巢湖夏秋季浮游植物叶绿素a及蓝藻水华影响因素分析

摘要

摘要

巢湖是重要的淡水资源和具有重要功能的生态系统，但富营养化问题严重，水体中充足的营养盐会造成浮游藻类的大量繁殖，严重时能引起―水华‖的发生。叶绿素a是浮游植物现存量的重要指标,是研究水体富营养化的主要手段和指标。因此, 叶绿素a 常作为湖泊富营养化调查的一个主要参数。

本研究在巢湖确定了23 个采样点，分别在2007年的6、7、8、9、10月份进行采样调查。主要测定了水温、pH、溶解氧等物理指标；总氮、总磷、活性磷等化学指标；对浮游植物的种类组成、叶绿素浓度进行了测定和分析，并结合环境因子，探讨了巢湖蓝藻表面水华形成的环境条件。结果表明：

1、TN和TP变化范围分别在0.4～3.44mg/L、0.016～0.662mg/L之间，东西湖区水质状况明显不同，西部湖区比东部湖区水质更为严重。巢湖的西部湖区水体中溶解性磷已经达到0.011－0.41mg/L，推测在西半湖氮、磷可能已经不再是藻类生长的主要限制因子。

2、研究期间，总藻类叶绿素最大值(30.27μg/L)出现在6月，最小值(16.29 μg/L)出现在10月。绿藻和硅藻的生物量最大值出现在7月，与之相反蓝藻的最小值出现在7月份。蓝藻为最重要的藻类类群(平均值占总藻类生物量的63.36%)，在夏季和秋季占优势；其次为隐藻(平均值占16%)；绿藻(年平均值占15.2%)在仲夏7月较为丰富。相关性分析结果表明，两湖区的藻类生长均与磷元素和pH显著相关。叶绿素a含量与TN浓度的关系存在空间差异。西半湖叶绿素含量与总氮显著正相关，与电导率、DO呈正相关，与温度无关。东半湖叶绿素含量与DO和pH显著正相关，与水温、总氮呈正相关；全湖叶绿素含量与温度、DO、电导率、总磷、总氮等显著相关。各种生态因子对叶绿素a含量有着直接和间接的影响，不同湖区各影响因子所起的作用不同。巢湖水体中的叶绿素a和众多环境因子表现出多元相关性，表明水体中浮游植物的生长繁殖是众多水质因子综合作用的结果。

3、藻类相关性分析显示，蓝藻与绿藻、硅藻的含量之间存在呈显著的负相关性，与总叶绿素a含量之间存在呈显著的相关性。一般情况下，在同一垂直深度，当蓝藻叶绿素浓度达到一定值(40μgChlA/l左右)时，绿藻和硅藻的生物量近乎为零，蓝藻占有绝对优势；当蓝藻叶绿素浓度低于一定值(30μgChlA/l左右)时，绿藻和硅藻出现一定的生物量。研究期间，巢湖浮游植物无分层现象。研究结果显示，在蓝藻水华大

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面积发生前后，叶绿素的浓度维持在一个较高的水平（>10mg/m3），暗示着水体中已经存在较大的藻类生物量，有再次大面积形成水华的能力，推测蓝藻表面水华形成只是水体中已经存在大量蓝藻的结果，而并非蓝藻量突然增多的标志。

4、水温、光照和营养盐浓度等是控制浮游植物种类季节动态的几个关键因素。国内外许多研究表明，水文气象因子对湖泊富营养化和蓝藻水华暴发具有很重要的驱动作用。初步认为巢湖蓝藻暴发的气象条件包括以下三个方面：1、气温适宜(22~30℃) 2、风速较小；3、中等强度日照。巢湖蓝藻水华以中轻度暴发为主，主要出现在5－11月，其中秋季最易暴发，西半湖蓝藻暴发频次多于东半湖。研究表明，当前巢湖的水体中氮磷等营养物质已经具备了蓝藻大量繁殖的条件，我们推测如果蓝藻越冬及春季复苏情况正常，在水文气象因素适宜的情况下，会有大面积暴发的可能。

关键词: 巢湖叶绿素a浓度浮游植物蓝藻水华富营养化

ABSTRACT

ABSTRACT

Lake Chaohu is a kind of important fresh water resources, which undertake some crucial ecological functions. But eutrophication of the lake water has been very serious.Excessive nutrients in eutrophic water may make phytoplanktons propagate and water quality worsen, sometimes even arise algae bloom. Chlorophyll a is an important means and index for researching and evaluating eutrophication. Therefore, chlorophyll a often as one of the main parameters in survey of the lake eutrophication.

