周靜, 茍婷, 張洛紅, 藍(lán)郁, 馬千里, 梁榮昌, 趙學(xué)敏,*

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流速對(duì)不同浮游藻類的生長(zhǎng)影響研究

周靜1,2, 茍婷2, 張洛紅1, 藍(lán)郁3, 馬千里2, 梁榮昌2, 趙學(xué)敏2,*

1. 西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 西安 710048 2. 環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所, 廣州 510655 3. 暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 廣州 510632

為了研究流速對(duì)不同浮游藻類生長(zhǎng)的影響, 于2015年3月采集東江流域廣東惠州河段原水, 在環(huán)形有機(jī)玻璃水槽中分別培養(yǎng)銅綠微囊藻、斜生柵藻和小環(huán)藻, 通過(guò)調(diào)整水體流速, 研究不同流速對(duì)不同藻類的細(xì)胞密度、葉綠素a濃度、最大比增長(zhǎng)率和葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm的影響。結(jié)果表明, 在不同流速條件下, 不同浮游藻類的生理生化特征有所差異; 銅綠微囊藻表現(xiàn)為在不同流速條件下生長(zhǎng)狀況都較弱; 斜生柵藻和小環(huán)藻在低流速(<0.075 m·s–1)條件下繁殖速度較快, 且隨著水體流速的增加, 對(duì)藻類生長(zhǎng)有促進(jìn)作用, 而在較高流速(>0.075 m·s–1)條件下隨著流速的增加, 藻類的生長(zhǎng)受到抑制。可見(jiàn), 不同持續(xù)的流動(dòng)條件是影響浮游藻類數(shù)量和生理指標(biāo)變化的重要原因。該研究為東江水源的流速流量調(diào)節(jié)控制富營(yíng)養(yǎng)化和水華防治提供技術(shù)支撐。

東江; 流速; 浮游藻類; 富營(yíng)養(yǎng)化; 水華

1 前言

由于高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響下大量氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入水環(huán)境, 造成水體富營(yíng)養(yǎng)化和水華頻繁發(fā)生已嚴(yán)重?fù)p害了水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[1]。水華的暴發(fā)與藻類的生理特點(diǎn)、營(yíng)養(yǎng)鹽、溫度、光照、緩慢的水流條件及其諸多環(huán)境因素密切相關(guān)[2]。其中, 水文水動(dòng)力的影響尤為顯著[3-5], 水利工程的開(kāi)發(fā)導(dǎo)致水體從河流型向水庫(kù)型改變, 大壩攔截成庫(kù)造成局部河段流速減緩, 引起營(yíng)養(yǎng)鹽的累積和藻類大量繁殖[6-7]。如長(zhǎng)江三峽大壩截流后, 香溪河庫(kù)灣由天然河流變?yōu)槿斯に畮?kù), 引起庫(kù)區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)變化暴發(fā)甲藻水華[8]; 福建省九龍江北溪江自東引水工程運(yùn)行后, 2009年曾發(fā)生甲藻水華事件[9]; 丹江口水庫(kù)大壩建成后, 導(dǎo)致漢江浮游植物群落組成以及細(xì)胞密度均發(fā)生顯著變化, 1992年初春漢江下游江段發(fā)生硅藻水華[10]。

流速作為水動(dòng)力條件中最基本、最直觀的參數(shù), 對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)和繁殖具有十分重要的影響[11]。研究表明[12-14]低流速有利于維持水環(huán)境的穩(wěn)定、增加光照利用率和延長(zhǎng)水力停留時(shí)間, 促進(jìn)懸浮藻類的生長(zhǎng), 而過(guò)高的流速則抑制懸浮藻類的生長(zhǎng), 并且較大流速能有效地阻止水華的形成與發(fā)展, 消除已經(jīng)形成的水華。因此, 通過(guò)流量管理和水力調(diào)度等方式控制富營(yíng)養(yǎng)化和藻類水華已在河流水環(huán)境管理策略中得到廣泛應(yīng)用[15-16]。

