滇池北部圍隔區(qū)藍(lán)藻水華暴發(fā)主要影響因素及交互作用研究

賀能琴，聶菊芬

(云南省環(huán)境科學(xué)研究院，中國昆明高原湖泊國際研究中心， 云南 昆明650034)

滇池北部圍隔區(qū)藍(lán)藻水華暴發(fā)主要影響因素及交互作用研究

賀能琴，聶菊芬

(云南省環(huán)境科學(xué)研究院，中國昆明高原湖泊國際研究中心， 云南 昆明650034)

對(duì)滇池北部圍隔區(qū)藍(lán)藻暴發(fā)的優(yōu)勢(shì)種群——銅綠微囊藻，通過3因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)定不同的光照強(qiáng)度、溫度、氮磷比(N/P)，探究所設(shè)定的3種因素對(duì)銅綠微囊藻生長影響的顯著性及因素間的一級(jí)交互作用，確定最佳生長條件。結(jié)果表明，光照強(qiáng)度、溫度、氮磷比3種因素及光照強(qiáng)度和溫度的一級(jí)交互作用均對(duì)銅綠微囊藻的生長影響顯著，以光照強(qiáng)度尤為明顯，并得出最佳生長條件:光照3500lx，溫度30℃，氮磷比15∶1。

藍(lán)藻；暴發(fā)；影響因素；交互作用；滇池北部

藍(lán)藻暴發(fā)危害嚴(yán)重，湖泊藍(lán)藻暴發(fā)的治理已成為世界性難題[1]。藍(lán)藻暴發(fā)時(shí)，水體中的溶解氧被藍(lán)藻大量消耗，魚、水草等其他生物會(huì)因缺氧而大批死亡，而且藍(lán)藻釋放出的毒素和異味會(huì)直接危害人類的生活與健康[2]。滇池是我國藍(lán)藻水華暴發(fā)最嚴(yán)重的湖泊之一，每年的4—11月，滇池北部水域葉綠素a含量普遍都很高，以5—9月最為嚴(yán)重，已經(jīng)列為中國重點(diǎn)治理湖泊之一。普遍認(rèn)為藍(lán)藻水華暴發(fā)與水體N/P比、溫度、光照、透明度、風(fēng)力、風(fēng)向、降雨等因素有關(guān)[3-11]。林毅熊等[12]認(rèn)為在營養(yǎng)鹽滿足的條件下，溫度高對(duì)藍(lán)藻水華的生長有促進(jìn)作用，但不會(huì)是生長的決定因素，光照是影響水華形成的必要條件。有研究表明[13]，溫度為10℃左右時(shí)藻類生長不良，水溫在14℃以下不利于水華發(fā)生。陳雪初等[14]研究表明，低光照強(qiáng)度下對(duì)藻的生長有明顯的抑制作用。有關(guān)藍(lán)藻暴發(fā)的機(jī)理研究認(rèn)為，藍(lán)藻暴發(fā)主要是營養(yǎng)鹽的增加導(dǎo)致的，主要物質(zhì)是氮和磷[15,16]。因此，本文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選取藍(lán)藻水華的3種主要影響因素，對(duì)其進(jìn)行正交試驗(yàn)，并研究其交互影響。

1 材料和方法

1.1 藻種與培養(yǎng)液

(1)藻種

滇池藍(lán)藻水華微囊藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此，本實(shí)驗(yàn)以銅綠微囊藻這一單一藻種進(jìn)行研究，藻種來源于武漢水生生物所。

(2)培養(yǎng)液

培養(yǎng)基根據(jù)中國科學(xué)院野生生物種質(zhì)庫——淡水藻種庫的分類，選用常用淡水藍(lán)藻和綠藻培養(yǎng)基BG-11。培養(yǎng)基培配好后，用1mol/L的HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH值至7.1，滅菌備用。

1.2 試驗(yàn)條件設(shè)定

試驗(yàn)考察光照強(qiáng)度、溫度、氮磷比(N/P)及3種因素間的所有一級(jí)交互作用的影響。每個(gè)影響因素設(shè)置3個(gè)水平，分別為因素A光照強(qiáng)度：1500lx、2500lx、3500lx；因素B溫度濃度：20℃、25℃、30℃；因素C氮磷比：1∶1、7∶1、15∶1。具體見表2。

1.3 試驗(yàn)步驟

(1)將藻種接種到BG11培養(yǎng)基中，提前培養(yǎng)7d；

(2)在超凈臺(tái)上將培養(yǎng)好的處于對(duì)數(shù)生長期的藻種經(jīng)處理后接種到配置好氮磷比的三角瓶中，用專用的封口膜封口；

(3)將接種好的培養(yǎng)瓶按照設(shè)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)儀器為浙江托普儀器有限公司的智能光照培養(yǎng)箱，光暗比設(shè)定為12∶12；

