一种藻类对水质tp贡献的估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及湖泊生态控制技术领域，更具体地涉及一种藻类对水质TP贡献的估 算方法，为定量研究和解决湖泊水华生态灾害提供理论依据和数据支持。
【背景技术】
[0002] 健康湖泊生态系统中外源输入的氮、磷在浮游藻类利用、沉积物沉降与吸附、水生 植物与微生物利用、以及进入大气等物质循环间的比例是动态平衡的。由于浮游藻类对营 养盐具有特殊敏感性和高度适应性，富营养化湖泊的优势藻类异常增殖，常形成"水华"，破 坏了水生生态系统物质能量交换的平衡，严重时可引发生态灾变。对过量藻类水华的控制 和去除已日益成为富营养化湖泊污染控制的重要内容。
[0003] 水华爆发及形成机制的研究经历了氮磷营养盐限制理论、非稳态种间竞争理论、 藻类休眠复苏理论等过程。这些理论从优势藻类对营养需求、外界干扰、自身生理优势等角 度阐述了藻类异常增殖的机理，并运用宏观技术对水华规模开展了定性研究。这些研究有 助于了解藻类种群结构特征与相应水质的动态变化关系，但未能将藻类生物量与对水质的 贡献建立定量联系，难以确定湖泊水华生态灾害的定量控制目标。针对这一问题，国家在水 体污染控制与治理科技重大专项"十一五"和"十二五"课题中，均把藻类对湖泊水质的贡 献量和贡献率的估算作为重点科学问题来开展深入研究。
[0004] 广义上理解，湖泊藻类对水质贡献的估算是一个开放的体系，即其计算应考虑藻 自身贡献、藻代谢贡献、被摄食与分解、入湖与出湖的量五部分的影响。事实上，由于牧食或 分解藻类的水生动物和微生物的生命周期不同，摄食分解量不同，物质的循环次数不同，使 这一计算过程变得异常复杂，误差控制难度较大，难以得到藻对水质贡献的准确值。
[0005] 目前通常采用试验藻类对水质贡献的方法来计算藻对湖泊营养水平的贡献。本 发明估算方法是指在特定环境条件下，不考虑藻类被摄食、微生物摄取与分解、出入湖的藻 类的生物量与代谢量，仅将藻类净增长过程中藻细胞自身和代谢物质（统称藻类物质）， 在单位时间内的贡献量。研究表明，藻类物质一般由胞内物质（Intracellular Organic Matter，Ι0Μ，如大分子蛋白质、碳水化合物、核酸、酶类、脂类和色素等为主）和胞外物质 (Extracellular Organic Matter，Ε0Μ，如酸性多糖类碳水化合物为主，并包括少量蛋白质 和脂类等）组成。藻细胞破裂释放的溶解性有机质中包含有25%~50%的氨基酸和蛋白 质、40%的碳水化合物，以及藻毒素和异味物质等次生代谢物等亲水或疏水物质。目前对藻 类物质化学结构和定量表征已成为藻类研究的热点，但其作为整体对湖泊水质贡献的定量 响应关系尚未建立。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种藻类对水质TP贡献的估算方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种藻类对水质TP贡献的估算方法，通过模拟 湖泊藻类生物量与水质指标间的定量响应关系来对所述藻类对水质TP贡献进行估算。
[0008] 其中，定量拟合计算公式为：Atp= -0· 260+0. 016Ln(D);
[0009] D为藻密度，单位为cell/L，藻密度D要求大于1.2X107cell/L。
