安全。我國學者對生態(tài)安全的理解多集中在其狹義概念上，主要從生態(tài)系統(tǒng)或者生態(tài)環(huán)境方面對其進行闡述。如左偉將生態(tài)安全理解為一個國家或區(qū)域生存和發(fā)展所需的生態(tài)環(huán)境處于不受或少受破壞與

19、威脅的狀態(tài)。也有學者將生態(tài)安全與保障程度相聯(lián)系，把生態(tài)安全定義為人類在生產(chǎn)、生活和健康等方面不受生態(tài)破壞與環(huán)境污染等影響的保障程度。但無論如何，生態(tài)安全所表征的是一種存在于相對宏觀尺度上的不受脅迫的安全狀態(tài)與和諧的共生關(guān)系，主要包括生物安全、環(huán)境安全與生態(tài)系統(tǒng)安全，其終點是人類安全7。1.3.2生態(tài)安全評價方法 隨著生態(tài)安全研究的進一步深入，其評價工作在積極吸納各相關(guān)學科、領(lǐng)域的研究成果基礎(chǔ)上，在方法上得到了長足的發(fā)展，已由最初定性的簡單描述發(fā)展為現(xiàn)今定量的精確判斷。而運用各種抽象的、反映本質(zhì)的模型去刻畫、揭示具體且復雜的生態(tài)安全系統(tǒng)，尤其是區(qū)域生態(tài)安全系統(tǒng)，則是近幾年生態(tài)安全評價呈現(xiàn)出的一種

20、新局面，其評價方法可歸結(jié)為數(shù)學模型法、生態(tài)模型法、景觀生態(tài)模型法、數(shù)字地面模型法等4種方法7。1.3.3生態(tài)安全評價指標根據(jù)生態(tài)安全的概念和內(nèi)涵，把生態(tài)安全狀況量化成5個等級，以反映生態(tài)安全的優(yōu)劣程度。I級，評價分值0.74，表征狀態(tài)為高度安全；II級，0.72-0.74，表明較安全；級，0.70-0.72，表明一般安全；級，0.68-0.70，表明較不安全；V級，0.68，表明不安全。在確定等級時，常采用極差標準化的方法，將指標的標準化值和綜合指數(shù)值轉(zhuǎn)換為等級值，從而建立評判集與標準化值的概念關(guān)聯(lián)。根據(jù)計算所得的綜合分值，確定某一區(qū)域的生態(tài)安全等級。該方法在生態(tài)安全評價中對系統(tǒng)參數(shù)要求不高，

21、特別適應尚未統(tǒng)一的生態(tài)安全系統(tǒng)，但分辨系數(shù)的確定帶有一定主觀性，從而影響評價結(jié)果的精確性8。第1.4節(jié) 課題提出1.4.1課題來源藍綠藻在湖泊中是客觀存在的，一旦水體富營養(yǎng)化加劇，再加上連續(xù)高溫天氣，就會突然爆發(fā)。對河湖整治效果主要采用理化指標的評價，而從對生物的影響方面的評價研究僅見以發(fā)光細菌、魚類和底棲生物為指標的少量研究。至今未見以浮游生物為指示生物的河湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評價的報導。浮游生物在水生態(tài)系統(tǒng)中不僅數(shù)量占優(yōu)勢，而且是其他高等水生生物仍以生存的能量與物質(zhì)基礎(chǔ)，在食物鏈中起著非常重要的作用?？梢哉f，要恢復受污染河流的各營養(yǎng)級位生物的生存與繁殖，首先需要創(chuàng)造浮游生物能定居的環(huán)境。同時，

22、浮游生物一般敏感性更大，而且具有生長周期短，易于分離培養(yǎng)和可以直接觀察細胞水平上的中毒癥狀等優(yōu)點，是較為理想的指示生物。大量研究證明，氮、磷過量排入是造成太湖水體富營養(yǎng)化的重要原因。通過AGP試驗，可以預測當生活污水采取某種治理措施流入太湖水體后對藻類生長可能產(chǎn)生的影響，為太湖水體富營養(yǎng)化的防治和水資源的保護提供科學依據(jù)。本課題選擇斜生柵藻為研究對象，通過對玄武湖水體富營養(yǎng)化狀況進行調(diào)查和采樣分析，對大量數(shù)據(jù)的多元相關(guān)分析和多元逐步回歸分析、AGP 試驗和利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進行評價。1.4.2研究目的與意義 玄武湖是南京市著名的風景游覽區(qū)之一。它的總面積約3 .7平方公里，其形態(tài)似等腰三角