東江是珠江水系三大河流之一, 是河源、惠州、東莞、深圳等地的主要供水水源, 并承擔(dān)著向香港地區(qū)供水的重要任務(wù)[17]。近年來(lái)由于流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化加速導(dǎo)致水體污染物增加, 加之流域內(nèi)的梯級(jí)開(kāi)發(fā), 東江部分河段水質(zhì)下降明顯, 干流富營(yíng)養(yǎng)化程度從上游至下游呈逐漸加重趨勢(shì)[18-19]。東江干流已開(kāi)發(fā)的梯級(jí)電站13座, 最下游的一個(gè)梯級(jí)為東江水利樞紐(劍潭梯級(jí)), 東江下游污染物的遷移擴(kuò)散主要受該梯級(jí)下泄流量的影響[20], 劍潭梯級(jí)也是距離下游東深供水取水口最近的一個(gè)梯級(jí)。因此, 劍潭梯級(jí)上下游的水環(huán)境質(zhì)量對(duì)東深供水水質(zhì)的影響較大。研究表明[21]劍潭水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度已較蓄水初期有加劇趨勢(shì), 已有潛在的藻類水華風(fēng)險(xiǎn), 且水流流速是影響東江干流浮游植物生長(zhǎng)的重要因素[22]。為掌握流速對(duì)東江藻類水華發(fā)生的影響, 本研究采集東江惠州河段原水開(kāi)展藻類室內(nèi)培養(yǎng)模擬試驗(yàn), 模擬東江水體中浮游藻類生長(zhǎng)對(duì)流速的響應(yīng), 討論不同流速梯度下浮游藻類的生長(zhǎng)特征及其變化規(guī)律, 探討抑制藻類水華暴發(fā)的臨界流速, 為東江流域水華風(fēng)險(xiǎn)防控提供數(shù)據(jù)支撐。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及流速設(shè)定

本研究采用5個(gè)環(huán)形有機(jī)玻璃水槽(圖1), 水槽長(zhǎng)寬高尺寸為1150 mm×650 mm×500 mm。將水槽放置于25 ℃恒溫室內(nèi), 光照為日光燈照射, 水槽上方光照強(qiáng)度1500 lx。根據(jù)2015年3月12日在東江劍潭庫(kù)區(qū)(壩首至庫(kù)尾)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的流速大小0.077—0.15 m·s–1以及東江的水流特征, 設(shè)置5個(gè)流速梯度(1#、2#、3#、4#和5#), 分別為0、0.045、0.075、0.135和0.25 m·s–1, 流速大小通過(guò)循環(huán)水真空泵調(diào)節(jié)控制。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)藻種選取藍(lán)藻門的銅綠微囊藻(FACHB-905)、綠藻門的斜生柵藻(FACHB-416)和硅藻門的小環(huán)藻sp.(FACHB-1635), 以上藻種均購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院淡水藻種庫(kù)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)實(shí)驗(yàn)用水取自東江劍潭水庫(kù)大壩處的原水, 用25#浮游植物網(wǎng)濾去大型浮游動(dòng)物, 再用0.45 μm醋酸纖維濾膜進(jìn)行抽濾后, 分別注入5個(gè)水槽, 水槽中水深為30 cm, 水量170 L。測(cè)定水槽中水體理化指標(biāo)初始值, 根據(jù)水體氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度, 向水槽中添加濃度為15 g·L–1的NaNO3和3 g·L–1的KH2PO4, 用于調(diào)節(jié)各水槽水體中總氮、總磷濃度, 分別達(dá)到3.0 mg·L–1和0.19 mg·L–1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置平面示意圖 (單位mm)

