(整理)蓝藻爆发机理研究进展

蓝藻爆发机理研究进展摘要：湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,具有重要的生态和环境意义。对近20年来国内外对蓝藻的研究状况做一个总结，提出自己的一些看法。

湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生,并采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。蓝藻作为河湖水华中常见优势种群，引起的蓝藻事件是目前社会普遍关注的问题，例如太湖蓝藻暴发导致无锡无水喝的严重的“水危机”。不仅是太湖，全国各大湖泊都不同程度受到蓝藻污染，因此，人们开始关注蓝藻。对蓝藻的研究也取得一定进展，对近20年来国内对蓝藻的研究状况做一个总结，提出自己的一些看法。

所谓蓝藻是淡水湖泊中比较常见的一种浮游植物种类,在适宜的气象条件和营养盐浓度下,就会爆发性地生长,形成蓝藻水华“水华”是指内陆水域中一些浮游生物的暴发性繁殖引起水色异常的现象。形成蓝藻水华的藻类包括微囊藻、鱼腥藻、节球藻、鞘丝藻、颤藻和束丝藻等,有时直链硅藻也伴随蓝藻大量滋生[3]。

蓝藻水华的暴发是水体富营养化特征之一。目前水华发生的机理尚未被人们充分认识,多数蓝藻水华确切的诱发因子并不十分清楚[4]。但是人们探索的蓝藻水华的影响因素的脚步并没有因此停止。目前，探讨蓝藻爆发机制主要是从3个方面进行：

1）物理因素, 主要包括水深、温度、水温、水深、流速、水的动力特性、风向、风力、水体稳定性、光照和动力悬浮等。

2）化学因素, 主要有N、P浓度及氮磷比N/P、PH。

3）生物因素，包括浮游动物生物量、水生植物、水生动物等。但是各因素的影响作用的讨论没有得到统一。主要集中在：

1N、P 浓度及N/P的讨论

在研究蓝藻水华爆发机理时，对N和P这两个影响因素的研究比较多。文献[5]对1956-1999年武汉东湖水华进行监测，提到武汉东湖水中P的浓度达到最高值时（测点1为1.349 mg/l，测点2为0.757 mg/l）产生水华，而水华也随着P 浓度的降低而消退。宋亚莲等[6]根据藻类增长潜力试验和N、P等各有关因子相关性分析表明，光、温度对洪泽湖浮游植物都没有起限制性作用，不能构成洪泽湖的限制性因子。洪泽湖富营养化主导控制因子是P，其次是N。Chi-Yong Ahn 等[7]认为湖水的富营养化与P、叶绿素及浊度有关。而N是另一个主要的限制因子，但N的作用没有P作用大，但是高浓度的P并不总会导致富营养化,其它的抑制因素也起作用。这意味着，水体富营养化并不能认为即是水华。

但有学者曾提出微囊藻水华暴发与氮、磷等营养盐浓度并无直接关系[8],如陈宇炜[9]指出太湖微囊藻水华暴发虽与氮、磷等营养盐浓度值过高有关,但并没有显著的相关关系。吕晋等对武汉市15个浅水湖泊在不同水期的浮游植物进行调查，同时监测相应的环境因子指标，分析结果表明水温、水深、pH、浮游动物生物量是影响城市浅水小型湖泊蓝藻种类组成及分布的主要因子，同时绿藻生物量等对蓝藻组成分布也有一定的影响；由于武汉市浅水湖泊的高营养盐浓度，总磷及氮磷比不再是蓝藻生长的限制因子。

对于氮磷比，早在1983年Smith提出TN/TP<29易形成蓝藻水华的观点. 但这个观点受到许多质疑,然而也有的学者报道TN/TP可以达低到5～10。N/P<29只是蓝藻水华暴发的结果,而非原因.丰江帆等认为当湖水中的氮含量是磷含量的

15～20倍时,是蓝藻大量繁殖的最佳条件。唐汇娟比较国内35个湖泊(23个发生蓝藻水华)后发现,发生蓝藻水华的湖泊中N/P在13～35,而没有发生蓝藻水华的湖泊中N/P则小于13。

王朝晖对广东省19个大中型水库的浮游植物状况进行调查，调查表明水库的营养盐含量对蓝藻细胞密度影响不大，但蓝藻细胞密度和百分比却影响着水库的水质，蓝藻细胞密度越高，水体富营养化程度也越高。虽然水库营养盐含量对蓝藻细胞密度影响较小，但营养盐之间的比例与蓝藻细胞密度密切相关，高密度蓝藻出现在N：P（原子比）为10～30的水平，在20细胞密度达到高峰，大部分淡水水体属于磷限制性水体，过量磷的输入使水体中磷含量不再受到限制，从而大大刺激浮游微藻类的生长，特别是蓝藻类的生长。

然而，目前国际上流行的N/P比学说所不能解释的某些富营养水体中蓝藻水华的爆发机制现象。

张哲海等为解南京玄武湖蓝藻水华的成因,对玄武湖长期监测资料进行分析和现场调查。指出,东南湖回水可能是玄武湖蓝藻水华发生的诱因,生态失衡是蓝藻水华发生的主要原因,蓝藻水华的暴发与富营养化程度无显著相关性,其暴发加重玄武湖富营养化程度。

目前有报道出现蓝藻水华的湖泊,其营养盐浓度范围大致相近,即TN在1～10(20) mg/L,TP在0.01～0.1(0.2) mg/ L。而氮磷比值可以判断其中起限制作用的营养元素.如果一个湖泊的营养盐浓度在此范围以外,往往很难再看到蓝藻水华的发生.

2水温的讨论

Inga Kanoshina等认为低N:P比值是蓝藻水华的先决条件，而水温、风力是

促发条件。任健等通过对1986～2007年12个太湖蓝藻暴发典型个例的分析,得出:气温偏高、降水偏少、光照充足对太湖蓝藻暴发有促进作用,是蓝藻何是暴发的主导因素。微风、低气压为太湖蓝藻向特定区域内聚集、上浮提供有利条件,是引发太湖局部水域蓝藻暴发的诱导因素。

确定水温是蓝藻水华的影响因素后，有学者对蓝藻爆发的水温条件进行探讨。王得玉等利用高光谱遥感数据动态监测太湖地区蓝藻水华发展过程,认为在水体富营养化前提下, 水体温度是影响蓝藻生长的重要环境因子合适的水体温度24～30℃是蓝藻爆发的必要条件，大于30℃的高温,对蓝藻的生长有明显的抑制作用。赵孟绪等对影响汤溪水库蓝藻水华发生的主要因子进行分析,认为当水库表层水温为25～35℃,适合蓝藻水华的发生。另外，在具备充分营养盐与适合水温条件下,水体稳定性是控制汤溪水库蓝藻水华发生时间的关键因子。金相灿研究了2种典型水华蓝藻(水华微囊藻及孟氏浮游蓝丝藻)在不同温度下的生长和光合作用特征及浮力调控的机制.结果表明,水华微囊藻在温度低于13℃时几乎不能生长,高于16℃能缓慢生长,且随着温度升高,生长速率增大；孟氏浮游蓝丝藻在温度为10℃时就能缓慢生长,当温度高于16℃时即能够较好生长；2种藻的生长速率在10～28℃范围内都随温度升高而增大.温度降低至13℃以下,水华微囊藻下沉趋于休眠,而孟氏游浮蓝丝藻则趋于底栖继续生长；温度升高至13℃以上,水华微囊藻趋于复苏和上浮,而孟氏浮游蓝丝藻趋于浮游.