[0010] 基于上述技术方案可知，本发明的估算方法具有以下有益效果：（1)定量表征藻 类对水质的贡献是富营养湖泊水华控制技术的重要依据，本发明在模拟不同温度和营养水 平下，通过对藻类生物量和水质指标的测定和模型拟合形成了藻类对水质贡献的理论估算 的方法体系，为计算藻类物质对富营养化湖泊水质的实际贡献提供理论依据和技术指导； 本发明（2)本发明通过模拟自然实际湖泊春季与夏季不同温度与营养水平，开展室内藻 类生长AGP实验，通过膜滤手段实现胞内物质与胞外物质的分离，利用P (COD)、P (TN)、 P (TP)等总体定量表征指标，建立了微观藻类物质与宏观水质指标的定量关系，并对藻类 水华生态灾变的治理实践提供技术支撑；（3)本发明藻类TP对水质贡献的估算方法填补了 国内外相关研究的空白，估算结果与实际湖泊水体藻类对水质贡献结果偏差较小，可以准 确地反映真实情况，在湖泊水华控制中具有重大应用价值。
【附图说明】
[0011] 图1A-1D分别为模拟春季15°C 5种藻藻类ATP、ATN、AraDC AOTMn贡献的曲线图；
[0012] 图2为15°C时不同营养水平5种藻稳定期藻密度变化的曲线图；
[0013] 图3A-3D分别为23°C时5种藻稳定期藻类ATP、ATN、A ctdci^P A OTMn贡献的曲线图；
[0014] 图4为23°C时不同营养水平藻类稳定期藻密度变化的曲线图；
[0015] 图5为Atp与藻密度的回归曲线图；
[0016] 图6为A' TN与藻密度的回归曲线图；
[0017] 图7为Acmfr与藻密度的回归曲线图；
[0018] 图8为Acmin与藻密度的回归曲线图。
【具体实施方式】
[0019] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0020] 本发明公开了一种藻类对水质TP贡献的估算方法，通过模拟湖泊藻类生物量与 水质指标间的定量响应关系来对所述藻类对水质TP贡献进行估算。
[0021] 其中，藻类对水质TP贡献与湖泊藻密度⑶的定量拟合计算公式为：Atp=-0. 260+0. 016Ln(D)；
[0022] D为藻密度，单位为cell/L，藻密度D要求大于1.2X107cell/L。
[0023] 其中，该估算方法的模拟藻类生长温度为模拟春季15°C和模拟夏季23°C。
[0024] 模拟湖泊藻类生物量的步骤通过对藻类进行培养液培养来获得所述湖泊藻类生 物量数值，所述藻类培养液的营养水平设置为贫营养、中营养和富营养三种，培养液水质的 配置指标如下表所示：
[0025] CN 105184101 A 说明书 3/6 页
[0026] 其中，不同营养水平的空白和藻类培养液均按上表配置。
[0027] 进行模拟的所述湖泊藻类为铜绿微囊藻（Microystis aerufinosa)和水华束丝藻 (Aphanizomenon flos-aquae) 2 种蓝藻，四尾概藻（Scenedesmus quadricauda)和小球藻 (Chlorella vulgaris) 2 种绿藻，放射舟形藻（Navicula radiosa)l 种娃藻。
[0028] 其中，进行藻类对水质TP贡献测定与计算的公式为：Atp= P b_P。，其中Atp为藻类 对水质TP贡献，Pb为稳定期藻水混合液过滤前P (TP)，P。为与稳定期未加藻的培养液空白 P (TP)〇
[0029] 为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明 的技术效果进行阐述说明。
[0030] 夸试藻种
[0031] 本发明选择了湖泊浮游植物主要代表物种蓝藻、绿藻和硅藻中的5种典型优势藻 为受试物种，模拟自然湖泊藻类的组成。其中包括铜绿微囊藻(Microystis aerufinosa)和 水华束丝藻（Aphanizomenon flos-aquae) 2 种蓝藻，四尾概藻（Scenedesmus quadricauda) 和小球藻（Chlorella vulgaris) 2种绿藻、放射舟形藻（Navicula radiosa)l种娃藻，5种 藻均由中国环境科学研究院藻种库（CRAES-AP)提供。