23、形。玄武湖素以其秀麗的風光吸引著國內(nèi)外游人，據(jù)不完全統(tǒng)計僅1 9 8 0 年游覽人數(shù)多達37 0 萬人次。玄武湖還盛產(chǎn)魚蝦等水產(chǎn)品，每年平均魚產(chǎn)量在10 0 萬斤左右自建國以來，玄武湖周圍的工廠不斷增加，人口日益增多。大量的工業(yè)和生活廢水未經(jīng)處理排入湖內(nèi)，使水環(huán)境不斷惡化，湖水中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)急劇增加，湖泊極度富營養(yǎng)化采用綜合污染指數(shù)評價的結(jié)果是，主要污染物分別為總磷、總氮和C O D。除總磷、總氮和C O D 這三項指標超標外，其余指標均不超標。玄武湖的水質(zhì)問題是有機污染和極度富營養(yǎng)化9。 湖泊富營養(yǎng)化是當今世界面臨的水環(huán)境問題之一。由于人類活動的不斷加劇，導致了大量營養(yǎng)鹽在湖泊的累積，并

24、最終影響湖泊的生態(tài)系統(tǒng)。這一世界范圍內(nèi)的現(xiàn)象以引起世界各國科學家的關(guān)注，并致力于這方面的研究。若干研究表明，湖泊富營養(yǎng)化首先影響浮游植物種群的變化以及初級生產(chǎn)力，最終導致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化。藻類生長受物理、化學、生物等多方面因素的影響。大量營養(yǎng)元素可以促進葉綠素a 和浮游藻類生物量的劇增，氮和磷是這些營養(yǎng)元素中的限制因子，在水生生態(tài)系統(tǒng)中，氮磷比作為關(guān)鍵因子，常被用來預測藻細胞密度的變化和季節(jié)演替。它同時作為一項指標，能代表營養(yǎng)鹽對藻類生長的限制水平。有研究表明，適當?shù)臓I養(yǎng)鹽可以控制藻類的生長，生物量以及種群結(jié)構(gòu)，但就氮或磷哪種營養(yǎng)元素作為浮游植物生長的限制因子，目前尚沒有統(tǒng)一的結(jié)論。在

25、南太平洋，初級生產(chǎn)者通常被認為是氮限制因子。越來越多的研究表明，在其它生態(tài)系統(tǒng)中，如東、西地中海，磷可能是最主要的限制因子。在中國，據(jù)調(diào)查已經(jīng)有相當數(shù)量的湖泊已處于富營養(yǎng)化水平。在江蘇省太湖，光照和磷是藻類生長的重要影響因子10。浙江省銅山源水庫，也面臨著富營養(yǎng)化的趨勢11。一般來說，藻類健康生長及生理平衡所需的氮磷原子比率為16:1，但不同種類藻細胞的元素組成存在著差異，對各類營養(yǎng)物質(zhì)的需求也不盡相同，而環(huán)境則會優(yōu)先選擇與之相適應的特征藻種形成適者生存的群落。湖泊富營養(yǎng)化對人類的生產(chǎn)和生活會產(chǎn)生一定的影響。2005 年7 月玄武湖暴發(fā)藍藻水華，葉綠素a含量迅速上升，湖水面被水華覆蓋。后來水華

26、藻類死亡，整個湖泊散發(fā)出刺鼻的臭味。鑒此，采樣分析玄武湖浮游植物種類并研究浮游植物與富營養(yǎng)化之間的關(guān)系，以便為玄武湖的科學治理與決策管理提供基礎(chǔ)資料12。對湖泊治理主要采用理化指標的評價，而對生物方面的研究只限少量發(fā)光細菌、魚類和低棲生物為指標。至今未見浮游生物為指標，浮游生物不僅數(shù)量上占優(yōu)勢，而且是其他水生生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，在食物鏈中起著重要作用。就是說，要恢復受污染河流的各營養(yǎng)級的生存與繁衍，首先需要創(chuàng)造浮游生物定居的環(huán)境。同時，浮游生物一般敏感性更大，而且具有生長周期短，易于分離培養(yǎng)和可以直接觀察細胞水平上的中毒癥狀等優(yōu)點，是較為理想的指示生物。通過對藻類富營養(yǎng)化的動力學研究，可以預測

