城市內河流藻類控制的研究

蘭國謙，劉建秋

（1.河北省環境保護產業協會，石家莊 050090；2.河北工業職業技術學院，石家莊 050090）

城市內河流藻類控制的研究

蘭國謙1，劉建秋2

（1.河北省環境保護產業協會，石家莊 050090；2.河北工業職業技術學院，石家莊 050090）

城市內河流藻類暴發會嚴重影響水體的水質。在闡述城市內河藻類控制必要性的基礎上，提出了采用生物活性物質控制藻類繁殖的設想，并確定了實驗研究路線和方法。通過初步實驗，確定了生物活性物質在控制藻類方面具有良好效果。

城市河流污染；藻類控制；生物活性物質

城市內的河流具備供水、生物保護與景觀等多種生態服務功能，其以社會、經濟與環境價值推動了城市的發展。但隨著城市的發展，大量生活污水、雨水、生活垃圾排入河流，導致水體富營養化嚴重，嚴重影響了河道及周圍的生態系統，導致河流生態系統逐漸退化[1]。近年來，由于水體富營養化導致藻類過量繁殖，造成水華的出現，成為了影響水域生態系統安全以及附近居民健康的主要因素[2]。不少國內外研究者認為，水華的突然消亡可能與感染溶藻菌有關。溶藻菌作為防治水華的有效微生物引起了越來越多的關注[3]。其中，溶藻活性物質的研究是溶藻菌研究的熱點[4]。

本文以石家莊市的民心河為研究對象，通過分離純化溶藻細菌，提取溶藻物質，研究溶藻機理，為藻類的控制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 藻種及溶藻菌

取民心河中富營養化的水體為研究對象，進行水華藍藻的分離培養，選用BG11培養基培養藻種，藻種在25℃、光照強度為2500lx及光暗比為12h : 12h條件下培養。溶藻菌以牛肉膏蛋白胨培養，置于4℃冷藏保存，使用前活化。

1.1.2 培養基

溶藻細菌的基本培養基[5]：NH4H2PO41g，MgSO4·7H2O 0.2g，葡萄糖 5g， NaCl 5g，K2HPO41g，蒸餾水1000mL。改良培養基：NH4H2PO41g，MgSO4·7H2O 0.2g，檸檬酸三鈉 0.5g，K2HPO41g，蒸餾水 1000mL。

藻類的培養采用BG11改良培養基：NaNO3150mg，K2HPO44mg，MgSO4·7H2O 7.5mg，CaCl2·2H2O 3.6mg，Na2SiO3·9H2O 5.8mg，檸檬酸0.6mg，檸檬酸鐵銨0.6mg，EDTA 0.1mg，Na2CO32mg，A5溶液0.1mL，蒸餾水99.9mL。A5溶液：H3BO3286mg，MnCl2·4H2O 181mg，ZnSO4·7H2O 22mg，CuSO4·5H2O 7.9mg，Na2MoO4·2H2O 3.9mg，蒸餾水100mL.

1.2 實驗方法

1.2.1 河流水質監測

測定指標有化學需氧量（COD）、五日生化需氧量

（BOD5）、總磷、總氮、懸浮物（SS）水質指標參照《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB/T18921-2002）標準對水質進行定級。

1.2.2 溶藻實驗

（1）溶藻細菌的分離和純化。采用對比實驗方法，第一組實驗是在基本培養基試驗的基礎上，分別每次減少基本培養基的一種成分，進行溶藻實驗比較；第二組實驗是把基本培養基中各成分按培養基中的量配成溶液，各組分別進行溶藻實驗比較。溶藻實驗中選取對數生長期的藻類，培養基與藻接入比例為1 : 10，每天定時取樣，測藻葉綠素a含量。

（2）溶藻細菌的檢測、篩選及篩選方法的優化。采集的水樣首先經0.8μm的纖維濾膜過濾，濾液再經0.22μm的纖維濾膜過濾，收集0.22μm的纖維濾膜。把收集的0.22μm的纖維濾膜剪成小份，分別投入到供試藻種中，對照組投入未經使用的0.22μm的纖維濾膜，培養1～2周，將對照組生長正常及實驗組黃化的藻液再轉接入新鮮的供試藻種中，仍有黃化現象的藻液作為分離溶藻細菌的材料。