3PH的讨论

曾有研究报道，蓝藻在PH低于4或5的环境中不能生存，其生存的适宜PH 范围为7.5-10.0。

黄钰铃利用物理模型研究pH值对蓝藻水华生消的影响, 结果表明:水体pH

与水华生消密切相关,当营养物质及其他条件适宜时,pH为8可促进水华发生;当pH值不利于藻类生长,藻类的自适应性使其可通过一系列生理生化反应调节水体pH值趋向适宜生长的偏碱性范围。

Yoshimasa Yamamoto通过一年实验监测，表明水华束丝藻爆发的条件与水温、PH及日照时长有关系，得出当pH低于7.1，水温为11°C时水华束丝藻不能生长，在10L:14D的光周期下生长会受抑制。

4其它讨论

张毅敏等对铜绿微囊藻的水动力模拟实验研究表明,流速和温度以及营养盐浓度对藻类生长有着密切影响,且可能存在一定的临界流速.不同营养状态,临界值不同,在N:P 为4.5:1情况下推测临界流速为0.50 m/s；在N:P为2.7:1情况下推测临界流速为0.30 m/s。曹巧丽通过室内模拟实验,在温度、光照、初始pH和营养盐等基本条件相同的前提下模拟不同水流流速下铜绿微囊藻水华的产生与消亡过程,在10～40 cm/s流速区间里藻类生长周期随流速增大而变长,藻类最大现存量在40cm/s流速下最大,在10 cm/s流速下最小,流速为30 cm/s时藻类比增率最大,较适合藻类生存,在整个水华暴发过程中水体氮磷营养浓度呈下降趋势,水体的pH、DO和Ec变化不大。

Martin T.指出蓝藻产生不仅与营养程度等上述因素有关，也与湖泊的形态、光照度、食物链结构有关。湖的深浅与蓝藻的种类有关。

唐忠波等采用大型室内湖泊模拟装置对孟氏浮游蓝丝藻在富营养化湖泊中的垂直分布与迁移特征规律进行模拟，得出孟氏浮游蓝丝藻浮力对光的响应能力。

5小结

虽然国内外有关蓝藻机制的研究较多，水华发生机理尚不明确，存在的问题主要有：

1）引起蓝藻水华的氮、磷的浓度及氮磷比没有一个固定阀值。

2）蓝藻的分布与水深，与水温的关系没有统一的定论。

3）蓝藻生物量有多少才能爆发还没有形成标准。

由于对于水华的影响因素目前尚未明确，因此，要建立能够用于监测部门的预警预报系统的水华的模型，将是今后的发展方向。只有在成熟的理论研究后，才能对调控有一个成熟的操作技术。另外，藻类自身对氮磷的影响也会反过来影响水华的形成，因此研究湖泊水华发生以及沉积物内源磷释放机理也是一个研究方向。

蓝藻水华暴发的机理目前在学术界尚未有统一的定论,蓝藻水华的研究工作也需要更进一步的深入。政府应鼓励其对蓝藻发生机理和防治技术研究,加强对蓝藻监测新技术的研发。水质预警的模型现在已有很多,但是真正能在监测部门中推广的却很少。因此,要针对预警监测的需要,开发出合适的水源地蓝藻水华的预警模型和数据库,以提高监测部门的预警能力。

973计划项目湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发

973计划项目湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发973计划课题 2004年度总结报告 项目名称:湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究 课题名称:湖泊水,沉积物界面过程对营养物迁移转化影响研究 课题编号:2002CB412304 课题负责人:金相灿刘建彤 课题依托单位:中国环境科学研究院 中国科学院水生生物研究所 二零零四年十二月十五日 本课题自2003年启动以来，紧紧围绕国家需求、课题任务书的任务要求和目前国际、国内的研究进展，开展了大量的野外调查检测、室内分析和模拟试验研究工作。下面从以下几个方面，对整个第四课题在2004年度的研究工作做一概括性总结。 一、年度计划执行情况 1(年度计划完成情况 1.1课题拟完成的研究内容和预期目标 根据课题任务书的要求，本课题第二年度应完成下列研究内容。 1.1.1 掌握水体理化因素和生物因素对生源要素在水-沉积物界面形态转化的影 响; 1.1.2 研究富营养化条件下，水-沉积物界面微生态结构的维持机理; 1.1.3 确定污染湖区主要生源要素的形态与生物可利用性之间的关系;

1.1.4 掌握跨介质间营养物的动态赋存以及热力学平衡与营养状态的关系; 1.1.5 在国内外核心刊物上发表文章4篇，其中中国环境科学研究院和中科院水 生生物研究所分别发表2篇。 1.2 课题完成的研究内容和目标 1.2.1浅水湖泊水-沉积物界面物质交换过程及其水动力影响机制 现场调查采样，分析，完成冬、夏两季样品采集工作，进行实验室内外分析数据的初步整理。初步总结完成沉积物-水界面氧化还原条件的控制机理研究。 1.2.2 湖泊营养物的微生态转化及生化动力学 1 针对长江中下游的五大浅水湖泊(滇池、洪泽湖、洞庭湖、巢湖和太湖)和两个城市湖泊(武汉月湖和南京玄武湖) 进行现场调查采样、分析，进行实验室内外分析数据的整理，总结长江中下游湖泊的基本理化特征和营养状况;同时重点研究太湖不同富营养水平湖区，分春夏秋冬四季对太湖流域的梅梁湖鼋头渚、梅梁湾小丁湾、梅梁湖蠡园、贡湖、东太湖等湖区进行野外调查，分析上覆水、沉积物样品中各种理化性质。并从底栖动物、着生藻类和微生物三方面进行水,沉积物界面的微生态结构的调查;开展实验室内的模拟研究，研究环境因子对湖泊水,沉积物界面磷交换的影响。 1.2.3 湖泊水,沉积物界面地球化学过程对湖泊富营养化的影响 水体理化因素对生源要素在水,沉积物界面形态转化的影响;跨介质间营养物的动态赋存以及热力学平衡与营养状态的关系;系统研究生源要素在浅水湖泊水,沉积物界面的形态转换机理;模拟研究确定不同形态P的存在形式对其生物有效性的影响。 1.2.4重污染湖区营养元素生物可利用性的限制因素和转化作用

