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太湖蓝藻水华的预防、预测和预警的理论与实践 总被引：67，自引：21，他引：46
综述了蓝藻水华预防、预测预警的重要意义及其理论与技术体系.基于作者所提出的将蓝藻水华形成分为休眠、复苏、生长和上浮聚集形成水华的"四阶段理论",以及太湖蓝藻越冬、春季复苏和水华形成的时空规律,提出了太湖蓝藻水华的预防理念.综述了国内外蓝藻水华形成与预测研究进展,阐述了蓝藻水华形成关键过程的主导生态因子及其阈值:确定了水华蓝藻越冬的空间分布与生命特征,利用室内模拟实验和野外原位观测与捕捉,得到了蓝藻春季复苏的室内和野外温度阈值分别为14℃和9℃,发现了蓝藻复苏量与有效生理积温呈正相关的基本规律;初步揭示了水华蓝藻生长竞争优势形成的生物学与生态学机理以及光利用策略,利用细胞分裂频率法测定了夏季太湖水华蓝藻的原位生长速率为0.2-0.4;确定了在不同水文气象条件下,水华蓝藻在水体中垂直分布和在不同湖区之间输移的基本格局,发现藻类在水体中各层间百分含量的变异系数随着风浪的增大而减小,进一步证明了蓝藻水华形成是在适当水文气象要素驱动下,已经成为优势种群的水华蓝藻在湖体中空间位置的改变而引起的.建立了太湖蓝藻水华预测模型和工作流程,在2007年和2008年在太湖实施了未来3d的蓝藻水华预测预警,预测分析了2008年全年太湖蓝藻水华情势.对预测结果的回顾性评估与分析表明,目前已有的理论研究结果和预测工作流程可以对太湖蓝藻水华发生概率、发生地点和强度进行预测,预测准确率达到60%-80%.此外,还提出了未来蓝藻水华预测的研究方向. 相似文献
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水华蓝藻的生物学特性及其竞争优势、蓝藻水华的形成与维持机制等科学问题,一直是国内外研究的热点。氮素是诱发蓝藻水华暴发的重要营养盐,蓝藻对氮素的同化与其光合作用密切偶联。然而,水体中氮素存在多种形态,不同形态氮素对蓝藻生长和水华发生的影响具有显著差异。因此,了解蓝藻光合作用特征及其同化不同形态氮素的机制和策略,对深入理解蓝藻水华的发生机理具有重要意义。本文在蓝藻的光能捕获与激发能转移、光合电子传递、碳浓缩机制及CO2同化等光合作用过程及其特征综述的基础上,对蓝藻摄取、同化5种主要氮素形态(NO3-、NO2-、NH4+、尿素和N2)的分子机制及其特征进行了解读,总结了蓝藻细胞光合碳、氮同化的耦合关系及调控机制;并指出了该领域的未来发展方向,以推动该方向的深入研究。 相似文献
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随着全球气候变化和水体富营养化,在过去几十年中蓝藻水华改变了全球的淡水生态系统.蓝藻因独有的藻蓝蛋白而大多呈现蓝绿色,因此其水华也常称为蓝绿藻水华.然而随着蓝藻水华关注度的不断提升,尤其是监测和研究的不断深入,经常在水体中发现蓝藻水华出现黄化的现象.例如,太湖出现的黄色蓝藻水华,冬春季以长孢藻属(Dolichospermum)水华为主,夏秋季以微囊藻属(Microcystis)水华为主.即使外观看起来是蓝绿色的蓝藻水华,但仔细观察形成蓝藻水华的群体颗粒,也有部分呈现黄色,反之亦然.实际上,鉴于色素组成的差异性,也许水体中就没有两个颜色完全一致的蓝藻群体颗粒.目前对于黄色的蓝藻水华及其形成机理,国内外鲜有报道和研究.光照和氮限制被认为是最有可能的原因.在关注蓝藻水华黄化的同时,更应该关注和研究这些颜色变化给蓝藻水华及水环境所带来的风险和挑战,尤其是对水生态管理工作的启发和意义. 相似文献
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三峡水库香溪河库湾蓝藻水华暴发特性及成因探析 总被引：5，自引：1，他引：4
2008年夏季,香溪河库湾自三峡水库建库以来第1次暴发蓝藻水华,水华波及整个库湾,持续时间达1个月之余.为了解这次水华暴发特性及发生原因,本文对蓝藻水华的发生发展过程进行了跟踪调查,6-7月水华发生期间每周采样1次.调查表明本次蓝藻水华的优势种为鱼腥藻(Anabaena sp.)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)等,细胞密度高达3.82×108 cells/L,蓝藻相对密度达到90%以上.本文将2008年5-7月与2007年同期理化指标比较发现,2007年5月的N:P为18.6,而2008年5月的N:P较低,为6.2,据文献报道N:P < 8有利于微囊藻的复苏,因此2008年水华前期的低N:P利于微囊藻的复苏,为微囊藻在适宜条件下的大量增殖提供了种源基础.方差分析表明,2008年5-7月各采样点真光层深度显著高于2007年同期,使得底泥中的微囊藻获得一定强度的光照而复苏,这可能是2008年蓝藻水华在香溪河库湾暴发的原因之一.综上所述,在具备充足的营养盐基础、较强的水体稳定性以及较高水温的前提下,香溪河库湾水华发生前期较低的N:P以及较高强度的光照可能是微囊藻复苏的诱导因子,为蓝藻水华暴发提供了种源基础. 相似文献