對黃化藻液進行稀釋，制成10-3，10-4，10-5稀釋液。將已滅菌尚未凝固的固體培養基分別倒入培養皿內，待凝固后將不同稀釋度的菌懸液混勻，各吸取一定量置于相應編號的無菌培養皿內，涂布在平板上，倒置于30℃生化培養箱培養24h，在分離細菌的平板上挑取單菌落，再次采取劃線法，使菌種進一步純化，保存純培養菌株。純化菌株接種于培養基培養至對數期，收集細菌細胞并用生理鹽水洗滌3次制成目的菌。

（3）篩選菌株的鑒定和溶藻特性的研究。在改良培養基中培養12h的菌培養液，細菌濃度為5×108cfu/mL，分別取10mL接入到90mL的供試藻種中，對照組均加入10mL的改良基本培養基，觀察溶藻效果：取菌培養液10mL，5mL，1mL接入到90mL的銅綠微囊藻中，菌液接入量不足10mL的以改良基本培養基補足，對照組加入10mL的改良基本培養基，觀察溶藻效果。

2 結果

2.1 民心河水質監測

河流普遍存在水體水質超標，富營養化，藻類繁殖產生臭味，城市環境狀況令人擔憂。表1是水質監測結果，對照《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB/ T18921-2002）標準可知，COD、BOD5、總氮、懸浮物超標嚴重，水質屬于Ⅴ類水標準，為水體藻類繁殖創造了有利條件，藻類控制研究勢在必行。

表1 民心河水質指標分析表 （單位mg/L）

2.2 主要水華藻類的分離及鑒定

通過分離純化得到若干株藍藻，經鑒定有銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）、水華魚腥藻（Anabaena flosaguas）和聚球藻（Synechococcus sp1）。

2.3 菌種的篩選與培養

原準備通過藻類培養，提取其產生的活性物質，因此，從河水采集一定量的水樣，通過在容器中靜置沉淀，除去其中的雜質，然后篩選單一菌種，放在發酵液中進行培養。采取的條件是30℃條件下培養，光強4000lx，3d后提取上清液，用于銅綠微囊藻的抑制實驗，但效果不夠理想；將基礎培養基進行初步改良，培養后的溶藻細菌進行抑菌試驗，效果也不夠理想。分析原因可能是因為藻類本身產生的活性物質受到各種影響，因此在實驗室現有的培養條件下不能產生更多的活性物質所致。

2.4 采購活性物質進行溶藻實驗

基于水樣藻類自己不能很好地提取活性物質，故采購了蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus），以牛肉膏蛋白胨培養，基于4℃冷藏保存。使用前對其進行培養，其分泌的胞外活性物質對銅綠微囊藻進行控制實驗。

研究設計了6組試驗，即用活性物質加入后，經過連續培養6d，測定藻類的含量，由此確定抑藻效果。加入前后測定銅綠微囊藻的含量，采用的方法是丙酮法。即用丙酮提取葉綠素a，用葉綠素a的含量表示藻類的含量。分別測定殺藻效果，查看抑藻作用效果。經過實驗研究確定的6d前后數據對比見表2。

表2 蠟狀芽孢桿菌活性物質溶解銅綠微囊藻實驗結果

3 討論

3.1 城市內河流水質生物控制措施

城市內河流具有空間相對封閉、與外界的交換緩慢；水體人工化、生物種類少、生態系統脆弱；容易受到人類活動干擾，恢復困難等特點。對于藻類的繁殖，可以采取置換河水、人工打撈水面漂浮物、加大清淤力度、化學方法滅藻、投放魚苗吃藻和種植水體植物吸收營養物質等措施，生態修復作用顯著。

生態修復是指利用大自然的自我修復能力在適當的人工措施輔助下，恢復其原有的生態功能的過程。河流生物修復工程包括植物凈化工程、生物凈化工程、化學凈化處理和微生物技術運用等[6]。具體處理技術如下。

3.1.1 植物凈化工程

利用生態浮床技術，在水面上用泡沫塑料搭建浮床，種植經過專門篩選和培育的植物，如：美人蕉、水竹、空心菜、水稻、香蒲、水蔥、前屈菜、黃菖蒲、睡蓮，利用其發達的根系，有效地吸收和分解水體中的有毒物質，起到凈化水體的作用。