27、當生活污水采取某種治理措施流入湖泊水體后對藻類生長可能產(chǎn)生的影響，而為水體富營養(yǎng)化的防治和水資源的保護提供科學依據(jù)。1.4.3研究內(nèi)容與方法本文集中在南京市玄武湖斜生柵藻的研究上，充分利用現(xiàn)有的試驗研究工作基礎(chǔ)，開展研究工作。本研究的主要內(nèi)容與方法為：1) 文獻查閱：查閱國內(nèi)外的相關(guān)文獻，進行分析和整合；2) 試驗研究：以南京玄武湖為研究對象，選取斜生柵藻進行藻類生長特性實驗研究；3) 理論分析：玄武湖生態(tài)安全評價及改善水質(zhì)的措施；4) 論文撰寫：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析，撰寫論文。1.4.4技術(shù)路線本論文技術(shù)路線如下所示： 查閱文獻資料并整合 確定論文題目及內(nèi)容 確定研究藻類 實驗

28、準備 AGP實驗 理論分析 撰寫學位論文 圖2 技術(shù)路線圖 第1.5節(jié) 文本安排 本文通過采樣分析方法，調(diào)查了玄武湖的營養(yǎng)特征，并采樣藻類生長潛力實驗（AGP實驗），研究了玄武湖斜生柵藻的生長潛力。論文共分為四個章節(jié)，第一章敘述了我國水體富營養(yǎng)化污染的現(xiàn)狀、危害及防治方法；第二章具體描述了藻類增長潛能試驗的原理、材料與方法，實驗數(shù)據(jù)的分析，最終確定了藻類生長的限制性因子；第三章理論分析；第四章結(jié)論與建議。第2章 藻類增長潛能試驗第2.1節(jié) 試驗原理藻類增長潛能試驗（AGP）試驗是根據(jù)Liebig最小因子定律設(shè)計的。Liebig最小因子定律說明：在植物生長所必需的元素中，供給量最少（與需要量比相

29、差最大）的元素決定著植物的產(chǎn)量。這種供給量最少的物質(zhì)稱為植物生長的限制因子，當限制因子的含量增加時，能促進植物的生長。試驗時，把采集來的水樣經(jīng)過預處理后加入不同濃度的營養(yǎng)物質(zhì)（N、P等），然后接種所選定的藻類進行培養(yǎng)，比較實驗組與對照組中藻類的生長狀況，通過計算分析，確定藻類生長的限制因子。第2.2節(jié) 材料與方法AGP試驗流程如圖3所示：藻種的預培養(yǎng)洗滌水樣的采集添加營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷）等處理定量試驗水樣接種培養(yǎng)生長參數(shù)的測定結(jié)果表示分析和結(jié)論 圖3 試驗流程圖2.2.1 水樣的采集、處理及保存本試驗水樣是在2012年4月28日于南京玄武湖采取，采樣地點如圖4所示。試驗用所有玻璃器皿酸洗后用去離

30、子水沖洗，烘箱60烘3小時。用孔徑為0.45m的微孔濾膜過濾水樣（過濾水樣前，先用濾膜過濾50ml以上的蒸餾水并將過濾后的蒸餾水倒去），然后用高壓鍋（121，15psi）滅菌30分鐘。隨后將水樣靜放至冷卻。 圖4 采樣點示意圖2.2.2 試驗方法與步驟1) 接種用藻種的預培養(yǎng) 接種用的藻種通常需要進行預培養(yǎng)，當藻類生長良好時，方可作為進行試驗的藻種液。本試驗選取的藻類為斜生柵藻，培養(yǎng)用的人工培養(yǎng)基配方如表1所示，將藻種接種在人工培養(yǎng)基上，進行預培養(yǎng)。用顯微鏡觀察有無雜草及藻類的生長情況，如生長良好，就可作為進行試驗的藻種液。表1 AGP試驗人工培養(yǎng)基成分ComponentAmountStock

