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    平特肖心水论论:天然水体典型微量元素对藻华生物的激励影响

    【标    题】:

    天然水体典型微量元素对藻华生物的激励影响


    【作者单位】:

    山东济宁东盛电子仪器有限公司


    【内容摘要】:    随着我国近几十年工业、农业和经济的持续高速发展,天然水体的污染情况日益恶化,并引发了诸多社会关注事件,例如2007年太湖蓝藻爆发导致无锡城用水停水,云南滇池连续几年的蓝藻藻华等都造成了严重的社会影响。湖泊、水库等水体由于其本身所具有的能量、物质的半封闭半循环特点,富营养化问题是我国今后相当长一段时期内的重大水环境问题。    已有大量的研究表明水体中存在的各种形态的氮、磷等营养因子是造成藻类爆发性增殖的主要因素,并已经得到了系列的研究成果。但最新的调研研究表明,在微量元素铁、锰、铜、锌等微金属元素缺乏的富营养湖泊、水库,浮游生 [更多详细]

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    【正文内容】:     随着我国近几十年工业、农业和经济的持续高速发展,天然水体的污染情况日益恶化,并引发了诸多社会关注事件,例如2007年太湖蓝藻爆发导致无锡城用水停水,云南滇池连续几年的蓝藻藻华等都造成了严重的社会影响。湖泊、水库等水体由于其本身所具有的能量、物质的半封闭半循环特点,富营养化问题是我国今后相当长一段时期内的重大水环境问题。
        已有大量的研究表明水体中存在的各种形态的氮、磷等营养因子是造成藻类爆发性增殖的主要因素,并已经得到了系列的研究成果。但最新的调研研究表明,在微量元素铁、锰、铜、锌等微金属元素缺乏的富营养湖泊、水库,浮游生物产量相对偏低。这表明微量元素是制约藻华生物量的重要因素??沟湫托晕⒘吭囟栽謇嘣鲋彻媛捎朐寤刂频确矫娴难芯?。对藻华的预测和治理具有重要的理论和实际意义。