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太湖蓝藻水华暴发机制与控制对策 总被引：2，自引：0，他引：2
湖泊蓝藻水华暴发由于引发水生态系统的灾害和饮用水安全风险而成为国内外研究的热点之一.太湖蓝藻水华暴发原因多样，其中蓝藻自身的特性是水华暴发的内因，太湖的地理、水文和气象特征为蓝藻水华暴发提供了合适的温度和水动力条件，是蓝藻水华暴发的外因，湖泊草-藻型生态系统的转变以及氮、磷营养盐的高负荷输入更利于蓝藻生长，湖泊氮、磷营养盐四重循环是蓝藻水华不断暴发的维持机制，蓝藻水华暴发与氮、磷营养盐浓度之间存在交互作用关系.太湖蓝藻水华的控制应以陆源控源截污为基础，增加湖泊营养盐输出为重点，实现疏堵有机结合，其中恢复水生植被，重建草-藻结合型水生态系统是太湖湖泊生态修复的关键所在. 相似文献
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太湖底泥水华蓝藻复苏的模拟 总被引：13，自引：5，他引：8
本实验采集太湖梅梁湾底泥及上覆水,在保持底泥表面完整的前提下在实验室中建立湖泊生态系统模拟装置,探索太湖底泥中蓝藻种群的复苏规律经60d光照升温培养,显微观察蓝藻复苏细胞,测定底泥和上覆水中的色素含量.结果表明,在室内模拟条件下,太湖底泥蓝藻复苏初始时主要以2-8个细胞的小群体存在,其细胞直径为7.2-7.8μm,大于夏季的藻群体中的细胞直径(4.8-6μm).底泥蓝藻的复苏过程与环境温度变化密切相关.蓝藻在水体温度达到14℃时开始少量进入水柱中,在环境温度升至18-20℃之间时大量进入水中,为水华形成提供了种源.底泥蓝藻的最佳复苏温度(18-20℃)高于非蓝藻的复苏温度(14-18℃),高温对蓝藻复苏更为有利 相似文献
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三峡水库神农溪2008年夏季铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华暴发特性 总被引：2，自引：0，他引：2
对三峡水库一级支流神农溪2008年夏季蓝藻水华进行调查,结果表明神农溪蓝藻水华优势种是铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),暴发水域面积约0.2 km2,持续时间约50 d.本次水华暴发与水体总磷浓度呈正相关,温度、降雨、光照和营养盐等对水华暴发具有重要影响.研究发现尽管神龙溪水域总体处于中-富营养状态,但局部水域由于水流缓慢、水体滞留时间长、营养稀释扩散速率小,在夏季出现富营养化状态,这是蓝藻水华暴发的根本原因.建议开展包括流域综合治理在内的环境整治,确保神农溪水体生态环境的稳定. 相似文献
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滇池蓝藻水华光谱特征、遥感识别及暴发气象条件 总被引：3，自引：0，他引：3
通过研究滇池蓝藻水华在可见光、红外谱段的光谱特征,并利用假彩色合成法以及归一化植被指数(NDVI)法进行了滇池蓝藻水华信息的遥感识别和提取,进而对提取结果进行了对比分析.结果表明:假彩色合成图的绿色区域和NDVI值大于-0.1的区域,为蓝藻水华区域.-0.1≤NDVI≤0.2时,轻度水华,像元内水华覆盖度为0-30%;0.2NDVI≤0.4时,中度水华,像元内蓝藻水华覆盖度为31%-80%;NDVI0.4时,重度水华,水华浓厚,像元内蓝藻水华覆盖度为81%-100%.同时研究了激励滇池蓝藻水华暴发的关键气象因子和指标.滇池蓝藻水华暴发的关键时期是6-9月份,影响滇池蓝藻暴发的关键因子是日照和风速.6-9月份连续4-5h的光照,且风速≤2m/s的气象条件组合极易引起蓝藻水华暴发. 相似文献
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结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成温度特征分析 总被引：3，自引：2，他引：1
气温对太湖蓝藻的复苏生长和水华形成、大面积暴发及衰退具有重要作用.利用太湖湖面及周边地区20032013年气象与卫星观测数据分析,结果发现太湖蓝藻水华形成的温度范围宽泛,在蓝藻复苏后,在日平均气温0~35.0℃区间都能观测到蓝藻水华现象,其中日平均气温15.1~35.0℃区间为太湖蓝藻水华频发区间,累计频次和面积占比分别为85%和90%;大面积蓝藻水华集中暴发的气温区间为20.1~35.0℃,累计频次和面积占比分别为72%和73%;蓝藻水华出现的概率随平均气温的升高而增大,二者呈二次正相关关系,而平均面积则随气温在均值附近波动,日平均气温达33℃后平均面积迅速减小.表明气温并非复苏后太湖蓝藻水华出现与否的主要限制因子,适度高温有利于蓝藻水华形成,但在日平均气温33℃以上时蓝藻水华会受到抑制.在此基础上将蓝藻水华分成4个阶段:休眠期、复苏期、增长期和衰退期,确定了基于气温的阶段量化指标,对应起始和终止的界限温度分别为:(0℃,5℃)、(5℃,15℃)、(15℃,30℃)和(30℃,0℃),据此可以计算出每年蓝藻水华的各生育阶段对应的时间节点,为防控提供依据. 相似文献