31、 Solution1 NaNO3100mL/L15.0g/L dH2O2 K2HPO410mL/L2g/500mL dH2O3 MgSO4·7H2O10mL/L3.75g/500mL dH2O4 CaCl2·2H2O10mL/L1.8g/500mL dH2O5 Citric acid10mL/L0.3g/500mL dH2O6 Ferric ammonium citrate10mL/L0.3g/500mL dH2O7 EDTANa210mL/L0.05g/500mL dH2O8 Na2CO310mL/L1.0g/500mL dH2O9 A5(Trace mental sol

32、ution)1mL/LH3BO32.86g/L dH2OMnCl2·4H2O1.86g/L dH2OZnSO4·7H2O0.22g/L dH2ONaMoO4·2H2O0.39g/L dH2OCuSO4·5H2O0.08g/L dH2OCo(NO3)2·6H2O0.05g/L dH2O2) 試驗組的設(shè)計及藻類的接種 所采集水樣測得的TN、TP濃度，1號水樣分別為1.24 mg/l、0.11 mg/l，2號水樣分別為1.31mg/l、0.12mg/l以該濃度為參考，設(shè)置各試驗組的添加營養(yǎng)鹽方案，分別配置相應濃度的KNO3、KH2PO4營養(yǎng)鹽溶液，方

33、案如表2所示。本試驗中，用1號點和2號點采集的水樣分別進行兩次試驗。將經(jīng)過預培養(yǎng)的藻種液在顯微鏡下計數(shù)，計算出藻種液的密度，然后加入的藻種液量（本試驗為2ml），試驗水樣的體積（200 ml），藻種液初始密度為50×103（細胞）/ml。接種完畢后，搖晃均勻。表2 AGP試驗的添加營養(yǎng)鹽方案名稱添加營養(yǎng)鹽方案試驗瓶數(shù)不添加營養(yǎng)鹽1.原水稀釋不添加任何營養(yǎng)鹽(180ml原水+20ml蒸餾水)22.原水樣不添加任何營養(yǎng)鹽(100ml原水+100ml蒸餾水)2添加N營養(yǎng)鹽組3.低濃度N(180ml原水)+3.01mg(N)/L(20ml蒸餾水)24.高濃度N(180ml原水)+6.01mg

34、(N)/L(20ml蒸餾水)2添加P營養(yǎng)鹽組5.低濃度P(180ml原水)+0.31mg(P)/L(20ml蒸餾水)26.高濃度P(180ml原水)+0.61mg(P)/L(20ml蒸餾水)23) 藻類增長參數(shù)的測定 藻類增長參數(shù)是通過逐日測定藻類的現(xiàn)存量而得到的。第二天開始每天測定藻類的現(xiàn)存量，直到試驗結(jié)束，每天測定的時間應基本相同，本試驗選在下午進行測定。現(xiàn)存量的測定方法多種多樣，常用的有計數(shù)、稱干重、測光密度、測葉綠素含量等方法，在本試驗中采取鏡檢計數(shù)的方法，吸取1ml樣品于計數(shù)框中，用目鏡視野法計數(shù)。后換算成藻液的密度。第2.3節(jié) 試驗結(jié)果與討論2.3.1 試驗數(shù)據(jù)的處理本次試驗采取視

35、野計數(shù)法，計數(shù)視野數(shù)為5，蓋玻片規(guī)模為20mm×20mm，顯微鏡視野直徑為0.5mm，所以視野面積：在顯微鏡輔助下采用1 ml的生物計數(shù)框用視野法計數(shù)，并按下式計算細胞數(shù)量:式中，N 為每ml水樣中的藻類數(shù)量(cell/ml)；A 為計數(shù)框面積(mm2) ；Ac 為計數(shù)面積(mm2) ；Va為計數(shù)框的體積(ml) ；n 為計數(shù)所得藻類的數(shù)目。 用1號水樣培養(yǎng)后，測得的斜生柵藻的藻類密度如下： 表3 1號水樣每日測得的藻類密度（103個/ml）天組12345614.595.405.506.737.136.7325.306.015.409.687.449.0734.184.485.611

36、0.297.348.4644.284.995.7011.5212.4315.0853.264.184.796.627.548.8763.464.485.707.548.059.48 繪制成對應的生長曲線見下圖：圖5 1號水樣中藻類生長曲線用2號水樣培養(yǎng)后，測得的斜生柵藻的藻類密度如下：表4 2號水樣每日測得的藻類密度（103個/ml）天組123456 16.116.937.038.258.668.25 26.837.546.9311.218.9710.60 35.716.017.1311.828.879.9945.816.527.2413.0413.9616.6154.795.716.328.

