全 文 ：不同扰动条件下微囊藻和栅藻竞争能力的比较
王 珂 1, 逄 勇 1, 高 光 2
(1.河海大学环境科学与工程学院, 江苏 南京 210098; 2.中国科学院地理湖泊研究所, 江苏 南京 21008)
摘 要: 以扰动为主要限制因子,研究铜绿微囊藻和栅藻在纯培养和共培养情况下的生长状况,探讨了竞争和种群
增长率之间的关系,以判断藻类竞争的结果。结果表明:适宜的扰动有利于微囊藻的增长和聚集,较大强度的扰动则
抑制微囊藻的生长。在共培养体系中,铜绿微囊藻有更强的竞争能力和抑制其它生物生长的能力,获得最大生物量和
远大于栅藻的增长率。
关键词: 铜绿微囊藻; 栅藻; 竞争; 扰动强度
中图分类号:X7 文献标识码:B 文章编号:1004-8642(2006)02-0040-03
收稿日期:2005-10-31 退修日期:2005-12-05
基金项目:国家“十五”重大科技专项(2003AA6011002),国家自然科
学基金资助项目(50239030).
作者简介:王 珂(1982-),女,河南南阳人,硕士研究生,专业研究方
向为微囊藻水华的暴发机理.
ComparisonofCompetitionbetweenMicrocystisAeruginosaand
ScenedesmusObliquusunderDiferentDisturbance
WANG Ke, PANG Yong, GAO Guang
Abstract: Thespecificgrowthofmicrocystisaeruginosaandscenedesmusobliquuswasstudiedontheconditionof
purecultureandmixedculturewithdisturbance-limited.Andtherelationshipbetweencompetitionandgrowthrateof
thetwocommunitieswasalsodiscussed.Itisshownthatfitingdisturbanceisadvantagedtomicrocystisaeruginosa,
thegrowthofwhichisimpededwithhigherdisturbance.Microcystisaeruginosaaremorecompetitiveinmixedculture
anditisrepressivetootherorganism. Themaximumbiomasscanbeacquiredandthegrowthrateofmicrocystis
aeruginosaismuchhigherthanthatofscenedesmusobliquusinmixedculture.
Keywords: Microcystisaeruginosa;Scenedesmusobliquus;Competition;Disturbance
0 引言
沿河、沿湖区域大多是我国经济发达、文明集中
的地区,随着社会经济的迅速发展,大量营养盐进入
区域水体,导致湖泊中蓝藻水华频频暴发,水体功能
下降。为了探讨水体富营养化的机制,有效地控制蓝
藻水华,需对占优势的铜绿微囊藻种群的生理和生
态特征进行研究,了解其生长规律及环境影响因素。
长期以来,在对水华藻类生长特性影响因子的
研究中,众多学者的目光一直放在营养盐 (主要是
N,P)、温度、光照上[1-5],但这些测试的目的均在于以
影响因子和藻类生物量的关系来探讨藻类生长的机
理,而不在于研究某一种类是否成为优势。随着研究
的深入,资源竞争对水华藻类生长的影响越来越引
起人们的重视。陈德辉等[6]对微囊藻和栅藻进行共培
养试验,发现微囊藻对栅藻的抑制能力是栅藻对微
囊藻抑制能力的7倍;之后,又在单因子(光、P)限制
条件下,对铜绿微囊藻和斜生栅藻半饱和参数进行
了研究[7]。事实上,对于微囊藻和其它藻类种群之间
的关系,仍有一些问题不清楚。本文认为扰动是藻类
生长的重要资源,在不同扰动强度下,对微囊藻和栅
藻进行了单独和不同比例的混合培养,主要研究了
