湖泊水动力对蓝藻生长的影响.docx

湖泊水动力对蓝藻生长的影响 张毅敏，张永春，张龙江，高月香，赵颖 （国家环境保护总局南京环境科学研究所江苏南京21042） 摘要:对铜绿微澳藻的水动力模拟实验研究表明.流速和温度以 及昔养盐浓度对藻类生长有着密切影响，且可能存在一定的临界 流速•不同营养状态，临界值不同，在N：P为4.5: 1情况下推测临 界流速为0.5m/s.在N:P为27:1情况下推测临界流速0.3m/s.经太 湖湖泊水动力过程的野外实地观测风速在2.0—4m/s时.与水中 叶绿素a浓度呈负相关;当风速＞5m/s时.叶绿谈a浓度降幅最大， 并一直维持在该水平风力导致的水动力条件变化影响藻类的生 长和聚集状态水动力因索对蓝藻的生长及聚集有着较大形响. 关健词:湖泊水动力条件;流速:风速:钢绿微囊藻:水华 湖泊浮游生物的种群演替和数量变化，不仅受到湖泊环境温度、 光照的周期性及本身生长的生理生态状态的影响，而且受到水体 的水动力作用影响.在大型浅水湖泊中，水动力对浮游生物的数 量、分布的影响十分明显.太湖蓝藻水华的主要浮游生物种类为 微囊藻，有研究表明，随风漂移外来的微囊藻叶绿素a的浓度是 该水域内生长的微囊藻叶绿素a的5倍.太湖梅梁湾水动力作用过 程的研究也表明，当风与湖流状况变化时，浮游动物数量也随之 而变.水动力过程与理化因子是影响水体富营养化状态和水华的 暴发的重要因素，以往的水动力的研究多侧重在水质模型的建立 和计算，以及理化因子和生物因子的分析与研究，近来有些学者 开始关注水动力因素对于藻类生长的影响,为探讨不同水动力过 程对浮游植物数量变动以及对湖泊水环境的作用，进而揭示蓝藻 水华的成因，作者进行了湖泊水动力过程的实地观测和实验室的 模拟实验研究.1 实验室模拟1.1 材料与方法 利用自行研制的水动力模拟旋转试验装置，于205年7一8月，205 年10一12月在宜兴大浦镇进行实验.实验材料纯培养的铜绿微囊藻，取自中国科学院武汉水生生物研 究所，采用MA培养基培养，藻类浓度达到接种要求时，接种入实 验装置中.实验用水取自宜兴大浦镇林庄港河口的西太湖水.实验前先将湖水用3林m浮游生物网过滤，再用0.45um定性滤膜过滤，加入实验 装置内. 用去离子水补充蒸发的水量.实验装置采用自行研制的旋转式动态水力模拟装置（图1）. 由轴 承驱动装置中的底座，再由底座带动圆桶转动，桶内装有实验水， 水流速度由圆桶转速确定，这可由面板上的数字控制仪控制. 圆 桶直径为住6m,高0.55m转速范围0—150r/min,平均稳定流速范 围0—75m/s.温度范围（-10土0.5）〜（50士0.5）°C.光强范围0〜 5000lx.圏1変樹裝置示意FigJ Mechan祕m of the hydmdynami esdevice -1.2 实验方法实验分2个阶段(实验1和实验II)进行，分别设立8组实验组，其 中2组为静态对照组，每组设置2个平行.设计时考虑了藻类生长 的最佳光照条件(3300lx),最充分的营养盐水平以保证藻类能正 常生长‘实验方案设计见表1，测试参数:初始水质中pH值、叶绿素a、总氮(TN)、氨氮(N可一哪、 硝酸一亚硝酸盐、总磷(TP)、正磷酸盐、DO、0RP隔天测定浮游 植物种类和数量采用荷兰的scARLARsAN+型流动分析仪测定水质 化学指标;采用美国YSI6600型水质测定仪测定pH值、Do、oRP等 理化指标.采用72型分光光度计测定叶绿素a利用显微镜计数藻 类数量. 实验用水的初始(未投加藻类前)水质参数见表2.JTjble 1 Tic parameters of experimental jircups顶目组別娠*(nvs)心<10谢个砂1#0 103533002*0 3J33J3D0曲 1a输3d •33004#0 102S工J00实樂】0公25珅6.50S553MCK 1#0153SMCK甜02533000CK期Q25却(X)1(?CK440苗331X100 1570顼町:炉C.3025C.4D253000&实验n曲CJ.iriJ03DW1(/5#0.602530CM>诃6#0.752530001(/CK 1#025105CK筋02S30000注：冲"才实验理，容和鬥行」Mm,朮的側遨沛DXm漳卓釣M 2T5LEK 匚K柚掬対职爼一雷祝为2L比增长率是在某一时间间隔内藻类生长的速率声缅《戈2义，减赶，1）；式中为为某一时间间隔结束时的藻类现存量x1为某一时间间隔开始时的藻类现存量t2 — tl：为某一时间间隔的天数表2实费初拾水质申比指标I'ahk. 1. PhysicAJ and rherm商' indsi cf thr iwsiicr quality af t?ie begiiiring理冃TM'(nif/L)TT：刑如〕NrFMI； - zOR?(■V)ND；-NO；

