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湖泊富营养化是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。大型富营养化浅水湖泊太湖的水华优势种群大多为蓝藻,故称为蓝藻水华。蓝藻水华的“暴发”是表观现象,其前提还是藻类一定的生物量,且是一个逐渐形成的过程。根掘生态学的基本理论和野外对水华形成过程的原位观测,在四季分明、扰动剧烈的太湖中,蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复苏、生物量增加(生长)、上浮及聚集等四个阶段,每个阶段中蓝藻的生理特性及主导环境影响因子有所不同。越冬复苏策略不仅会影响水体中蓝藻的种群变动,而且可能有助于其越过环境条件恶劣的冬季,为随后的浮游生长提供潜在的“种源”。因此研究蓝藻水华的形成机理必须重视蓝藻越冬和复苏阶段的研究,寻找蓝藻复苏的触发因子或特异性因子,进行深入研究。只有这样才有可能逐步弄清蓝藻水华的形成机制,并对其发生的进程进行预测,寻求更加具有针对性的控制措施。
本研究采集太湖梅梁湾底泥及上覆水,在保持底泥表面完整的前提下在实验室中建立湖泊生态系统模拟装置,应用荧光分析法测定水体与底泥中不同色素含量的变化以表征藻类种群变化,探索太湖底泥中蓝藻种群的复苏温度阈值。同时采用在原位太湖底泥表面设置藻类细胞捕捉器的方法,测定其中的色素含量变化,并与水柱和底泥中的色素含量变化相比较,阐明原位太湖底泥中藻类的复苏现象和影响因子。通过太湖底泥蓝藻复苏过程的实验室控制条件下模拟研究以及野外原位研究两个互为参照的角度,揭示了蓝藻复苏过程与温度的相关关系,确定了实验室控制条件下太湖底泥蓝藻复苏的温度阈值,将有效积温引入蓝藻复苏研究,为探索蓝藻水华的发生机理和探索有效控制水华的技术途径提供理论依据并积累了有用数据。研究结果如下:
太湖底泥蓝藻在室内模拟条件下的复苏主要以2.8个细胞形成的小群体存在,其细胞直径为7.2-7.8μm,大于夏季的藻细胞直径(4.8.6μm)。
实验室控制条件下模拟复苏研究表明,太湖底泥水华蓝藻的复苏过程与环境温度变化密切相关。蓝藻的复苏温度阈值为14℃,在环境温度达到14℃时少量进入水中,在环境温度升至18.20℃区间大量进入水中,为种群的大量暴发提供了必须的种源。底泥蓝藻的复苏优势(18.20℃)晚于非蓝藻的复苏优势(14-18℃),高温对蓝藻复苏更为有利。
在太湖梅梁湾进行的原位复苏研究表明,太湖中存在着较为显著的复苏现象,蓝藻的复苏阈值为9℃,低于室内模拟结果。这可能与野外环境中复杂的温度、光照、溶解氧、氧化还原电位均有关系,温度的升高,溶解氧、氧化还原能力、光照强度的降低都会促进复苏现象的产生,水流的适度扰动也会有利于水华蓝藻的复苏。
对本研究中藻类复苏量与有效积温的相关性进行分析,结果表明模拟实验中藻类模拟复苏量和有效积温量存在显著的线性相关;原位藻类复苏中藻类复苏量和有效积温量之间存在显著的线性相关。有效积温与藻类复苏关系的发现将有助于预测蓝藻复苏及其对于蓝藻建立优势前作为潜在重要种源的认识,特别是在温度波动条件下。