(4)每天取樣測定葉綠素a的濃度，葉綠素a的測定采用丙酮提取-分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)其培養(yǎng)階段的葉綠素a濃度變化，按照下列公式計(jì)算出每組試驗(yàn)的比增長率：

u=( lnBt- lnB0) /t

其中：Bt為對(duì)數(shù)期結(jié)束時(shí)葉綠素a濃度，mg/m3；B0為對(duì)數(shù)期初始時(shí)葉綠素a的濃度，mg/m3；t為對(duì)數(shù)期結(jié)束時(shí)與初始時(shí)的時(shí)間差，d。

試驗(yàn)共進(jìn)行了27組，每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)平行，每組比增長率取3組的平均值。各試驗(yàn)組的比增長率如圖1。

表1 BG-11培養(yǎng)基配置表

注：配置母液1～8時(shí)，藥瓶分別配置，分別存放，9號(hào)中的藥品按量配置后分別存放。

表2 試驗(yàn)各因素水平設(shè)置

由圖1的變化趨勢(shì)可知，試驗(yàn)組1～9組比增長率均在0.2以下，且相差不大，試驗(yàn)組10～18組比增長率明顯大于1～9組，且試驗(yàn)組18組以后比增長率組件增大，試驗(yàn)組27組為最大值。結(jié)合設(shè)置的試驗(yàn)條件來分析：試驗(yàn)組1～9組均處于光照1500lx的條件下，光照強(qiáng)度相對(duì)較低，比增長率較小，調(diào)整溫度和氮磷比，其變化不大；10～18組光照強(qiáng)度2500lx，雖然其比增長速率明顯大于1～9組，但調(diào)整溫度和氮磷比，其比增長速率變化也不明顯；但當(dāng)光照條件增加到3500 lx后，調(diào)整氮磷比及溫度，其比增長速率變化較明顯，呈逐漸上升趨勢(shì)，說明光照是影響銅綠微囊藻生長的至關(guān)重要的因素。

2.2 結(jié)果方差分析

對(duì)27組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了方差分析，考慮了所有的一級(jí)交互作用，其方差分析結(jié)果見表3。

表3 方差分析表

注：**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

由表3可以得出，在藍(lán)藻暴發(fā)3種主要影響因素之中，因素A、B、C及交互作用A×B、A×C、B×C中，只有因素A、B、C及一級(jí)交互作用A×B的影響高度顯著，其中因素A的影響最顯著，這和比增長率變化趨勢(shì)的結(jié)論相吻合。A×C及B×C不存在交互作用的影響，試驗(yàn)指標(biāo)為銅綠微囊藻的比增長率，越大越好。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在A3B3C3條件下，銅綠微囊藻生長最為旺盛，也是本組試驗(yàn)的最佳條件，即光照3500lx，溫度30℃，氮磷比15∶1。這與張青田等[17]的銅綠微囊藻生長最適宜的溫度閾值30～35℃的及林毅熊等[12]的滇池藍(lán)藻生長因素研究中光照強(qiáng)度在3000～5000Lux，溫度在30～35℃，N∶P=15∶1條件下生長速度較好的研究結(jié)果相吻合；與黃鈺鈴等[18]水溫和光照強(qiáng)度分別為 29～30℃和 3300～3400lx 時(shí) , 有利于藻類生長，是水華暴發(fā)的最適宜條件結(jié)論一致。

3 結(jié)論

(1)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的3種影響因素中，光照對(duì)銅綠微囊藻的比增長速率影響最為明顯，是關(guān)鍵影響因子；

(2)方差分析中，3種單因素A、B、C及其因素A、B的一級(jí)交互作用A×B均對(duì)銅綠微囊藻生長的影響高度顯著；

(3)本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的最佳組合為A3B3C3，即光照3500lx，溫度30℃，氮磷比15∶1。

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Study on the Main Influencing Factors and Their Interaction of Cyanobacteria Outbreak in the Northern Enclosed Area of Dianchi Lake

HE Neng-qin, NIE Ju-fen

(Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming China International Research Center for Plateau-Lake, Kunming Yunnan 650034, China)

The dominant population of cyanobacteria outbreaks in the northern enclosed area of Dianchi Lake is Microcystisaeruginosa. Through designing the 3 factors and 3 horizontal orthogonal test with setted various light intensity, temperature, nitrogen and phosphorus ratio, the effects of the three factors on the growth of Microcystisaeruginosa and their first-level interaction were explored, which helped to determine the optimal growth conditions. The results showed that all 3 factors covering light intensity, temperature, nitrogen and phosphorus ratio, and the first-level interaction of light intensity and temperature had significant effect on the growth of Microcystisaeruginosa. Light intensity was particularly significant. The optimal growth conditions were light intensity of 3500lx, temperature of 30℃, nitrogen and phosphorus ratio of 15∶1.

cyanobacteria; outbreak; factor; mutual effect; Northern area of Dianchi Lake

2017-03-23

云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年項(xiàng)目(2014FD071)。

賀能琴(1986-)，女，工程師，碩士，主要從事高原湖泊相關(guān)研究。

X52

A

1673-9655(2017)04-0018-04