0.5m/s组的藻类数量明显高于35C情况，且 先行达到最大值.说明藻类的生长适宜温度为25C在此温度下， 铜绿微囊藻类对营养盐的吸收有促进作用.在35确C高温下产急 剧下降，生长受阻u最大时，藻类易死亡沉淀.同一温度下，不同流速对于藻类生长的影响也不同，在实验I(N:P 4.5:1）中出现了当流速为0.5m/s时藻类在8—10d达到生长高峰， 其他实验组藻类的数量明显低于流速为0.5m/s组而在实验 11（N:P 27:1）中则发现在0.30m/s的流速条件下，4一6d后藻类增 长的数量最大，在藻类生长对数期，流速为o 0.3m/s的实验组藻 类的比增长率最大产为0.46d-1.低于0.50m/s或者高于0.30m/s 实验组的生长情况不佳从实验结果推测流速对藻类生长的影响 可能存在一定临界速度. 而本研究的2次实验在不同的氮、磷比条 件下出现了不同的数值，推测这个临界值可能与营养条件密切相 关.通常认为流速逐渐变小对藻类生长有利. 然而，在对流水的藻类 研究中发现，除嫌流水藻类外，急流水藻类和中流水藻类都可以 在流水中生长，水流对藻类的生长和繁殖是有利的，可使藻类不 断得到新的营养物质供应本实验中流速〈0.3m/s,适量的水动力 条件有利于改变铜绿微囊藻胶质群体的大小和微生态系，从而增 强其吸收营养物质的能力，还有利于实验装置中溶解氧的增加和 氧化还原电位的改变.当流速〉0.3m/s时，藻类数量的增长受到抑 制这是因为流速过大时. 水流的冲刷作用使藻类的生长、繁殖环 境受到破坏，有效地抑制藻类的增长和聚集.临界流速的研究对富营养化防治和控制水华发生有着重要的意 义. 由于不同种属藻类生长对环境因子的要求都不同，因此临界 流速在理论上是可能存在的，而且在实际监测中也得到初步证实 廖平安等认为增加水体流速确实可以抑制藻类生长，延缓水华发 生他的研究是基于自然水体的多种藻类，选用的流速为0.05m/s 和0.20m/s.与本研究推测0.30m/s〜0.50m/s的临界流速有所不 同，这主要由于本研究采用的是单一的铜绿微囊藻，而且实验条 件和初始的营养状态不同. 在水华的发展发生过程中，在生物学 上表现为几种优势藻类演替，因此把临界流速作为研究流速对单 一藻类生长影响的指标可能更有意义.尽管微囊藻在自然状态下主要以群体形态存在，但本次室内培养 中，微囊藻生长状况最好的实验组最多也仅形成十几个细胞的小 群体，难以堆积在表面，在水体中分布相对均匀，这可能由于室 内培养照度较小且均匀，单细胞和小群体可减少相互之间的光遮 蔽，使得微囊藻单细胞可利用更多的光能生长，使微囊藻单细胞 难以形成大群体.不过实验进行到5d左右，实验组中出现藻类死 亡，实验装置底部出现一定量褐色团块状物体（死亡的藻类）. 本 实验讨论蓝藻数量时，未将此计算在内.3 野外现场测试与结果分析2004年 9月与2005年8月在太湖梅梁湖进行定位观测，观测因子 包括气象因子及生物因子等采用美国YsI6600）型水质测定仪，原 位自动监测叶绿素a等水质参数，并进行统计分析，风速由手持 风向风速仪测定. 由于太湖为浅水型湖泊，风生流对湖泊水体流 态的影响很大，许多研究证实风力可导致湖泊水动力条件的改 变.经现场观测，不同风速条件下太湖梅梁湖不同深度（表层s层:离水面0.5m，底层B层离湖底0.5m，中层M层）的叶绿素浓度分布情况如图4所示槪4虛崗不同木层叶绿壽a陶风速变化趋势F谑 4 ChkrophyU 孙 n tr^dou with the c han容a of■wind speed m difftitm *ater kycf 価 I 和oe TsuhiirvauJKMsrt由图4可见，风速与水体中的叶绿素a浓度基本上成负相关.水中 叶绿素浓度随风速的增。