There are 23 sampling sites in Lake Chaohu,8 sampling sites in the western part of the lake,15 sampling sites in the eastern part. Carried on researches at 6, 7, 9，10 of 2007 respectively. Determined physical indexes such as water temperature(WT), PH, dissolved oxygen (DO) and chemical indexes for instance total nitrogens (TN), total phosphorus (TP), orthophosphate(P04-P); appraised phytoplankton species complexity and chlorophyll concentration. The result demonstrated that：

1.The TN and TP concentrations change from 0.4 mg/L to 3.44mg/L,and 0.016 mg/L to 0.662mg/L, TN and TP concentrations were higher in the western than in the eastern areas. The soluble phosphorus concentrations of the western areas achieved

0.011-0.41mg/L already. We extrapolated that phosphorus was possibly not the dominant nutrient,which limits the growth of algae in the western areas of Lake Chaohu.

2.On the average of the whole lake, total algal biomass reached the maximum in June (30.27μg/L)and the minimum in October (16.29 μg/L). Chlorophyta and Bacillariophyta biomass reached the maximum in July，the Cyanobacterial biomass reached the minimum in July by contraries.In terms of annual mean biomass, cyanobacteria comprised 6

3.36% of total algal biomass, followed by Cryptophyta (16%) and Chlorophyta (15.2%). Through relevant analysis，it was found that the growth of algae had significant correlation with phosphorus element and pH.The relationships between Chl-a content and TN concentrations were different in the different monitoring zones. In the western part of the lake, there was significant correlation between chlorophyll-a concentration and TN concentration,and correlation between total chlorophyll-a concentration and conductance and dissolved oxygen (DO),and no

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correlation between chlorophyll-a concentration and water temperature.In the eastern part of the lake, there was significant correlation between chlorophyll-a concentration and dissolved oxygen (DO) and pH,and correlation between chlorophyll-a concentration and TN concentration and water temperature. chlorophyll-a concentration had significant correlation with temperature, DO, conductivity, TP and TN.Ecological factors had significant impact on the concentrations of chlorophyll-a directly and indirectly. However, the main factors were different in different regions of Lake Chaohu. Chlorophyll-a can be regressed linearly to these factors，which suggested that the growth and development of phytoplankton in Chaohu lake is the overal1 effects of these factors.

3.There was significant negative correlation between cyanobacterial biomass and Chlorophyta and Bacillariophyta,and significant correlation with chlorophyll https://www.360docs.net/doc/6c2528785.html,monly, in identical depth when Cyanobacterial chlorophyll concentration achieves a value (about 40 μg ChlA/L), Chlorophyta and Bacillariophyta biomass approach zero. When Cyanobacterial chlorophyll concentration is lower than a value (about 30μg ChlA/L), Chlorophyta and Bacillariophyta present. Anyway, Phytoplankton in summer and autumn has not have obvious difference with the change of depth. During research, Phytoplankton of Lake Chaohu was non-stratification .The result demonstrated that around the cyanobacteria blooms occurs in big area the concentration of chlorophyll-a still maintains at a high level（>10mg/m3）,It is suggested that there was a lot of algal biomass in the water already,and it may have the ability to form the Cyanobacterial blooms in big area once more .We considered that the outbreak of a bloom in short time is just the result of large volume of algal biomass.In fact，the cyanobacteria blooms is not the symbol of algal biomass increased suddenly.

4.Water temperature, light condition and nutrient concentrations might be the key factors a ffecting seasonal dynamics of algal species and biomass. Many studies show that hydrological and meteorologic factors exert profound influence on the lake entrophication and algae bloom. We think initially that it including the following three meteorological condition factors about Cyanobacterial blooms in Lake Chaohu:1. Suitable temperature(22~30℃)2. Breeze 3. Medium intensity sunshine.The Lake Chaohu Cyanobacterial blooms mildly, mainly appears in May to November, the autumn is

ABSTRACT

easiest to break out, the frequency were higher in the western than in the eastern areas.It is shown that nourishment concentration of Lake Chaohu had already met the blue-green alga massive reproduction requirement presently.We concluded that if the cyanobacteria survives in winter and recruitment in spring well,the hydrological and meteorological condition would cause the cyanobacteria to float up to the water surface and then form the water bloom in big area .

Key wards: Lake Chaohu, chlorophyll-a concentration, Phytoplankton, Cyanobacterial blooms ,Eutrophication .