37、159.0710.3964.995.717.249.079.5811.01繪制成對應的生長曲線見下圖：圖6 2號水樣中藻類生長曲線2.3.2 試驗結(jié)果的分析通過AGP試驗可以確定水體中藻類生長的主要限制性因子。從玄武湖藻類增長潛力測試結(jié)果可知，不同營養(yǎng)鹽條件對斜生柵藻生長的促進作用各不相同。藻類生長遵循微生物生長的一般規(guī)律，在營養(yǎng)和環(huán)境條件不適時生長緩慢，表現(xiàn)為遲滯期；當營養(yǎng)充足、環(huán)境條件適宜時迅速生長，由于其繁殖能力強，藻類生物量劇增，進入對數(shù)生長期；隨后相當一段時間內(nèi)藻類生物量處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時為穩(wěn)定期； 隨著營養(yǎng)大量消耗、呈匱乏狀態(tài)時，藻類開始大量死亡，整個種群生長呈衰退趨勢，即進入衰退

38、期。經(jīng)過此4 個過程即為藻類的一個生長周期。試驗前期，生長曲線較為平緩，其原因在于藻類個體數(shù)較少，密度增長緩慢；經(jīng)過一定時間后，隨個體數(shù)的增加，密度增長逐漸加快，藻類現(xiàn)存量達到最大值；在試驗末期，由于營養(yǎng)物質(zhì)的不足，藻類的密度呈下降趨勢。在本試驗中可以發(fā)現(xiàn)，氮對藻類生長的促進作用更為明顯，因而，氮是玄武湖水體中藻類生長的主要限制性因子。在圖中，添加較高濃度N營養(yǎng)鹽的4號實驗組的藻類生長曲線明顯高于其它組，這很好地證明了這一結(jié)論。第3章 理論分析第3.1節(jié) 玄武湖生態(tài)安全評價通過對照試驗，我們發(fā)現(xiàn)在未加入氮、磷營養(yǎng)鹽的情況下，玄武湖原水對藻類生長有一定的促進作用。由此可見，玄武湖水質(zhì)本身已經(jīng)具有

39、一定的營養(yǎng)化趨勢。同時，通過加入氮、磷營養(yǎng)鹽我們發(fā)現(xiàn)，氮、磷對于刺激藻類的生長有明顯的作用。因此，為了很好地控制玄武湖的水質(zhì)現(xiàn)狀，我們必須很好地防止水體富營養(yǎng)化，即控制好氮、磷等營養(yǎng)元素的流入，使其濃度值限制在一定的范圍之內(nèi)，防止引起水質(zhì)嚴重地惡化。在本課題進行的過程中，我們通過調(diào)查研究還發(fā)現(xiàn)，自20世紀90年代初起，采取了截污、清淤、引水沖污等措施，以控制玄武湖富營養(yǎng)化、改善水質(zhì)，然而，2005年夏季，玄武湖首次發(fā)生大面積以微囊藻(Microcystis aerugin-osa)為主要優(yōu)勢種群的藍藻水華，局部區(qū)域散發(fā)惡臭氣味，嚴重影響了湖水的景觀、養(yǎng)殖和水上運動功能。為了盡快控制藍藻水華，保

40、障玄武湖各種環(huán)境功能，當?shù)卣扇×苏惩列跄⒕苿⒃宓却胧?，對玄武湖藍藻水華進行了應急治理，共使用改性粘土約300t，湖面噴灑粘土達106.0g/m。10月底，“藻華”現(xiàn)象基本消失在藍藻暴發(fā)和治理過程中玄武湖高等水生植物沒有明顯變化，但2005年11月至2006年4月，玄武湖各湖區(qū)出現(xiàn)了的大量菹草生長，期間采用機械和人工打撈來除草13。從整個玄武湖流域來看，外源入湖溝渠是玄武湖的主要排污口。大量生活污水、雨水等都通過該渠道進入湖內(nèi)。湖泊內(nèi)源有底泥污染物釋放和藻類增殖代謝等。它們隨著季節(jié)和湖泊生態(tài)的變化而發(fā)生大幅度的變化。玄武湖點源污染主要是指湖內(nèi)和外圍的公廁、餐飲、游樂等設(shè)施產(chǎn)生的生活污水