淡水水体中蓝藻水华研究进展

淡水水体中蓝藻水华研究进展 高政权,孟春晓* (山东理工大学生命科学学院,山东淄博255049) 摘要 综述目前国内大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状,分析蓝藻水华形成的一般机理,重点阐明蓝藻水华治理的关键技术研究及其重要生态和环境意义。 关键词 蓝藻;水华;治理;环境 中图分类号 X524 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)16-07597-02 Progress i n Cyano bacteri aW ater B l oo m i n Fres h W ater GAO Zheng qua n et al (Schoo l of L ife Sciences ,Shandong U ni versity o fT echno l ogy ,Z i bo ,Shandong 255049)Abstract The st udy su mmar i zed the research sit uati on o f f o r m ati on cause of cyanobacteria water bl oo m,and ana l yses genera lmechanis m s o f cyanobact er i a w ater bl oo m for ma tion .F inall y ,key techno l ogy research and its m i portant ecol og i cal and environ menta l si gn ificance f or cya nobacter i a w ater bl oo m control were discussed .K ey words Canobacteria ;W ater bl oo m;R ehabilitati on ;Env i ron m ent 基金项目 国家自然科学基金(40706050;40706048);国家支撑项目 (11200602);中央级公益性研究所专项资金(2060402/2);山东理工大学自然科学基金(4040 306017);山东理工大学博士启动基金项目(4041 405016,4041 405017)。 作者简介 高政权(1972-),男,湖南安乡人,博士,副教授,从事藻类 生理学研究。*通讯作者。 收稿日期 2009 00 蓝藻又称蓝绿藻,是所有藻类生物中最简单、最原始的一种。蓝藻在长期进化中形成了极强的生态竞争优势,在适宜环境条件下即可获得最大生长率,并以指数级迅速增长,从而使产毒菌株密度增加,获得竞争优势,形成种类少而数量大的蓝藻水华。由于环境污染日趋加重,许多水体富营养化而导致蓝藻水华的暴发,成为我国目前及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。我国五大淡水湖中的太湖和巢湖相继暴发大规模水华,加上以前报道的滇池、南京玄武湖、淮河、海河等水华事件,不难看出,水体富营养化引起的蓝藻水华已极大地影响到人们生活的多个方面。20世纪90年代以来,国内淡水水体营养状态日益严重,长江、黄河、松花江等主要河流以及鄱阳湖、太湖、巢湖、武汉东湖、昆明滇池、上海淀山湖等集合淡水湖在调查中发现有大量藻类生长,形成严重的蓝藻水华[1] 。有资 料表明,我国有66%以上的湖泊和水库处于富营养化水平[2] 。2007年4月中国科学院长江水利委员会发布的 长江保护与发展报告 称,2003年三峡库区蓄水至135m 后,12条长江一级支流,在回水区不同程度地出现水华现象,并且近几年有加剧的趋势。湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生及采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义 [3] 。 1 水华的成因 富营养化的水体在适宜的条件下,水体中藻类,主要是蓝藻短时间大量繁殖并聚集的生态异常现象称为水华,也称湖靛。底泥腐殖质较多的水体,因富含P 、N 等营养元素,当N 、P 比值大于7时,只要外部条件适宜,浮游植物特别是蓝藻就会迅速繁殖生长,甚至在水面聚合成数厘米厚的蓝绿色的藻浆,即水华。浮游植物对N 、P 的吸收速率遵循米氏方程。蓝藻水华的生成离不开合适的光照、气温、水文、气象等因素。蓝藻的繁殖习性是喜高温、连续阴雨、闷热、弱风的气 候条件,在该条件下会大量繁殖,在数量上占绝对优势,完全抑制了其他藻类的生长。影响蓝藻水华形成的环境因素包括物理因素(水温、光照、营养盐、气候等)、化学因素(氮、磷浓度等)、生物因素(蓝藻本身的生理生态特征在形成优势种 群中的作用)等[3] 。赵孟绪等探讨了2003年广东汤溪水库蓝藻水华提前发生的原因,结果表明,水温与蓝藻、微囊藻的丰度具有显著相关性,较高的水温是蓝藻水华发生重要条件之一;在具备充分氮磷营养盐和合适水温条件下,汛期反常的水体稳定性导致了汤溪水库蓝藻水华的提前发生[4] 。2 水华的危害 蓝藻水华被认为是影响水质的重要因素,它会产生微囊藻毒素,为代表的有毒代谢物,严重危害人类身体健康和生命安全。1996年在巴西,由于人群使用了含藻类毒素污染的水作肾透析液,造成126人出现急性或亚急性肝中毒,导致60个患 者由于肝功能严重损伤而死亡[5] 。水华是藻类在合适环境条件下形成的过度繁殖和聚集现象,因而在种类组成、发生时间及水平分布上具有一定的规律性。蓝藻水华出现时,水面被厚厚的蓝绿色湖靛所覆盖,甚至在岸边大量堆积。藻体大量死亡分解的过程中,不但散发恶臭,破坏景观,同时大量消耗水中的溶解氧,使鱼类窒息死亡。随着富营养化的加剧,藻类水华发生的频率和幅度增加,水华对水环境的危害和生物安全日益引起广泛的关注。在水华发生时,其现象表现为某些藻类,尤其是单细胞的蓝藻疯长。水华是湖泊富营养化的典型表征之一。蓝藻水华的形成影响了水生态系统的健康发展。蓝藻大量生长改变了水体的理化环境,透明度降低,水体散发腥臭味,溶解氧减少,造成鱼虾等水生物的死亡。当水体中的营养素被蓝藻耗尽时,蓝藻大量死亡,尽管是死亡的蓝藻,其在被细菌分解过程中还是会产生并释放蓝藻毒素,最终导致水生态系统的迅速崩溃,蓝藻水华也给水产养殖业、供水及旅游业甚至人类的饮用水安全带来极大的危害[6] ,太湖、玄武湖、巢湖、滇池等大型 湖泊都曾深受蓝藻水华暴发所引发的污染之苦[7-9] 。目前人们最为关注的焦点是蓝藻毒素所带来的危害。在淡水水体中引起蓝藻水华和产生藻毒素的藻类主要有蓝藻门的微囊藻属、鱼腥藻属、念珠藻属、束丝藻属和颤藻属等,其中的微囊藻毒素是一组由水体中蓝绿藻(如微囊藻、鱼腥藻、颤藻及念珠藻)产生的具有亲肝特性的环状多肽毒 安徽农业科学,Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc.i 2009,37(16):7597-7598责任编辑 庆瑢 责任校对 王凌志

湖泊富营养化治理与蓝藻水华控制

湖泊富营养化治理与蓝藻水华控制 湖泊富营养化治理与 蓝藻水华控制 ■孔繁翔中国科学院南京地理与湖泊研究所 摘要:经济的突飞猛进伴随着生态环境的急剧恶化,使得人们的生存经受着强烈的考验.而当今污染体现严重的蓝藻水华 中含有大量的微囊藻毒素,对人们构成了极大的危害.本文讨论了蓝藻水华的成因和危害等,并从外源削减与控制,内源 削减与控制,湖内水生生态系统恢复与重建等方面阐述了富营养化湖泊治理的途径. 关键词:湖泊;富营养化;蓝藻水华;治理;控制 湖泊的结构与功能及其富营养化 1.湖泊的概述及其结构 湖泊是陆地表面具有一定规模的天 然洼地的蓄水体系,是湖盆,湖水以及水 中物质组合而成的自然综合体.我国是 一 个多湖泊的国家,湖泊面积在1kmz 以上的有2300余个,总面积为71787 km,占全国总面积的8%左右. 2.湖泊的功能 湖泊是重要的国土资源,具有调节 河川1径流,发展灌溉,提供工业和饮用 的水源,繁衍水生生物,沟通航运,改善 区域生态环境以及开发矿产等多种功 能,在国民经济的发展中发挥着重要作 用.①湖泊能蓄积水量,调节河川1径流.