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目录

摘要 ................................................................................................................................... I ABSTRACT ...................................................................................................................... III 目录 ................................................................................................................................ VI 第一章引言 .. (1)

1.1湖泊富营养化概述 (1)

1.1.1湖泊富营养化问题 (1)

1.1.2湖泊富营养化成因 (1)

1.1.3 湖泊富营养化的危害 (5)

1.1.4 水体富营养化的防治措施 (6)

1.2巢湖富营养化研究概况 (7)

1.3 水体叶绿素a (8)

1.4蓝藻优势形成原因及蓝藻水华影响因素分析 (9)

1.4.1蓝藻优势形成原因 (9)

1.4.2影响蓝藻水华形成因素分析 (11)

1.5研究价值和意义 (13)

1.6研究内容 (14)

第二章材料与方法 (15)

2.1采样点的选择 (15)

2.2采样准备 (15)

2.3水样采集时间 (16)

2.4水样的采集与保存 (16)

2.5水质指标监测 (16)

2.5.1水温、电导率、溶解氧的测定 (16)

2.5.2总氮的测定(过硫酸钾氧化紫外分光光度法) (17)

2.5.3总磷、活性磷的测定(钼锑抗分光光度法) (18)

2.5.4叶绿素a的测定（测藻仪测定） (20)

2.6数据处理 (21)

第三章结果与分析 (22)

目录

3.1夏秋季巢湖水体物理、化学特征 (22)

3.1.1水深 (22)

3.1.2水温 (22)

3.1.3 pH (22)

3.1.4电导率 (22)

3.1.5 DO (22)

3.1.6总磷 (24)

3.1.7活性磷 (24)

3.1.8总氮 (24)

3.2巢湖夏秋季叶绿素a的分布特征比较 (27)

3.3.1各种生态因子与藻类叶绿素a的相关性分析 (29)

3.3.2东、西湖区各理化因子与叶绿素a的相关性分析 (30)

3.3.3藻类间的相关性分析 (31)

3.4巢湖夏秋季四种浮游植物的组成和变化情况 (31)

3.5巢湖夏秋季蓝藻水华形成情况 (35)

第四章讨论 (44)

4.1巢湖夏秋季叶绿素a浓度变化影响因素探讨 (44)

4.2巢湖夏秋季蓝藻水华形成的规律探讨 (46)

4.3主要气象因素对蓝藻水华形成的影响 (48)

第五章结论 (51)

参考文献 (53)

攻读硕士学位期间发表的学术论文 (57)

致谢 (58)

第一章引言

第一章引言

1.1湖泊富营养化概述

1.1.1湖泊富营养化问题

湖泊是人类重要的淡水资源和具有重要功能的生态系统，虽然淡水和咸水湖泊只占地球上所有水资源总量的不到0.02%，但却是世界上许多地区最重要的水资源。近年来随着经济的快速增长和人口的迅猛增加，使得湖泊污染情况严重。许多大型湖泊的地理位置处于经济核心区和城市密集区，这些地区的快速发展加重了湖泊的富营养化负荷。而湖泊水质的严重恶化又给沿湖城镇的经济发展带来很大影响，湖泊的富营养化已成为制约汇水区经济、社会可持续发展的―瓶颈‖。全面加强富营养化湖泊的水质改善解决环境保护与经济发展的矛盾将成为人们日益关注的热点。

据联合国环境规划署(UNEP)的一项调查表明，在全球范围30%－40%的湖泊、水库存在不同程度的富营养化影响[1]，并且有逐年加重的趋势。就全球范围看，欧洲和北美大多数内陆淡水水体都已处于或将处于富营养化，亚洲湖泊污染比欧洲湖泊严重，在人口密集，经济发达的地区尤为严重。水体富营养化已经成为全球关注的重大环境问题之一。

近二十年来，我国湖泊富营养化污染状况发展也相当迅速。几乎所有的城郊湖泊都存在着严重的富营养化现象。如武汉东湖、济南大明湖等均达到严重富营养化程度。有调查结果表明，目前全国85%的湖泊呈富营养化状态。根据《2005年中国环境状况公报》[2]，18个国控重点湖泊中，满足Ⅱ类水质的湖泊1个，占6%；Ⅲ类水质的湖泊2个，占11%；Ⅳ水质的湖泊2个，占11%；Ⅴ类水质的湖泊4个，占22%；劣Ⅴ类水质湖泊9个，占50%。其中，太湖、滇池和巢湖水质均为劣Ⅴ类。主要污染指标为总氮和总磷。其中滇池草海为重度富营养状态，太湖和巢湖为中度富营养状态，其它大型淡水湖泊中，洱海和鄱阳湖属中营养状态；南四湖和洪泽湖为轻度富营养；博斯腾湖、镜泊湖、洞庭湖、达赉湖4个湖泊为中度富营养状态。2005年，监测统计的5个城市内湖中水质均较差，昆明湖和西湖处于轻度富营养状态，玄武湖、东湖和大明湖处于中度富营养状态，主要污染指标是总氮和总磷。