41、。這些相當數(shù)量未經(jīng)過任何處理就直接入湖的生活污水，對湖水水質(zhì)產(chǎn)生嚴重威脅。目前入湖溝渠主要采用截流式合流制排水管渠統(tǒng)。當雨量增大時，混合污水超過截流管道的輸送能力，造成溢流，加重了水質(zhì)的惡化，因此改進截流系統(tǒng)對于保證入湖水的水質(zhì)有很大的作用14。另一方面通過對浮游植物種類和數(shù)量以及重要理化指標的監(jiān)測，探討應急治理對湖水水質(zhì)和浮游植物群落的影響，給玄武湖的科學治理和管理提供基礎(chǔ)資料，只有切實地行動起來，玄武湖的水質(zhì)才能得到有效地保護與治理。第3.2節(jié) 改善玄武湖水質(zhì)的措施 富營養(yǎng)化的防治是水污染處理中最為復雜和困難的問題。這是因為：污染源的復雜性，導致水質(zhì)富營養(yǎng)化的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，既有天然源，又

42、有人為源；既有外源性，又有內(nèi)源性。這就給控制污染源帶來了困難；營養(yǎng)物質(zhì)去除的高難度，至今還沒有任何單一的生物學、化學和物理措施能夠徹底去除廢水的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)。通常的二級生化處理方法只能去除30-50%的氮、磷。1.控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入 絕大多數(shù)水體富營養(yǎng)化主要是外界輸入的營養(yǎng)物質(zhì)在水體中富集造成的。如果減少或者截斷外部輸入的營養(yǎng)物質(zhì)，就使水體失去了營養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。為此，首先應該著重減少或者截斷外部營養(yǎng)物質(zhì)的輸入，控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)，應從控制人為污染源著手，應準確調(diào)查清楚排入水體營養(yǎng)物質(zhì)的主要排放源，監(jiān)測排入水體的廢水和污水中的氮、磷濃度，計算出年排放的氮、磷總量，為實施控制外源性營養(yǎng)

43、物質(zhì)的措施提供可靠的科學依據(jù)。2.減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)負荷 輸入到湖泊等水體的營養(yǎng)物質(zhì)在時空分布上是非常復雜的。氮、磷元素在水體中可能被水生生物吸收利用，或者以溶解性鹽類形式溶于水中，或者經(jīng)過復雜的物理化學反應和生物作用而沉降，并在底泥中不斷積累，或者從底泥中釋放進入水中。減少內(nèi)源性營養(yǎng)物負荷，有效地控制湖泊內(nèi)部磷富集，應視不同情況，采用不同的方法。A.工程性措施 包括挖掘底泥沉積物、進行水體深層曝氣、注水沖稀以及在底泥表面敷設(shè)塑料等。挖掘底泥，可減少以至消除潛在性內(nèi)部污染源；深層曝氣，可定期或不定期采取人為湖底深層曝氣而補充氧，使水與底泥界面之間不出現(xiàn)厭氧層，經(jīng)常保持有氧狀態(tài)，有利于抑制底泥磷

44、釋放。此外，在有條件的地方，用含磷和氮濃度低的水注入湖泊，可起到稀釋營養(yǎng)物質(zhì)濃度的作用。 B.化學方法這是一類包括凝聚沉降和用化學藥劑殺藻的方法，例如有許多種陽離子可以使磷有效地從水溶液中沉淀出來，其中最有價值的是價格比較便宜的鐵、鋁和鈣，它們都能與磷酸鹽生成不溶性沉淀物而沉降下來。例如美國華盛頓州西部的長湖是一個富營養(yǎng)水體，1980年10月用向湖中投加鋁鹽的辦法來沉淀湖中的磷酸鹽。在投加鋁鹽后的第四年夏天，湖水中的磷濃度則由原來的65g/L降到30g/L，湖泊水質(zhì)有較明顯的改善。在化學法中，還有一種方法是用殺藻劑殺死藻類。這種方法適合于水華盈湖的水體。殺藻劑將藻殺死后，水藻腐爛分解仍舊會釋放