    1、微量元素对藻华生物量的影响
    微量元素在藻类生长过程中必不可少,其作用主要体现在两方面:一是细胞本身组成不可缺少的成分,或者是藻生命活动所需酶的活性基团的组成部分。适量的微量元素能加剧水体富营养化程度与刺激浮游生物量的增长。现有文献表明。对浮游藻类生长具有明显促进作用的元素有Fe、Mr,、Cu、Zn、。Mo、Co等.主要作用机理是作为辅助因子参与生物化学反应以促进生物增殖。论文以Fe、Mn、cu、Zn等4种常见的天然水中金属元素作为典型性代表,进行具体阐述。
    1.1  Fe
        铁在自然水体一般以颗粒态、胶体态、溶解态三种形式存在,铁对藻类的生物活性取决于水体中溶解态自由铁含量。在溶解态铁中,Fe2+最不稳定,极易发生氧化或沉淀,因此,水体中Fe2+的含量通常很低,然而Fd+却是活性最高的铁形态,在有机整合剂存在的条件下,对藻类的生物效应非常明显。
        铁是藻类生命活动的必需元素,铁作为电子传递反应中重要的氧化还原催化剂,其浓度的高低必然影
    响光化学能的转化,从而影响光合作用活性。铁的含量及其生物可利用性,是主导水体中浮游生物总量
    与结构的因素之一。
        LaFICelot c研究发现,0.5 btmol/L的Fe3浓度是满足藻类生长需要的一个最低值0’。藻类在缺铁培养液中的表现症状为:细胞生长率下降,细胞结构变形、叶绿体和线粒体产生质变。添加铁后,细胞各项功能立即恢复正常。Kathleen s实验提出:加入3 ug/L,的EⅨrA可使水华生物蓝藻(majuscula)达到最高的增殖率。
        铁浓度的高低还会影响浮游生物的种群结构,这是由于不同藻种类对铁浓度的需求量不一样,一般来说绿藻比蓝藻需铁量低“],微型藻类比大细胞的硅藻需铁最低,因此在水生态系统中铁浓度的改变会导致优势藻种的衍变。
        在制约浮游藻类生物量方面,铁与其它的藻类影响因子具有显著的协同关系。铁与光照的这种协同关系就非常明显.这是由于铁是光和作用电子传递的载体,参与一系列光和催化酶的合成。Moore c.Mark调查发现,美国加利福尼亚Crozet地区藻华的爆发主要取决于铁与光照的相互作用.光照越强的地区对浮游生物铁的需求量越高.任何一个因素的不足都会限制浮游生物的产量。
        铁的存在同时影响着藻类对氮、磷的利用。英国的Lucas M在对sub—AntarCtic群岛海域高营养低叶绿素(HNILc)水体开展调查时发现.在铁含量高的地区,藻类对氮的吸收比在含铁低的地区大的多.藻对NO。一的吸人量与Fe¨含量高度相关。最近研究发现.铁和磷在藻细胞内的含量具有固定比率,藻类对铁和磷的吸收存在显著的正相关Ⅲ。Weng.Hl~anXin研究指出:隐藻(Ctyptomonas so)细胞中.磷与铁含量的摩尔比大约为159,1,且保持稳定。
        目前。关于铁存在浓度对藻生长影响的研究集中在总铁含量对浮游生物量的评价上.却很少对各种价态的铁进行细化研究,显然,区分二价铁、三价铁、以及各种氧化态的铁对藻类的各自作用具有更实际的意义,也是后续研究的有益的开展方向?;褂幸恍┮蛩?,诸如温度、溶解氧、pH值等与铁的协同作用对藻类的影响也不可忽视,但目前研究甚少。因而有必要对各项因子进行交叉研究、综台分析,这对探寻导致藻华的关键因素具有重要意义。
    1.2 Mn
        锰是水体中常见的微量金属元素,但研究表明.湖泊水体氮、磷的沉积和富营养化过程往往伴随着水中锰的持续富集,这意味着锰的存在和浓度与藻华有着密切的关系.适量的锰是藻类生长的必要条件。
        水体中的锰只有可溶态的能被生物吸收-KatjaKnauer实验发现:满足单细胞藻(subspicatus)正常生长的Mnz+浓度介于12×10-9oll[?!?2xlO_tool/L之间。Mnz+在藻类正常生长所需浓度范围内。其生物可利用性与溶液中Mn+浓度呈正相关。王海明等人通过藻类增长潜力(AGP)试验研究指出·铜绿微囊藻(MicrocysttisaePruginotsa)在Mn2+浓度为O.7~6.Omg/I。时生长较快,叶绿素a含量较高;在Mn2’浓度为12.Omg/L,时,铜绿微囊藻生长受到明显抑制.叶绿素a含量大幅降低。
        有资料表明,锰可以影响藻类对其它营养物质的吸收,对贫营养湖泊中氮磷的可生化比也有显著影响。研究表明:锰对湖泊沉积物中磷元素的转移发挥重要作用。湖水中磷元素大部分来源于湖泊沉积物。因此,磷的稳定性就成为水体营养水平高低的重要影响因素。关于湖泊沉积物中磷元素的迁移机理一直是困扰众多学者的难题,它涉及到一系列的物理化学因素,诸如沉积物与水界面的理化条件、金属元素的种类与含量、pH值、氧化还原电位等,机理十分复杂。
        目前比较认同的理论认为.沉积物中磷的释放主要有2种方式t(1)由底层沉积物和表层水体中浓度差产生的磷扩散;(2)各种形式的磷化合物受到水体理化条件的改变发生分解。根据的研究:与铁、锰结合的化合磷发生分解是湖泊沉积物磷释放的主要方式之一口“.从这个角度可以解释锰含量的高低间接影响了湖泊中可生化磷的水平,继而影响藻类对磷的吸收。
        查阅的大量资料并未能很好的说明锰元素对藻类生长的作用机理,是亟待深入研究的内容。1.3  Cu
        铜对藻类的影响相对比较复杂,表现出促进和抑制的两面性。一方面,铜是藻类代谢过程必需的微量元素,尽管需要的量较少,但它们在维持藻细胞正常的生理、生化功能上起着至关重要的作用。在淡水系统中,微量Cu2+有利于浮游藻类增殖.能够增进水体的富营养程度。
        李慧敏的AGP试验结果表明:Cu2+质量浓度为0.001~O.1mg/L时。能促进斜生栅藻(Scenedesmus
    Obiquus)增殖,Cu2浓度大于1.Omg/l时.会对斜生栅藻产生不同程度的毒性效应;鱼腥藻(Anabaena sb)在Cu”浓度低于0.Olmg/l。时增殖较快,Cu+超过0.1mg/L.则产生毒性效应。藻类对铜离子均有一定的耐受能力.受到抑制的藻几天后又会恢复增殖,当Cu2+浓度为O.OOl~O.].mg/L,时,斜生栅藻和鱼腥藻细胞经过2天的调整期.从生理上重新适应了新环境并进入对敬增长期,在cu2+浓度达到1.0mg/l时需
    经4天的调整期才能进入对数增长期。
        Cu2浓度很小范围内的变化就会显著影响藻类的光合作用能力。低浓度的Cu2作为藻类呼吸和光合作用中多种酶的辅助因子.能提高酶的表达量,从而促进藻类的光合作用和细胞的生长繁殖。
        另一方面,钢是重金属,高浓度的铜会对藻类生长产生抑制甚至毒害作用.主要表现为影响藻类的生成代谢、抑制其光合作用、减少藻细胞色素、导致藻细胞畸变等。过量Cu2对淡水生态系统中各个营养级生物都有毒害作用。铜对浮游藻类的毒性来自于藻细胞内锅离子与谷胱甘肚的反应,导致细胞内GSH(还原型谷胱甘肽):GSSG(氧化型谷胱甘肽)比降低.从而抑制藻细胞分裂。除此之外,cu2+还会降低藻细胞酶的活性与降低细胞膜对Hz02与氧自由基的防御能力。脂溶性铜配合物比离子性铜的毒性更大,因为1.4  Zn
        锌是藻类的必需元素。但需求量极低。同时也是刺激浮游藻类增殖的关键元素。锌元素在许多酶系统以及在光合作用过程中具有重要的生化意义,它们或作为氧化酶类的辅基,或作为叶绿体电子传递中质体蓝素的组成成分,在维持浮游藻类正常的生理机能方面发挥着不可替代的作用。
        张铁民等的AGP实验表明:铜绿微囊藻(Micro—fystis aerugtnosa)在Zn2+浓度为0.02~1.00/.tg/[,的液体培养基中生长增殖快,Zn“浓度达到100.00Fg/I,时。受到明显抑制}Zn2’浓度在0.02 t,g/l-,时,脆杆藻(Fragi lariasp的生长繁殖快.Zn2+浓度大于0.10 Fg/l。后.则受到不同程度的抑制。
        Zn2+对藻类的作用机理还体现在:是藻类光合作用和相关代谢酶类的重要组成成分,如碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、碳酸酐酶等,适量的Zn2+浓度能强化藻类
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