多层营养盐协同作用的藻类生长模型研究

摘要

水体富营养化是普遍存在的生态问题。三峡水库于2003年6月正式蓄水，坝前水位保持在135m。成库后，水体由河流变为典型的河道型水库。过水断面增大，在上游流量不变情况下，流速自库尾至坝前逐渐减缓。当175m蓄水时，平均流速由2m/s降至0.25m/s甚至更低，水流对污染物的输移扩散能力下降，在同样的排污方式，相同的排污负荷下污染混合区必将加大。成库后，水流速度减缓，大量泥沙沉积，水质变清，透明度增高，冬季水温升高、雾日减少，水面日照时间增加，有利于水生植物特别是藻类的光合作用，导致藻类的生长繁殖，增加了三峡库区水体发生富营养化的可能性。由于水文条件的改变，水生生态系统结构、功能必然受到一定程度的影响。 随着长江三峡库区水体富营养化程度的日益加重以及支流水华的暴发，如何有效地防止和治理水华成为当今环境工作者关注的重要课题。其中，生态模型的建立是水华研究的重要方法之一。水华的发生、发展和消亡是生物、化学和水文气象等各因素综合作用的结果。自然水体中影响藻类生长最重要的营养盐包括氮和磷，为了能找到有效控制水体富营养化的方法，藻类生长和营养盐的关系一直是研究的焦点。 不同性态的营养盐在不同介质(层面)中会对藻类生长产生不同的影响，本文构建了同时考虑水环境中、藻细胞膜界面上和藻细胞膜内营养盐浓度，尤其营养盐在藻细胞界面吸附/脱附作用的藻类生长数值模型。通过数值计算进行了参数率定和验证，结果显示实验测试值与本模型计算值的平均相对误差小于6.90％，而且，本模型与未考虑营养盐吸附/脱附作用模型的最大绝对值累积相对误差分别为11.70％和34.18％．显然，本文提出的这种藻类生长模型与实测数据吻合更好，能够更准确、合理和真实地描述藻类生长状态与变化趋势．本模型反映出的细胞膜界面浓度，体现了藻细胞在光暗交替情况下吸收营养盐的变化，同时表达了藻细胞内部ATP浓度的变化状态，使外界营养盐浓度同藻细胞自身营养状态之间，也就是在微观和中观层次之间建立起具有理论指导意义的相互关联作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1水体富营养化污染现状

1.1.1富营养化的危害

1.1.2富营养化污染的防治

1.2藻类生长与水体富营养化

1.3藻类生长的营养因子

1.3.1碳和锌

1.3.2氮和磷

1.3.3其它营养元素

1.4课题的提出

1.5课题研究的主要内容

2多层营养盐协同作用的藻类生长模型的建立

2.1藻细胞生长模型的发展

2.1.1第一类模型

2.1.2第二类模型

2.2藻细胞的磷代谢

2.2.1藻类的磷需求

2.2.2藻类摄入营养盐的主要途径

2.2.3藻类细胞的摄磷途径

2.2.4藻细胞内的聚磷特性

2.3藻类的生长消亡过程

2.3.1藻类生长过程

2.3.2藻类消减过程

2.4藻细胞生长数值模型的构建

3多层营养盐藻类生长模型求解与验证

3.1数值动力学模型求解

3.1.1龙格-库塔(Runge-Kutta)法

3.1.2本文方程的龙格-库塔形式

3.2数值模型的参数率定

4模型计算结果与比较

4.1多层营养盐藻类协同生长模型的计算值与实测值比较

4.2应用未考虑多层营养盐的生长模型的计算值与实测值比较

4.3后续藻类培养实验的设计

4.3.1藻类的培养

4.3.2实验室中藻类培养实验测有关的营养盐方法：

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献

附 录