1.1.2湖泊富营养化成因

1、内源因素

(1)湖泊自身的必要成长阶段

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湖泊有其自身的形成、发育、衰老和消亡的演化过程。湖泊在形成的初始阶段处于贫营养状态，生产力较低，水体中营养物质含量很少，DO丰富，透明度良好。随着湖泊水体与外界不断进行物质交换，营养物质除了被水生生物吸收和湖水流动带走外，其余部分蓄积于湖泊水体中，使得生物生产力随之提高，造成大量生物的繁殖，残体也随之沉积湖底。营养物质不断被湖泊吸纳、蓄积，久而久之，湖泊渐渐的由贫营养向富营养状态过渡。直到湖泊最后消亡。但在自然状态下，这种演化过程及其缓慢。由于现代社会认为因素的影响大大加快了这种演化过程的速度。

(2)底泥富积

由于湖内无机和有机物颗粒以及水生生物残体和排泄物的沉降，导致底泥中富积了丰富的营养物。在湖泊入湖营养盐负荷量减少或完全截污后这些营养物可从底泥中逐步释放进入水体，增加了湖泊的营养负荷。因此，含有丰富营养物的底泥是湖泊内源性污染源之一。由于湖泊沉积物中营养盐内负荷的存在和释放，尤其富营养化程度曾经很严重的湖泊，即使外源受到控制，湖泊仍然可以持续富营养化。彭俊杰等[2]将湖泊水体的富营养化状况与湖泊营养状况分级标准进行对照认为，湖水的富营养化状况同底质营养盐含量有一定的相关性，一般富营养化严重的湖泊，其沉积物中营养盐含量也高。有研究发现，杭州西湖内源污染负荷已经达到外来污染负荷的4l%；安徽巢湖内源污染负荷是外来负荷的2l%；而云南滇池中80%的氮和90%的磷都分布在底泥中。河流和湖泊底泥污染物的释出，类似于非点源污染，释放面积大，释放时间、途径和释放量具有不确定性[3]。国内外众多的湖泊究人员对底质中氮、磷元素的释放规律作了深入的研究，影响其释放的因素主要为pH、温度、溶解氧、扰动状况等[4]。许多浅水湖泊都具有旅游娱乐功能，除自然的风力外，游船的扰动也会加速沉积物的再悬浮，从而导致更多的营养盐从底泥释放到水层。

2. 外源因素：点源及非点源污染物的输入

湖泊的外源营养物质主要来自两个方面：点源和非点源(见表1-1)。

(1)点源

点源主要指通过排放口或管道排放污染物的污染源。主要的点源包括沿湖及流域城镇的生活污水和工业污染源排放以及污水处理厂的出水。关于点源污染可以通过在污染源排放口设置净化装置来控制。

巢湖流域2005年废水点源排放量为3.2亿吨，其中生活废水排放量为2.4亿吨，工

第一章引言

业废水排放量为0.8亿吨。有调查显示，目前巢湖的富营养化发生最严重的区域在点源集中排放的合肥市和巢湖市附近。点源加重了巢湖的富营养化程度。

(2)非点源

非点源是相对点源而言的，是指时空上无法定点监测的、与各种环境条件和人类活动密切相关的、可随时随地发生的直接对环境构成污染的污染物来源，也称为面源。非点源污染来源归纳起来一般包括12个方面[5]: 土壤的侵蚀和流失；农用化学制品的应用；城镇地表径流；农田污水灌溉；矿区、建筑工地径流；大气干、湿沉降；林区地表径流；旅游污染；水体人工养殖；农村生活污水；分散形式畜牧业养殖废水；底泥二次污染。其中农业活动是非点源水质问题的最主要原因。

非点污染源没有固定的发生地, 可在地表任何地点发生, 由于信息不对称和高度不确定性的存在，非点源污染具有分散性、隐蔽性、随机性、不易监测、难以量化等特征，使得对其研究和管制具有较大的难度[3]。非点源污染源产生的污染物不能像点源那样采取排放口排放由管道输送集中处理的方法控制。因此，与点源污染相比，非点源控制难度更大。非点源目前已成为水环境的第一大污染源或首要污染源。自上个世纪70年代被提出和证实以来，非点源污染对水体污染所占比重随着对点源污染的大力治理呈大幅度上升趋势。研究表明, 即使点源水污染得到全部控制, 河流、湖泊及水库等地表水水质达标率也仅为42%~ 65% [5]。