45、出磷，因此，應該將被殺死的藻類及時撈出，或者再投加適當?shù)幕瘜W藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。 C.生物性措施利用水生生物吸收利用氮、磷元素進行代謝活動以去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的方法。目前，有些國家開始試驗用大型水生植物污水處理系統(tǒng)凈化富營養(yǎng)化的水體。大型水生植物包括鳳眼蓮、蘆葦、狹葉香蒲、加拿大海羅地、多穗尾藻、麗藻、破銅錢等許多種類，可根據(jù)不同的氣候條件和污染物的性質(zhì)進行適宜的選栽。水生植物凈化水體的特點是以大型水生植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應，凈化污水。經(jīng)過植物直接吸收、微生物轉(zhuǎn)化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒，同時對重金屬分子也有降解效果。水生植物一

46、般生長快，收割后經(jīng)處理可作為燃料、飼料，或經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。這是目前國內(nèi)外治理湖泊水體富營養(yǎng)化的重要措施15。第4章 結(jié)論與展望第4.1節(jié) 結(jié)論本文采用理論研究與實驗分析相結(jié)合的方法，主要以玄武湖的水質(zhì)現(xiàn)狀為依托，通過采集水樣，并通過加入KNO3與KH2PO4為代表的氮鹽與磷鹽來培養(yǎng)斜生柵藻，并通過連續(xù)觀察藻類的長勢來分析得出影響藻類生長的最主要營養(yǎng)鹽。實驗結(jié)果如下：1 氮元素對藻類生長有較大影響，并且隨氮質(zhì)量濃度的增加，刺激斜生柵藻增長作用增強，并且氮濃度越大，斜生柵藻繁殖速度越快。2 磷元素對藻類生長也有一定的影響，并且隨磷質(zhì)量濃度的增加，對刺激斜生柵藻的增長有一定作用。3 由折線圖看來，氮

47、的濃度對玄武湖藻類的生長影響較大，高濃度磷與低濃度磷之間曲線變化不是很明顯，增加速率也較為接近。所以玄武湖中氮是限制因子。該課題主要在于了解玄武湖的水質(zhì)現(xiàn)狀，并根據(jù)一定的生態(tài)安全評價標準來界定玄武湖的營養(yǎng)化狀況，并提出進一步改善水質(zhì)的建議與方法，使玄武湖水質(zhì)控制在一定的生態(tài)安全范圍之內(nèi)。通過該研究我們發(fā)現(xiàn)，限制玄武湖水質(zhì)富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)鹽是氮元素，因此，在后續(xù)的治理與保護工作中，我們應該盡量防止氮鹽的流入。第4.2節(jié) 展望由于資料、時間、研究條件以及研究手段的限制，本研究尚存在一些需進一步完善之處： （1） 用于確定藻類生長的AGP試驗基本達到了預期要求，但由于時間及條件方面的限制，AGP試

48、驗的對比試驗做的不多，會帶來一些誤差，培養(yǎng)的時間也還可以取的得更長一些；（2） 生態(tài)安全評價目前沒有一個統(tǒng)一的評價標準，有些是基于相對標準建立的，顯得不夠精細，有待于進一步完善；（3） 由于個人知識水平和認識角度的不同，選取的指標難免有偏差；（4） 在選取研究實例時，由于玄武湖整片水域面積較大，因此選擇的范圍只為其中一部分，研究數(shù)據(jù)不夠充足。在已經(jīng)選取的指標數(shù)據(jù)搜集過程中，有的數(shù)據(jù)可獲得性較差，在進行實驗過程中我們還需進一步深化，切實把握好課題各方面涉及的概念性研究，并努力減少研究誤差，增強實驗數(shù)據(jù)的說服力。在選擇指標數(shù)據(jù)準時應該努力與研究現(xiàn)狀靠攏，增強指標性的評價價值。參考文獻1 儲昭升，金