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蓝藻水华是湖泊水体富营养化的重要特征之一,不同水华蓝藻类群形成的水华特征、危害及其治理方法差异显著.因此,如何快速、准确地掌握不同蓝藻类群的时空分布特征成为实施富营养化湖泊污染治理与生态恢复、蓝藻生态灾害预测预警中一个亟待解决的科学问题.本研究基于纯藻种实验室培养和室内光学控制实验,在微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Dolichospermum)、束丝藻(Aphanizomenon)3种主要水华蓝藻固有光学特性的基础上,通过甄别不同水华蓝藻的吸收、散射和后向散射光谱的特征波段,构建了基于吸收和散射特性的5种水华蓝藻类群的非线性最优化定量识别模型,其中,基于440、620和675 nm 3个波段吸收的a-CIM 440,620,675具有较为稳定的定量识别能力;并基于野外实测光学特性数据,实现了巢湖主要水华蓝藻类群的定量监测,初步分析了巢湖主要水华蓝藻类群的时空分布特性.研究表明,巢湖的水华蓝藻以鱼腥藻、微囊藻为主,束丝藻较少,鱼腥藻主要出现在温度较低的季节,微囊藻在夏季的西部湖区占优势;巢湖水华主要为微囊藻藻华和鱼腥藻藻华,且浓度较高的蓝藻主要存在于水体表面以下20 cm范围内;微囊藻和鱼腥藻在非藻华断面垂向上均匀分布.本研究可为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警以及相关管理部门决策提供重要的理论依据和科学支撑. 相似文献
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全球气候变化显著影响湖泊理化环境和生态系统演化,对生态系统服务造成负面影响甚至引发生态系统灾变,其中风速下降可能促使富营养化湖泊蓝藻水华的暴发和水面漂浮集聚。以往由于较低的观测频次,往往很难精细量化风对蓝藻水华的影响。利用陆基高光谱近感观测技术,基于分钟小时尺度开展周年高频观测,通过对6—10月蓝藻生长期太湖表层水体叶绿素a浓度统计分析,量化蓝藻水华高频动态变化特征,确定蓝藻水华漂浮集聚的风速阈值。研究发现,随着风速的下降,水体表层叶绿素a浓度随之增加,蓝藻水华出现概率也随之增加。概率分析显示,当近地面风速小于2.5 m/s时,湖泊表层比较容易形成明显肉眼可见的蓝藻水华,藻华发生概率为55.1%。长时间持续的低风速容易诱发蓝藻水华形成和漂浮集聚,强风浪事件后低风速出现1～2天叶绿素a往往就能恢复以往较高水平,这为管理者有效防控蓝藻水华提供了新视角。长期气象观测显示,气候变化影响下太湖地区风速呈现显著下降趋势,增加了蓝藻竞争优势和发生概率,有助于其在表面漂浮集聚。在未来的气候变化情景下,如果风速继续呈现下降趋势,在营养盐条件不变情况下湖泊表层蓝藻水华发生概率可能还会上升,增加蓝藻水华防控... 相似文献
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Blooms of cyanobacteria are responsible for many problems in freshwater ecosystems. The massive growth of these microorganisms may limit the utilization of freshwater for human requirements since, apart from other problems, the production of toxic substances has been found to occur frequently during blooming periods. Ecologically, cyanobacterial blooms can modify dramatically the ecosystem through their low edibility within the food web and the huge primary production. Thus, saprobic processes are stimulated and the characteristics related to anaerobic conditions are also more extreme.Cyanobacterial blooms are many times explained as the consequence of the eutrophication of waterbodies. However, factors promoting bloom formation and ecological succession of cyanobacteria are not well understood yet. 相似文献
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《Limnologica》2019