3.1.2 生物凈化工程

在河流沿岸建設生物--生態水質凈化設施，去除COD等化學物質和營養物質，減少藻類生長所需要的營養物質，通過控制食物減少藻類繁殖，保持良好水質[7]。

3.1.3 化學凈化處理

對于藻類等生物物質可以采取加入化學藥劑殺藻，或加入鐵鹽促進磷的沉淀，或加入石灰進行脫氮，減少營養物質或直接殺死微生物，控制藻類繁殖，保證水體穩定。

3.1.4 微生物技術運用

采用復合酶技術治污。在水底噴灑一種含有多種生物酶、非離子型表面活性劑、營養成分及蛋白質的濃縮液體，促進有機物在水體中的乳化和溶解，并刺激和加速微生物的生化反應。或利用微生物技術。在水體中投放經過培養和篩選的好氧、兼氧和厭氧微生物菌群，通過微生物的呼吸發酵，將有機物等容易造成水體黑臭的物質迅速分解為二氧化碳和水。

從以上分析可知，符合生態規律的生物控制技術是未來發展的方向，采用生物活性物質控制藻類是一項新的生物控制技術，必將得到很好的應用。

3.2 生物活性物質控制藻類的研究

化感作用在水生態系統中普遍存在，存在于植物之間以及植物和微生物之間，包括相互刺激作用和相互抑制作用。植物化感作用是通過向環境釋放化學物質而實現的，這些起作用的化學物質稱為化感物質。但是，由于自然條件各種因素的影響，如營養物質和光照的競爭、溫度和pH值的變化都會對水生植物的化感作用產生干擾[8]。

溶藻細菌的作用方式一般分為兩種：1）直接溶藻，即直接進攻宿主，其需要細菌與溶藻細胞直接接觸，甚至侵入藻細胞內；2）間接溶藻，即間接進攻宿主，主要包括細菌同藻競爭有限營養或細菌分泌胞外物質溶藻。其中，間接分泌胞外物質溶藻是溶藻細菌的主要作用方式。

細菌可以通過釋放特異性或非特異性的胞外物質，如：蛋白質、多肽、氨基酸、抗生素和羥胺等殺死藻細胞。常見的該類細菌有弧菌、假單胞菌、黃桿菌、交替單胞菌、假交替單胞菌等。

假交替單胞菌A28（Pseudoalteromona sp.A28）能產生細胞外大分子物質，殺死骨條藻，靠的是蛋白質活性物質溶藻，一旦加熱，蛋白質失去活性就會降低或失去溶藻作用。鞘氨醇單胞菌（Sphingomonas sp.）能夠分泌一種對微囊藻有強烈殺滅活性的多肽argimicin A物質，對綠色微囊藻（Microcystis viridis NIES-102）和銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）具有很強的殺藻活力。弧菌屬等細菌能產生具有殺藻作用的生物活性物質氨基酸，能控制顫藻（Oscillatoria amphibian NIES-361）的繁殖。銅綠假單胞菌能釋放低分子質量、熱抗性物質，對綠藻和藍藻的生長有強烈的抑制作用。硝化細菌通過氧化銨或其他還原性的氮化合物釋放的羥胺含氮化合物能抑制小球藻。另外，假交替單胞菌可分泌細胞外物質溶藻，葡萄球菌、芽孢桿菌、節球桿菌均可釋放出某種物質溶藻[9]。

4 結論

實驗表明，加入活性物質的試管培養液的顏色相對透明清澈，銅綠微囊藻出現明顯的色素減褪，部分細胞出現嚴重的破碎現象，部分細胞出現抱團現象；加入量對溶解藻類影響較大，通過實驗表明，保持活性物質濃度在25mg/kg左右效果最佳。而對照組液體逐漸變綠，銅綠微囊藻的生長沒有受到任何抑制。

該實驗表明：微生物活性物質對藻類有很好的控制效果，最大抑制率達到85%以上。但藻類控制的條件還需要進一步實驗研究確定。

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Study on Alga Control in Inner Rivers of Cities

LAN Guo-qian, LIU Jian-qiu
(1. Hebei Association of Environmental Protection Industry, Shijiazhuang 050090, China; 2. Hebei Institute of Industry Vocational Technology, Shijiazhuang 050090, China)

Based on the necessity of alga control in inner rivers of the cities, the paper puts forward the considerations in adopting bio-active compounds to control alga proliferation and confirm the experimental research route and methods. Through the primary experiments, the paper confirms the good effects of bio-active compounds in controlling alga.

river pollution of city; alga control; bio-active compound

X524

A

1006-5377（2015）12-0043-04