②湖泊能调节气候.③湖泊蕴藏了丰富的水力资源.④湖泊的航运作用.⑤湖 泊的物质资源.⑥湖泊的旅游资源. 3.湖泊的富营养化 湖泊的富营养化问题是由于人类 活动造成的,如低水平的制造业产生的工业废水,现代化农业生产中大量流失的农药,化肥,未经处理的城镇生活污水,高密度水产养殖遗留的剩余饵料, 以及航运,旅游等水上活动产生的一些污染物,都造成了富营养物质大量输入湖泊.湖泊生态系统本身是有一定的自净能力的,如水草,芦苇,沉水植物,湖 畔湿地等都是天然的净化器.而现在由于人类对湖泊的围垦,湖泊沿岸的水利工程等都破坏了湖泊的自净系统.从而造成营养源的输出途径减少,营养物质大量过剩,最终形成富营养化. 目前一般认为,富营养化的定义是 湖泊在自然因素和(或)人类活动影响下,因氮磷等营养物质含量过多,造成水体生产力从低向高营养状态过渡的一种现象或趋势[总氮(TN)达0.2mg/L, 总磷(TP)达0.02mg/L].1991年: 122个湖泊中,51%富营养化,2005年: 133个湖泊中,88.6%富营养化.61%国 控重点湖(库)水质为V类和劣V类. 富营养化最直接的表现就是蓝藻 水华的暴发.蓝藻是水中的浮游植物,

最新植物抗旱性生理生化机制的研究进展

植物抗旱性生理生化机制的研究进展 李宏富 （宁夏大学生命科学学院，宁夏银川，750021） 摘要：本文通过对植物的干旱类型、旱害机理、抗旱类型和特征以及在干旱逆境条件下的生理、生化上的变化进行总结,并对其研究前景进行了展望,以期为选育植物抗逆品种的研究提供参考，旨在促进植物抗旱机理方面的研究工作。 关键词:抗旱生理生化机制研究进展 Research Progress on Physiological and Biochemical Mechanism of Plant Drought Resistance LI Hong-fu (College of Life Science, Ningxia University, Yinchuan, Ningxia, 750021) Abstract: The type and mechanism of plant drought, the type and characteristics drought resistance and the changes of stress conditions on plant physiological and biochemical function were summarized. The research prospect was prospected, in order to provide some reference for breeding anti-adversity varieties, and advance the research on mechanism of plant drought resistance. Key Words: Drought resistance; Physiological and biochemical mechanism; Research progress 干旱、低温、高温、盐渍等不良环境是影响植物生长的重要因子,其作用于植物会引起植物体内一系列生理、生化和分子生物学上的变化,主要包括生物膜结构与组成的改变,许多特异性蛋白、糖、渗透调节物质(甜菜碱和脯氨酸等)的

浅谈激光烧蚀技术的应用及研究进展

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蓝藻水华

气候变化与蓝藻水华暴发 东北师范大学数学与统计学院长春130024 【摘要】近年来，太湖蓝藻水华的暴发频率比较高，主要集中在太湖西部和北部。影响太湖中蓝藻水华暴发的因素很多，但发现气候因素所占的比重比较大，比如温度、风、光照、降水等等。这篇文章就主要从气候因素中的温度、光照时间和风这三个因素的变化，根据太湖情况建立一个模拟湖泊生态系统模型，利用散点图、线性回归分析、数值逼近建立拟合方程等数学知识，对太湖中影响蓝藻水华暴发的这三个因素进行一下简单的分析。 【关键词】蓝藻水华暴发气候因素建模求解

问题分析 在当今世界，水体富营养化和蓝藻水华的发生，仍然是在水体污染方面人们所面临的重大环境问题之一。在太湖和内陆的其他湖泊，现在是蓝藻水华的发生不仅仅是只在夏、秋两季了，而且也在逐步的向春、冬两季过度，个人认为这正是由于气候变化所引起的，即全球变暖趋势。蓝藻水华的暴发不仅会对湖泊中的水生动植物带来危害，致使其死亡，破坏湖泊中生态系统的平衡，并且还会严重影响人们的生活和健康。特别是在夏季，湖泊中蓝藻水华漂浮在水面上，在风的推波助澜之下，都被吹到岸边，并且夏天温度高，经阳光的暴晒，蓝藻会自动分解、产生恶臭的气味，造成局部空气污染影响人们生活，还有的就是如果蓝藻水华在人们饮用水源头大量聚集、腐烂变异，造成水质恶化、变味，这样会直接影响人们的健康饮水，带来疾病，给人你们造成极大的麻烦。 所以问题就产生了：怎样才能预防和抑制蓝藻水华的爆发呢？这就需要研究蓝藻水华的发生机制和影响因素了！蓝藻【1】（或蓝细菌）是地球上最早出现的光合自养生物，它们利用水作为电子供体，利用太阳能将CO2还原成有机化合物，并释放出自由氧。蓝藻的主要生存环境为淡水和海洋，它们能在咸水、咸淡水、淡水、冰冷或沸腾的泉水，以及其他微藻无法生存的环境中繁衍，譬如蓝藻常常是岩石的裸露面和土壤中建立种群的先锋物种，它们通过一些特殊的机制（如吸收紫外线辐射的外鞘色素）增加其在相对暴露的陆地环境中是适应性，蓝藻具有在贫瘠的基质上生存的卓越能力。蓝藻能与其他动植物（如真菌、苔藓、羊齿类、裸子植物、被子植物等）形成共生关系，而内共生被认为是真核生物叶绿体和线粒体的起源。蓝藻还是唯一可以进行生物固氮的藻类。而大量的藻类在水中高度的聚集就会水华，具体的是：水华【2】是当水体中出现富营养状况并具备适宜的温度、光照、气候及合适的水文条件等有利于藻类生长或聚集的环境条件时，水体藻类大量生长繁殖或聚集并达到一定浓度的现象，是湖泊环境因子综合作用的结果。形成水华的蓝藻【1】一般都是有伪空泡的种类，包括许多属，在形态上从小的丝状群体到肉眼可见的大型球状群体，有些种类可以固氮，有些则不固氮。而我国蓝藻水华主要是微囊藻水华，此外还有鱼腥藻水华、束丝藻水华、拟柱胞藻水华等。微囊藻水华是危害最为严重的一种，其发生普遍、持续时间长，多数产毒危害性大。我国湖泊中微囊藻早常见的为铜绿微囊藻，是太湖和滇池等湖泊水体富营养化的主要优势种群之一。而铜绿微囊藻的生长与代谢又很大程度上受气候因素温度、光照时间及风的影响。因此我们就可以针对太湖中的铜绿微囊藻建立一个模型来单独的研究气候因素对其生长代谢的影响，作为样本来反映太湖中气候变化对蓝藻水华的影响。 模型假设 （1）我们研究所用的小型生态系统与太湖的生态系统相似，并且具有一定的代表能力。 （2）风浪对太湖的扰动在研究中表现为悬臂搅拌器带动玻璃棒对小型生态系统的搅拌。 （3）对某个因素对铜绿微囊藻生长代谢的影响进行研究时，其他的因素是一样的，且在研究所持续的这段时间内，不会有外界的任何因素对样本进行干扰。 模型建立