(2)將室內(nèi)培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的藻種, 收集置于50 mL離心管, 離心收獲藻液, 用15 mg·L–1NaCO3溶液洗滌后再次離心, 棄去上清液, 重復(fù)兩次, 以除去附著在藻細(xì)胞上的營(yíng)養(yǎng)鹽, 預(yù)處理后轉(zhuǎn)接至實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)。

(3)實(shí)驗(yàn)期間隔天測(cè)量氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度, 保證裝置中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度維持在高富營(yíng)養(yǎng)水平, 每天早上(9:00)和晚上(21:00)分別監(jiān)測(cè)1次, 記錄溶解氧(DO)、pH等, 并測(cè)量藻細(xì)胞密度、葉綠素a和葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fm、Fv)直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

2.4 樣品分析

pH和DO用便攜式水質(zhì)分析儀測(cè)定, 總氮(TN)、總磷(TP)和葉綠素a的測(cè)定均參考《水和廢水監(jiān)測(cè)方法(第4版)》, 顯微鏡(OLYMPUS CX21)下浮游藻類細(xì)胞數(shù)量計(jì)數(shù)方法參照《淡水浮游生物研究方法》[23], 葉綠素?zé)晒鈪?shù)用浮游植物熒光儀(WATER-PAM)測(cè)定, Fv/Fm是可變熒光與最大熒光的比值, 反映藻類PSII的活性。

2.4 數(shù)據(jù)處理

最大比增長(zhǎng)速率()是在某一時(shí)間間隔內(nèi)藻類生長(zhǎng)的速率。其計(jì)算公式為:

=ln (X/X)/(t-t) (1)

式中:X為某一時(shí)間間隔開(kāi)始時(shí)的藻類現(xiàn)存量(cells·mL–1);X為某一時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)的藻類現(xiàn)存量(cells·mL–1);t-t: 為某一時(shí)間間隔(d)。

使用Origin Lab8.5對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形分析;使用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA), 顯著性水平為0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 流速對(duì)不同藻類生長(zhǎng)過(guò)程中pH和DO的影響

不同流速條件下銅綠微囊藻、斜生柵藻和小環(huán)藻生長(zhǎng)過(guò)程中pH的變化整體均呈現(xiàn)上升趨勢(shì), 其中銅綠微囊藻和斜生柵藻的pH值變化范圍較接近, 分別為6.82—7.83、6.66—7.69; 小環(huán)藻的pH值相對(duì)較高, 變化范圍為7.21—8.24(圖2)。流速組(2#—5#)銅綠微囊藻生長(zhǎng)期內(nèi)pH均高于靜止組(1#); 斜生柵藻和小環(huán)藻生長(zhǎng)的水體中, 有流速的條件下隨著流速增加pH值升高, 而靜止組pH波動(dòng)明顯, 在小環(huán)藻生長(zhǎng)的中后期靜止培養(yǎng)組pH值高于流速組。

不同流速條件下銅綠微囊藻生長(zhǎng)過(guò)程中DO呈先上升后降低的變化趨勢(shì), 變化范圍為7.45—8.42 mg·L–1, 流速組DO高于靜止培養(yǎng)組(1#); 斜生柵藻和小環(huán)藻生長(zhǎng)過(guò)程中DO變化呈上升趨勢(shì), 且在生長(zhǎng)的中后期靜止培養(yǎng)組的DO升高較快, 最高值分別達(dá)到9.53 mg·L–1和10.65 mg·L–1, 高于流速組(圖2)。

