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由富营养化引起的蓝藻水华频繁暴发是困扰我国许多水体的主要环境问题之一。大面积、高强度的蓝藻水华不仅严重影响水生态系统的结构和功能，同时蓝藻细胞所产生的藻类毒素和异味物质还会对水产养殖、人类健康等方面造成直接或潜在的危害。已有的研究结果认为蓝藻水华的发生表现为蓝藻生物量在较短时间里的表层聚集或输移，这与其形成初期蓝藻的复苏生长、优势形成以及在水柱中生物量的积累关系密切。然而，人们对蓝藻水华形成初期的特点、主要影响因子以及潜在预警指标等尚缺乏较为详尽的认识。基于上述背景，本研究对太湖蓝藻水华形成初期进行了系统的调查，分析了该时期水体浮游植物的时空分布及其与环境因子之间的关系、探讨了生物活性参数与蓝藻水华暴发的关系;此外研发应用了一项针对底泥中微囊藻的快速定量分析技术;最后，通过原位围隔实验研究了磷营养控制与藻存量削减两种不同方法对富营养化水体蓝藻水华初期发生过程的影响。论文结果揭示了太湖北部蓝藻水华暴发初期的特征及其影响因子，探讨了若干典型生物活性参数应用于水华预警监测的指示意义，为太湖蓝藻水华的防控及水环境治理提供了理论依据。主要研究内容和结果如下:
1.以太湖北部湖湾为研究对象于2009-2011年每年的春季至初夏进行了高频次野外监测，共计采样次数为42次。监测结果显示蓝藻门、绿藻门、硅藻门、隐藻门和裸藻门的浮游植物是太湖表层水体浮游植物组成的主要门类。蓝藻门浮游植物的数量在4月份较少，一般为浮游植物总数的30-50％，而绿藻和硅藻的数量在4月份时通常可达到浮游植物总数的50％以上。5月至6月期间太湖表层水体表现出明显的浮游植物群落更替现象，优势种从绿藻和硅藻逐渐转变为蓝藻。在北太湖初次蓝藻水华的形成与暴发过程中水华微囊藻（Microcystisflos-aquae）是蓝藻门浮游植物以及总浮游植物中的优势种，其中2009年5月3日达到1.98×108cells/L(N1点)，2010年6月4日达到9.35×107cells/L（W1点），2011年6月24日达到5.73×107cells/L(N2点)。相关性分析结果显示水温(r=0.395)、风速（r=-0.398）、pH(r=0.381)、电导率（r=-0.432）、硝酸盐氮(r=-0.306)、总磷(r=0.445)和磷酸盐(r=-0.427)等环境因子与太湖北部湖湾浮游植物数量的相关性较高。冗余分析(RDA分析)则表明影响微囊藻数量的主要环境因子是水温、总磷和磷酸盐。
2.2009年和2010年4-6月太湖北部湖湾表层水体微囊藻细胞数在监测期间显示出明显的增殖过程。利用每周两次的高频监测数据，我们对微囊藻细胞数的变化率进行了计算，发现若其变化率连续多次呈正变化趋势则可能引起蓝藻水华的发生，反映了微囊藻生物量的积累在水华早期阶段具有十分重要的作用。此外碱性磷酸酶特异活性在微囊藻细胞数达到峰值之前表现出明显的升高（由1.0nmol/μg/min左右升高至大于2.0nmol/μg/min），且与细胞变化率具有极显著的相关性(r=0.353)，表明微囊藻在快速增殖阶段对磷的吸收利用要高于其它时期，并可能在缺磷时通过碱性磷酸酶将溶解性有机磷转化为藻类可直接利用的磷酸盐。藻类光合系统Ⅱ的最大光化学量子产量在水华发生前数天亦显示出上升趋势，由0.40左右增加至接近藻类生理状况良好时的水平（约0.65），分析发现其与微囊藻细胞的变化率具有显著的正相关关系(r=0.255)，表明该因子对微囊藻的快速增殖过程具有较好的指示作用。
3.通过优化底泥稀释率和微囊藻群体超声波解聚条件、判断微囊藻细胞在泥(—)藻混合样品中的检测限、以及推导群体尺寸与所含细胞数关系的回归方程，建立了一套基于流式细胞仪的底泥中微囊藻定量分析方法。实验结果表明将底泥样品稀释至5mg/mL（底泥干重）并经200W×2min超声波处理之后，可对微囊藻细胞数进行快速、有效的定量分析(单个样品的分析时间少于10min)。此外根据回归方程可快速地将群体长度转化为该群体中所含微囊藻细胞的数量。对太湖北部湖湾N1点位底泥中微囊藻进行分析的结果显示2009年6月4日底泥中微囊藻数量为5.77×105cells/g（底泥干重）;11月24日底泥样品中微囊藻数量出现明显增加，达到9.43×106cells/g;2010年1月27日则降低至5.15×106cells/g;3月21日底泥样品中微囊藻数量进一步降低为2.99×106cells/g;分析结果还显示不同尺寸微囊藻群体中细胞数量的分布也发生了相应变化。本方法的建立将为进一步了解微囊藻在底泥中的数量和分布提供新的技术手段及思路。
4.于2012年春季选择合适水体构建出实验围隔，研究了磷营养控制（投加氯化钙，200mg/LCa2+）和藻存量削减（投加络合铜，0.5mg/LCu2+）两种不同方法对小型富营养化水体蓝藻水华形成初期的影响。结果表明上述两种措施均能对水华发生初期蓝藻的生物量和优势形成产生明显影响。在蓝藻水华形成初期投加氯化钙后，水体总磷浓度显著下降并成为限制藻类生物量增长的主要影响因子，实验结束时该组藻类生物量和蓝藻生物量分别为对照组的56.3％和36.4％，说明磷营养控制处理对藻类生物量的积累和蓝藻优势的形成起到了阻遏作用;另一方面，水体藻类生物量在投加络合铜后短期(10天)内减少了近80％，然而其后表现出明显回升趋势，实验结束时络合铜组的藻类生物量和蓝藻生物量分别为对照组的102.4％和8.0％，虽然络合铜对水体中藻类总生物量的控制效果较弱，但能够对蓝藻优势的形成起到阻遏作用。从整体上看，磷营养控制能在相对较长的时间里抑制藻类生物量，但其短期效果较不明显;藻存量削减的效果会随着除藻剂有效浓度的降低以及环境因子的改变而逐渐减弱，同时使水体中藻类的群落结构发生较大变化。因此，蓝藻水华的早期控制应综合考虑处理方法的有效性和时效性，并通过规避潜在环境风险采取长短结合的方式进行开展。