三峽庫(kù)區(qū)嘉陵江回水區(qū)中碳氮磷利用關(guān)鍵酶對(duì)藻華的響應(yīng)及其作用機(jī)制研究.pdf

1、一直以來(lái)水體氮磷濃度過(guò)高被認(rèn)為是藻華爆發(fā)的主因，然而有報(bào)道指出三峽庫(kù)區(qū)部分次級(jí)河流的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度已超過(guò)富營(yíng)養(yǎng)化最低閾值，卻并未爆發(fā)藻華。有研究表明水體各營(yíng)養(yǎng)元素往往存在多種形態(tài)，藻類僅能利用其中的特定形態(tài)，當(dāng)該形態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏時(shí)，往往需要對(duì)其他形態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而補(bǔ)充水體中特定營(yíng)養(yǎng)鹽的消耗。因此，除水體中營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)的濃度外，藻類對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和利用能力也對(duì)其生長(zhǎng)起到重要作用。酶在藻類轉(zhuǎn)化利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)程中起關(guān)鍵作用，因此可認(rèn)為水體中

2、酶活性的大小對(duì)藻類的生長(zhǎng)有重要影響。
　　自三峽工程啟動(dòng)以來(lái)，三峽庫(kù)區(qū)的水環(huán)境問(wèn)題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是2010年175m試驗(yàn)性蓄水后，庫(kù)區(qū)水環(huán)境條件又出現(xiàn)了新的變化，包括嘉陵江主城段在內(nèi)的次級(jí)河流河段均受回水影響。在高蓄水位時(shí)流速大幅下降，污染物停留時(shí)間增加，水體擴(kuò)散、自凈能力下降，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化有所加劇。近年來(lái)每年春季嘉陵江主城段均會(huì)出現(xiàn)藻類的爆發(fā)性增長(zhǎng)現(xiàn)象，不僅對(duì)生態(tài)造成了影響，還給主城區(qū)人民的飲用水安全帶來(lái)了潛在威

3、脅。因此，有必要以嘉陵江重慶主城段為研究對(duì)象，對(duì)其頻繁發(fā)生的藻華現(xiàn)象進(jìn)行深入研究。
　　基于此，為了解釋營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度與藻類生長(zhǎng)之間的不同步現(xiàn)象，揭示嘉陵江主城段藻華的爆發(fā)機(jī)理。論文以嘉陵江主城段水體為研究對(duì)象，對(duì)嘉陵江主城段水體中碳氮磷元素形態(tài)分布，碳氮磷元素濃度、碳氮磷利用關(guān)鍵酶活性、藻密度及其他水環(huán)境指標(biāo)的年變化規(guī)律進(jìn)行研究，借助相關(guān)性分析研究不同指標(biāo)間的內(nèi)在聯(lián)系，借助回歸分析得出不同指標(biāo)間的關(guān)系式，通過(guò)多元線性擬合得出藻密度

4、與不同環(huán)境指標(biāo)間的內(nèi)在聯(lián)系模型，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建嘉陵江主城段水體中各酶活的監(jiān)測(cè)模型及以及藻華易發(fā)期藻密度的預(yù)測(cè)模型。并以原位水樣實(shí)驗(yàn)為依據(jù)篩選出各酶活性及藻密度所對(duì)應(yīng)的影響因素及其變化范圍，選取堿性磷酸酶及針桿藻，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)對(duì)酶活性、藻密度與其各自影響因素間的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)酶對(duì)藻華的響應(yīng)及其作用機(jī)制進(jìn)行研究。主要結(jié)論如下：
　　①水體各酶活均受多種因素影響，其中碳酸酐酶活性（CAA）與溫度（T）低度正相關(guān)，與 Zn2+中度正

5、相關(guān)，與 pH、葉綠素 a（Chla）濃度高度正相關(guān)，與溶解性無(wú)機(jī)碳（DIC）中度負(fù)相關(guān)，與CO2高度負(fù)相關(guān)；全年變化范圍為0.094-1.301 EU/106cells，夏季較高冬季較低，在消落期的4月3日有全年峰值；CAA與其影響因素間存在如下關(guān)系： CAA=0.027Chla+0.052pH-0.079CO2+1.774Zn2++0.592(R2=0.803，n=15)。硝酸還原酶活性（NRA）與pH、Chla呈中度正相關(guān)，與NO