An increase in the distribution and frequency of cyanobacterial blooms has been reported for many regions worldwide. Due to this fact, we studied the variables that influence the abundance of natural populations of planktonic cyanobacteria in temperate lakes of central and southern Chile. These lakes differed in trophic state and watershed use. Cyanobacteria dominated in meso- and eutrophic systems and their occurrence correlated to watershed use (tree plantations and urban). Ochrophyta and Bacillariophyta were dominant in oligotrophic lakes, where native forest dominated land usage. In these lakes, the maximum depth of the euphotic zone influenced the community structure and the genera of cyanobacteria. Dolichospermum was the most abundant, frequent, and widely distributed genus, found in oligotrophic and eutrophic lakes, forming blooms in eutrophic systems.The concentration of total phosphorus and total nitrogen positively influenced cyanobacterial abundance and bloom formation, mainly by Aphanizomenon, Aphanocapsa, Aphanothece, and Dolichospermum, and Microcystis.In contrast to many reports on their occurrence in the northern hemisphere, these genera occurred widely at less than 20 °C, forming dispersive blooms, at low temperatures in autumn and winter (10.8–15.6 °C). This shows that eutrophication is the main factor for bloom formation and these genera can form blooms independent of temperature. However, some genera, such as Microcystis, increased their abundance and presented more intense blooms (scums) at high temperatures. Our study provides baseline data to document long-term changes in lentic systems of the western south-central area of South America, including genera that could respond by increasing their abundance with eutrophication and projected climatic changes. 相似文献
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水体富营养化引起的蓝藻水华问题,是我国湖泊面临的主要环境问题,亟需加强现状监测和变化研究;我国自主研发的环境(HJ)卫星空间分辨率高,重访周期短,可用于长时间序列蓝藻水华的动态监测.本文利用HJ卫星CCD数据,通过自动控制散点回归的方法进行相对辐射校正,再将归一化植被指数和像元生长算法相结合,提出了一种可业务化运行的蓝藻水华高精度提取算法.该算法的优点为:(1)水华提取时具有统一的阈值,解决了以往一景影像一个阈值,无法大规模批处理的难题;(2)通过对像元进行线性分解,精度可达到亚像元级别.利用该算法对太湖2009—2014年蓝藻水华进行监测,发现2013—2014年太湖蓝藻水华较以往暴发面积偏小.研究表明,该算法对蓝藻水华识别能力强,自动化程度和水华提取精度高,可作为业务化算法运行. 相似文献