3.2 流速對(duì)不同藻類生長(zhǎng)速率的影響

不同流速條件下初始接種的銅綠微囊藻細(xì)胞密度平均值為6.29×105cells·L–1, 在生長(zhǎng)過(guò)程中不同流速組銅綠微囊藻細(xì)胞密度呈現(xiàn)先上升后降低趨勢(shì)(圖3)。在流速為0.135 m·s–1和0.25 m·s–1條件下培養(yǎng)至第3 d時(shí), 銅綠微囊藻細(xì)胞密度數(shù)量高于其他各流速組和靜止組, 至培養(yǎng)的第4 d, 各流速組和靜止組的銅綠微囊藻細(xì)胞密度數(shù)量均大幅下降。不同流速條件下銅綠微囊藻生長(zhǎng)中葉綠素a濃度與藻細(xì)胞密度變化趨勢(shì)較為一致, 至培養(yǎng)的第4 d, 葉綠素a濃度已由第1 d的平均值3.42 μg·L–1下降為1.18 μg·L–1。結(jié)合顯微鏡下觀察, 以上結(jié)果反映出銅綠微囊藻在培養(yǎng)過(guò)程中生長(zhǎng)狀況較差, 至培養(yǎng)的第4 d藻細(xì)胞開(kāi)始大量死亡。

圖2 不同流速下pH、DO變化趨勢(shì)

不同流速條件下初始接種的斜生柵藻細(xì)胞密度平均值為0.72×105cells·L–1, 斜生柵藻在生長(zhǎng)過(guò)程中靜止組的細(xì)胞密度和葉綠素a濃度均高于流速組, 最低流速0.045 m·s–1條件下藻細(xì)胞密度和葉綠素a濃度一直處于較低水平, 其他各流速組藻細(xì)胞密度和葉綠素a濃度波動(dòng)較大(圖3)。

不同流速條件下初始接種的小環(huán)藻細(xì)胞密度平均值為2.31×105cells·L–1, 在生長(zhǎng)的第5 d小環(huán)藻生長(zhǎng)開(kāi)始進(jìn)入穩(wěn)定期, 且該時(shí)期0.135 m·s–1和0.25 m·s–1高流速組的藻細(xì)胞密度和葉綠素a濃度低于0.045 m·s–1、0.075 m·s–1流速組和靜止培養(yǎng)組(圖3)。

3.3 流速對(duì)藻類最大比增長(zhǎng)速率的影響

不同流速條件下銅綠微囊藻、斜生柵藻和小環(huán)藻的最大比增長(zhǎng)率如圖4所示, 銅綠微囊藻靜止組與流速組最大比增長(zhǎng)率呈現(xiàn)明顯差異(<0.05), 靜止組在生長(zhǎng)過(guò)程中細(xì)胞密度很快下降至低于初始接種密度水平, 導(dǎo)致最大比增長(zhǎng)速率為負(fù)值, 流速組最大比增長(zhǎng)率相對(duì)較低且呈相同的變化趨勢(shì)。斜生柵藻在流速(≤0.045)和流速(≥0.075)呈現(xiàn)明顯差異(<0.05), 且靜止組的最大比增長(zhǎng)速率最高, 流速由0.045 m·s–1增加至0.075 m·s–1時(shí), 斜生柵藻最大比增長(zhǎng)速率下降幅度較大, 說(shuō)明流速的增加對(duì)斜生柵藻的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用。小環(huán)藻的最大比增長(zhǎng)率在不同流速組差異不明顯, 且在流速為0.075 m·s–1時(shí), 最大比增長(zhǎng)率相對(duì)較高, 流速>0.075 m·s–1時(shí)最大比增長(zhǎng)速率下降, 說(shuō)明高流速也不利于小環(huán)藻的生長(zhǎng)。

3.4 流速對(duì)不同藻類葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm的影響

不同流速下銅綠微囊藻、斜生柵藻、小環(huán)藻的Fv/Fm值變化如圖5所示。銅綠微囊藻初始Fv/Fm值約為0.3, 在生長(zhǎng)期內(nèi)銅綠微囊藻的Fv/Fm值逐漸降低接近為零, 說(shuō)明水體中銅綠微囊藻光合系統(tǒng)PSII活性很低。在生長(zhǎng)期內(nèi)不同流速條件下的斜生柵藻Fv/Fm均逐漸降低, 小環(huán)藻Fv/Fm則呈現(xiàn)先上升至穩(wěn)定然后又下降的趨勢(shì), 且靜止組(1#)斜生柵藻和小環(huán)藻的Fv/Fm均高于流速組(2#—5#)。

