论文摘要
水体富营养化导致的蓝藻水华现象已成为一个全球面临的环境问题。蓝藻水华可破坏水环境生态平衡、造成工农业生产和居民生活用水困难，严重影响经济发展和居民生活。目前，治理蓝藻水华所采用的化学措施和生物措施分别存在着二次污染和见效慢、可控性差等弊端，越来越多的研究投入到见效快且相对环保的物理措施。低强度超声波控藻是近年来国内外较为关注的一种物理控藻方法，不存在高强度超声波耗能高、不安全等问题，具有很大的研究开发前景。本研究对低强度超声波不同设置条件下的作用效果、控藻机理、生态安全性及室外应用控藻等进行了相关试验研究，旨在为建立一种低价高效的蓝藻水华超声治理技术提供科学依据。室内试验选用常见水华蓝藻铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa），在不同作用条件下（藻生长时相、藻细胞浓度、水体pH、水温和二次超声）比较了低强度超声波对铜绿微囊藻的抑制效果，结果表明：藻细胞浓度和pH对超声抑藻效果无明显影响(p>0.05)，藻生长时相、水温和二次超声对抑藻效果有明显影响(p<0.05)。水温15℃、20℃和25℃时的超声抑藻效果好于30℃和35℃，40℃高温时，不论超声与否，藻细胞生长均明显受阻；低强度超声对延滞期、稳定期和衰退期铜绿微囊藻的抑制效果好于指数生长期铜绿微囊藻；二次超声可有效抑制残存藻细胞的繁殖，延长其种群恢复时间，稳定抑藻效果。同时，试验发现低强度超声波可显著降低铜绿微囊藻的光合放氧速率，试验组3d时藻细胞的光合放氧速率仅为同期对照组的70.55%（p<0.05），5d后略有升高。试验显示，低强度超声波作用对微囊藻细胞的叶绿素（Chla）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性及3种ATP酶（Na+K+-ATPase、Mg+-ATPase、Ca+-ATPase）活性也有显著影响。低强度超声作用5d后，藻细胞胞内Chla含量5d后由从初始的298.09mg/g下降为至175.95mg/g，降幅达到40.97%（p<0.05），而对照组与试验初始时无显著差异；超声组1d后的超氧化物歧化酶（藻细胞SOD）活性比对照组高出32.65%（p<0.05），2d和3d时两组SOD活性基本相当，但至第5d时超声组却比对照组低27.39%（p<0.05）；而超声组藻细胞过氧化氢酶的（CAT）活性最高时比同期对照组高3.5倍（p<0.01）；低强度超声对3种ATP酶（Na+K+-ATPase、Mg+-ATPase、Ca+-ATPase）活性也有较显著影响，试验组在超声作用1d时3种ATP酶活性值均达到最高，第3d至5d时则又出现持续缓慢下降趋势，但始终高于同期对照组和起始值；低强度超声作用也使藻细胞的膜透性显著增大，1d时比同期对照组高出64.81%(p<0.05)。透射电镜图片显示，超声对铜绿微囊藻的超微结构产生了显著性损伤，超声后的藻细胞由气囊组成的强透光区明显减少，类囊体片层由超声前的清晰可见逐渐变为紊乱模糊状态，5d时对细胞壁和细胞膜的破坏则发生了较为严重的质壁分离现象，拟核区表现出极为紊乱状态，细胞外部形态也出现了明显皱缩现象，但细胞依然保持完整性。水生生物安全性试验表明：持续8d的低强度超声波在有效抑制铜绿微囊藻生长的同时，对1种浮游动物（大型蚤，D magna）、2种水生植物（浮萍，Common duckweed；狐尾草，Alopecurus pratensis L）和3种水生动物（铜锈环棱螺，Bellamyaaeruginosa；克氏原螯虾，Procambarus clarkia；鲫鱼，crucian carp）的存活无明显影响，但对这些水生动植物的慢性影响还有待进一步研究。室外应用试验表明，试验进行10天后，超声覆盖区域水体透明度一直高于对照区域，表明超声覆盖区域藻类的生长受到了明显抑制，水体透明度随着藻类的不断清除而上升。低强度超声对Chla有较显著去除效果，超声覆盖区域的水体Chla浓度在试验实施期间（33d）均明显低于对照区域，试验结束时超声区域Chla浓度仅为对照区域的44.62%(p<0.05)。从试验第5天的第2次采样至试验结束，超声覆盖水域的TN、TP含量始终低于对照区域，与同期对照区域比较最低时分别仅为对照区域的14.46%(p<0.05)、44.59%(p<0.05)，说明低强度超声波作用也有利于降低水层TN、TP浓度。低强度超声波作用对水体浮游植物群落结构中的优势种类也有一定影响，试验中后期的栅藻、小球藻等优势种类比例有所升高，而微囊藻的比例下降最为显著。