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铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)与三种丝状蓝藻间的相互作用 总被引：10，自引：0，他引：10
研究了单细胞铜绿微囊藻和三种丝状蓝藻（水华束丝藻、水华鱼腥藻及土生席藻）间的相互作用，包括以下两个方面的内容：①铜绿微囊藻细胞滤出液对水华束丝藻、水华鱼腥藻及土生席藻生长的影响；②水华束丝藻、水华鱼腥藻及土生席藻细胞滤出液对铜绿微囊藻生长的影响．研究发现，当滤出液浓度为60％（滤出液与BG11的体积比为3：2）时，铜绿微囊藻细胞滤出液对水华束丝藻、水华鱼腥藻的生长有显著促进效果，尤其对水华束丝藻的作用更加明显；对土生席藻的生长却起着微弱的抑制作用，仅表现于100％细胞滤出液中．对铜绿微囊藻而言，土生席藻细胞滤出液对其的生长起着显著抑制作用，浓度越高、抑制作用越强；而水华束丝藻、水华鱼腥藻仅在100％细胞滤出液中才表现出微弱的抑制作用．为验证营养盐浓度差异是否影响滤出液的作用效果，进行了无机营养盐（NO3-N、NH4^＋-N、PO4-P）干扰的消除试验．结果表明，无机营养盐（（NO3-N、NH4^＋-N、PO4-P）的改变并不影响滤出液的作用效果，从而我们推测水华蓝藻之间存在着化感作用．本研究为解释自然水体中藻类种群演替的原因，深入认识水华蓝藻的动力学机制提供了新的实验证据． 相似文献
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Lucas J. Stal Patrizia Albertano Birgitta Bergman Klaus von Brckel John R. Gallon Paul K. Hayes Kaarina Sivonen Anthony E. Walsby 《Continental Shelf Research》2003,23(17-19):1695
The blooms of cyanobacteria that develop each summer in the Baltic Sea are composed of two functional groups, namely the small-sized picocyanobacteria (Synechococcus sp.) and the larger, colony-forming, filamentous N2-fixing cyanobacteria. The former encompassed both red (phycoerythrin-rich) and blue-green (phycocyanin-rich) species. The majority of the picocyanobacteria measured less than 1 μm and this size fraction comprised as much as 80% of the total cyanobacterial biomass and contributed as much as 50% of the total primary production of a cyanobacterial bloom. The picocyanobacteria are incapable of fixing N2, do not possess gas vesicles and are not toxic. However, a small filamentous Pseudanabaena sp. that could potentially fix N2 was isolated from the picocyanobacteria fraction. The larger cyanobacteria may form surface scums because they possess gas vesicles that make them buoyant. Although their biomass was less than the picocyanobacteria, they therefore form the more conspicuous and nuisance-forming part of the bloom. The larger cyanobacteria were composed mainly of three different species: Nodularia spumigena, Aphanizomenon flos-aquae and Anabaena sp. These all belong to the heterocystous, N2-fixing cyanobacteria. N. spumigena and A. flos-aquae were the dominant species; only N. spumigena was toxic. Although individual