我国典型浅水湖泊蓝藻水华治理技术研究进展

第10卷 第8期 中 国 水 运 Vol.10 No.8 2010年 8月 China Water Transport August 2010 收稿日期：2010-05-17 作者简介：宋益峰（1978-），浙江海盐人，学士，上海市金山区水文站助理工程师，主要从事水环境监测与治理研究。 我国典型浅水湖泊蓝藻水华治理技术研究进展 宋益峰1 ，兰 林2 ，吴 江3 （1上海市金山区水文站，上海 201508；2江苏省水利厅，江苏 南京 210029； 3太仓市环境监测站，江苏 太仓 215400） 摘 要：蓝藻水华成为我国浅水湖泊的重大水环境问题。根据蓝藻水华的形成机制，采取相应控制技术减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。文中综述了目前我国典型浅水湖泊蓝藻水华治理中物理控制法、化学控制法、生物控制法的研究进展。 关键词：浅水湖泊；蓝藻水华；治理技术 中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2010）08-0154-02 一、前言 我国目前66%以上的湖泊、水库处于富营养化的水平，其中重富营养和超富营养的占22%，富营养化成为我国湖泊目前与今后相当长一段时期内的重大水环境问题[1]。与湖泊富营养化相伴随的一个普遍现象就是蓝藻水华[2]，蓝藻水华广泛地存在于淡水生态系统中并产生一系列严重的水环境问题[3]。蓝藻水华控制是世界性难题[4~6]，迄今采用的控制蓝藻水华的技术有几种：物理控制法、化学控制法和生物控制法。 二、蓝藻物理强化控制技术 1．机械除藻技术 机械除藻技术包括移动式富集湖面蓝藻“水华”技术、气浮捕集蓝藻“水华”技术。沈银武等[7]利用振动重力斜筛、旋振筛和卧螺离心脱水方法，在单机运行的条件下，在滇池于2001年4月和9月的145天中开机1,700h，共收获富藻水17,000m 3，折合干重为325t。试验区收获的蓝藻干粉经检测其平均总氮(N)为8.51％；总磷(P)为0.49％、总钾(K)0.70%和粗有机物43.47％。依此结果计算，相当于从试验区取出氮(N) 27.66 t、磷(P) 1.6t、钾(K ) 2.28 t 和粗有机物141.28t。有效降低了富营养化湖泊的氮、磷等水平和减轻或缓解了大量暴发的蓝藻生物量。 2．水动力控藻技术 吴张永等[8]对流体动力处理蓝藻技术进行了前期室内试验研究，发现实验条件下除藻率可达100%，且不会对水体造成二次污染。太湖在闾江口到马山岛之间马围长堤附近修建马山大桥，把大堤打通，沟通马山西的太湖与梅梁湖、贡湖、五里湖的水流，促使流入口袋的水流，从袋底顺利流入西太湖，促使湖水在夏季向西北部分流，冬季西太湖水流灌入两湖以冲洗滞水。如此可把两湖与西太湖整体形成循环水流，以使湖水通过自净、分流促使快速换水，抑制蓝藻暴发。 3．超声波控藻技术 超声波技术是近年来发展起来的一种新型的环境技术，被称为环境友好技术[9]，具有操作和控制容易，便于引进自动化操作手段，在处理中不引入其他化学物质，而且反应条件温和，反应速度快等优点。功率超声在水体中空化效应产 生的高压、冲击波、声流和剪切力能够有效破坏藻类的细胞结构，抑制叶绿素的合成，降低蓝藻细胞类囊体膜上藻胆蛋白和某些酶的活性。目前有研究将超声波技术应用于自然水体，通过超声短时间的辐照抑制水体中藻类的生长，从而达到控制水华爆发的目的[10]。 三、太湖蓝藻化学强化控制技术 1．湖底充气扬水筒技术 扬水筒技术，将积聚于表层的藻类驱赶至水库底层，由于光照极低以及温度骤降等原因，藻类失去活性而逐渐消亡，并能显著降低水库底层铁、锰浓度。在荷兰阿姆斯特丹Nieuwe Meer 水库中，扬水筒技术实施结果得到证明：其生物量降低为未处理前的1/20，藻类种群结构也由原先以蓝藻为主转变为硅藻、绿藻为主；此外整个水体中的溶解氧浓度可一直维持在5mg/l 左右，从而扩充了鱼类的生存空间。 2．黏土除藻技术 黏土除藻华技术最早来源于絮凝原理，曾被作为在海洋赤潮暴发时的一种应急技术，取得了一定的效果。早在1997年，就有专家在国际权威科学期刊《自然》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治理藻华的最有发展前途的方法。但由于絮凝除藻机理不清、黏土投量太大、藻华复发和二次污染等问题，许多将黏土除藻技术应用于淡水湖泊中清除藻华的尝试一直没有成功，其技术定位为应急措施。 潘纲等[11]通过改性黏土的快速除藻除浊作用启动并强化沉积物中的生物地球化学反应使其自动地进行长期连锁的健康修复过程，发展了既能快速消除水华又能长期治理湖泊富营养化的一系列改性黏土技术。通过对26种不同黏土与藻细胞之间多项絮凝性质的研究发现高效黏土絮凝除藻的黏土架桥网捕作用，根据上述科学发现在架桥网捕性能方面对黏土进行改性，结果改性后的黏土不仅特别适合于淡水藻华的清除，而且黏土的投入量也从国际先进的200mg/l，降到了10mg/l，除藻效率达到95％以上。这种环境友好的天然改性剂可以使各种原先不具有除藻能力的当地黏土/沉积物变成高效除藻剂。 3．化学除藻剂