49、相燦，唐欣昀，郭偉峰，陳磊.巢湖水體藻類生長潛力研究J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報2 項平.湖庫水體富營養(yǎng)化及磷模型J.環(huán)境科技，1994，53 曲向榮.環(huán)境學概論M.北京大學出版社，20094 章宗涉，戌克文，沈國華.武漢東湖湖水的藻類生長潛力測試J.環(huán)境科學學報，1990，12，10(4)5 孫喆，杜茂安，高橋幸彥，高樹福.勝利油田耿井水庫浮游植物增長潛力限制性營養(yǎng)研究J.沈陽建筑大學學報(自然科學版)，2006，22(5):804-808.6 金相燦，屠清英.湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范M.北京.中國環(huán)境科學出版社，19907 劉紅，王慧，劉康，我國生態(tài)安全評價方法研究述評J.自然生態(tài)保護8 生態(tài)安全評價

50、指標體系研究-以查干湖國家自然保護區(qū)為例D.東北師范，20079 王瑞惠.南京玄武湖水污染預測及整治方案M.水資源保護工作手冊10 豐茂武，吳云海，馮仕訓，吳云影.不同氮磷比對藻類生長的影響J.生態(tài)環(huán)境，2008，17（5）：1759-176311 鐘衛(wèi)鴻，單劍峰，薛浚，曹鳴，裘娟萍.氮和磷對銅山源水庫優(yōu)勢藻生長影響實驗研究J.環(huán)境污染與防治，2003，2，25（1）12 任黎，董增川，李少華.玄武湖浮游植物及水體富營養(yǎng)化研究J.水電能源科學，2008，8，26(4)13 梅桌華，張哲海，趙春霞，徐敏，李敏.南京玄武湖藍藻水華治理后水質(zhì)和浮游植物的動態(tài)變化J.湖泊科學，2010，22(1):4

51、4-4814 馮冰冰，王國祥，張文斌.南京玄武湖污染源調(diào)查與分析J.安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35(28):8963-8964，897315 孔繁翔.湖泊富營養(yǎng)化治理與藍藻水華控制J.江蘇科技信息，2007，9致謝光陰荏苒，本科的學習即將結(jié)束，四年的學習生活使我受益匪淺。經(jīng)歷大半年時間的磨礪，畢業(yè)論文終于完稿，回首大半年來收集、整理、思索、停滯、修改直至最終完成的過程，我得到了許多的關(guān)懷和幫助，現(xiàn)在要向他們表達我最誠摯的謝意。首先，我要深深感謝我的導師王延華老師。王老師為人謙和，平易近人。在論文的選題、搜集資料和寫作階段，王老師都傾注了極大的關(guān)懷和鼓勵。在論文的寫作過程中，每當我有所疑問，王老師

52、總會放下繁忙的工作，不厭其煩地指點我；在我初稿完成之后，王老師又在百忙之中抽出空來對我的論文認真的批改，字字句句把關(guān)，提出許多中肯的指導意見，使我在研究和寫作過程中不致迷失方向。她嚴謹?shù)闹螌W之風和對事業(yè)的孜孜追求將不斷影響和激勵我，她對我的關(guān)心和教誨我更將永遠銘記。借此機會，我謹向王老師致以深深地謝意。其次，我還要感謝歐杰學長對我的幫助與支持；同時也感謝這三年來與我互勉互勵的諸位同學，在各位同學的共同努力之下，我們始終擁有一個良好的生活環(huán)境和一個積極向上的學習氛圍，能在這樣一個團隊中度過，是我極大的榮幸.我還要感謝我的家人，他們給我極大的鼓勵與樸素的幫助。最后，我要感謝參與我論文評審和答辯的各

53、位老師，他們給了我一個審視幾年來學習成果的機會，讓我能夠明確今后的發(fā)展方向，他們對我的幫助是一筆無價的財富。我將在今后的工作、學習中加倍努力，以期能夠取得更多成果回報他們、回報社會。再次感謝他們，祝他們一生幸福、安康!英文原文及翻譯 The Research about the Water Environment Protection and Low Carbon Fishery DevelopmentI. INTRODUCTION Water is the source of lives,water environment means different types of water lik

54、e the ocean,lakes,rivers,reservoirs etc. Water environment protection is to take measures to limit or eliminate pollutants discharged into water body,in order to make the ocean,rivers,lakes,reservoirs and other water body or water area maintain its proper function. While with the rapid development o

55、f economy and technology,with the growing population,and also coupled with unexpected serious incidents,the water environmental pollution and destruction is getting more and more serious. Water pollution,water environmental protection has become the focus of attention around the world.Fishery is an industrial