圖3 不同流速下藻細(xì)胞密度和葉綠素a的變化情況

注:字母a, b標(biāo)識(shí)最大比增長(zhǎng)率在不同流速之間顯著性差異比較, 采用SPSS17.0進(jìn)行方差分析, 顯著水平0.05。

圖5 不同流速下藻類Fv/Fm的變化趨勢(shì)

4 討論

4.1 東江水體發(fā)生藻類水華的風(fēng)險(xiǎn)分析

東江作為流域內(nèi)河源、惠州、東莞、深圳、廣州等城市以及香港約4000多萬(wàn)人口的主要飲用水源, 其水環(huán)境保護(hù)一直備受重視, 流域內(nèi)采取了系列嚴(yán)格的水環(huán)境保護(hù)措施, 尤其是東江流域上游, 為保護(hù)好東江優(yōu)質(zhì)水資源在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面做出了巨大的犧牲[24]。盡管東江干流水質(zhì)整體優(yōu)良, 然而由于流域內(nèi)人口增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展[25], 干流仍有少數(shù)區(qū)域達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平[18]; 東江干流TN含量均值為1.99 mg·L–1, TP含量變化范圍為0.01—0.28 mg·L–1, 且越靠近下游TN、TP含量越高, 水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越高[22], 特別是東江下游劍潭水庫(kù)內(nèi)較高的營(yíng)養(yǎng)鹽已為浮游植物大量生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了有利條件, 東江下游潛在的水華風(fēng)險(xiǎn)受到關(guān)注[21]。

近年來(lái)我國(guó)河流藻類水華發(fā)生呈增加趨勢(shì), 與湖泊水華相比, 水動(dòng)力條件的改變是河流中浮游藻類優(yōu)勢(shì)種變化的最主要影響要素, 也是河流中影響浮游藻類生長(zhǎng)的主要限制因素之一[26]。不同藻類的臨界流速不同[11], 澳大利亞達(dá)令河卷曲魚(yú)腥藻大量暴發(fā)的臨界流速為 0.05 m·s–1[14]; 運(yùn)用非恒定二維生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型研究發(fā)現(xiàn)嘉陵江藻類水華發(fā)生的臨界流速為0.04 m·s–1[27]; 室外試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)小球藻和纖維藻生長(zhǎng)的臨界流速為0.05 m·s–1和0.01 m·s–1[28]; 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明低流速(0.05—0.12 m·s–1)有利于銅綠微囊藻生長(zhǎng), 而在靜止與高流速條件下 (0.20—0.30 m·s–1)藻類的生長(zhǎng)受到抑制[29]。除嫌水藻類外, 中流藻類和喜流水藻類都可以在流水中生長(zhǎng), 由于水體流動(dòng)使藻類不斷得到新的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng), 水流對(duì)藻類的生長(zhǎng)和繁殖是有利的[30]。微囊藻屬嫌流水藻類[31], 較高的流速對(duì)微囊藻的生長(zhǎng)有明顯的抑制作用, 但較緩慢的流速在一定程度上有利于微囊藻的生長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)在靜水、小流速和較大流速條件下, 銅綠微囊藻生長(zhǎng)速率均較低, 與實(shí)驗(yàn)所用的銅綠微囊藻活性較低有關(guān), 實(shí)驗(yàn)初始銅綠微囊藻的Fv/Fm僅為0.263—0.321; 其次, 研究發(fā)現(xiàn)東江劍潭水庫(kù)中微囊藻并不是優(yōu)勢(shì)種, 其藻細(xì)胞密度較低[21];此外, 根據(jù)實(shí)驗(yàn)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度水平, 各裝置在實(shí)驗(yàn)第2d氮磷濃度有所降低, 說(shuō)明微囊藻生長(zhǎng)消耗了營(yíng)養(yǎng)鹽, 而從第3d開(kāi)始, 氮磷濃度基本保持不變, 可見(jiàn)水體中微囊藻已不再消耗營(yíng)養(yǎng)鹽。以上結(jié)果表明目前東江干流劍潭水庫(kù)中并不適宜微囊藻的大量生長(zhǎng), 由此可以判斷東江劍潭水庫(kù)發(fā)生微囊藻水華的可能性較低。斜生柵藻作為綠藻的一種, 以小流速下生長(zhǎng)狀況最好, 而較高的流速不利于其生長(zhǎng)。斜生柵藻在流速大于0.02 m·s–1時(shí)即產(chǎn)生明顯的抑制生長(zhǎng)作用[33]。硅藻是形成河流水華的主要種類之一, 多發(fā)生在天然河流成庫(kù)后的淹沒(méi)回緩流水庫(kù)灣或支流。小環(huán)藻為喜流水藻類, 適宜生活于較低的水流速度, 而對(duì)較高的水流速度耐受較弱[31]。近年來(lái)漢江暴發(fā)硅藻水華(優(yōu)勢(shì)種為小環(huán)藻)時(shí)的河道流速為0.07 m·s–1左右[32]。本研究發(fā)現(xiàn)小環(huán)藻在流速為0.075 m·s–1時(shí)最大比增長(zhǎng)速率較高, 在相對(duì)較高的流速(0.135和0.25 m·s–1)時(shí), 小環(huán)藻的生長(zhǎng)開(kāi)始出現(xiàn)抑制, 說(shuō)明當(dāng)東江干流劍潭水庫(kù)水流大于0.075 m·s–1時(shí), 隨著流速的增加小環(huán)藻生長(zhǎng)受到抑制; 斜生柵藻也是在流速大于0.075 m·s–1時(shí)最大比增長(zhǎng)速率有所降低, 以上結(jié)果表明劍潭水庫(kù)水體流速增加至0.075 m·s–1以上將對(duì)藻類生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用。

