论文部分内容阅读
过量的碳排放已对人类生存环境构成巨大威胁。藻类在全球碳循环中扮演着重要的角色。但现阶段关于淡水藻类及水华的固碳通量评估研究十分不足。本论文以三峡水库支流澎溪河高阳回水区作为研究区域,以澎溪河原生藻类群落作为研究对象,进行了藻类的原位监测和实验,并用同样的水样和藻种以连续流方式进行室内培养,综合分析无机碳和有机碳对藻类生理指标的影响,以探讨碳源和藻类固碳能力的关系。此外利用Fridlyand模型与碳流动转换模型模拟计算了藻类固碳能力对无机碳与有机碳的响应特征。通过微观层面上的系统分析,旨在探究水库环境中藻类和环境系统碳循环之间的关系和响应机理,并为三峡水库碳足迹及管理提供参考。(1)论文利用6种不同浓度的Na HCO3以连续流的方式对澎溪河原生藻类进行培养,实验研究了无机碳浓度对水质、生物指标及碳通量的影响,结果表明:1)当Na HCO3为20 mg·L-1时,有利于藻细胞合成叶绿素,当Na HCO3为25 mg·L-1,能促进藻细胞的生长,Na HCO3输入浓度越高,类胡萝卜素含量越高;2)Na HCO3浓度的升高会提高蓝藻的占比;3)Na HCO3浓度的增加可刺激细胞尺寸的生长;4)Na HCO3浓度的升高能提高FV/FM值;5)Na HCO3浓度的升高将抑制藻细胞胞外碳酸酐酶(e CA)、胞内碳酸酐酶(i CA)活性,当Na HCO3为30 mg·L-1,最有利于核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Ru Bis CO)发挥其活性;6)Na HCO3浓度的增加会提高水体二氧化碳分压(p CO2)但不会改变“源汇”结果。(2)论文利用6种不同种类的有机碳5 mg·L-1以连续流的方式对澎溪河原位藻类进行培养,探究了有机碳种类对水质、生物指标及碳通量的影响,结果表明:1)当有机碳分别为生物碳与吲哚乙酸时,水体具有最高的平均总无机碳(TIC)与总有机碳(TOC)浓度;2)当有机碳为α-萘乙酸钠和吲哚乙酸时,有利于合成叶绿素并使藻细胞增加;3)葡萄糖、α-萘乙酸钠、吲哚乙酸和生物碳将有利于绿藻的竞争,乙酸钠有利于蓝藻的竞争;4)当有机碳为乙酸钠时,最有利于藻细胞尺寸的增加;5)当有机碳为生物碳时,会降低藻细胞的净光合速率;6)当有机碳为葡萄糖时,e CA和i CA最低。当有机碳分别为生物碳与α-萘乙酸钠时,e CA与i CA活性最高。当有机碳为乙酸钠时,Ru Bis CO活性最大;7)实验期间,水体呈“碳汇”现象。但有机碳输入后,碳汇程度下降。当有机碳为吲哚乙酸时,在实验第一天出现了“碳源”现象。有机碳能通过对藻细胞的数量或呼吸作用产生影响以增加水体的p CO2,在水华暴发时可能将“碳汇”转化为“碳源”。(3)对澎溪河原生藻类进行原位监测并利用原位装置进行实验培养,探究了水的流动(指澎溪河每日输入输出藻种、营养盐和碳浓度、以及水流扰动的影响)对水质指标、生物指标和碳通量的影响,研究结果表明:1)河水与原位装置中藻细胞不会完整地经历细胞增长的四个阶段,细胞密度的变化趋势由周围环境决定;2)水的流动更有利于微囊藻而不是席藻的存活;3)受水的流动剪切力的影响,河水中细胞尺寸低于装置内细胞尺寸;4)河水与装置中TIC的升高会抑制e CA活性;5)由于高阳平湖上游在监测第二天发生大暴雨,使第三天高阳平湖水面浊度增加且透明度减小、提高了DOC浓度,最终使水体由“碳汇”转变为“碳源”。(4)利用两种不同的模型对不同碳源下藻类固碳能力进行计算与分析,结果表明:1)当Na HCO3输入浓度为40 mg·L-1时,单个细胞固碳能力最高。当Na HCO3浓度升高时,藻细胞会下调自身的CO2浓缩机制(CO2-Concentration mechanism,CCM)效率,使能量利用水平合理;2)有机碳会改变藻对不同形式碳的捕获能力且当有机碳为吲哚乙酸时,单个藻细胞净CO2固定能力最高。当有机碳为生物碳时,CCM效率最高。当有机碳为葡萄糖时,单个细胞固碳能力最高;3)CCM模型主要用于微观建模,可以应用在纯藻的固碳速率、藻类固碳机理探究上。碳流动转换模型则应用于宏观建模,可以应用于整个水体藻细胞的固碳速率的测定上。若要探究澎溪河原生藻类的固碳能力,碳流动转换模型更加准确;4)利用多因素建模将11种重要变量(p H、TIC、TOC、总磷、总氮、细胞密度、叶绿素a含量、FV/FM、e CA、i CA和Ru Bis CO活性)与固碳能力进行分析,结果表明上述指标能解释固碳能力变化的87%,说明室内实验中环境和生物指标能较好反应野外藻类固碳能力的变化,但前提是藻类门类差异不大。