摘要
随着城镇化的发展，氮、磷等营养物质大量流入湖泊中加剧水体富营养化，导致蓝藻水华频发，对生态环境及人类饮用水安全造成威胁，因此，水华控制与治理迫在眉睫。利用植物分泌的化感物质抑制蓝藻近年来备受关注，然而化感物质投加到水体中容易被降解，制备化感物质缓释复合材料可有效解决该问题。本研究将化感物质负载到基底材料中制备缓释复合材料，根据水华爆发的不同阶段分别设计用于控制水体底泥藻孢子、水层上浮藻细胞及水面漂浮藻团的重质、悬浮和轻质复合材料。研究复合材料的性能及其对不产毒和产毒铜绿微囊藻的抑制效果，解析其作用机制，最后，评价材料的应用安全性及其用于景观水水华控制的潜力。 化感物质选取焦性没食子酸(PA)，采用共混浸渍法制备PA缓释复合材料，筛选PA/玉米芯生物炭、PA/水稻生物炭和PA/膨胀珍珠岩分别为重质、悬浮和轻质复合材料。表征结果发现，PA封闭了三种基材表面的微孔，且三种材料均具备良好的缓释性能，释放周期长达40d及以上。抑藻试验结果表明，PA/玉米芯生物炭对100mL初始藻密度为5×105cells/mL的两种藻EC50（7d)值分别为25.05和14.55mg/L，PA/水稻生物炭分别为169.17和131.60mg/L,PA/膨胀珍珠岩则为13.28和6.65mg/L。设计正交实验优化得到材料抑藻的适宜初始藻密度(5×105cells/mL)和制备参数(60℃、150r/min、8h)。 抑藻机制结果表明，三种复合材料暴露下，两种藻的呼吸速率明显加快，光合速率显著降低，藻细胞叶绿素a和藻胆蛋白含量均下降，细胞内超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)及过氧化氢酶(CAT)含量的变化表明微藻氧化损伤严重，且材料抑藻过程中不会引起藻毒素的释放及水中溶解性有机碳增加。PA/玉米芯生物炭抑制下藻细胞内Caspase-3酶和PS外翻均增加，因此材料诱导了细胞凋亡。转录组分析表明，PA/玉米芯生物炭作用下两种藻分别产生423和396个差异表达基因(DEGs),对DEGs分别进行GO注释和KEGG富集，发现DEGs所属分子功能、生物过程和细胞组分类别，且藻细胞ABC转运和氮代谢相关通路均改变，另外两种藻抵御胁迫时氮源利用和苯丙氨酸相关基因表达也不同。 此外，考察了三种材料对景观水模拟水华的控制效果，PA/玉米芯生物炭对景观水两种藻的抑制率分别达98.72％和98.69％，PA/水稻生物炭则分别为79.79％和61.90％,PA/膨胀珍珠岩的控藻率分别为97.23％和97.62％，相较于对照组的重度水华，复合材料能够有效控制景观水水华。大型溞急性毒性试验表明上述三种复合材料PA/玉米芯生物炭、PA/水稻生物炭和PA/膨胀珍珠岩对其属于低毒，且48h-EC50值分别为121.30、203.55和111.50mg/L。蜈蚣草毒性试验发现三种复合材料抑藻浓度下不会影响其生长。
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