Microcystis의 부유 및 가라 앉는 과정에 대한 바람과 빛의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 5655(2022) 이 기사 인용

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Microcystis 군집의 수직 이동과 축적은 조류 꽃 형성에 중요한 과정입니다. 이 연구는 Microcystis 식민지의 수직 이동에 대한 바람과 빛의 강도의 영향을 탐구했습니다. 바람에 의한 전류, 빛에 의한 군집 질량 밀도의 변화, 군집 크기의 효과를 결합하여 Ansys Fluent 및 MATLAB을 통해 군집의 수직 운동을 시뮬레이션했습니다. 연구 결과, 빛은 마이크로시스티스가 '낮에 가라앉고 밤에 뜨는'(dn) 현상을 나타내지만, 바람은 마이크로시스티스의 수직 이동을 방해하는 난류 항력을 형성하여 이 현상을 약화시키는 것으로 나타났습니다. 본 연구에서는 특정한 평형 난류 운동에너지가 존재하며, 수역의 난류 운동에너지가 평형 난류 운동에너지보다 클 때 dn 현상이 발생하지 않는다는 운동비 기반 방법을 제안하였다. 태호의 경우, 바람에 의한 난류 운동에너지는 일반적으로 평형 난류 운동에너지보다 큽니다. 따라서 Microcystis 콜로니는 dn 현상을 나타내지 않을 수 있습니다. 우리의 연구 결과는 크고 얕은 호수에서 조류 번성을 시뮬레이션하는 현재 프로세스 기반 모델에 대한 새로운 이론적 기초를 제공합니다.

호수 부영양화로 인한 조류 번식은 지구 환경 및 인간 건강 문제로 식수 공급과 담수 생태계의 생태학적, 경제적 지속가능성을 위협합니다1. Microcystis는 일반적으로 부영양화 호수에서 지배적인 조류 종이다. 강력한 수직 이동 능력을 통해 Microcystis는 최적화된 위치를 차지함으로써 빛과 영양분을 놓고 다른 조류보다 더 잘 경쟁할 수 있습니다2. 태호는 면적이 2360km2에 달하는 중국에서 세 번째로 큰 담수호이며, 녹조는 호수 환경에 심각한 영향을 미칩니다. Taihu 호수의 Microcystis는 여름 식물성 플랑크톤 바이오매스의 85% 이상을 차지합니다3. 따라서 Microcystis의 수직적 움직임을 연구하는 것은 Microcystis의 성장과 녹조 제거 처리를 이해하는 데 필수적입니다. Microcystis 개체군4, 바람에 의한 해류5 및 Microcystis 군체 크기6의 질량 밀도는 일반적으로 물 속에서 Microcystis가 떠다니거나 가라앉는 데 영향을 미치는 세 가지 요소입니다.

Ibelings et al.7은 빛 강도의 변화가 Microcystis의 광합성과 호흡 과정에 영향을 미쳐 군집의 질량 밀도에 변화를 가져온다는 사실을 발견했습니다. 부력은 질량 밀도에 따라 달라지며, 이로 인해 Microcystis는 낮 동안 점차적으로 가라앉고 밤에는 뜨게 됩니다. 이전 연구에서는 Microcystis aeruginosa8와 현장에서 정제된 남세균9을 실험실에서 배양했습니다. 다양한 광도에서 기낭 팽창 압력, 질량 밀도, 세포내 탄수화물 질량 및 단백질 함량을 테스트했습니다. 분명히 Microcystis의 질량 밀도의 변화는 빛의 강도에 의해 결정되었습니다. 질량 밀도의 변화에 ​​대한 주된 이유는 광합성 및 호흡 과정의 결과로 Microcystis 세포의 세포 내 탄수화물 질량의 변화였습니다. Visser et al.10은 실험실 실험에서 Microcystis의 밀도 변화율과 광자 방사조도 변화 사이의 관계를 확인했으며, Microcystis 배양의 '낮 가라앉음 및 밤 뜨기'(dn) 현상 시뮬레이션에 중요한 정보를 제공했습니다. 아직도 물.

바람에 의한 해류는 잔잔한 물에서 Microcystis의 dn 현상 패턴을 변화시켰습니다11. George 등12은 임계풍속의 개념을 제안했는데, 실제 풍속이 임계풍속보다 낮을 때만 Microcystis는 물 표면으로 떠오를 수 있고 그 반대로 더 깊은 층으로 가라앉을 수 있습니다13. 낙동강14, Dianchi 호수15, Mickeysloe Bay16, Kinneret 호수17, Taihu18 등 세계 여러 지역에서 임계 풍속이 관찰되었습니다. 임계풍속은 현장조사마다 달랐다.