6、3--N呈低度正相關(guān)；全年變化范圍為0.052-0.280 fmol.min-1.cell-1，消落期水平高于其他時(shí)期，4月3日有全年峰值；NRA與其影響因素間存在如下關(guān)系：NRA=0.017Chla+0.037pH-0.246Fe3++0.111NO3--0.267(R2=0.770，n=15)。堿性磷酸酶活性（APA）與pH、Chla呈中度正相關(guān)，與可酶解磷（EHP）呈低度正相關(guān)，與溶解性活性磷（SRP）呈中度負(fù)相關(guān)，與Zn2+呈高

7、度正相關(guān)；全年變化范圍為0.442-8.679 nmol.min-1.L-1，消落期APA遠(yuǎn)高于其他時(shí)期，3月26日有全年峰值；APA與其影響因素間存在如下關(guān)系：APA=60.8Zn2+-8.34EHP+0.21Chla-1.3SRP+0.19pH-3.02（R2=0.821，n=15）。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明，低濃度正磷酸鹽及不同有機(jī)磷均能誘導(dǎo)藻類分泌堿性磷酸酶，SRP濃度、水溫、pH、Zn2+濃度等指標(biāo)對(duì)APA的影響與原位水體中各指標(biāo)對(duì)

8、APA的影響規(guī)律一致。
　　②藻密度全年變化范圍為1.56-84.81×104cells/L，較往年無(wú)明顯差異。消落期藻密度大于汛期，汛期藻密度大于蓄水期，全年峰值出現(xiàn)在消落期期間。嘉陵江主城段水體藻華爆發(fā)最低閾值為2×105Cells/L，相應(yīng)藻華期為該年2月21日至4月24日。藻密度與V、pH、Zn2+、顆粒磷（PP）、溶解性有機(jī)磷（DOP）、NRA、APA呈中度正相關(guān)，與Chla、CAA呈高度正相關(guān)關(guān)系，與顆粒有機(jī)碳（POC

9、）、EHP呈低度正相關(guān)關(guān)系，與CO2呈中度負(fù)相關(guān)關(guān)系，與溶解性總磷（TDP）、SRP呈中度負(fù)相關(guān)；與其他指標(biāo)間或無(wú)相關(guān)性，或相關(guān)性不顯著。實(shí)驗(yàn)室單因素實(shí)驗(yàn)表明，各因素對(duì)針桿藻的影響與原位水體中的相應(yīng)規(guī)律基本一致。針桿藻最適生長(zhǎng)溫度為20-25℃，最適pH為8.5-9.5，最適N/P比為5:1-50:1，一定程度的擾動(dòng)可促進(jìn)藻類的生長(zhǎng)，過(guò)高流速抑制藻類生長(zhǎng)，Zn2+的缺乏會(huì)抑制藻類生長(zhǎng)；針桿藻對(duì)無(wú)磷條件的耐受性高于銅綠微囊藻，在0.3mg

10、/L至10mg/L范圍內(nèi)，不同濃度有機(jī)磷對(duì)針桿藻生長(zhǎng)促進(jìn)作用無(wú)顯著差異，其對(duì)不同磷源利用能力大小依次為SRP＞三磷酸腺苷（ATP）＞甘油磷酸鈉（GP）＞葡萄糖-6-磷酸（G6P）＞卵磷脂（LEC），與分子量大小呈反比；除N/P比外，不同培養(yǎng)條件下APA與藻密度基本呈線性正相關(guān)關(guān)系。
　?、劬C合考慮環(huán)境條件、營(yíng)養(yǎng)鹽、酶活性等藻類生長(zhǎng)影響因素，得出嘉陵江主城段水體藻密度與相關(guān)環(huán)境指標(biāo)關(guān)系如下：Cells=-1.262V+5.152pH

11、+8.962Zn2++9.103Chla+1.191POC-4.871CO2-8.336SRP+5.383EHP+7.88NRA+8.948APA+6.807CAA+19.6；藻華易發(fā)期藻密度與相關(guān)環(huán)境指標(biāo)關(guān)系如下：Cells=156.435V-3.287CO2-22.588CAA+3.516APA+125.881NRA+43.916；提前兩周的藻華易發(fā)期藻密度預(yù)測(cè)模型如下： Cells=-46.507pH+37.894CAA-586.