4.7. 光合作用和量子產額

CO?添加導致低輻照度下產氧光合作用增加，如增加的Pα所示。這與ETR形成對比，在ETR中ETRα在對照組和CO?添加處理組之間沒有差異。Pα是低輻照度下光合效率的量度，而Pα增加，同時ETRα響應于CO?添加保持不變，可能表明CCM的下調。CCMs代謝成本高，特別是在低輻照度下，因為相當多的能量被分配給細胞內的CO?濃縮。

CCM下調將給細胞帶來能量優勢。這種效應在低輻照度下最為顯著，那里生長受能量限制，來自CCM下調的節省能量可用于生長。Pmax已被證明當限制性營養鹽增加時顯著增加。在本研究中，增加碳供應導致Pmax增加，這表明微藻存在碳限制。這導致高DIC/低pH下的微藻能夠比低DIC/高pH下生長的微藻每單位表面輻照度同化更多碳。單位細胞Chl-a減少被認為會導致Pmax減少，然而，在本研究中情況并非如此，盡管細胞Chl-a減少，但Pmax對CO?添加響應積極。這表明微藻響應于CO?添加發生了重大的生化和生理變化。

這些變化，如CCM下調，可以降低光合作用的能量成本，從而提高資源利用效率。增加的光合速率不一定反映在增加的生長速率中，因為光合作用的測量可能依賴于細胞的生理狀態。在本研究中，響應于CO?添加的光合作用增加導致在pH 8和pH 6.5時微藻生物量增加。然而，雖然Pα和Pmax在pH 8和pH 7之間沒有增加，但微藻生物量有所增加。這很可能反映了不同處理下微藻生理狀態和光合作用能量成本的差異。這些觀察結果與CO?介導的海洋酸化研究一致，在那些研究中，低CO?（pH 8.2）和高CO?（pH 7.7）處理之間的光合作用沒有顯著差異，但生長增加了。

Ek被認為是細胞維持光能捕獲和光合系統處理此能量能力之間平衡的最佳光強。Ek的增強使廢水微藻能夠利用更多光并在CO?添加下比對照組同化更多碳。量子產額是光合產物與吸收總光量子數的比例。由于光合速率在低光下與光子通量成正比，那么當光受限時量子產額將保持最大。具有較高a的微藻更可能具有較高的Φmax，從而導致光子轉化為生物量的效率高于具有較低a的微藻。Φmax響應于CO?添加而增加，表明光吸收和利用已變得更有效率。

雖然光吸收和利用（由光合參數定義）都對CO?添加響應良好，但增加DIC的影響無法與降低pH的影響區分開來。pH也可以獨立影響微藻的光合作用和生長。膜運輸過程、代謝功能和痕量金屬吸收在升高pH下可能發生改變并對生長產生負面影響。然而，在全尺寸HRAP中，DIC和pH將通過CO?添加共同變化，本研究的結果表明CO?添加對廢水微藻有益。

4.8. 在全尺寸HRAP中的應用

在全尺寸廢水HRAP中，晚春/夏季微藻的光吸收和光合潛力受到限制，認為CO?限制是一個促成因素。當前研究表明，在全尺寸廢水HRAP中添加CO?很可能改善微藻光吸收和光合作用，并將導致其生長和營養鹽同化增加。由于大多數目標物種的群體大小增加，使用重力沉降的可收獲性改善是全尺寸CO?添加的另一個可能結果。

雖然添加CO?至pH 8導致微藻光生理學和生物量生產相對于對照組顯著改善，但我們的研究表明，在測試的最高DIC/最低pH處理（pH 6.5）下可以實現最大的改善。然而，在全尺寸HRAP中，將池塘pH維持在6.5可能在經濟上不可行，因為很可能需要在HRAP周圍設置多個CO?匯和擴散器以維持DIC/pH水平。單個CO?匯/擴散器系統可占總資本成本的25%，而實現pH 6.5的增加成本可能不一定被足夠的微藻生物量所抵消。通過微藻生物量生產實現更高營養鹽回收的全尺寸CO?添加，用于廢水處理與生物燃料生產的成本效益耦合，將是未來研究的主題。

5. 結論

本研究證明添加CO?改善了微藻光生理學，導致微藻生物量增加。CO?添加使廢水微藻能夠提高光利用效率并同化更多無機碳。當培養物pH降至pH 8和pH 6.5時，增加幅度最大。在一天中，對CO?添加存在兩種不同的光生理學響應。在低輻照度下，產氧增加很可能是由于CCM下調導致的能量節約。在高輻照度下，產氧增加是電子傳遞和光合作用共同增強的結果。最高生物量產量在最高DIC/最低pH組合下實現，Chl-a生物量翻倍，有機物幾乎翻倍，而微藻生物體積在以M. bornhemiense為主的培養物中增加了660%，在以P. boryanum為主的培養物中增加了260%。增加的微藻生物量并未抵消對照組中氨揮發的減少，總體營養鹽去除在添加CO?的情況下低于不添加。然而，這很可能是HRAM設計的人為因素，導致非常高的氨揮發。

共同變化的CO?和pH影響了DIN去除，在最高DIC/最低pH下去除百分比增加，盡管單位微藻的營養鹽去除效率率未受影響。隨著DIC增加和pH降低，硝化/反硝化作用顯著減少。對共同變化的CO?和pH的生長和營養鹽吸收響應在兩種主要廢水微藻中顯著相似。大多數微藻物種的個體群體生物體積響應于共同變化的CO?和pH而變化。這對基于重力沉降的收獲器具有潛在影響，因為更大、更重的群體可能更容易沉降。在全尺寸廢水HRAP系統中，CO?添加可以增加營養鹽去除和微藻面積生產力。需要進一步進行全尺寸研究，以澄清光合作用的增強，以及最終生長的增加，是否達到足以抵消CO?添加的額外資本和運營成本的水平。