植物抗旱机理研究进展

植物抗旱机理研究进展 水资源短缺以及土壤盐渍化是目前制约农业生产的一个全球性问题，全球约有20％的耕地受到盐害威胁，43％的耕地为干旱、半干旱地区。干旱与盐害严重影响植物的生长发育，造成作物减产，并使生态环境日益恶化。在我国，仅2001年华北、西北和东北地区的466.7万hm2稻的种植面积就因为缺水而减少了53.3万hm2。在自然条件下，由于环境胁迫而严重影响了作物生长发育，其遗传潜力难以发挥，干旱、盐渍不仅影响了作物的产量，而且限制了植物的广泛分布，因此，提高作物的抗旱、耐盐能力已经成为现代植物研究工作中急需解决的关键问题之一。现将植物特殊生理结构功能综述如下。 1植物形态结构特征对其耐旱机制的影响 1.1根系 植物根系是植物直接吸收水分的重要器官，它对植物的耐旱功能具有至关重要的作用。纵深发达的根系系统可使植物充分吸收利用贮存在土壤中的水分，使植物度过干旱期。对高粱的根系解剖学研究发现，高粱根系吸水每天以3.4 cm的稳定速率下伸，直到开花后约10 d，在有限水分条件下，吸水的多少由根系深度决定，深层吸水差是由于根长不够所致。此外，根水势能也能反映根系的吸收功能。根水势低，吸水能力强。据报道，高粱根水势一般为-1.22～1.52 Mbar，而玉米仅为-1.01～1.11 Mbar，高粱的吸水能力约是玉米的2倍(Cnyxau，1974)，对干旱的耐受能力也强于玉米。一般认为抗旱性强的植物，根水势低，利于水分吸收。 1.2叶片 作为同化和蒸腾器官的叶片，在长期干旱胁迫下，叶片的形态结构会发生变化，其形态结构的改变与植物的耐旱性有着密切的关系。主要表现在：叶片表皮外壁有发达的角质层，角质层是一种类质膜，其主要功能是减少水分向大气散失，是植物水分蒸发的屏障。厚的角质层可提高植物的能量反射与降低蒸腾，从而增强植物的抗旱性；具有表皮毛，可以保护植物避免强光照射，减少蒸腾；具有大的栅栏组织/海绵组织比和小的表面积/体积比，发达的

激光抛光技的研究

激光抛光技术的研究 摘要：激光抛光是一种非接触式抛光方法。本文介绍了激光抛光技术的发展历史, 论述了激光抛光的工艺特点和作用机理, 分析了影响激光抛光效率和抛光表面质量的因素及其影响规律。最后，阐明了激光抛光的应用现状及未来的发展前景。关键词：激光抛光作用机理热抛光 Abstract: Laser polishing is a kind of contact-less polishing technique. The developing procedure of laser polishing technology is presented in this paper .The emphasis is focused on the characteristics of laser polishing process and its interacting mechanism.The factors which influence the polishing efficiency and polished surface roughness are analyzed.At last the current situation of laser polishing and future perspective is clarified. Keywords: Laser polishing interacting mechanism thermal polishing 1. 背景及意义 随着材料表面技术的发展, 表面抛光技术成为了一个越来越重要的技术。抛光技术: 又称镜面加工技术, 是制造平坦而且加工变形层很小, 没有擦痕的面加工工艺。在工业应用中, 对材料表面粗糙度的要求越来越高, 已经从微米级--亚微级--纳米级--亚纳米级。为了满足应用的需要，人们不断探索新的抛光技术, 由于激光独特的性质, 激光抛光技术出现了。 图1 采用激光法抛光前后金刚石薄膜的S E M 形貌 从90 年代中期以来,在美国、俄罗斯、德国和日本等国家, 广泛开展了金刚石薄膜的激光抛光研究, 已经得到了纳米级的表面粗糙度; 近年来, 日本大阪大

湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究

湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究 吴庆龙1，谢平2，杨柳燕3，高光1，刘正文1，潘纲4，朱本占5 (1．中国科学院南京地理与湖泊研究所，湖泊与环境国家重点实验室，江苏南京210008；2．中国科学院水生生物研究所，淡水生态与生物技术国家重点实验室，湖北武汉430072；3．南京大学，污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏南京210092；4．中国科学院生态环境研究中心，环境水质学国家重点实验室，北京100085；5．中国科学院生态环境研究中心，环境化学与生态毒理学国家重点实验室，北京100085) 摘要：湖泊具有供水、渔业、旅游、维持区域生态系统平衡等功能，是支撑我国经济和社会发展的重要资源之一。但是近30年来，湖泊富营养化所导致的蓝藻水华频繁暴发，生态灾害事件频发，严重影响湖泊功能的发挥，制约区域经济可持续发展。针对国家在保障区域水安全和生态安全、保护人民健康及建设和谐社会等方面的重大需求，国家重点基础研究发展计划项目“湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究”于2008年7月正式立项。项目拟解决的关键科学问题包括：①湖泊蓝藻水华主要衍生污染物的形成机理、迁移转化规律和毒理效应；②蓝藻水华导致湖泊生态系统结构变化和功能退化的机理；③蓝藻水华生态灾害评估及调控机理。针对上述科学问题，项目以蓝藻水华污染物的产生、湖泊生态系统结构与功能的响应以及生态灾害的评估与调控为研究主线，重点开展以下几个方面的研究：①蓝藻水华衍生污染物的产生及其环境过程；②蓝藻水华衍生污染物的毒理效应与生态和健康风险；③蓝藻水华导致湖泊生态系统结构变化与功能退化的关键过程和机制；④蓝藻水华灾害治理和调控的的技术原理和途径。项目的实施和完成将为我国湖泊蓝藻水华生态灾害的预防与控制提供理论和技术原理支撑。 关键词：湖泊；蓝藻水华；生态灾害；调控 中图分类号：X524 文献标志码：A 1 引言 湖泊蓝藻水华是指湖泊水体中的蓝藻快速大量繁殖形成肉眼可见的蓝藻群体或者导致水体颜色发生变化的一种现象，严重时可在水面漂浮积聚形成绿色的藻席甚至藻浆?。蓝藻水华的发生根源于湖泊富集了过多的氮、磷等营养物质，是湖泊寓营养化的一种表现形式?。生态灾害是指在一些因素的干扰下由于生态系统平衡改变所带来的各种始料未及的现象和突发事件，如生态系统破坏、生物多样性散失、财产损失、人员伤亡和社会安定失稳等。生态灾害的发生根源于生态系统结构和功能的灾变。由中国科学院南京地理．与湖泊研究所牵头，中国科学院生态环境研究中心、中国科学院水生生物研究所和南京大学等单佗联合申请的国家重点基础研究发展计划项目“湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究”于2008年7月正式立项。 项目针对国家在保障区域水安全和牛态安全、保护人民健康等方面的重大需求，以蓝藻水华污染物的产生、湖泊生态系统结构与功能的响应以及生态灾害的评估与调控为研究主线，围绕蓝藻水华形成后的积聚、分解等主要过程和阶段，研究蓝藻水华衍生污染物的产生和归趋、主要污染物质的毒理效应及水质安全、蓝藻水华影响湖泊生态系统结构和功能的关键过程和途径。在此基础上，研究防治蓝藻水华生态灾害的新技术原理，建立我国湖泊蓝藻水华生态灾害的评估方法和指标体系，并提出相应的管理和调控对策，为保障我国湖泊供水、资源和生态安全提供重要的理论和技术原理支撑。同时，开拓居国际前沿的、由有害生物异常增殖引发的湖泊灾害生态学研究领域，丰富关键功能群、生态系统恢复力和生态系统灾变等方面的基础理论。 2立项的依据 2．1国家需求 我国是一个湖泊众多的国家，湖泊不仅具有供水、调蓄洪水、调节气候、渔业、旅游等功能，