Nodularia filaments showed a range of different phenotypes, they all belong to one species as judged from 16S rDNA sequencing. Through determination of the genotypes of many individual Nodularia filaments, it was shown that this population was not clonal and that horizontal exchange of genetic information occurs. N. spumigena and A. flos-aquae were different with respect to their photosynthetic and N2-fixing potentials. Depending on prevailing environmental conditions, these differences would promote the proliferation of one species over the other and hence would determine overall the toxicity of a bloom. Daily integrals of photon irradiance rather than temperature determined the onset of bloom formation. During a bloom, the diazotrophic cyanobacteria fixed N2 at a rate that was 10–20% in excess of their own demand for N. Picocyanobacteria assimilated most of this excess N as shown by 15N incorporation. During bloom conditions, the diazotrophic cyanobacteria met about 50% of the N demand of the total cyanobacterial community. The picocyanobacteria were predominantly N-limited while the diazotrophic cyanobacteria were probably iron limited. These findings allow us to understand the formation of toxic cyanobacterial blooms and also to develop tools to predict bloom formation. 相似文献
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藻类生长与营养盐浓度存在藻类几何级数增长的营养盐浓度变化的下限阈值和藻类生长不受氮磷浓度增加影响的上限阈值,但由于蓝藻水华的形成受多种因素的综合影响,不同湖泊、不同区域及不同时段的氮磷浓度对蓝藻水华的影响差别较大,使得蓝藻生长的氮磷控制阈值难以确定.针对控制蓝藻水华暴发的氮磷阈值的研究虽然有所开展,但多集中在实验室研究阶段或对经验值的判断,虽然也有基于野外实测数据的研究,但也限制于某一特定区域,而基于野外长序列实测数据并且覆盖整个湖泊的氮磷阈值研究则是空白.太湖作为具有较高营养背景的富营养化浅水湖泊,蓝藻水华的发生受氮磷影响较大.对太湖总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chl.a)浓度的时空变化分析发现,太湖西北湖区的TP、TN与Chl.a浓度明显较高,并且TP、TN与Chl.a均呈显著性正相关.为探究太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值,以轻富营养化等级下的Chl.a分级标准(10,26］作为表征水华暴发的条件,采用郑丙辉等的频率分布法,确定了太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值分别为0.05~0.06和1.71~1.72 mg/L;通过空间验证,太湖藻型区TP和TN浓度远高于同级营养水平下全湖区TP和TN控制阈值,表明藻型区高氮磷水平为蓝藻水华发生提供充足营养盐条件,即使氮磷全湖平均浓度控制在蓝藻水华暴发的氮磷阈值水平之下,但在气象水文等因素适宜条件下,藻型区水华发生风险仍然较高;并且在高氮磷背景下,即便在水华发生风险低的季节,水华发生风险仍然较大.近十几年来,虽然太湖经历了大规模的高强度治理,但由于环太湖流域的湖西区入湖负荷占比大,导致太湖藻型区氮磷浓度仍处于高位运行状态,为蓝藻水华的暴发提供了充足的营养盐基础,因此,湖西区的控源减排仍然是太湖富营养化及蓝藻水华防控的重点. 相似文献