研究表明，流域土地利用结构和土地利用类型等均对非点源污染具有重要影响[6]。目前,巢湖流域土地利用类型主要有农业用地、城镇用地、河湖水体、森林用地、道路用地,以及滩涂荒地等。有研究结果显示，巢湖流域农业非点源已成为巢湖富营养化氮、磷营养元素的主要来源[7]。巢湖流域从事农业人口多，土地资源紧张，坡地垦植与毁林开荒使森林覆盖率下降导致流域水土流失严重。此外，巢湖流域农业生产几乎完全依赖于化肥，由于化肥不合理使用、农药使用不当造成的非点源污染使得巢湖湖体氮磷污染物大幅增加。汇水区化肥施用量已由20世纪60年代的75kg/hm2，增加到80年代的750kg/hm2，90年代后化肥使用量又有明显增长。但化肥利用效率不高，一般仅有30%~35%，大量未被利用的养分通过降雨径流、淋溶和农田灌溉回归水等方式汇入湖泊之中，成为巢湖富营养化加快的主要原因之一。目前整个巢湖流域化肥施用量已达5×105t/a[8]。据统计，每年滞留于湖内的氮约14961吨、磷约219.8吨，在湖泊生态系统内循环转化，为浮游植物生长提供了丰富营养源，导

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致藻类―疯长‖，―水华‖频繁发生，水体呈现富营养化状况。阎伍玖等[9]通过对巢湖区域主要环境问题的溯源分析，认为非点源污染已经成为巢湖水体富营养化的主要原因。

表1-1 湖泊、水库污染源分类

Table 1-1 source of pollution classification in Lake and reservoir

序号污染源类型污染物来源

1外源污染源点源

工业废水

城镇生活污水

固体废物处理场

面源

城镇地表径流

农牧区地表径流

矿区地表径流

大气降尘

大气降水

水面养殖投饵

水面娱乐活动废弃物

水土流失及土地侵蚀

2内源污染源底泥及沉积物

注:资料来源于文献[10]

3 食物链理论

还有一种导致富营养化形成的理论是食物链理论[11]这是由荷兰科学家马丁·肖顿于1997年6月在―磷酸盐技术研讨会‖上提出的。该理论认为，自然水域中存在水生食物链。如果浮游生物的数量减少或捕食能力降低，将使水藻生长量超过消耗量，平衡被打破，发生富营养化。该理论说明营养负荷的增加不是导致富营养化的唯一原因。但从目前我国水体的富营养化状况来看，富营养化产生的原因通常不用这种理论来解释。

与水华暴发有关的诸因素可分为基本条件和辅助条件。正面影响的基本条件是营养盐和光合作用等，而浮游动物的摄食压力和藻自身的死亡率是水华暴发的负面

第一章引言

的基本条件。正、负两方面的影响因素构成了水华发生的必要条件。而其他的条件例如盐度、维生素或铁等只是起到强化或抑制作用的辅助条件，它们并不直接决定水华暴发与否[12]。

1.1.3 湖泊富营养化的危害

(1)降低水体透明度

天然水体中的藻类本来以硅藻、绿藻为主，随着富营养化的发展，最后变成以蓝藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，在水面覆盖蓝藻的现象，在湖泊中称为水华[13]，它们漂浮在水面导致湖水透明度降低水质变得浑浊。

(2)消耗水体的溶解氧

由于湖面表层密集的藻类使得阳光难以透射进入湖泊深层，所以深层水体的光合作用大大减弱，溶解氧的来源随之减少。此外，死亡的藻类不断向湖底沉积，腐烂分解加重了对溶解氧的消耗，严重时使湖水呈厌氧状态，导致好氧生物无法生存。这种厌氧状态可以触发或加速底泥中积累的营养物质释放，从而形成富营养水体的恶性循环。

(3)向水体释放有毒物质

藻类产生的藻毒素能使其他生物死亡，藻毒素有很强的热稳定性,即使煮沸也不能消除其毒性，绝大部分藻毒素是水溶性,一般水处理工艺不但不能去除它们,还可能因为加氯后的氯化而增加其致突变性[14]。

(4)对生态环境的影响

富营养状态时，水体正常的生态平衡被扰乱某些生物种类成了优势种，另一些生物明显减少甚至灭亡。随着湖泊水生态系统的退化，水生生物的种类和结构朝逆向演替的趋势发展，这种生物种类的演替导致水生生物的稳定性和多样性降低，湖泊生态系统的平衡遭到破坏，水质严重恶化，水体使用功能降低，从而给沿湖城镇的生产和生活用水带来了重大影响。

(5)对供水水质及成本的影响

湖泊常常是周边地区生活饮用水和工业用水的供给来源。夏季是藻类增殖旺盛的季节，在制水厂过滤过程中，水藻经常堵塞过滤池。此外，水体中由于缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体和水藻产生的藻毒素都增加了水处理的技术难度和处理成本。