扰动和竞争对两种藻类生长的影响,从而为微囊藻
水华研究以及治理提供了参考资料。
1 材料和方法
1.1 试验材料
铜绿微囊藻 (Microcystisaeruginosa)和栅藻
(Scenedesmusobliquus)均购自中国科学院水生生物
研究所,分别保存在20℃的光照培养箱中。
1.2 试验方法
1.2.1 试验的设置
以 MA培养基进行试验[8],有 3种处理组,即微
囊藻的单独培养、栅藻的单独培养、微囊藻和栅藻的
共同培养。每个培养样品均置于旋转培养品设5个
转速,分别为60r·min-1,90r·min-1,120r·min-1,150
ρ
第19卷 第2期
2006年4月
江 苏 环 境 科 技
JiangsuEnvironmentalScienceandTechnology
Vol.19 No.2
Apr.2006
第19卷 第2期
r·min-1,200r·min-1;每个试验重复3次。试验过程的
所有操作都是在无菌条件下进行的。
1.2.2 接种培养
在经过高压灭菌的 250mL锥形瓶中加入 100
mL的培养液,然后进行接种,要求试验水样中藻类
的初始密度为5.0×105个·mL-1。日光灯冷光源的光
暗周期为12h∶12h,培养期间经常摇动培养瓶。
1.2.3 细胞计数和增长率(μ)的计算
自接种的当日起,每天均在同一时间取样,每种
样品取0.1mL藻液置于0.1mL微藻计数板中于显
微镜下进行计数,多次计数取平均值。用公式计算指
数生长期内的藻类比增长率平均值,作为藻类在某
一条件下增长率的估计值。其公式为:
μ=ln(xn/xn-1)/(tn-tn-1),
式中:xn为当天的细胞数值;xn-1为前一天的细胞数
值;tn为对应于xn的培养天数;tn-1为对应于xn-1的
培养天数。
2 结果
2.1 扰动对纯培养中微囊藻和栅藻生长的影响
不同扰动强度下纯培养和共培养中微囊藻和栅
藻最大生物量的关系见图1。
由图1可以看出,随着扰动强度的加大,纯培养
中微囊藻和栅藻的最大生物量均呈下降趋势,并且
同等条件下,除了150r·min-1的扰动强度之外,微囊
藻的最大生物量基本上都大于栅藻的最大生物量。
2.2 扰动对共培养中微囊藻和栅藻生长的影响
由图1可以发现,不同扰动强度下,共培养体系
中微囊藻和栅藻具有与纯培养体系中相同的生长规
律,两者都随着扰动强度的加大而衰败,并且在相同
扰动强度下,微囊藻的最大生物量始终大于栅藻的
最大生物量。
与纯培养的情况相比,相同扰动强度下,微囊藻
在共培养中的最大生物量均大于纯培养中的相应
值,而栅藻则相反。
2.3 微囊藻和栅藻的平均增长率
不同拢动强度下,纯培养和1∶1共培养中微囊
藻(M)和栅藻(S)增长率的关系见图2。
由图2可以看出,纯培养体系中,除120r·min-1
时微囊藻的增长率小于栅藻的增长率之外,在其它
转速的情况下,微囊藻的增长率均大于栅藻的增长
率;共培养体系中,微囊藻的增长率则始终大于栅藻
的增长率,其中在90r·min-1时差别最大,为69%。
纯培养体系中微囊藻的增长率均小于共培养体
系中的增长率;而栅藻则表现为在共培养体系中的
生长劣于纯培养体系中的生长状况。
3 讨论
3.1 扰动对微囊藻生长的影响
通过分析可以发现,纯微囊藻和纯栅藻在转速
为60r·min-1和90r·min-1时,无论最大生物量还是增
长率均较大,但随着扰动强度的逐步加大,两种藻的
增长率均呈下降趋势,这是由于适宜的扰动既能使
铜绿微囊藻有较高的生长速率又能防止其沉降,从
而使水体中铜绿微囊藻的数量保持高浓度[9];同时,
一定强度的风浪搅动可以有效抑制藻类的增长和聚
集,有效削弱水华的功效[10]。所以,轻微扰动有利于水
华的形成,强度较大的扰动则抑制藻类的聚集,这能
解释大型浅水湖泊在持续较小的风力条件下能产生
大面积水华。
3.2 竞争对微囊藻成为优势的影响
在竞争情况下,微囊藻的最大生物量和增长率
均远大于栅藻,并且栅藻在竞争体系中的增长率小
于其在纯培养体系中的增长率,表现出更弱的竞争
能力,这可能是由于:①微囊藻对栅藻的抑制能力,
是栅藻对微囊藻抑制能力的 7倍,它还会抑制许多
