Влияние ветра и света на процесс плавания и погружения Microcystis.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 5655 (2022) Цитировать эту статью

920 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Вертикальная миграция и накопление колоний Microcystis является критическим процессом формирования цветения водорослей. В этой работе изучалось влияние ветра и интенсивности света на вертикальную миграцию колоний Microcystis. Ветровые течения, вызванные светом изменения массовой плотности колоний и влияние размера колонии были объединены для моделирования вертикального движения колоний с помощью Ansys Fluent и MATLAB. Результаты показали, что свет заставляет Microcystis проявлять феномен «дневного погружения и ночного плавания» (dn), однако ветер ослабляет это явление, образуя турбулентную силу сопротивления, которая препятствует вертикальному движению Microcystis. В этом исследовании предложен метод, основанный на кинетическом соотношении, согласно которому существует определенная равновесная турбулентная кинетическая энергия, и когда турбулентная кинетическая энергия водоема больше, чем равновесная турбулентная кинетическая энергия, явление dn не возникает. Для озера Тайху турбулентная кинетическая энергия ветра обычно превышает равновесную турбулентную кинетическую энергию. Следовательно, в колониях Microcystis феномен dn может не проявляться. Наши результаты обеспечивают новую теоретическую основу для современных моделей, основанных на процессах моделирования цветения водорослей в крупных мелких озерах.

Цветение водорослей, вызванное эвтрофикацией озер, представляет собой глобальную проблему для окружающей среды и здоровья человека, угрожая нашим запасам питьевой воды, а также экологической и экономической устойчивости наших пресноводных экосистем1. Microcystis обычно является доминирующим видом водорослей в эвтрофных озерах. Его сильная способность к вертикальной миграции позволяет Microcystis конкурировать лучше, чем другие водоросли, за свет и питательные вещества, занимая оптимизированное положение2. Озеро Тайху — третье по величине пресноводное озеро в Китае, его площадь составляет 2360 км2, и цветение водорослей оказывает серьезное воздействие на окружающую среду озера. В озере Тайху Microcystis составляет более 85% летней биомассы фитопланктона3. Таким образом, изучение вертикального движения Microcystis имеет важное значение для понимания его роста и борьбы с цветением водорослей. На плавание/погружение Microcystis в воде обычно влияют три фактора: массовая плотность популяции Microcystis4, ветровые течения5 и размер колонии Microcystis6.

Ибелингс и др.7 заметили, что изменения интенсивности света влияют на процессы фотосинтеза и дыхания Microcystis, что приводит к изменениям массовой плотности колоний. Сила плавучести меняется в зависимости от плотности массы, в результате чего Microcystis постепенно погружается в течение дня и всплывает ночью. Предыдущие исследования культивировали Microcystis aeruginosa8 и цианобактерии, выделенные из полевых условий9 в лаборатории. При различной интенсивности света измеряли давление расширения газовых пузырьков, массовую плотность, внутриклеточную углеводную массу и содержание белка. Очевидно, изменения массовой плотности Microcystis были обусловлены интенсивностью света. Основной причиной изменений массовой плотности было изменение внутриклеточной углеводной массы в клетках Microcystis в результате процессов фотосинтеза и дыхания. Виссер и др.10 определили взаимосвязь между скоростью изменения плотности Microcystis и изменениями фотонного излучения в лабораторных экспериментах и ​​предоставили важную информацию для моделирования феномена «дневного погружения и ночного плавания» (dn) культур Microcystis в Стоячая вода.

Ветровые течения изменили характер явления дн Microcystis в стоячей воде11. Джордж и др.12 предложили концепцию критической скорости ветра, и только когда фактическая скорость ветра ниже критической скорости ветра, Microcystis может всплывать на поверхность воды и опускаться в более глубокие слои наоборот13. Критическая скорость ветра наблюдалась в различных частях мира, таких как река Накдонг14, озеро Дианчи15, залив Миккислоу16, озеро Кинерет17, озеро Тайху18. Критическая скорость ветра была разной в каждом натурном исследовании.