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(6)对渔业的影响

浮游生物丰富，为以浮游生物和碎屑为食的鲢鱼、鳙鱼、鲫鱼提供充足的食料有利于鱼类的生长。但当藻类大量生长时，这些藻类能释放出毒素——藻毒素，对鱼类有毒杀作用。藻类大量死亡后，在腐败、被分解的过程中，也要消耗水中大量的溶解氧，使水体严重恶臭。

(7)对交通航运的影响

富营养化将加速湖泊的淤积，因此最早将湖泊富营养化看成是湖泊自然消亡的一般过程，人为富营养化将会大大加速这一过程。尤其是河流入湖的河口地区，湖湾在泥沙的综合作用下，淤积速度最快，对交通航运产生严重影响[15]。

1.1.4 水体富营养化的防治措施

(1)开展纳污水体的监测研究

加强对纳污水环境中(河流、湖泊、水库和海湾等)造成水污染的化学环境、流域径流、浮游生物种类、叶绿素等的监测，掌握氮磷有机污染及其变化趋势。确定水体富营养化的评价标准。

(2) 物理防治技术

通过物理途径可以减弱甚至消除藻类的繁殖条件或使藻类沉淀于水底。主要有下述方法：一是疏浚底泥：采用此法，可将含高浓度营养物的底泥层除去，以控制藻类生长，与此同时，加深湖泊、水库，增加湖(库)容，除掉并控制大型植物；二是稀释和冲刷：向湖(库)中加入一定量的水，使湖(库)水稀释来降低湖(库)水磷浓度，从而控制藻类的生长。三是人工循环方法。通过湖底充气，消除或防止热分层，使湖水充分混合，抑制水华发生。

(3)化学防治技术

用化学药剂(称杀藻剂，algicide)灭活藻类，这是最简便的解决方法；也可以通过控制水中pH 值来防治富营养化。当pH>10 时可抑制浮游植物的光合作用，因此投加石灰(Ca(OH)2)提高pH 有助于抑制藻类生长，但有争议。

(4)生物技术

一是利用藻类植物及其它生物控制水体中过多营养物质；二是控制外源过多营养物质进入自然水体；三是与农业结合，利用藻类植物生长繁殖消耗大量营养盐的特性，在污水排放到自然水体前，建立一些藻类生长塘，使一些优良藻类大量繁殖，

第一章引言

收获作蛋白饲料等；四是利用藻类的生态特性进行控制。

(5)深入进行水体富营养化机制的科学研究

真正掌握水体环境富营养化发生的原因、规律和评价指标等，尤其是描述和反映富营养化污染演化过程和行为的预测预警模型研究。随着富营养化的日趋严重，近年来人们对湖泊富营养化研究也越来越重视。在上个世纪30至40年代，开始了对水生生产力和水域营养方面的评价研究，建立了富营养化模型。

(6)其他

湖泊富营养化的防治措施很多，除了上述的几项以外，还有水资源管理技术、湿地技术、生态工程技术等。它们都可以在一定程度上预防或减轻湖泊的富营养化程度。在实践应用中通常将以上技术综合应用，因地制宜，取长补短[16-18]。

1.2巢湖富营养化研究概况

近二十年来巢湖的富营养化研究主要从以下八个方面展开：(1)巢湖流域自然和社会环境的调查；(2)巢湖水域生态调查与评价；(3)巢湖流域水污染源调查与评价；

(4)巢湖富营养化机理研究；(5)巢湖水质区划与容量研究；(6)巢湖流域的非点源污染研究；(7)巢湖流域生态环境现状调查研究；(8)巢湖的内源污染控制研究。

上个世纪八十年代初开展的以―巢湖水域环境生态评价与对策‖为代表的一系列调查,在流域范围内剖析了陆生生态系统和湖泊生态系统演变的内在联系，―七五‖期间首次将巢湖划分出五个功能区，即(1)西部渔业水源保护区；(2)塘西饮用水源保护区；(3)中庙旅游水源保护区；(4)东部渔业水源保护区；(5)巢湖市饮用水源保护区。1985年－1987年,开展了工业污染源调查研究确定了巢湖流域的重点污染源，初步揭示了巢湖营养源的来源、点源和面源的比重等。1998年，安徽省水文局和长江水资源保护局联合对巢湖进行了大规模的水质调查监测，推动了―三河、三湖‖流域水污染治理的研究[19]。

现在巢湖仍然处于全湖富营养化状态，对巢湖周围的湿地功能研究以及巢湖决策支持系统研究目前才刚起步，急需对巢湖进一步开展基础研究，为从根本上治理巢湖污染寻求对策。因此，恢复和改善巢湖水质，治理富营养化是今后全流域经济发展的关键和研究的热点。

