硫酸盐还原菌和蓝藻对太湖底泥形成湖泛的模拟研究

发布时间：2020-03-24 04:51

【摘要】：湖泛是一种浅水生态系统水环境严重恶化的现象,其主要特征为水体严重缺氧,散发恶臭并伴随着黑色物质上浮,水生动植物大面积死亡。湖泛通常发生在温度较高的夏季。从上世纪末到现在,湖泛已经在国内外多个湖泊发生,已经变成严重影响浅水生态系统的重要问题。太湖严重受到人类活动的影响,是最为典型的富营养化严重的浅水湖泊,同时也是我国藻华和湖泛发生最为频繁的湖泊。如何抑制湖泛在太湖日益频繁发生的趋势,研究湖泛发生的根本原因以及关键控制因素,形成更加完善的预防、预警、抑制和解决湖泛的知识体系,是目前迫切需要解决的问题。本论文结合太湖的实际情况,采集太湖易发生湖泛地区的沉积物和水样,通过室内模拟研究藻源性湖泛发生过程中多种影响因子诱发湖泛的可能性,探索湖泛的起因,以及预警和抑制湖泛的措施。主要研究结果如下：1.从太湖易发生湖泛地区(月亮湾)沉积物中筛选出一株硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing bacteria, SRB)菌株,初步判定为Desulfovibrio(脱硫弧菌属),命名为SRB118。以SRB118作为试验菌株,探索湖泛产生的机理。2.SRB是湖泛形成的主要生物因素。在湖泛发生过程中,表层总SRB菌密度急速增高,与Fe2+浓度、H2S浓度和黑度有较强的正相关性。Fe2+浓度在湖泛发生过程中一直高于H2S,硫还原反应成为FeS生成的限速步骤。湖泛发生过程中,H2S与黑度变化有较好的相关性,且H2S峰值出现早于黑度峰值出现,H2S浓度的突然上升可以作为湖泛发生的预警信号。3.大量腐败的蓝藻是湖泛发生的物质基础。蓝藻的腐败引起水中溶解氧(DO)、和氧化还原电位(Eh)和pH在第十天分别降低至1mg/L、-7.5 mV和6.83,体系底层温度第六天达到最高温30.01℃。在SRB作用下,大量蓝藻堆积腐败短时间内(2-6天)最易于诱发湖泛。腐败过程中微生物代谢使沉积物表层温度高于水体表层温度,体系上下层温度差产生的驱动力与腐败产生的挥发性物质的上浮力共同促进了底层黑色物质的上浮。4.蓝藻中含有多种有机物,主要的有机物质诱发湖泛的可能性排序为,蛋白质淀粉纤维素。1kg表层沉积物中蛋白质诱发湖泛的最低添加量为5g,湖泛在第2天爆发,并且水体中Fe2+、H2S和黑度随着蛋白质添加量增加而升高。而淀粉和纤维素的最易于诱发1kg表层沉积物发生湖泛的添加量分别为25 g和15g,湖泛第8天爆发,且黑度较低。5.太湖沉积物中的重金属污染严重,按含量排序为HgPbCuFe。不添加金属离子的样品中第4天爆发湖泛。在沉积物中Hg2+添加量较低(0-0.1 mmol/kg),Hg2+促进H2S生成,对黑度和Fe2+表现为抑制作用,诱发湖泛提前2天爆发。pb2+、Cu2+和Fe3+在低添加量(0.2-0.5 mmol/kg)促进H2S生成,较高添加量(0.5mmol/kg)则抑制H2S生成；Pb2+、Cu2+和Fe3+对黑度和Fe2+表现为抑制作用,且抑制作用随着添加量的增加而增强。Pb2+、Cu2+和Fe3+在添加量低于0.5mmol/kg时易诱发湖泛。氧化铁主要沉淀于沉积物表面,即使添加量较高(10-200mmol/kg)对SRB无抑制作用,且促进H2S生成,对Fe2+和黑度有一定的抑制作用,少量的添加可以将湖泛发生提前1天,添加量较高则将湖泛爆发推迟。6.湖泛可随着SRB和蓝藻的增加而提前发生,并且强化黑度值。因此抑制湖泛的发生则可以采取抑制SRB繁殖或者蓝藻堆积的措施。疏浚是目前治理富营养化湖泊的主要措施之一,疏浚1个月左右疏浚区域在高温季节若蓝藻大量堆积仍然易于引发湖泛,疏浚3-7个月以内疏浚区域相同条件下则不易发生湖泛,7个月以后疏浚后沉积物体系逐渐恢复并向着易于发生湖泛的情况接近。因此,疏浚工程宜于在秋冬季节进行,从而避免春夏季节蓝藻大量的堆积在疏浚后短期内诱发湖泛。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X524

【参考文献】