[0032] 藻类的培养
[0033] 设定春季模拟温度为15°C，夏季23°C，将藻类培养液分别配制成模拟贫营养、中 营养、富营养3个不同营养水平的藻类培养液，考察不同营养水平湖泊藻对水质的贡献，包 括藻胞内与胞外藻类物质对水质的贡献。藻类培养液配置水质见表1。
[0034] 表1藻类培养液配置水质
[0036] *不同营养水平的空白和藻类培养液均按上表配置。
[0037] 在500mL的培养瓶中加入200mL配置的培养液，将铜绿微囊藻、四尾栅藻分别接 入3个营养级的培养液，接种浓度为8X 105cell/L。将放射舟形藻接入3个营养级的培养 液，接种浓度为8X105cell/L。每组均设3个重复。光强40001ux，光照周期为12h:12h， 每三小时随机调换培养瓶位置。模拟春季的温度设为（15±1)°C，模拟夏季的温度设为 (23±1)。。。
[0038] 测宙方法
[0039] 藻密度采用OLYMPUS CX41(日本奥林巴斯公司）3目显微镜和血球计数法测定。 在藻类稳定增长期采用〇. 45 μπι、3 μπι和30 μπι玻璃纤维膜分别测定藻类培养液过膜前后 的P (COD)、P (TN)、P (TP)数值，作为藻类对水质的贡献与藻密度关系拟合的基础数据。 P (COD)测定采用重铬酸钾法（C0D&)和酸性高锰酸钾法（C0DMn)，P (TN)的测定采用碱性 过硫酸钾氧化紫外分光光度计法、P (TP)的测定采用过硫酸钾氧化分光光度计法进行。
[0040] 计筧方法
[0041] 本发明中藻类对水质贡献的的计算公式为：
[0042] Atp= P [,-Pc
[0043] Atn= N [,-Nc
[0044] Acon=Cb-Cc
[0045] Atp为藻类对水质TP贡献，mg/L，P b为稳定期藻水混合液过滤前P (TP)，mg/L，P c为与稳定期未加藻的培养液空白P (TP)，mg/L ;ATN为藻TN贡献，mg/L，Nb为稳定期藻水混 合液过滤前P (TN)，mg/L，N。为与稳定期的未加藻的培养液空白P 〇^'〇，11^/14(；。[)为藻(1? 贡献，mg/L，Cr法测的为AraD&，Mn法测的为A_n，Cb为稳定期藻水混合液过滤前P (COD)， mg/L，C。为与稳定期未加藻的培养液空白P (COD)，mg/L，Cr法为C el，Mn法为Cc2。
[0046] 对藻密度及水质指标数据结果采用Excel 2007软件分析，所有指标组内、组间及 指标间相关性与回归模型采用SPSS 22. 0软件拟合。
[0047] 1、模拟春季藻贡献计算
[0048] 模拟春季15°C时，5种藻在不同营养条件下稳定增长期ATP、Atn和A era贡献如图 1A-1D所不。在贫营养、中营养和富营养水平下，5种藻Atp平均值分别为0. 044、0. 044与 0. 133mg/L，无显著差异（P > 0. 05) ;3个营养水平下5种藻平均Atp占过膜前藻水混合培养 液P (TP)的比例分别为63%、29%和32%，表现出随营养水平升高而降低的趋势；3个营 养水平下均为水华束丝藻Atp值较小，四尾栅藻、铜绿微囊藻、小球藻A TP值较大；贫营养A TP最大与最小间相差31倍，富营养时相差24倍。
[0049] 3个营养水平间Atn差异极显著（Ρ < 0. 01)。贫营养下5种藻A ΤΝ差异显著，中营 养和富营养下差异不显著；不同营养水下Atn均为负值，即加藻后培养液中P (TN)低于空 白对照，并随营养水平升高负值增大；贫营养、中营养和富营养条件下Atn最大与最小值分 别相差7、5和3倍；Atn的减少量分别占稳定期过膜前藻水混合液P (TN)的34%、105%与 42%〇