自二十世纪五十年代起，巢湖浮游植物的研究就已经开展。陆艾五等(1959)首次记录了巢湖蓝藻的种类。六十年代，中科院南京地理与湖泊研究所和安徽省水产

安徽大学生命科学学院硕士学位论文?缪灿?巢湖夏秋季浮游植物叶绿素a及蓝藻水华影响因素分析

科学研究所在对巢湖浮游植物展开了较系统的调查，并进行了种类鉴定和定量的初步研究(巢湖渔业资源调查报告1963)。八十年代，叶诗鸣等人(1981)在巢湖设立采样点对浮游植物进行周年变化研究[20]。之后，针对巢湖浮游植物的时空变化开展了两次较大规模的调查研究，取得了十分丰富的成果[21, 22]。但从八十年代末至今没有对巢湖开展过大规模的调查研究工作。

对浅水富营养型湖泊来说，蓝藻通常是浮游植物的优势类群。与其它藻类相比，蓝藻自身的一些原核特征，如气囊,嗜高pH，喜温等特性为它们在浅水型湖泊中的生长提供了良好的基础，加上它们能忍受高的浊度，因此，它们常常在许多富营养化浅水湖泊中形成表面―水华‖[23]。在巢湖这个典型的浅水型富营养化湖泊中也不例外。已有的资料显示，蓝藻―水华‖从五十年代开始发生。在1961年，暴发范围仅局限于部分水域，敞水区和南部湖区没有―水华‖分布[24]。至八十年代开始，蓝藻―水华‖发生每年从5月开始至11月结束，严重时几乎覆盖整个湖面[20, 22, 25]。

1.3 水体叶绿素a

富营养化水体的显著特点就是叶绿素浓度显著上升，由此叶绿素 a 成为研究富营养化的重要手段和评价指标。叶绿素(chlorophyll)是使植物呈现绿色的色素，是水体中浮游植物的重要组成成分之一。水体中光合作用主要由浮游植物来完成，此过程是维持生态系统的原动力，也是物质循环过程的出发点。虽然含有的叶绿素的种类不同，但浮游藻类中都含有叶绿素a。因此，叶绿素a常常成为衡量水质状况的监测指标。根据对湖泊调查的结果发现，所有处于富营养化状态中的湖泊或水库，其表征藻类生长的指标叶绿素a的年均值都处于较高的水平。因此，水体中叶绿素的浓度成为判定水体富营养化水平的主要指标之一。所以，掌握营养盐、水动力学过程及生态因子等影响因素与叶绿素a之间的相互关系，对寻求富营养化防治对策具有重要意义。

我国近几年关于不同水体中叶绿素a分布的研究较为丰富，刘冬燕等[26]通过对苏州河叶绿素a的时空动态特征及叶绿素a含量与理化及生物因子的关联分析，发现该水域叶绿素a明显的季节变异，并有年际变化的趋向，叶绿素a含量与水温、亚硝酸盐，硝酸盐氮含量呈密切正相关。杨顶田等[27]通过研究藻类爆发对太湖梅梁湾水体中NPK含量的影响认为，在一定范围内叶绿素a的含量与温度呈现明显的正相关，NH4+-N 和总氮( TN)、总磷( TP)总含量与叶绿素a 呈正相关。王飞儿等[28]通过对千

第一章引言

岛湖叶绿素a 含量的时空变化特征及影响因子分析认为，影响千岛湖叶绿素a 含量变化的主要因子有氮、磷、水温、透明度和降水。葛大兵等[29]通过对南湖水环境中叶绿素a的测定和水质分析，发现南湖水域叶绿素a呈现明显的时空变化特征，叶绿素a含量与水温、水质营养因子、BOD、COD等环境因子有关。陈永根[30]通过对太湖水体叶绿素a含量与氮磷浓度的关系研究发现，太湖叶绿素a含量与TN、TP浓度的关系存在显著的空间差异。赵辉等通过对南海西北部夏季叶绿素a浓度的分布特征发现，叶绿素a的空间分布同季风等海洋环境因素之间有密切的关系。龙爱民等[31]通过对南海北部水域表层海水中溶解氧、叶绿素a、pH值和营养盐等水质因子的空间分布特征分析认为，水体中浮游植物的生长繁殖是众多水质因子在南海北部综合作用的结果，南海北部水体中浮游植物的生长和亚硝酸盐有着比其他营养盐因子更为密切的联系。翁笑艳[32]在研究山仔水库叶绿素a时指出叶绿素a含量与水温和溶解氧显著相关。徐效军等[33]对江苏海州湾叶绿素a时空分布特征进行分析，得到影响叶绿素a的有效因子主要为pH值和水温。目前，随着叶绿素a测定方法的改进，出现了适用于现场测定的便携式水质仪及适用于大面积监测的卫星遥感技术，快速准确的测出叶绿素a的时空分布。

