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蓝藻水华机理是亟待解决的全球水环境基础问题,科学家对其进行了广泛的研究。孔繁翔和高光(2005)提出了蓝藻水华形成的四个阶段的理论假设,把温带浅水湖泊蓝藻水华的形成分为水华消亡越冬、复苏、生物量累积和优势确立、水华形成等几个连续而又相互区别的四个阶段。为了证实蓝藻水华阶段性的理论假设,从2003-2006年近3年的时间中,本论文自行设计了原位藻类复苏释放的收集器和原位藻类生长培养器等在太湖梅梁湾对太湖底泥表面蓝藻的原位蓝藻复苏释放量和藻类的原位生长量进行测定。同时,采取收集器的中水样,对其中微囊藻群体大小在显微镜下进行计数统计,以了解复苏释放的微囊藻群体大小的演变。与此同时,利用多参数水质监测仪对湖水的理化参数进行测定,主要研究温度与蓝藻复苏的定性定量关系。此外,本论文还在室内进行了低光下(光照强度为20001ux,光周期为12h:12h)不同温度(5、9、12、14、16、18及20℃)蓝藻复苏的模拟实验,确定蓝藻复苏的阈值温度,以及温度和蓝藻复苏量的定性定量关系。对太湖不同功能湖区的藻类演替进行监测,以跟踪蓝藻数量优势确立的过程及其空间的异质性。在蓝藻取得数量上的优势以后,我们在梅梁湾的中心位置设点研究风浪对于水华形成的作用,同步测定风速、波高、蓝藻的分层分布以及各种理化参数,以确定风浪对于蓝藻形成的作用阈值。
结果显示,蓝藻复苏阶段:蓝藻的复苏量太湖梅梁湾底泥中越冬蓝藻对于水柱中浮游蓝藻生物量的贡献比较小,没有形成显著的影响;微囊藻的群体大小经历由小到大的变化,但是小群体仍然是群体组成的主要部分;太湖梅梁湾越冬蓝藻生长的恢复和复苏主要跟温度有关。室内模拟条件下14℃蓝藻开始从底泥向水柱迁移,而自然条件下8℃就开始迁移;蓝藻的复苏量和它们所经历的积温呈显著的正线性相关关系。底泥蓝藻的复苏量相对于浮游蓝藻生长增加量的比例较小,没有明显的影响浮游蓝藻的数量,而且浮游动物对原位生长率整体上没有显著的作用。
优势确立阶段:蓝藻优势是一个逐步确立的时间过程,在蓝藻之前绿藻是优势种,在太湖中蓝藻的优势确立一般发生在6月份;底泥中蓝藻的复苏量是一个其辅助作用的生物量来源,主要的来源是水柱中的浮游蓝藻,蓝藻在6月份有一个较快的生物量增加的过程;在蓝藻确立优势的过程中,微囊藻的群体也发生由大到小的演变,>1000个细胞的群体只有优势确立后才会出现,大群体约占总群体组成的30%左右,群体的大小的演变可能是一种自我防卫行为;高温促进微囊藻的生长和优势确立。
蓝藻水华形成:微囊藻的群体的密度在取得优势以后小于湖水的密度,而且失去了浮力调节的能力;水华的形成不是生物量的突然增加,而是其生物量在风浪的作用下垂直迁移的结果:风浪对于水华的形成具有直接的驱动作用,当风速小于3m/s时,蓝藻的水华就会出现;营养盐对于水华的形成没有明显的作用,只是具有保持生物量的间接作用。
从本研究的实验结果可以看出蓝藻水华的形成具有明显的阶段性和连续性,我们主要研究了复苏、优势确立和水华形成等几个过程,而且每个过程的主导因子不同。在蓝藻复苏过程中,复苏释放量跟温度特别是积温具有密切的关系;生物量累积过程中,高温有利于水华蓝藻的优势确立;在水华形成时,是早已在水柱中确立优势的蓝藻生物量在风浪的作用下垂直迁移的结果。虽然温度和风浪时刻作用于湖泊生态系统,但是在不同阶段其作用有所不同。本研究初步论证了蓝藻水华形成的阶段性理论。此外,本研究认为要进一步研究蓝藻优势的确立,需从蓝藻在生态系统中综合的比较生态位出发,研究蓝藻和非蓝藻生态位的相对适合度。