水体参考资料蓝藻水华的成因及控制措施

水体蓝藻水华的成因及控制措施 近年来，水体富营养化现象日趋严重。水体富营养化导致藻类异常增殖形成水华，使水体腥臭难闻，溶解氧减少，大量鱼类死亡，严重影响了水体的功能，改变了水生态环境，危害到周围居民的身体健康，影响国家、社会、经济的可持续发展。我国的许多水体已受到富营养化的严重威胁，且水华的影响范围和程度有加重的趋势。因此，认识藻类水华的形成原因，并寻求有效的防治措施刻不容缓。 1.蓝藻水华的成因 (1) 营养物质与藻类水华 丹麦著名生态学家Jorgensen 指出浮游藻类的生长是富营养化的关键过程，着重研究氮、磷负荷与浮游藻类生产力的相互作用和关系。总磷、总氮等营养盐相对充足，能给水生生物( 主要是藻类) 大量繁殖提供丰富的物质基础，导致浮游藻类( 或大型水生植物) 爆发性增殖。通常认为总氮的浓度超过0.2 mg /L，总磷的浓度超过0.02 mg /L 是湖泊、水库富营养化的发生浓度．美国EPA 建议总磷浓度0.05 mg /L，正磷酸盐浓度0.025 mg /L 是湖泊和水库磷浓度的上限。天然水体中的藻类进行光合作用，合成本身的原生质，临界的氮磷比按重量计为7：1，当氮、磷比小于7∶1 时，氮将限制藻类的增长，否则，磷则可认为是藻类增长的限制因素。 (2) 气象因素 在营养物质充分的条件下，光照强烈、水流缓慢、适合的水温最适宜藻类生长，其产生的污染有较强的空间差异性。 (3) 水生食物链失衡 从本质上来说，水体藻类暴发是水中营养物质过剩导致生物物种失衡的过程，是一个环境改变而导致的生物过程，要更多地从生物学的角度来考虑。自然水域中存在水生食物链，各能量层次的生物通过捕食关系而紧密联系，相互间的影响也更大。如果食浮游生物的鱼类数量减少或能力降低，将使水藻生长量超过消耗量，平衡被打破，发生富营养化。该理论说明营养负荷的增加不是导致营养化的

植物抗旱研究进展

植物抗旱性研究进展 摘要：本文主要总结了一些与植物抗旱相关的因素，比如叶片结构、小分子代谢物、激素以及抗旱相关的基因等，探讨植物抗旱研究的进展、存在问题及发展趋势。 关键词：抗旱叶片小分子代谢物植物激素抗旱基因 Abstract：This article mainly talks about the factors of drought-resistant, such as leaf structure, small molecule metabolites, phytohormone, and other drought-related genes and exploring the progress of the study, existing problems and developing trends. Key words: drought-resistant leaf small molecule metabolites phytohormone drought-related genes 干旱是一个长期存在的世界性难题，全球干旱半干旱地区约占陆地面积的35%，遍及世界60多个国家和地区。我国是一个干旱和半干旱面积很大的国家，干旱半干旱的面积约占国土面积的52. 5%，其中干旱地区占30.8%，半干旱地区占21.7%。而干旱胁迫造成农作物减产，给农业生产带来极大的经济损失。因而对植物抗旱性的研究就显得尤为重要。 1. 植物叶片与抗旱性 植物吸收的水分主要是通过叶片蒸腾作用散失到体外，因此叶片的结构以及生理特征对植物的抗旱有着重要的作用。不同的植物筛选出的抗旱性评价指标不尽相同，通常认为，叶片的角质层越厚，表皮层越发达，栅栏组织越厚且排列紧密，气孔密度大，栅栏组织/海绵组织厚度比值较大，叶片组织结构紧密，上表皮细胞较小者抗旱性较强[1][2]。肖冰雪等[3]对牧草叶片解剖结构与抗旱性关系研究中表明，“阿坝”硬秆仲彬草、“阿坝”垂穗披碱草旱生结构特点明显：角质层厚、气孔下陷、维管束导管发达，具有较强的抗旱能力。刘红茹等[4]对延安城区10种阔叶园林植物叶片结构及其抗旱性研究中表明10种植物叶片均具备抵抗干旱环境的解剖结构，表皮、角质层、栅栏组织、叶脉、维管束等较为发达，气孔主要分布在下表皮。另外，叶片的一些其它结构也与抗旱相关，比如泡状细胞在植物缺水时，发生萎蔫，叶片内卷成筒状以减少水分蒸腾作用[5]，发达的叶脉促进植物吸水率从而有利于植物贮藏水分[6]。

(整理)蓝藻爆发机理研究进展

蓝藻爆发机理研究进展摘要：湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,具有重要的生态和环境意义。对近20年来国内外对蓝藻的研究状况做一个总结，提出自己的一些看法。 湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生,并采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。蓝藻作为河湖水华中常见优势种群，引起的蓝藻事件是目前社会普遍关注的问题，例如太湖蓝藻暴发导致无锡无水喝的严重的“水危机”。不仅是太湖，全国各大湖泊都不同程度受到蓝藻污染，因此，人们开始关注蓝藻。对蓝藻的研究也取得一定进展，对近20年来国内对蓝藻的研究状况做一个总结，提出自己的一些看法。 所谓蓝藻是淡水湖泊中比较常见的一种浮游植物种类,在适宜的气象条件和营养盐浓度下,就会爆发性地生长,形成蓝藻水华“水华”是指内陆水域中一些浮游生物的暴发性繁殖引起水色异常的现象。形成蓝藻水华的藻类包括微囊藻、鱼腥藻、节球藻、鞘丝藻、颤藻和束丝藻等,有时直链硅藻也伴随蓝藻大量滋生[3]。 蓝藻水华的暴发是水体富营养化特征之一。目前水华发生的机理尚未被人们充分认识,多数蓝藻水华确切的诱发因子并不十分清楚[4]。但是人们探索的蓝藻水华的影响因素的脚步并没有因此停止。目前，探讨蓝藻爆发机制主要是从3个方面进行： 1）物理因素, 主要包括水深、温度、水温、水深、流速、水的动力特性、风向、风力、水体稳定性、光照和动力悬浮等。