1.4蓝藻优势形成原因及蓝藻水华影响因素分析

1.4.1蓝藻优势形成原因

蓝藻具有高效吸收利用外源无机碳的功能－无机碳浓缩机制[34]在低浓度CO2介质中，蓝藻可通过高效主动吸收浓缩外源无机碳，在细胞内积累比外界高几百到几千倍的CO2浓度，由此能够在其所在环境中最大限度地竞争利用有限的无机碳源，保持持续稳定增长。蓝藻二氧化碳浓缩机制的有效运转，极大的抑制了细胞的光呼吸现象，有效地减低了不必要的生物能量消耗。

一些形成水华的蓝藻如鱼腥藻（Anabaena）、水华束丝藻（Aphanizomenon flos-aquae）、拟筒胞藻（Cylindrospermopsis）等具有固氮能力，它们特有的异形胞能将大气中的游离态氨固定为可利用氮源，供给其它营养细胞。

发生水华的蓝藻一般都具有伪空胞，通过调节伪空胞的气囊数，蓝藻细胞就能够控制它的浮力。在有利于快速光和作用的条件下，足够多的气囊破裂使浮力下降，而低光照时刚好相反。又如，细胞分裂将已存在的气囊分成相似的两份给予细胞，此时若气囊组装速度相对慢于细胞的其它成分，伪空胞的含量将会随细胞增长而渐

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渐稀释，这是伪空胞调节浮力的另一种机制。伪空胞在蓝藻水华的发生，扩散和消亡过程中起到十分重要的作用[35]。

蓝藻特有的这些生理特征使蓝藻比其它生物在相同的生长环境下更具有竞争优势，为蓝藻在水体中形成优势种提供了必要的条件。

常见的水华藻种多属蓝藻门，有微囊藻（Microcystis）、鱼腥藻（Anabaena）、颤藻（Oscillatoria）、束丝藻（Aphanizomenon）、念珠藻（Nostoc）等。其中以铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）在数量和发生频率上占绝对优势。繁殖方法主要是分裂生殖，少数为无性生殖，无性生殖包括外孢生殖，内孢生殖，后壁生殖，没有有性生殖。当生长环境条件不利时，微囊藻会聚集，进入休眠状态而沉降到相对黑暗、厌氧的表层沉积物中。在这种特殊的环境条件、细胞内贮存的丰富有机物可能为微囊藻的休眠细胞提供了复苏和生长基础。根据已有的研究报道[36]，在越冬时，微囊藻是以单细胞或数个细胞的小群体状态存在，在春季复苏时，才逐步由单细胞或小群体牛长为含有数千个细胞的大群体乃至最终上浮到水面形成水华。

已有的研究主要认为是蓝藻自身的生理生态特征在形成优势种群过程中发挥了重要的作用。水华藻种蓝藻最明显的特征就是具有气囊，大多数蓝藻生长的某一阶段都具有浮力，常漂浮在水面或在不同深度的水层中上下自由移动而不受水流影响，实验证实[37]蓝藻可通过碳水化合物的合成与分解调节其在水中的浮力去获得最佳

的生长条件，以更好得适应环境的变化。Walsby[38, 39]研究了低光强和水华微囊藻、水华鱼腥藻的气囊积累及浮力增加的关系，认为低光照有利于气囊的积累，随着光强的增加，气囊会被溶解，含量减少。Smith通过对个体蓝藻的生理研究后，认为低光需求是蓝藻水华形成的关键因素。根据资源竞争理论，具有最低临界光强需求的藻类是光的高级竞争者，在竞争过程中较其它藻类更易获得优势。陈德辉等[40]通过微囊藻和栅藻的两次共培养实验发现，微囊藻对栅藻的抑制能力是栅藻对微囊藻抑制能力的7倍，蓝藻能抑制其它藻类的生长。从而说明，一些蓝藻能够分泌它感物质对其他物种进行抑制作用。

微囊藻喜生长在温度较高的水中，但目前关于蓝藻生长的最适温度还存在不少争议，有试验表明，铜绿微囊藻生长适宜的温度范围为28℃~33℃,而最适温度大约为30℃[34]，但Watanabe[41]却认为铜绿微囊藻生长的最适温度为32℃，林毅雄等[42]

报道微囊藻生长的最适温度更高为35℃。无论如何，这些研究均表明微囊藻的最佳