4.2 東江水體水華防控措施

作為快速有效改善水庫(kù)型河流和水庫(kù)庫(kù)區(qū)水環(huán)境的手段之一, 通過(guò)改善水利條件從而減少水華暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的研究越來(lái)越受到重視。Maier等[12]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)水利調(diào)節(jié)打破水體熱分層、減少水體滯留時(shí)間, 可以消除澳大利亞Darling河的魚(yú)腥藻水華; 辛小康等[35]通過(guò)建立平面二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型發(fā)現(xiàn), 利用干支流水庫(kù)對(duì)香溪河庫(kù)灣流速的聯(lián)合調(diào)控可適度控制三峽庫(kù)區(qū)支流庫(kù)灣水華的暴發(fā); 殷大聰?shù)萚36]研究提出漢江中下游春季硅藻水華暴發(fā)的關(guān)鍵水文閾值及生態(tài)調(diào)度控制策略; 劉德富等[37]研究提出用于防控三峽支流水華的 “潮汐式”生態(tài)調(diào)度方案。東江作為香港、深圳及廣州等特大城市的重要水源地, 水庫(kù)調(diào)度是有效解決流域突發(fā)性水污染的重要措施, 同時(shí)由于新豐江、楓樹(shù)壩與白盆珠三大水庫(kù)對(duì)東江全流域水資源有控制性調(diào)蓄作用, 東江具有開(kāi)展水利調(diào)度的有利條件, 已有研究[20,38]表明利用東江水利樞紐進(jìn)行水量調(diào)度可有效改善東江干流水質(zhì)。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)銅綠微囊藻在東江水體中長(zhǎng)勢(shì)較弱, 發(fā)生水華的可能性較低, 而斜生柵藻和小環(huán)藻均在較低流速<0.075 m·s–1時(shí)生長(zhǎng)速度快, 且隨著流速增大, 對(duì)藻類生長(zhǎng)有促進(jìn)作用, 容易發(fā)生水華, 而在較高流速>0.075 m·s–1條件下, 隨著流速的增加, 藻類的生長(zhǎng)受到抑制。因此, 針對(duì)當(dāng)前枯水期東江存在水華的風(fēng)險(xiǎn), 及實(shí)驗(yàn)結(jié)果東江水華發(fā)生臨界流速為0.075 m·s–1, 并結(jié)合東江惠州段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)流速, 確定東江劍潭水庫(kù)防控水華的臨界流速為0.07—0.08 m·s–1。在水華易發(fā)的氣象條件下, 可通過(guò)流域內(nèi)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度以保證東江的生態(tài)流速, 從而有效防止水華的發(fā)生。

