Modifying the high rate algal pond light environment and its effects on light absorption and photosynthesis

修改高率藻塘的光環(huán)境及其對(duì)光吸收和光合作用的影響

來(lái)源：Water Research, Volume 70, 2015, Pages 86-96

《水研究》，第70卷，2015年，第86-96頁(yè)

 

摘要：

這篇論文研究了如何通過(guò)改變高率藻塘（HRAP）的操作參數(shù)（如塘深、水力停留時(shí)間HRT和光暗轉(zhuǎn)換率）來(lái)修改光環(huán)境，并探討這些變化對(duì)微藻光吸收和光合作用的影響。研究在秋季進(jìn)行，使用廢水處理HRAP，測(cè)量了光衰減、生物量、光吸收參數(shù)和光合作用效率。結(jié)果表明，光吸收受HRT影響顯著，而光合性能隨塘深增加和HRT減少而提高。增加光暗轉(zhuǎn)換率可以補(bǔ)償深層塘的光合作用效率損失，尤其在陰天條件下能增強(qiáng)凈氧氣生產(chǎn)。

 

研究目的：

研究目的是探討如何通過(guò)調(diào)整HRAP的塘深、HRT和光暗轉(zhuǎn)換率來(lái)優(yōu)化光環(huán)境，從而改善微藻的光吸收和光合作用效率，以提高廢水處理效率和藻類生產(chǎn)力。

 

研究思路：

研究思路基于在室外HRAP中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置不同塘深（200mm、300mm、400mm）和HRT（4天、6天、8天），測(cè)量微藻生物量、光衰減系數(shù)、光吸收特性以及光合作用參數(shù)。使用光合作用-輻照度曲線和模型模擬水柱凈氧氣生產(chǎn)。同時(shí)，通過(guò)定制循環(huán)裝置測(cè)試不同光暗轉(zhuǎn)換率對(duì)氧氣生產(chǎn)的影響，以評(píng)估光環(huán)境修改的效應(yīng)。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義：

1. 數(shù)據(jù)來(lái)自表1：測(cè)量了葉綠素a（Chl-a）生物量和有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)隨塘深和HRT的變化。例如，在200mm塘深、8天HRT時(shí)，Chl-a為3100±186 mg m?3。研究意義是量化生物量積累，顯示HRT對(duì)生物量有正向影響，為優(yōu)化HRAP操作提供依據(jù)。

 

2. 數(shù)據(jù)來(lái)自表2：測(cè)量了光衰減系數(shù)（Kd）、 euphotic區(qū)深度比例和混合光 exposure（Emix）。例如，Kd隨HRT增加而增加，在200mm塘深、8天HRT時(shí)Kd為32.0±1.1 m?1。研究意義是揭示光衰減與生物量關(guān)系，幫助理解光限制機(jī)制。

 

3. 數(shù)據(jù)來(lái)自圖2：測(cè)量了包效應(yīng)（Qa）與總?cè)~綠素a的關(guān)系，顯示Qa隨生物量增加而減少。研究意義是表明內(nèi)部自遮蔭效應(yīng)如何降低光吸收效率，指導(dǎo)改善光利用。

 

4. 數(shù)據(jù)來(lái)自表3：測(cè)量了光合作用參數(shù)（Pmax、α、Ek）在不同輻照度下的變化。例如，Pmax在400mm塘深、4天HRT、1100μmol photons m?2 s?1時(shí)為13.5±0.3 mg O? mg Chl-a?1 h?1。研究意義是評(píng)估光合效率，顯示深層塘和短HRT能增強(qiáng)光合作用。

 

5. 數(shù)據(jù)來(lái)自圖3、4、5：通過(guò)模型和實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)粞鯕馍a(chǎn)隨深度、HRT和轉(zhuǎn)換率的變化。例如，在陰天條件下，增加轉(zhuǎn)換率能提高氧氣生產(chǎn)。研究意義是驗(yàn)證光暗循環(huán)對(duì)光合作用的補(bǔ)償作用，為HRAP設(shè)計(jì)提供優(yōu)化策略。

 

 

 

結(jié)論：

1. 塘深和HRT對(duì)光吸收和光合性能有顯著影響，增加塘深和減少HRT能提高光合效率。

2. 增加光暗轉(zhuǎn)換率可以補(bǔ)償深層塘的光合作用損失，使深層HRAP在特定條件下與淺層HRAP效率相當(dāng)。

3. 研究結(jié)果為優(yōu)化HRAP設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，可通過(guò)調(diào)整操作參數(shù)來(lái)改善光利用和廢水處理效率。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義：

在研究中，使用丹麥Unisense的氧氣微傳感器測(cè)量溶解氧濃度，用于光合作用-輻照度曲線和凈氧氣生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。這種傳感器具有高靈敏度（檢測(cè)限低），能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣變化，提供準(zhǔn)確的光合作用速率數(shù)據(jù)。研究意義在于，Unisense電極的高精度測(cè)量允許捕獲光暗轉(zhuǎn)換過(guò)程中氧氣的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)，從而精確評(píng)估光合效率對(duì)操作參數(shù)的響應(yīng)。這有助于理解微藻在波動(dòng)光環(huán)境下的生理適應(yīng)，并為HRAP的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化提供可靠工具，最終提升廢水處理的可持續(xù)性和藻類生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。