160
120
80
40
0
60 90 120 160 180 210
藻
细
胞
数
/(
10
4
个
·
m
L-
1 )
200
160
120
80
40
0
60 90 120 160 180 210
微囊藻
栅藻
共培养微囊藻
共培养栅藻
图1 扰动强度与最大生物量的关系
扰动强度 /(r·min-1)
藻
细
胞
数
/(
10
4
个
·
m
L-
1 )
扰动强度 /(r·min-1)
王 珂等 不同扰动条件下微囊藻和栅藻竞争能力的比较
(a)纯培养体系
(b)共培养体系
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江 苏 环 境 科 技 2006年4月
合液质量浓度来提高生化反应池的容积负荷、降低
污泥负荷为硝化创造了条件。在BOD5容积负荷为
0.694kg·m-3·d-1和0.937kg·m-3·d-1这两个工况下,
常规指标如 COD和 SS都取得了较好的去除效果,
COD去除率分别达到93.6%和92.7%;同时系统内
的硝化也较好,出水ρ(NH3-N)在2.4~7.4mg·L-1,对
TN,TP的去除率也达到了 74.8%,76.1%和 82.1%,
77.1%。第二工况的水力停留时间要比第一工况少
2.5h,两者对常规指标的去除效果差不多,但是第二
工况对氮的去除效果要比第一工况好,这主要是因
为温度对硝化和反硝化的影响造成的。第二工况的
平均温度要比第一工况高10~15℃。同时第二工况
的ρ(COD)控制在 0.9~1.3mg·L-1,内回流比只有
0.6,取得如此良好的脱氮效果,说明系统内存在较好
的同步硝化反硝化作用。
5 结论
(1)研究在基本保持采用传统法的污水厂原有
的流程形式和处理能力的前提下,对原有曝气池按
照一定的比例进行分格,在里面设置类似于二沉池
的自浓缩区,按照一定的脱氮除磷工艺流程运行,取
得了较好的处理效果。
(2)与传统活性污泥法相比而言,在同样的水力
停留时间下,两者对有机物的去除效果相差不多,但
是本工艺对N,P的去除效果要远远高于传统法。
(3)由前章节的表可以看出,本系统的整体平均
混合液污泥质量浓度是传统法的2倍左右,但是最
终流入二沉池的污泥质量浓度跟传统法结果相近,
这样一方面提高了系统的容积负荷,挖掘了系统的
潜力,为生物脱氮、除磷过程提供了所需的“时间容
积”;另一方面基本上没有增加二沉池的固体通量,
对二沉池基本没有造成影响,保证了整个系统的稳
定运行。这主要得益于本研究的关键技术,即:污泥
的自浓缩技术。该技术实现了部分污泥的自动回流,
保证了系统内的污泥浓度梯度的形成。
(4)本研究的第二工况采用了低回流比仍然取
得了较好的脱氮效果,这对于节约处理系统的动力
消耗具有重要的意义。
(5)本研究的运行参数有待优化,低温条件下的
运行效果有待进一步考证。
综上所述,新工艺较适合于那些没有脱氮除磷
功能、征地扩建困难、使用传统活性污泥法的污水厂
的改造,同时对新厂建设也有很好的指导意义。
(责任编辑 胡燕荣)
(上接第39页)
其它绿藻的生长;②铜绿微囊藻可以产生并释放藻
毒素,水华暴发时可使大量水生生物死亡,但能促使
蓝藻快速繁殖,从而使产毒株密度增加,形成大面积
水华;③铜绿微囊藻细胞较小,相对比栅藻具有更大
的比表面积,能更多的吸收营养接受光照,获取生长
所需条件,成为优势种群[11]。
4 结论
适宜的扰动促使微囊藻大面积暴发成为水华,
较大强度的扰动则抑制微囊藻的增长和聚集。在共
培养体系中,铜绿微囊藻有更强的竞争能力和抑制
其它生物生长的能力,获得最大生物量和远大于栅
藻的增长率,这与它本身的形态、生理、生态特征有
关。但水华的暴发是各种环境因子综合作用的结果,
扰动能改变微囊藻的数量,还能影响其它环境因子,
因此有必要做进一步研究。
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(责任编辑 胡燕荣)
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