5 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)中斜生柵藻臨界流速值約為0.075 m·s–1; 銅綠微囊藻在不同流速條件下生長(zhǎng)都較弱; 小環(huán)藻對(duì)流速響應(yīng)關(guān)系為在流速>0.075 m·s–1時(shí)藻類生長(zhǎng)受到抑制。因此, 東江流域惠州劍潭水庫(kù)大壩處浮游藻類生長(zhǎng)的臨界流速為0.075 m·s–1。

(2)實(shí)驗(yàn)中不同藻類對(duì)流速的響應(yīng)適應(yīng)性具有明顯差異, 并且流速條件的改變對(duì)藻類的生物量和生理生化特征產(chǎn)生較大影響。因此, 若要通過(guò)水利調(diào)度來(lái)預(yù)防和控制水華, 需視具體藻類來(lái)優(yōu)化水利調(diào)度方案。

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The effect of flow velocity on the growth of different phytoplankton

ZHOU Jing1,2, GOU Ting2, ZHANG Luohong1, LAN Yu3, MA Qianli2, LIANG Rongchang2, ZHAO Xuemin2,*

1. School of Environmental and Chemical, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, China 2. South China Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Guangzhou 510655, China 3. College of Life Science and Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China

To study the effect of flow velocity on the growth of different phytoplankton, a simulation experiment was conducted in the annular flume of organic glass using,andsp., which were cultured in laboratory using surface water from the Huizhou reach of Dongjiang River in March 2015. The effects of different flow velocity on the algal cell density, the concentration of chlorophyll, the maximum specific growth rate and chlorophyll fluorescence parameter (Fv/Fm) were studied by adjusting the flow rate of water. The results showed that the physiological and biochemical characteristics varied at different flow rates. The growth ofwas slow with all flow velocity conditions, the growth ofandsp. was fast at low flow rate (<0.075m·s–1) and increased with the increase of flow velocity. However, under the condition of high velocity (<0.075m·s–1), the growth of algae was inhibited with the increase of flow velocity. The different continuous flow may directly induce the changes of the cell density and physiological indicators of phytoplankton, indicating the control of eutrophication and algae bloom by adjusting flow velocity in Dongjiang water.

Dongjiang River; flow velocity; phytoplankton; eutrophication; algal bloom

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.06.010

X522

A

1008-8873(2018)06-075-08

2018-06-11;

2018-08-02

廣州市科技計(jì)劃產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新重大專項(xiàng)(201704030110); 中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(PM-zx703-201602-048); 國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2014ZX07206-005-04)聯(lián)合資助

周靜(1992—), 女, 碩士研究生, 主要從事水環(huán)境污染防治, E-mail:1602111799@qq.com

趙學(xué)敏, 博士, 研究員, 主要從事水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制研究, Email: zhaoxuemin@scies.org

周靜, 茍婷, 張洛紅, 等. 流速對(duì)不同浮游藻類的生長(zhǎng)影響研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(6): 75-82.

ZHOU Jing, GOU Ting, ZHANG Luohong, et al. The effect of flow velocity on the growth of different phytoplankton[J]. Ecological Science, 2018, 37(6): 75-82.