三峽庫區(qū)嘉陵江回水區(qū)中碳氮磷利用關鍵酶對藻華的響應及其作用機制研究.pdf

1、一直以來水體氮磷濃度過高被認為是藻華爆發(fā)的主因，然而有報道指出三峽庫區(qū)部分次級河流的營養(yǎng)物質濃度已超過富營養(yǎng)化最低閾值，卻并未爆發(fā)藻華。有研究表明水體各營養(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)，當該形態(tài)營養(yǎng)鹽缺乏時，往往需要對其他形態(tài)營養(yǎng)鹽進行轉化，從而補充水體中特定營養(yǎng)鹽的消耗。因此，除水體中營養(yǎng)鹽物質的濃度外，藻類對營養(yǎng)物質的轉化和利用能力也對其生長起到重要作用。酶在藻類轉化利用營養(yǎng)物質過程中起關鍵作用，因此可認為水體中

2、酶活性的大小對藻類的生長有重要影響。
　　自三峽工程啟動以來，三峽庫區(qū)的水環(huán)境問題一直是人們關注的焦點。特別是2010年175m試驗性蓄水后，庫區(qū)水環(huán)境條件又出現了新的變化，包括嘉陵江主城段在內的次級河流河段均受回水影響。在高蓄水位時流速大幅下降，污染物停留時間增加，水體擴散、自凈能力下降，導致水體富營養(yǎng)化有所加劇。近年來每年春季嘉陵江主城段均會出現藻類的爆發(fā)性增長現象，不僅對生態(tài)造成了影響，還給主城區(qū)人民的飲用水安全帶來了潛在威

3、脅。因此，有必要以嘉陵江重慶主城段為研究對象，對其頻繁發(fā)生的藻華現象進行深入研究。
　　基于此，為了解釋營養(yǎng)物質濃度與藻類生長之間的不同步現象，揭示嘉陵江主城段藻華的爆發(fā)機理。論文以嘉陵江主城段水體為研究對象，對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、碳氮磷利用關鍵酶活性、藻密度及其他水環(huán)境指標的年變化規(guī)律進行研究，借助相關性分析研究不同指標間的內在聯系，借助回歸分析得出不同指標間的關系式，通過多元線性擬合得出藻密度

4、與不同環(huán)境指標間的內在聯系模型，并在此基礎上構建嘉陵江主城段水體中各酶活的監(jiān)測模型及以及藻華易發(fā)期藻密度的預測模型。并以原位水樣實驗為依據篩選出各酶活性及藻密度所對應的影響因素及其變化范圍，選取堿性磷酸酶及針桿藻，通過實驗室實驗對酶活性、藻密度與其各自影響因素間的關系進行驗證，對酶對藻華的響應及其作用機制進行研究。主要結論如下：
　?、偎w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，與 Zn2+中度正

5、相關，與 pH、葉綠素 a（Chla）濃度高度正相關，與溶解性無機碳（DIC）中度負相關，與CO2高度負相關；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，與NO

6、3--N呈低度正相關；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期，4月3日有全年峰值；NRA與其影響因素間存在如下關系：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，與可酶解磷（EHP）呈低度正相關，與溶解性活性磷（SRP）呈中度負相關，與Zn2+呈高

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

8、APA的影響規(guī)律一致。
　?、谠迕芏热曜兓秶鸀?.56-84.81×104cells/L，較往年無明顯差異。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）、溶解性有機磷（DOP）、NRA、APA呈中度正相關，與Chla、CAA呈高度正相關關系，與顆粒有機碳（POC

9、）、EHP呈低度正相關關系，與CO2呈中度負相關關系，與溶解性總磷（TDP）、SRP呈中度負相關；與其他指標間或無相關性，或相關性不顯著。實驗室單因素實驗表明，各因素對針桿藻的影響與原位水體中的相應規(guī)律基本一致。針桿藻最適生長溫度為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可促進藻類的生長，過高流速抑制藻類生長，Zn2+的缺乏會抑制藻類生長；針桿藻對無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，不同濃度有機磷對針桿藻生長促進作用無顯著差異，其對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關系。
　　③綜合考慮環(huán)境條件、營養(yǎng)鹽、酶活性等藻類生長影響因素，得出嘉陵江主城段水體藻密度與相關環(huán)境指標關系如下：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)期藻密度與相關環(huán)境指標關系如下：Cells=156.435V-3.287CO2-22.588CAA+3.516APA+125.881NRA+43.916；提前兩周的藻華易發(fā)期藻密度預測模型如下： Cells=-46.507pH+37.894CAA-586.