2）化学因素, 主要有N、P浓度及氮磷比N/P、PH。

3）生物因素，包括浮游动物生物量、水生植物、水生动物等。但是各因素的影响作用的讨论没有得到统一。主要集中在： 1N、P 浓度及N/P的讨论 在研究蓝藻水华爆发机理时，对N和P这两个影响因素的研究比较多。文献[5]对1956-1999年武汉东湖水华进行监测，提到武汉东湖水中P的浓度达到最高值时（测点1为1.349 mg/l，测点2为0.757 mg/l）产生水华，而水华也随着P 浓度的降低而消退。宋亚莲等[6]根据藻类增长潜力试验和N、P等各有关因子相关性分析表明，光、温度对洪泽湖浮游植物都没有起限制性作用，不能构成洪泽湖的限制性因子。洪泽湖富营养化主导控制因子是P，其次是N。Chi-Yong Ahn 等[7]认为湖水的富营养化与P、叶绿素及浊度有关。而N是另一个主要的限制因子，但N的作用没有P作用大，但是高浓度的P并不总会导致富营养化,其它的抑制因素也起作用。这意味着，水体富营养化并不能认为即是水华。 但有学者曾提出微囊藻水华暴发与氮、磷等营养盐浓度并无直接关系[8],如陈宇炜[9]指出太湖微囊藻水华暴发虽与氮、磷等营养盐浓度值过高有关,但并没有显著的相关关系。吕晋等对武汉市15个浅水湖泊在不同水期的浮游植物进行调查，同时监测相应的环境因子指标，分析结果表明水温、水深、pH、浮游动物生物量是影响城市浅水小型湖泊蓝藻种类组成及分布的主要因子，同时绿藻生物量等对蓝藻组成分布也有一定的影响；由于武汉市浅水湖泊的高营养盐浓度，总磷及氮磷比不再是蓝藻生长的限制因子。 对于氮磷比，早在1983年Smith提出TN/TP<29易形成蓝藻水华的观点. 但这个观点受到许多质疑,然而也有的学者报道TN/TP可以达低到5～10。N/P<29只是蓝藻水华暴发的结果,而非原因.丰江帆等认为当湖水中的氮含量是磷含量的

飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金的蚀除机理

第26卷第9期强激光与粒子束V o l.26,N o.9 2014年9月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S S e p.,2014 飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金的蚀除机理* 唐一波1,陈冰2,陈志勇1,朱卫华1,李月华1,王新林1,2 (1.南华大学电气工程学院,湖南衡阳421001;2.南华大学机械工程学院,湖南衡阳421001) 摘要:结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光脉冲辐照B2结构镍钛合金时烧蚀阈值 附近的靶材蚀除机制,数值模拟了中心波长为800n m,脉宽为100f s,能量密度为25~50m J/c m2的激光与90 n m厚B2结构镍钛合金薄膜相互作用过程三确定了脉宽为100f s的脉冲激光与镍钛形状记忆合金相互作用 的烧蚀阈值,发现烧蚀阈值条件下,靶材的蚀除机制是单纯基于应力作用的机械破碎;烧蚀阈值附近,未蚀除靶 材受热影响发生无序化相变的区域较小,且随激光能量密度的降低而减小三提高激光功率密度,烧蚀同时呈现 热机械蚀除和机械破碎机制三 关键词:飞秒激光烧蚀; B2结构镍钛合金;双温模型;分子动力学模型 中图分类号:0437; T N249文献标志码: A d o i:10.11884/H P L P B201426.091025由功能材料制备的微纳器件及结构表现出来的优越性能及其诱人的应用前景,使得功能材料微纳器件制备成为近年来超快激光微细加工领域的研究热点[1-4]三镍钛合金因在不同温度下可实现不同微观相结构间的可逆性转换而具备形状记忆功能,被称为形状记忆功能材料,在国防二军事二航天航空二生物医学以及工业等领域有着广泛的应用,镍钛形状记忆合金制备的微纳器件在医学应用等领域更是起着无可替代的作用[5-6]三而镍钛形状记忆合金的加工具有其特殊性,传统的加工方法产生的热效应或应力易引起加工区域产生相变,从而会改变镍钛合金的特性,影响加工零件的性能三加工过程带来的性能改变在微细加工中的影响尤为重要三因此探索新的更实用的镍钛合金微细加工方法具有重要意义三飞秒激光加工的超高精度二超小热影响区域及加工材料范围广等特性,使得采用飞秒激光进行无相变二微纳加工具有不可替代的优势[7-8]三近年来,激光技术不断的取得进展,使得飞秒激光加工有望成为镍钛形状记忆合金微纳加工的有效且先进的手段[9-12]三开展飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金的数值模拟工作,探索不同激光参数条件下靶材的相变行为以及蚀除机制,进而为飞秒激光微纳二无相变加工提供理论基础和参数依据,对拓展镍钛合金的应用具有重大意义三L e o n i dV.Z h i g i l e i 等开展的分子动力学模拟工作总结得出,超快激光烧蚀金属时,热效应及烧蚀压力波共同作用导致靶材发生了蚀除,并提出机械破碎二裂散二液相爆炸等一系列靶材蚀除机制[13-14]三然而,更为详细的靶材蚀除机理以及微观蚀除现象还需进一步探讨三本文数值模拟并分析了飞秒激光与B2结构镍钛形状记忆合金靶材相互作用时,烧蚀阈值附近的靶材蚀除机理,给出了飞秒激光微纳二无相变加工镍钛形状记忆合金的参数区间三 1数值模拟方法 超快激光与金属靶材相互作用时,激光能量首先沉积到靶材电子,靶材电子被迅速加热至极高的温度,而晶格却仍处于相对 冷 的状态,导致了靶材电子与晶格之间的非热平衡三双温模型将靶材分为电子和晶格两个体系,分别计算电子二晶格体系的热传导,突破了传统热传导方程的局限,较为准确地描述了超快激光辐照下,金属靶材的非热平衡能量弛豫过程三而分子动力学通过求解靶材原子体系的牛顿力学方程组,追踪了靶材每一个原子的运动,详细地描述了靶材去除二相变等微观过程三结合双温模型的分子动力学方法,具备了双温模型和分子动力学的所有优点,是研究超快激光与金属材料相互作用最为常用的方法三 描述双温模型的双温方程为 C e?T e?t=??z(k e?T e?z)-g(T e-T l)+S(z,t) (1) C l?T l?t=-??z(k l?T l?z)+g(T e-T l) S(z,t)=I(t)(1-R)αe x p(-αz) *收稿日期:2013-12-10;修订日期:2014-04-17 基金项目:国家自然科学基金项目(11174119);南华大学重点学科建设资助项目(N H X K04) 作者简介:唐一波(1988 ),男,硕士研究生,主要从事超快激光与金属相互作用方面的研究;t y b19880810@s i n a.c o m.c n三 通信作者:王新林(1970 ),男,博士二教授,主要从事激光与光电子技术及应用方面的研究;w x l_l y000@y a h o o.c o m.c n三 091025-1